一种基于碳责任分摊的需求响应低碳调度方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于碳责任分摊的需求响应低碳调度方法及系统，通过数据库构建、碳排放责任分摊及高碳节点识别、需求响应低碳调度模型构建及求解、调度策略效益评价等模块，将碳排放的因素引入需求响应调度决策中，在满足负荷调节目标的同时，有效降低碳排放。本发明专利技术能够通过输入发电侧和负荷侧的相关运行数据，结合负荷调控目标，得出考虑碳成本的需求侧响应优化调度策略，支撑相关部门制定科学合理的需求响应方式，对于电力行业的智能化和低碳化发展具有重要意义。碳化发展具有重要意义。碳化发展具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于碳责任分摊的需求响应低碳调度方法及系统


[0001]本专利技术属于电力系统低碳经济调度领域，涉及电力系统碳排放流理论，特别是一种基于碳责任分摊的需求响应低碳调度方法及系统。

技术介绍

[0002][0003]高比例可再生能源接入电网会导致电力供需平衡形势愈加严峻，进行合理的需求侧管理，是实现电网供需平衡、降低用电需求的波动与峰谷差的重要手段。由于用户需求响应将改变碳排放，传统响应策略中并未考虑碳排放指标，导致难以评估对用户碳配额和碳交易市场的影响。目前电网企业针对电力用户所开展的需求响应策略主要是基于电价的需求响应，而在碳市场的背景下，用户通过改变用电行为引起的碳排放成本改变也可以作为激励信号被利用起来。因此，探索碳市场环境下需求响应改进策略，可以更好地应对碳市场的变化，促进政府、企业和个人消费者主动参与碳减排行动，降低碳排放，推动清洁能源的发展。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于碳责任分摊的需求响应低碳调度方法及系统，解决电力需求响应难以兼顾碳排放的问题。
[0005]本专利技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
[0006]一种基于碳责任分摊的需求响应低碳调度方法及系统，包括以下步骤：
[0007]步骤一，获取并构建面向需求响应的新型电力系统碳排放数据库；
[0008]步骤二，结合碳排放流理论和电力系统碳排放责任分摊技术，识别高碳节点，获得所开展需求响应区域用户的碳排放责任分摊结果；
[0009]步骤三，以最小化碳排放成本和需求响应成本为目标，电力系统安全稳定运行条件等为约束，构建低碳需求响应优化调度模型；
[0010]步骤四，在标准粒子群优化算法的基础上，对粒子群算法的惯性权重和加速系数进行了改进，提出一种适用于需求响应优化调度模型求解的改进粒子群算法；
[0011]步骤五，通过模型求解，最终输出不同需求响应用户节点的响应策略，并分析得出调度策略在负荷调整和碳排放方面的效益。
[0012]而且，步骤一中面向需求响应的新型电力系统碳排放数据库构建，是结合用户侧需求响应相关数据特征，构建以促进用户侧需求响应为主要目的，以企业温室气体排放核算与报告指南复核和多重政策协同下碳排放责任分摊为补充目的的新型电力系统碳排放数据库，其步骤主要包括：
[0013]步骤1，面向用户侧需求响应的数据库构建。包括电力市场交易数据、用户侧负荷特性指标以及可再生能源出力数据；
[0014]步骤2，基于企业温室气体排放核算与报告指南复核的数据库构建。包括发电侧化
石燃料燃烧产生的碳排放以及用户侧的经济、生产、气象指标；
[0015]步骤3，基于多重政策协同下碳排放责任分摊的碳排放数据库构建。包括可再生能源配额和价格、绿证、绿电交易的价格、火电机组成本数据。
[0016]而且，步骤二中的碳排放责任分摊技术，采用基于节点碳迹强度
‑
公平性理论的负荷侧碳排放责任分摊方法，主要包括：
[0017]步骤1，依据碳排放流理论，采用潮流和碳流追踪方法，定量评估系统的潮流分布情况；
