非化石能源发电协调运行多电源扩展优化决策方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种考虑非化石能源发电协调运行的多电源扩展优化决策方法及系统，所述方法包括：以展望期内全社会电力供应总成本最小为优化目标，确定优化目标函数；确定所述优化目标函数的电力系统扩展规划约束、电力系统运行约束、发电资源约束、以及非化石能源电力发展政策约束；根据所述优化目标函数与约束，形成多区域多场景电力规划模型，并对所述多区域多场景电力规划模型进行求解。本发明专利技术最终能够求解得到包括核电、新能源等各类电源的开发规模、布局及建设时序，以及跨省区电力输送规模。

【技术实现步骤摘要】
非化石能源发电协调运行多电源扩展优化决策方法及系统
本专利技术涉及计算机
，尤其是涉及一种考虑非化石能源发电协调运行的多电源扩展优化决策方法及系统。
技术介绍
在全球共同应对气候变化的大背景下，实现能源清洁低碳发展是世界各国能源转型的战略选择。核能与新能源作为非化石能源的重要组成部分，对于我国构建清洁低碳、安全高效的能源体系具有举足轻重的作用。随着大规模间歇式新能源接入电力系统，电网的安全稳定运行面临巨大挑战。核电出力稳定、转动惯量大，可为高比例新能源接入的电力系统提供必要的电力、电量和转动惯量支撑。当前，从技术经济性上看，新能源发电技术快速进步，经济竞争力不断提升；而核电随着安全要求进一步提高，技术上处于从二代改进向三代转型升级阶段，市场竞争力有所下降，一定程度上影响了核电的有序发展。因此，在未来水电剩余开发潜力有限且需要清洁能源快速发展的总体约束条件下，核电与风、光等新能源构成了较为明显的相互替代关系。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种考虑非化石能源发电协调运行的多电源扩展优化决策方法及系统，旨在解决现有技术中的上述问题。本专利技术提供一种多电源扩展优化决策方法，包括：以展望期内全社会电力供应总成本最小为优化目标，确定优化目标函数；确定所述优化目标函数的电力系统扩展规划约束、电力系统运行约束、发电资源约束、以及非化石能源电力发展政策约束；根据所述优化目标函数与约束，形成多区域多场景电力规划模型，并对所述多区域多场景电力规划模型进行求解。本专利技术提供一种考虑非化石能源发电协调运行的多电源扩展优化决策系统，包括：优化目标函数模块，用于以展望期内全社会电力供应总成本最小为优化目标，确定优化目标函数；约束计算模块，用于确定所述优化目标函数的电力系统扩展规划约束、电力系统运行约束、发电资源约束、以及非化石能源电力发展政策约束；求解模块，用于根据所述优化目标函数与约束，形成多区域多场景电力规划模型，并对所述多区域多场景电力规划模型进行求解。采用本专利技术实施例，根据目标区域发电资源的开发潜力及开发条件和用能需求，以规划期内全社会电力供应总成本最低为目标，以能源供应能力、电力电量平衡、系统运行、环境空间等为约束条件，重点考虑核电与新能源协调运行策略构设优化问题，最终求解得到包括核电、新能源等各类电源的开发规模、布局及建设时序，以及跨省区电力输送规模。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例的考虑规划与运行相互影响机理的多电源扩展优化决策方法的示意图；图2是本专利技术实施例的考虑核电、新能源等多种非化石能源协调发展的多电源扩展优化规划模型的示意图；图3是本专利技术实施例的考虑非化石能源发电协调运行的多电源扩展优化决策方法的流程图；图4是本专利技术实施例的2035年某区域电网基准情景典型周核电与新能源及其他电源协调运行情况的示意图；图5是本专利技术实施例的考虑非化石能源发电协调运行的多电源扩展优化决策系统的示意图。具体实施方式本专利技术实施例提出一种考虑考虑非化石能源发电协调运行的多电源扩展优化决策系统，旨在打破核电与新能源的“竞争替代”关系，从全电力系统最优的视角分析核电与新能源协调运行方式的可行性，并优化提出满足电力系统安全稳定与节能减排要求基础上，系统总成本最优的多电源扩展优化规划方案。本专利技术实施例针对行业内关于核电与新能源相互挤占发展空间的固有思路问题，从规划和运行两个层面建立了研究方法，深入分析核电与新能源的协调发展问题，如图1所示：在规划层面，主要针对核电与新能源发展规模、布局等方面的协调性问题，对全国范围进行中长期电力系统扩展模拟研究，并针对内陆核电启动时间进行了敏感性分析；同时选取典型区域，进行了不同比例新能源接入电力系统情景下的核电发展规模敏感性分析，最终提出促进核电与新能源协调发展的策略建议。在运行层面，主要针对核电及其他电源以不同方式参与电网调峰对新能源消纳及系统运行经济性等方面的影响问题，对目标区域的典型场景进行了多维度运行模拟分析，最终提出促进核电与新能源协调运行的策略建议。如图2所示，本专利技术实施例根据目标区域发电资源的开发潜力及开发条件和用能需求，以规划期内全社会电力供应总成本最低为目标，以能源供应能力、电力电量平衡、系统运行、环境空间等为约束条件，重点考虑核电与新能源协调运行策略构设优化问题，最终求解得到包括核电、新能源等各类电源的开发规模、布局及建设时序，以及跨省区电力输送规模等。下面将结合实施例对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。在本专利技术的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“坚直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本专利技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。此外，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本专利技术中的具体含义。方法实施例根据本专利技术实施例，提供了一种考虑非化石能源发电协调运行的多电源扩展优化决策方法，图3是本专利技术实施例的考虑非化石能源发电协调运行的多电源扩展优化决策方法的流程图，如图3所示，根据本专利技术实施例的考虑非化石能源发电协调运行的多电源扩展优化决策方法具体包括：步骤301，以展望期内全社会电力供应总成本最小为优化目标，确定优化目标函数，即确定优化目标函数：以展望期内全社会电力供应总成本最小为优化目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种考虑非化石能源发电协调运行的多电源扩展优化决策方法，其特征在于，包括：/n以展望期内全社会电力供应总成本最小为优化目标，确定优化目标函数；/n确定所述优化目标函数的电力系统扩展规划约束、电力系统运行约束、发电资源约束、以及非化石能源电力发展政策约束；/n根据所述优化目标函数与约束，形成多区域多场景电力规划模型，并对所述多区域多场景电力规划模型进行求解。/n

