一种适用于新能源接入背景下的区域电网碳排放管理方法技术

本发明专利技术公开一种适用于新能源接入背景下的区域电网碳排放管理方法，包括：S1，建立区域碳排放量管理模型；S2，采用基于随机响应面法(SRSM)的概率潮流计算出含多个关联新能源电站的电网潮流分配情况；S3，采用帝国主义竞争算法求解多目标区域碳排放量管理模型，得到Pareto非劣解集；S4，通过引入罚函数检验并调整得到的Pareto解，避免节点电压越限或支路过载；S5，利用交互式满意度决策方法，根据系统运行人员的不同需求从Pareto解集中选出模型的“最优解”；S6，通过改变新能源电站接入位置、各目标函数参考隶属度设置，评估不同方案的综合效益。本发明专利技术可实现对实际电力系统碳排放量的综合管理，并为新能源场站选址方案的评估提供新的思路。

A carbon emission management method for regional power grid under the background of new energy access

The invention discloses a suitable new energy access under the background of regional power grid carbon emissions management method, S1, to establish a regional carbon emissions management model; S2, using stochastic response surface method (SRSM) based on the probabilistic load flow calculation with multiple related new energy power plants power flow distribution; S3, the imperialist competitive algorithm for solving multi-objective regional carbon emissions management model, Pareto Pareto; S4, by introducing a penalty function test and adjust the Pareto solution, avoid the voltage limit or overload; S5, using the decision making method of interactive satisfaction, according to the system operation personnel from Pareto solution is selected from the different needs the model of the \optimal solution\; S6, by changing the new energy power station access position, each objective function reference membership settings, comprehensive benefit evaluation of different schemes. The invention can realize the comprehensive management of the carbon emission of the actual power system, and provides a new idea for the evaluation of the siting scheme of the new energy station.