[0018]步骤2，应用节点碳强度评估方法，构建考虑网损的逆流分布矩阵和发电节点碳流注入量的列向量，结合潮流结果计算得到系统网络的节点碳迹强度(Footprint Carbon Intensity，FCI)和FCI方法下的碳排放责任分摊结果(定值)；
[0019]步骤3，参考分配公平性的相关理论及节点相关数据，引入适用于电力系统的“公平性区间”概念，构建针对负荷侧的碳排放责任分摊公平性区间(区间值)。
[0020]而且，负荷侧各节点的FCI值计算方法为：
[0021]步骤1，在考虑网络损耗的额外碳排放情况下，选取各支路的首端有功功率来计算逆流分布矩阵，系统的碳流关系计算如下式：
[0022][0023]式中，为节点流经的总碳流矢量；C
fG
为各发电节点碳流注入的列向量，其中，非发电节点对应元素为0。另外，对于新型电力系统，可再生能源发电比例逐年提高，使得某些发电节点的碳排放强度为0，因此其碳流注入量也为0。为考虑网损的逆流分布矩阵，其矩阵元素可以表示为：
[0024][0025]式中，P
mn
为节点n流入支路mn的首端有功功率；P
n
为节点n的流经功率(等于注入或流出功率之和)；Γ_(m)为节点m的进线集。
[0026]步骤2，基于上述计算得到的系统碳流关系，构建下式来表示系统的FCI矢量：
[0027][0028]式中，P
n
为节点流经功率矢量。
[0029]步骤3，利用下式计算得到负荷侧各负荷节点的碳排放责任分摊量：
[0030]x
i
＝P
Di
F
f(i)
[0031]式中，P
Di
为负荷成员i的有功消耗功率量；F
f(i)
为负荷成员i所在节点的FCI值。
[0032]步骤4，结合历史责任和个体平等的原则，在得到基于FCI分摊方法下的定量责任分摊值后，根据其结果和公平性理论构建出责任分摊公平性区间，为决策者提供了可变性更高的决策空间。
[0033]而且，高碳节点识别的具体步骤如下：
[0034]步骤1，基于碳排放流理论，对整个电力系统进行碳流分析计算，得到各节点碳流量、碳流密度、节点碳势等数据；
[0035]步骤2，根据关键参量的输出结果，计算负荷侧的碳排放量；
[0036]步骤3，根据潮流及碳流计算结果，计算系统负荷侧碳排放责任分摊量；
[0037]步骤4，收集系统的实测碳排放量汇总结果，将实际的碳与虚拟的碳进行对比分析，同时依照碳排放责任分摊结果，设置碳排放量及碳排放责任分摊量临界值(平均值)；
[0038]步骤5，进行高碳节点识别工作。为合理设置碳排放量临界值，将“实际的碳”和“虚拟的碳”两种情景下总排放量的和的平均值设定为其临界值。在“碳排放量及碳排放责任分摊量均超过平均值”和“碳排放量超过平均值但碳排放责任分摊量未超过平均值”这两种情境下，判定该节点为高碳节点，其余情景下皆判定为非高碳节点。
[0039]而且，低碳需求响应优化调度模型的构建方法为：
[0040]步骤1，以负荷侧碳排放成本和需求响应成本之和最小为目标，构建目标函数，其中N
T
和N
N
分别为时段总数和电网节点总数，C
CE,i,t
为t时刻节点i的阶梯型碳排放成本，c
DR
为需求响应单位成本，和分别为t时刻节点i的负荷上调和下调功率；
[0041]步骤2，定义负荷侧碳排放成本的计算方法以阶梯型碳交易成本为原则，计算方法为：
[0042][0043]式中，E
i,t
为t时刻节点i的碳排放量，c
CE,1
、c