【技术特征摘要】
1.一种考虑非化石能源发电协调运行的多电源扩展优化决策方法，其特征在于，包括：
以展望期内全社会电力供应总成本最小为优化目标，确定优化目标函数；
确定所述优化目标函数的电力系统扩展规划约束、电力系统运行约束、发电资源约束、以及非化石能源电力发展政策约束；
根据所述优化目标函数与约束，形成多区域多场景电力规划模型，并对所述多区域多场景电力规划模型进行求解。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以展望期内全社会电力供应总成本最小为优化目标，确定优化目标函数具体包括：
根据公式1至公式6确定优化目标函数：


















其中，Z和T分别表示划分区域集和展望期水平年集，下标z和t分别标识相应区域和水平年；rz表示贴现率；上标I、OM、F、C及S分别表示区域z第t个水平年的投资、运维、燃料、排放成本及设备残值；Mz表示区域z的电源类型集，Mz,m表示区域z中第m类电源的机组集，LSz表示起点在区域z的跨区通道集；XG、XNG、XRG分别表示区域z在水平年t的电源m机组i的总装机、新增与退役规模；XL、XNL分别表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t的总容量与新增容量；EG表示区域z在水平年t的电源m机组i的年发电量；EL表示起点在区域z的跨区通道l在水平年t的交换电量；cNG表示新增电源单位容量造价；cNL表示通道单位容量单位距离造价，DL表示起点在区域z的跨区通道l的输电距离；cGF、cGV分别表示电源单位容量固定运维费用与度电可变运维费用；cLF、cLV分别表示跨区通道单位容量单位距离固定运维费用与度电可变运维费用；cC表示区域z在水平年t的电源m机组i的度电排放成本；cS表示区域z在水平年t的电源m机组i的单位容量残值系数。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述优化目标函数的电力系统扩展规划约束具体包括：
根据公式7-公式9，基于展望期内逐水平年新增及退役情况，动态修正电源装机及跨区通道输电容量：









