一种多阶段电-气综合能源系统低碳扩展规划方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多阶段电

【技术实现步骤摘要】
一种多阶段电
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气综合能源系统低碳扩展规划方法


[0001]本专利技术属于综合能源系统扩展规划领域，具体涉及一种多阶段电
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气综合能源系统低碳扩展规划方法。

技术介绍

[0002]电力系统占全球碳排放量的很大一部分，在2021年为39.3％左右。因此，不可避免地需要逐步淘汰燃煤机组并扩建更多的可再生能源机组。
[0003]这些努力面临的最大挑战涉及可再生能源发电固有的随机性。因此，寻求提高可再生能源在电力系统中的渗透率的规划工作必须考虑到对高水平的运行灵活性的需求大大增加，以确保在与可再生能源发电出力相关的短期不确定性下的系统经济性和安全性。
[0004]由于燃气机组具有出色的斜坡特性，因此可以通过用天然气发电机取代传统的燃煤机组来提供必要的运行灵活性。此外，燃气机组单位出力所产生的二氧化碳强度远低于燃煤机组。目前的研究通常只考虑年或月规模的长期不确定性，而忽略了日或小时规模的短期不确定性，这大大降低了可再生能源发电高渗透率的综合系统的经济性和安全性。其次，大多数研究没有考虑到燃煤机组的多阶段退役，这导致电力系统的灵活性分阶段丧失，即使对电力系统灵活性的要求在不断增加。此外，大多数研究忽略了多阶段碳配额削减对规划决策的长期优化的影响。
[0005]综上所述，为未来的低碳电力系统和电
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气互联综合系统开发扩展规划方法具有重大意义，这可以实现用高渗透率的可再生能源机组和燃气机组取代退役的燃煤机组。解决上述问题对于我国新一代低碳能源系统的构建具有重要意义。