【技术实现步骤摘要】
一种适用于新能源接入背景下的区域电网碳排放管理方法
本专利技术涉及电力系统发电规划领域，具体涉及一种适用于新能源广泛接入背景下的区域电网碳排放管理方法。
技术介绍
近年来，随着能源需求的持续增长，环境问题日益凸显。推行节能减排，发展低碳经济是应对当前气候变暖、雾霾危机的有效措施，也是可持续发展的必由之路。目前，我国电力行业作为CO2排放大户，占全国碳排放总量的比重超过40％。因此，在电网层面，建立高效、完善的碳排放管理机制，发展低碳电力潜力巨大，受到社会广泛关注。当前的减排措施可以分为两大类：发电侧可再生能源的接入以及需求侧管理。由于电力行业的碳排放量主要源自发电侧，再加上与需求侧资源频繁进行交互会带来额外费用，因而提高发电侧新能源并网比重，制定最优的低碳调度方案无疑是更好的选择。对于含新能源发电的优化调度问题，有文献在传统的低碳经济调度模型基础上考虑了风电预测误差的影响。有学者在调度模型中计及了环境约束，并重点分析了碳补集电厂的运行特性和经济效益。另外，还有学者研究并制定了风-火电系统联合协调调度方案。尽管新能源在节能减排方面作用显著，其出力的间歇性和波动性也会给电网带来诸多不确定因素，进而降低整个系统的安全性和可靠性。概率潮流是电力系统不确定性分析的重要工具，其通过概率统计方法得到系统潮流的分布信息，能够计及各种随机因素场景，全面反映电网的运行工况，便于调度人员发现系统薄弱环节和潜在风险。多数文献将概率潮流方法分为三类：模拟法、近似法和解析法。以蒙特卡洛仿真(MCS)为代表的模拟法原理简单、通用性强且精度最高，但计算规模过大，耗时长。近似法包括点估计法、一次二阶矩法等以及解析法中的半不变量法(CM)等计算速度快，但局限性较大，精度难以保证，易受随机变量类型及系统维数的制约。目前的研究主要围绕算法本身如何兼顾计算精度和效率，例如改进采样方法、降低变量维数等。然而，关于概率潮流在系统静态安全评估以及优化调度模型中的应用方面的文献相对较少。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，提供一种可实现对实际电力系统碳排放量的综合管理，并为新能源场站选址方案的评估提供新的思路的适用于新能源广泛接入背景下的区域电网碳排放管理方法。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供一种适用于新能源广泛接入背景下的区域电网碳排放管理方法，包括如下具体步骤：步骤S1：建立区域碳排放量管理模型，该模型可以通过控制不同城市之间的碳排放量实现整个地区的碳排放平衡，防止局部城市过污染，有利于污染物的稀释扩散；步骤S2：采用基于随机响应面法的概率潮流计算出含多个关联新能源电站的电网潮流分配情况；步骤S3：采用帝国主义竞争算法求解多目标区域碳排放量管理模型，得到Pareto非劣解集；步骤S4：通过引入罚函数检验并调整得到的Pareto解，避免节点电压越限或支路过载；步骤S5：利用交互式满意度决策方法，根据系统运行人员的不同需求从Pareto解集中选出模型的“最优解”；步骤S6：通过改变新能源电站接入位置、各目标函数参考隶属度设置，评估不同方案的综合效益。进一步地，所述步骤S1中具体为：建立区域碳排放量管理模型，该模型在传统的低碳优化调度模型基础上，计及新能源电站接入系统的影响，引入区域碳排放量管理的概念，通过控制不同城市之间的碳排放量实现整个地区的碳排放平衡，防止局部城市过污染，有利于污染物的稀释扩散，该模型共含有3个优化目标，分别为平均发电成本最低、平均碳排放总量最小、平均区域碳排放差异量最小，并且包括4个约束条件分别为功率平衡约束、火电机组出力约束、节点电压约束以及支路功率约束。进一步地，所述步骤S2具体包括：步骤S2.1：输入电网参数、网络拓扑结构以及系统输入随机变量(包括风电场、光伏电站和负荷)的概率分布参数；步骤S2.2：选取M个标准正态变量ξi的配置点；步骤S2.3：采用Nataf变换将所有配置点从标准正态空间转换到原始空间，得到一系列关联输入变量的样本点；步骤S2.4：利用Matpower工具箱对每个输入样本点进行确定性潮流计算，得到对应的输出响应量Y(包括节点电压、支路功率、网损等)的样本点；步骤S2.5：通过配置点及其对应的输出响应样本求解多项式的未知系数ai，得到输出变量Y的多项式混沌展开表达式。进一步地，所述步骤S3具体包括：步骤S3.1：输入电网参数，各随机变量的分布参数以及帝国主义竞争算法的参数；步骤S3.2：随机生成Npop个初始国家。第i个国家Xi＝[Xi1,Xi2,…,Xin],i＝1,2,…,NpopXi＝[Xi1,Xi2,…,Xin]，i＝1,2,…,Npop满足火电机组的出力约束，利用支配关系和拥挤度算子为每个国家分配虚拟适应度，根据适应度的大小，将其划分为帝国主义国家或殖民地；步骤S3.3：进行帝国间的同化、革命、竞争及合并过程。进一步地，所述步骤S4中具体为：调整新的帝国主义国家使其满足节点电压及支路功率的约束，引入惩罚项并修正原始目标函数，得到带惩罚项的新目标函数。再对每个国家计算新的目标函数值，利用Pareto支配理论从帝国主义国家中选择出非劣解集。进一步地，所述步骤S5中具体为：构造表征目标函数满意度的logistic隶属度函数，根据决策者的需求定义每个目标函数的参考隶属度，通过求解极小-极大化问题，可以得到基于决策者需求的最优解。进一步地，所述步骤S6中具体为：通过改变新能源电站接入位置、设置各目标函数参考隶属度大小，比较不同方案下区域碳排放优化结果并评估其综合效益。与现有的低碳发电调度方法相比，本专利技术具有以下有益效果：1、本专利技术引入了区域碳排放量管理的概念，通过控制不同城市之间的碳排放量实现整个地区的碳排放平衡，防止局部城市过污染，有利于污染物的稀释扩散；2、本专利技术提出了一种基于随机响应面法的概率潮流，可以高效准确地计算出含多个关联新能源电站的电网潮流分配情况，避免节点电压越限或支路过载；3、本专利技术采用带模糊满意度决策的帝国主义竞争算法求解所建立的多目标区域电网碳排放量管理模型，可以根据系统运行人员的不同需求从Pareto解集中挑选出“最优”调度方案。附图说明为了更清楚地说明本专利技术的方法和实施例，下面对所提方法和实施例描述中所需要的附图作简单地介绍。图1为本专利技术的方法流程图；图2为本专利技术的IEEE30节点系统测试案例接线图；图3为本专利技术的实施例中方案一的目标函数Pareto前沿曲线图；图4为本专利技术的不同方案下的各火电机组出力直方图；图5为本专利技术的不同方案下的区域碳排放量直方图；图6为本专利技术的不同方法下支路10-22有功的概率密度函数(PDF)。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施例仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。本专利技术提供一种适用于新能源广泛接入背景下的区域电网碳排放管理方法流程如图1所示，包括：步骤S1：建立区域碳排放量管理模型；步骤S2：采用基于随机响应面法的概率潮流计算出含多个关联新能源电站的电网潮流分配情况；步骤S3：采用帝国主义竞争算法求解多目标区域碳排放量管理模型，得到Pareto非劣解集；步骤S4：通过引入罚函数检验并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适用于新能源广泛接入背景下的区域电网碳排放管理方法，其特征在于：包括如下具体步骤：步骤S1：建立区域碳排放量管理模型，该模型可以通过控制不同城市之间的碳排放量实现整个地区的碳排放平衡，防止局部城市过污染，有利于污染物的稀释扩散；步骤S2：采用基于随机响应面法的概率潮流计算出含多个关联新能源电站的电网潮流分配情况；步骤S3：采用帝国主义竞争算法求解多目标区域碳排放量管理模型，得到Pareto非劣解集；步骤S4：通过引入罚函数检验并调整得到Pareto解；步骤S5：利用交互式满意度决策方法，根据系统运行人员的不同需求从Pareto解集中选出模型的“最优解”；步骤S6：通过改变新能源电站接入位置、各目标函数参考隶属度设置，评估不同方案的综合效益。

