一种基于碳排放流的电力系统低碳经济优化方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于碳排放流的电力系统低碳经济优化方法，解决了现有技术的不足，包括以下步骤：步骤1，获取用户动态负荷碳势；步骤2，获取响应前负荷曲线，具体为：记录用户原始消耗量，用户原始消耗量与用户动态符合碳势结合得到用户节点需求响应前间接碳排放量；步骤3，根据不同时段碳势的差异性，用户节点自行调整用电计划，将碳势较高时段的用电负荷转移到碳势较低的时段；步骤4，设定基于Shapley值的节点碳配额分配及阶梯碳价区间；步骤5，评估与结算用户碳减排量及碳成本；步骤6，建立电力系统低碳经济优化模型，分析优化模型带来的低碳经济效益。低碳经济效益。低碳经济效益。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳排放流的电力系统低碳经济优化方法


[0001]本专利技术涉及能源消耗
，尤其是指一种基于碳排放流的电力系统低碳经济优化方法。

技术介绍

[0002]碳排放的主要来源是能源领域，而电力行业又占能源领域总碳排的44％以上。因此，如何实现电力行业的低碳发展已经成为当前研究的热点问题。
[0003]针对电力行业迫切的低碳转型需求，国内外学者主要从电力系统低碳优化调度、碳交易机制规划两个角度开展关键性的研究。目前的研究对考虑新能源的电力系统低碳运行方案进行了探讨，具有良好的借鉴意义，但其从“源侧”出发建立低碳优化调度模型，主要考虑价格机制对用户用电行为的影响，通过源侧与荷侧之间的协调，实现电力系统的低碳运行。但是，以上研究均忽略了电力系统“源随荷动”的特性，缺乏面向用户需求的低碳调度方案。同时，碳市场交易机制也会影响用户节点响应节能减排号召的积极性。因此，合理的低碳调度模型与碳效益评估模型才能实现电力系统的低碳经济发展。电力系统碳排放流理论从用户角度出发，将用电碳排放量与消纳电量来源进行深度融合，使得电力系统中的每一个电力潮流被打上碳标签，实现电力碳排放的可追溯性，其作为一种成熟的计算方式，已经在电力系统低碳优化调度中有了相关研究。“电力潮流的碳标签化”的溯源方式使得碳排放因子具有时间伴随性，由此影响用户的日内用电行为，激励用户参与碳市场交易，实现负荷曲线与碳市场交易方案的紧密契合，对分析电力系统的低碳经济运行有重要意义。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是克服现有技术中的低碳优化调度模型忽略了电力系统“源随荷动”的特性，缺乏面向用户需求的低碳调度方案的缺点，提供一种基于碳排放流的电力系统低碳经济优化方法。
[0005]本专利技术的目的是通过下述技术方案予以实现：一种基于碳排放流的电力系统低碳经济优化方法，包括以下步骤：步骤1，获取用户动态负荷碳势；负荷节点碳势与该节点相连接支路的碳流密度有关，而支路的碳流密度与源端组合种类以及对应的碳排放信息有关，本方案参考碳排放流理论的基础上，完成用户动态负荷碳势的计算，并将该数据可视化运用碳表装置将其展示给用电节点。
[0006]步骤2，获取响应前负荷曲线，具体为：记录用户原始消耗量，用户原始消耗量与用户动态符合碳势结合得到用户节点需求响应前间接碳排放量；步骤3，根据不同时段碳势的差异性，用户节点自行调整用电计划，将碳势较高时段的用电负荷转移到碳势较低的时段；在满足用户当日基本用电需求不变的情况下，实现碳排放量的降低。同时，用电用户在减排的同时可以将多余的碳配额出售，在提高自身经济效益的同时提高碳交易市场的活性。