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于碳责任分摊的需求响应低碳调度方法及系统，其特征在于：包括以下步骤：步骤一，获取并构建面向需求响应的新型电力系统碳排放数据库；步骤二，结合碳排放流理论和电力系统碳排放责任分摊技术，识别高碳节点，获得所开展需求响应区域用户的碳排放责任分摊结果；步骤三，以最小化碳排放成本和需求响应成本为目标，电力系统安全稳定运行条件等为约束，构建低碳需求响应优化调度模型；步骤四，在标准粒子群优化算法的基础上，对粒子群算法的惯性权重和加速系数进行了改进，提出一种适用于需求响应优化调度模型求解的改进粒子群算法；步骤五，通过模型求解，最终输出不同需求响应用户节点的响应策略，并分析得出调度策略在负荷调整和碳排放方面的效益。2.根据权利要求1所述的一种基于碳责任分摊的需求响应低碳调度方法及系统，其特征在于：所述步骤一中面向需求响应的新型电力系统碳排放数据库构建，是结合用户侧需求响应相关数据特征，构建以促进用户侧需求响应为主要目的，以企业温室气体排放核算与报告指南复核和多重政策协同下碳排放责任分摊为补充目的的新型电力系统碳排放数据库，其步骤主要包括：步骤1，面向用户侧需求响应的数据库构建；包括电力市场交易数据、用户侧负荷特性指标以及可再生能源出力数据；步骤2，基于企业温室气体排放核算与报告指南复核的数据库构建；包括发电侧化石燃料燃烧产生的碳排放以及用户侧的经济、生产、气象指标；步骤3，基于多重政策协同下碳排放责任分摊的碳排放数据库构建；包括可再生能源配额和价格、绿证、绿电交易的价格、火电机组成本数据。3.根据权利要求1所述的一种基于碳责任分摊的需求响应低碳调度方法及系统，其特征在于：所述步骤二中的碳排放责任分摊技术，采用基于节点碳迹强度
‑
公平性理论的负荷侧碳排放责任分摊方法：步骤1，依据碳排放流理论，采用潮流和碳流追踪方法，定量评估系统的潮流分布情况；步骤2，应用节点碳强度评估方法，构建考虑网损的逆流分布矩阵和发电节点碳流注入量的列向量，结合潮流结果计算得到系统网络的节点碳迹强度和FCI方法下的碳排放责任分摊结果，即定值；步骤3，参考分配公平性的相关理论及节点相关数据，引入适用于电力系统的“公平性区间”概念，构建针对负荷侧的碳排放责任分摊公平性区间，即区间值。4.根据权利要求3所述的一种基于碳责任分摊的需求响应低碳调度方法及系统，其特征在于：负荷侧各节点的FCI值计算方法为：步骤1，在考虑网络损耗的额外碳排放情况下，选取各支路的首端有功功率来计算逆流分布矩阵，系统的碳流关系计算如下式：式中，为节点流经的总碳流矢量；C
fG
为各发电节点碳流注入的列向量，其中，非发电节点对应元素为0；另外，对于新型电力系统，可再生能源发电比例逐年提高，使得某些发电节点的碳排放强度为0，因此其碳流注入量也为0；为考虑网损的逆流分布矩阵，其矩
阵元素可以表示为：式中，P
mn
为节点n流入支路mn的首端有功功率；P
n
为节点n的流经功率，等于注入或流出功率之和；Γ_(m)为节点m的进线集；步骤2，基于上述计算得到的系统碳流关系，构建下式来表示系统的FCI矢量：式中，P
n
为节点流经功率矢量；步骤3，利用下式计算得到负荷侧各负荷节点的碳排放责任分摊量：x
i
＝P
Di
F
f(i)
式中，P
Di
为负荷成员i的有功消耗功率量；F
f(i)
为负荷成员i所在节点的FCI值；步骤4，结合历史责任和个体平等的原则，在得到基于FCI分摊方法下的定量责任分摊值后，根据其结果和公平性理论构建出责任分摊公平性区间，为决策者提供了可变性更高的决策空间。5.根据权利要求1所述的一种基于碳责任分摊的需求响应低碳调度方法及系统，其特征在于：高碳节点识别的具体步骤如下：步骤1，基于碳排放流理论，对整个电力系统进行碳流分析计算，得到各节点碳流量、碳流密度、节点碳势等数据；步骤2，根据关键参量的输出结果，计算负荷侧的碳排放量；步骤3，根据潮流及碳流计算结果，计算系统负荷侧碳排放责任分摊量；步骤4，收集系统的实测碳排放量汇总结果，将实际的碳与虚拟的碳进行对比分析，同时依照碳排放责任分摊结果，设置碳排放量及...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国栋，陈天恒，孔祥玉，刘子瑜，倪玮晨，霍现旭，郑骁麟，吕金炳，
申请(专利权)人：国网天津市电力公司国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：