【技术特征摘要】
1.一种适用于新能源广泛接入背景下的区域电网碳排放管理方法，其特征在于：包括如下具体步骤：步骤S1：建立区域碳排放量管理模型，该模型可以通过控制不同城市之间的碳排放量实现整个地区的碳排放平衡，防止局部城市过污染，有利于污染物的稀释扩散；步骤S2：采用基于随机响应面法的概率潮流计算出含多个关联新能源电站的电网潮流分配情况；步骤S3：采用帝国主义竞争算法求解多目标区域碳排放量管理模型，得到Pareto非劣解集；步骤S4：通过引入罚函数检验并调整得到Pareto解；步骤S5：利用交互式满意度决策方法，根据系统运行人员的不同需求从Pareto解集中选出模型的“最优解”；步骤S6：通过改变新能源电站接入位置、各目标函数参考隶属度设置，评估不同方案的综合效益。2.根据权利要求1所述的一种适用于新能源广泛接入背景下的区域电网碳排放管理方法，其特征在于：所述步骤S1中建立的区域碳排放量管理模型，该模型共含有3个优化目标，分别为平均发电成本最低、平均碳排放总量最小、平均区域碳排放差异量最小，并且包括4个约束条件分别为功率平衡约束、火电机组出力约束、节点电压约束以及支路功率约束。3.根据权利要求1所述的一种适用于新能源广泛接入背景下的区域电网碳排放管理方法，其特征在于：所述步骤S2具体包括：步骤S2.1：输入电网参数、网络拓扑结构以及系统输入随机变量的概率分布参数；步骤S2.2：选取M个标准正态变量ξi的配置点；步骤S2.3：采用Nataf变换将所有配置点从标准正态空间转换到原始空间，得到一系列关联输入变量的样本点；步骤S2.4：利用Matpower工具箱对每个输入样本点进行确定性潮流计算，得到对应的输出响应量Y的样本点；步骤S2.5：通过配置点及其对应的输出响应样本求解多项式的未知系数ai，得到输出变量Y的多项式混沌展开表达式。4.根据权利要求2所述的一种适用于新能源广泛接入背景下的...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐青山，黄煜，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32