[0007]步骤4，设定基于Shapley值的节点碳配额分配及阶梯碳价区间；在用户用电行为自身优化后，可依据碳排放流理论将负荷碳排放量进行归算。由于碳排放流理论的特性，导致节点的碳排放责任分配不均，因此，本方案引入Shapley值，完成用户节点碳配额合理的分配。同时，提出一种阶梯碳价设定模式，激励用电节点优化自身用电行为，由此降低自身碳排放量，使其能够参与到更高碳价的交易中，达到经济效益最大化的目标。
[0008]步骤5，评估与结算用户碳减排量及碳成本；在用户优化自身用电行为后，得到当日实际动态负荷碳势和用电负荷曲线，由此完成实际节点的碳排放量计算。在此基础上，将该碳排放量与步骤1和2得到的原始间接碳排放量进行比较，即可计算出用户的碳减排量，完成节点的低碳需求响应评估结果。根据步骤4设计的阶梯碳价模式，计算节点的总排放成本，完成节点经济需求响应评估结果。碳减排等信息数据均通过碳表装置向用电节点展示。
[0009]步骤6，建立电力系统低碳经济优化模型，分析优化模型带来的低碳经济效益。
[0010]本方案提出的低碳经济兼容需求响应机制与传统的需求响应机制不同，传统的机制通过电价的形式影响用户的用电行为，而低碳经济兼容需求响应机制采取动态负荷碳势的指标影响节点的用电行为，采用动态负荷碳势的原因主要有以下两个角度：1)新型电力系统的可再生能源占比率越来越高，同时，新能源的波动性和不确定性较强，单纯采用定碳排放因子的方法计算无法满足新型能源发电的时效性。2)“碳视角”下，节点不仅仅考虑电力需求，还需要考虑碳收益，本方案提出的动态负荷碳势可以实时引导用户节点的减排行为，使得用户将高碳势时段的负荷转移到低碳势的时段，由此可将剩余的碳配额出售给缺碳配额的用户，达到经济效益提高的目的。因此，动态负荷碳势可以很好的促进低碳经济兼容需求响应机制的落地实施。
[0011]作为优选，所述的步骤1具体为：步骤1.1，计算碳流率，碳流率表示单位时段内通过电力系统节点以及支路所对应的碳排放量，单位是tCO2/h，计算公式如下所示：式中：F表示流入节点或者流过支路的碳排放量，t代表时间；步骤1.2，计算动态负荷碳势，动态负荷碳势表示用户节点在t时段消费单位电量所产生的相当于源侧产生的碳排放量，用e
i,t
表示，数值上等于所有流入该用户节点支路碳流密度有关有功功率的加权平均，计算表达式如下所示：式中：P
j,t
为支路j在时段t的注入节点i的电量；α
j,t
为注入节点支路j的碳流密度；J为向该用户节点注入功率的支路数；P
Gi,t
为用户节点i处的发电机的输入功率；e
Gi,t
为该发电机的碳排放强度值，其中支路的碳流密度计算方法如下所示：
式中：P为支路对应的有功潮流，支路的碳流密度与该支路始端节点的碳势相等；基于动态负荷碳势计算用户节点在时段t的用电碳排放量，具体计算式如下所示：E
i,t
＝e
i,t
Q
i,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中：Q
i,t
为用户节点i在时段t的用电量；E
i,t
为用户节点i在时段t的实际碳排放量。
[0012]作为优选，所述的步骤4中设定基于Shapley值的节点碳配额分配具体为：应用Shapley值法分摊用户节点的碳排放责任，具体的计算规则如下：Shapley值法分摊用户节点的碳排放责任，具体的计算规则如下：式中：V
i
为联盟中用户节点i碳配额分配值；S为子联盟；|S|为子联盟的数量；ω(|S|)是加权因子；V(S)是集合S需要承担的碳排放责任；V(S/i)是集合S中除去节点i的其他用户节点形成联盟的碳责任承担量，用户节点的碳责任承担值应该在边际作用的范围内，不小于边际作用的最小值V
i,min
，也不大于边际作用的最大值V
i,max
，即V
i,min
≤V
i
≤V
i,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)。