其中，ym,i表示电源m机组i的运行寿命，若t-ym,i未落入展望期，则追溯到展望期前的对应年份。


4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述优化目标函数的电力系统运行约束具体包括：
根据公式10确定各区域逐水平年各场景中的电力平衡约束：



其中，公式10中左边项依次表示在区域z水平年t场景s时段t时，除蓄能外其他电源累积出力、起点在区域z的跨区通道累积净受入电力、落点在区域z的跨区通道累积净受入电力、储能累积净出力，右边项Pz,t,s,n表示即时的全社会用电需求；PG、PL1、PL2、PES1、PES2分别表示当前的电源出力、跨区通道起点至落点电力流、跨区通道落点至起点电力流、储能的发电及蓄能功率；MESz表示区域z的储能类型集；Sz表示区域z的场景集，N表示场景s的时段集；
根据公式11-12，基于电力平衡约束，测算各区域各类电源及通道的逐年累积发电与交换电量：






其中，yt表示对应水平年的公历天数，ρz,t,s表示所考虑的风光负荷场景s出现的概率；
根据公式13计算各区域逐水平年各场景中的系统充裕度约束：



其中，γG和γL表示各电源和通道的容量置信系数，β表示系统备用系数，PPK表示各区域逐年峰值负荷；
根据公式14-15计算各区域逐水平年各场景中的电源出力约束：






其中，公式14用于约束蓄能、新能源发电之外的电源出力，其中μG1和μG2分别表示电源出力上下限系数，MRE表示区域z的新能源发电集；公式15用于约束新能源发电出力，其中μRE表示对应场景中逐时段的新能源发电预想出力系数，与新能源资源水平相关，PCUR表示对应时段的弃能；
根据公式16-17，计算储能运行同时的出力与存储能力约束：






其中，公式16为逐时段储能发电和蓄电功率约束，其中UES为二进制变量，取值为1表示储能处于发电状态，反之表示其处于蓄电状态；μES表示储能出力上限系数，公式17为储能存储能力约束，αMAX、αMIN、αINI分别表示储能最大存储容量系数、最小存储容量系数及初始存储容量系数；|N|表示集合N的元素个数；ηES1、ηES2分别表示储能发电效率和蓄能效率，对于抽水蓄能，根据公式17分别建立其上下水库库容约束；对于带储能的光热发电，根据公式15和公式17联合建模；
根据公式18计算各区域逐水平年各场景中的跨区输电约束：



其中，UL为二进制变量，取值为1表示通道允许正向潮流，反之表示允许反向潮流；μL表示通道交换功率上限系数。


5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述优化目标函数的发电资源约束具体包括：
计算各类发电能源资源禀赋及平衡约束：
对于发电用煤/气，根据公式19-20计算各类发电能源资源禀赋及平衡约束：






其中，σG表示单位发电煤耗；FP、FI、FE、FO分别表示区域z燃料m的本地生产量、调入量、调出量及其他行业使用量；FI1表示燃料m的净进口量；MFE表示区域z的化石能源发电类型集，公式20确保区间燃料总调剂量总体平衡；
根据公式21计算各类发电资源禀赋及机组利用小时数约束：



其中，Ht表示水平年t的全年小时数；μCRmax、μCRmin分别表示区域z水平年t电源m中机组i的最大、最小容量因子。


6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，确定所述优化目标函数的能源电力发展政策约束具体包括：
根据公式22-26计算所述优化目标函数的能源电力发展政策约束：















其中，σCO2表示各电源的单位度电CO2排放系数，FCO2表示水平年t设定的CO2排放上限；FE、FNE分别表示水平年t的能源消费总量和除电力行业外其他行业能源消费总量；FNFE表示水平年t的非化石能源发电折标煤下限，根据非化石能源占一次能源消费比重及非化石能源非发电规模测算得到；ηNFE、ηCUR分别表示水平年t设定的非化石能源发电量占全部发电量的比重下限、弃能率上限...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑宽，闫晓卿，徐志成，张富强，鲁刚，元博，焦冰琦，徐沈智，冯君淑，张晋芳，刘俊，李卓男，栗楠，金艳鸣，伍声宇，傅观君，
申请(专利权)人：国网能源研究院有限公司，国网河北省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11