[0013]Shapley值法是用于一种解决多人合作博弈问题的数学方法，它的优点就是将收益按成员的边际贡献进行分摊，参与人获得的收益等于他对联盟边际贡本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳排放流的电力系统低碳经济优化方法，其特征是，包括以下步骤：步骤1，获取用户动态负荷碳势；步骤2，获取响应前负荷曲线，具体为：记录用户原始消耗量，用户原始消耗量与用户动态符合碳势结合得到用户节点需求响应前间接碳排放量；步骤3，根据不同时段碳势的差异性，用户节点自行调整用电计划，将碳势较高时段的用电负荷转移到碳势较低的时段；步骤4，设定基于Shapley值的节点碳配额分配及阶梯碳价区间；步骤5，评估与结算用户碳减排量及碳成本；步骤6，建立电力系统低碳经济优化模型，分析优化模型带来的低碳经济效益。2.根据权利要求1所述的一种基于碳排放流的电力系统低碳经济优化方法，其特征是，所述的步骤1具体为：步骤1.1，计算碳流率，碳流率表示单位时段内通过电力系统节点以及支路所对应的碳排放量，计算公式如下所示：式中：F表示流入节点或者流过支路的碳排放量，t代表时间；步骤1.2，计算动态负荷碳势，动态负荷碳势表示用户节点在t时段消费单位电量所产生的相当于源侧产生的碳排放量，数值上等于所有流入该用户节点支路碳流密度有关有功功率的加权平均，计算表达式如下所示：式中：P
j,t
为支路j在时段t的注入节点i的电量；α
j,t
为注入节点支路j的碳流密度；J为向该用户节点注入功率的支路数；P
Gi,t
为用户节点i处的发电机的输入功率；e
Gi,t
为该发电机的碳排放强度值，其中支路的碳流密度计算方法如下所示：式中：P为支路对应的有功潮流，支路的碳流密度与该支路始端节点的碳势相等；基于动态负荷碳势计算用户节点在时段t的用电碳排放量，具体计算式如下所示：E
i,t
＝e
i,t
Q
i,t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)式中：Q
i,t
为用户节点i在时段t的用电量；E
i,t
为用户节点i在时段t的实际碳排放量。3.根据权利要求2所述的一种基于碳排放流的电力系统低碳经济优化方法，其特征是，所述的步骤4中设定基于Shapley值的节点碳配额分配具体为：应用Shapley值法分摊用户节点的碳排放责任，具体的计算规则如下：
式中：V
i
为联盟中用户节点i碳配额分配值；S为子联盟；|S|为子联盟的数量；ω(|S|)是加权因子；V(S)是集合S需要承担的碳排放责任；V(S/i)是集合S中除去节点i的其他用户节点形成联盟的碳责任承担量，用户节点的碳责任承担值应该在边际作用的范围内，不小于边际作用的最小值V
i,min
，也不大于边际作用的最大值V
i,max
，即V
i,min
≤V
i
≤V
i,max
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)。4.根据权利要求3所述的一种基于碳排放流的电力系统低碳经济优化方法，其特征是，所述的阶梯碳价区间具体为将碳配额边际区间内的平均值V
i,av
作为一个阶段的节点，在V
i,min
、V
i,av
、V
i,max
范围内设定阶梯区间碳价方案，针对这三个节点分为四个碳价设定区间：无成本价格区间0～V
i,min
、低成本价格区间V
i,min
～V
i,av
、中成本价格区间V
i,av
～V
i,max
、高成本价格区间V
i,max
～∞，针对不同的区间，对碳价实施阶段性的设定，设定方式如下所示：式中：p为阶梯碳价，单位为$/tCO2，当用户的碳排放量低于边...

【专利技术属性】
技术研发人员：董真，罗祾，程凡，杜凤青，陈甜甜，赵林萱，刘婧，李莉华，
申请(专利权)人：国网上海市电力公司，
类型：发明
国别省市：