技术实现思路

[0006]为了解决上述
技术介绍
提到的技术问题，本专利技术提出了一种多阶段电
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气综合能源系统低碳扩展规划方法，本专利技术在已知燃煤机组各阶段退役情况的基础上，考虑燃气机组、新能源机组以及气源点的扩建规划，同时考虑线路的扩建以缓解可能出现的电网阻塞。通过施加碳配额约束实现各个阶段的碳减排目标，通过施加非预期约束确保当前阶段的规划方案的制定仅基于当前已知的信息而与未来的不确定性无关。扩展规划模型的仿真结果有望为电
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气综合能源系统面向低碳转型的扩展规划方案制定提供参考。
[0007]为了实现上述技术目的，本专利技术的技术方案为：
[0008]一种多阶段电
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气综合能源系统低碳扩展规划方法，包括以下步骤：
[0009]S1、通过搜集该地区历史负荷增长率数据，曲线拟合规划周期内的各个阶段负荷增长值，并基于拟合值上下调整预测值，从而形成典型长期负荷增长率场景；
[0010]S2、基于风电场实际历史时间断面的出力数据，采用K
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means聚类生成该地区多个24时段出力场景作为典型日；
[0011]S3、根据步骤S1和步骤S2得到的规划周期内各阶段负荷增长场景及风电出力场景，构建各典型日中的电力系统短期运行模型；
[0012]S4、根据步骤S1得到的规划周期内各阶段负荷增长场景，构建基于二阶锥松弛的典型日中的天然气系统短期运行模型；
[0013]S5、根据各设备的投资成本以及该地区碳减排政策，构建扩展规划投资约束、碳排放限额约束以及各阶段的非预期约束；
[0014]S6、利用燃气轮机组的运行约束将步骤S3和步骤S4的电力系统短期运行模型和天然气系统短期运行模型耦合为电
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气综合能源系统运行短期模型，将步骤S3、步骤S4和步骤S5构建的各个模型约束组合，并以投资阶段内的投资成本和运行成本之和最小为目标函数，组合构建得到电
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气互联综合能源系统多阶段扩展规划模型，求解模型得到电
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气互联综合能源系统多阶段扩展规划结果，求解得到的结果是各个阶段的投资建设的设备容量。
[0015]采用上述技术方案带来的有益效果：
[0016]本专利技术建立了一个电
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气综合能源系统的低碳协调扩展规划模型。利用具有非预期性约束的多个阶段来表示投资决策，在每个阶段，退役的燃煤机组逐渐被可再生能源和燃气机组取代。本专利技术包含了短期运行的灵活性，以考虑到间歇性的可再生能源生产。这是通过为运行阶段的每一个代表日建立一个随机运行模型来实现的，其中明确考虑了可再生能源的实时波动。本专利技术体现了在规划层面上考虑运行灵活性的必要性，并表现了运行灵活性、投资成本和碳排放之间的权衡。本专利技术有望为电
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气综合能源系统低碳扩展规划方案的制定提供参考。
具体实施方式
[0017]本专利技术提出一种多阶段电
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气综合能源系统低碳扩展规划方法，针对当前扩展规划方案在负荷增长不确定和风电输出短期不确定的情况下无法保证综合能源系统所需的运行灵活性问题，提出了一种多阶段电
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气综合能源系统扩展规划方法。非预期性约束的应用确保了在每个规划阶段做出的扩展决策只基于当前已知的条件，因此不受未来不确定性的影响。在向低碳能源系统过渡的过程中，考虑燃气机组的扩展规划对于提高综合能源系统的运行灵活性至关重要。本专利技术旨在通过多阶段扩展规划模型实现综合能源系统规划方案制定仿真模拟，实现电力系统与天然气系统面向于低碳能源系统的协同规划。包括以下步骤：
[0018]S1、通过搜集该地区历史负荷增长率数据，曲线拟合规划周期内的各个阶段负荷增长值，并基于拟合值上下调整预测值，从而形成典型长期负荷增长率场景；
[0019]S2、基于风电场实际历史时间断面的出力数据，采用K
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means聚类生成该地区多个24时段出力场景作为典型日；
[0020]S3、根据步骤S1和步骤S2得到的规划周期内各阶段负荷增长场景及风电出力场景，构建各典型日中的电力系统短期运行模型；
[0021]S4、根据步骤S1得到的规划周期内各阶段负荷增长场景，构建基于二阶锥松弛的典型日中的天然气系统短期运行模型；
[0022]S5、根据各设备的投资成本以及该地区碳减排政策，构建扩展规划投资约束、碳排放限额约束以及各阶段的非预期约束；
[0023]S6、利用燃气轮机组的运行约束将步骤S3和步骤S4的电力系统短期运行模型和天然气系统短期运行模型耦合为电
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气综合能源系统运行短期模型，将步骤S3、步骤S4和步骤
S5构建的各个模型约束组合，并以投资阶段内的投资成本和运行成本之和最小为目标函数，组合构建得到电
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气互联综合能源系统多阶段扩展规划模型，求解模型得到电
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气互联综合能源系统多阶段扩展规划结果，求解得到的结果是各个阶段的投资建设的设备容量。
[0024]步骤S3中，典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：
[0025][0026][0027][0028][0029][0030][0031][0032][0033][0034][0035][0036][0037][0038][0039][0040][0041][0042][00本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多阶段电
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气综合能源系统低碳扩展规划方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过搜集该地区历史负荷增长率数据，曲线拟合规划周期内的各个阶段负荷增长值，并基于拟合值上下调整预测值，从而形成典型长期负荷增长率场景；S2、基于风电场实际历史时间断面的出力数据，采用K
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means聚类生成该地区多个24时段出力场景作为典型日；S3、根据步骤S1和步骤S2得到的规划周期内各阶段负荷增长场景及风电出力场景，构建各典型日中的电力系统短期运行模型；S4、根据步骤S1得到的规划周期内各阶段负荷增长场景，构建基于二阶锥松弛的典型日中的天然气系统短期运行模型；S5、根据各设备的投资成本以及该地区碳减排政策，构建扩展规划投资约束、碳排放限额约束以及各阶段的非预期约束；S6、利用燃气轮机组的运行约束将步骤S3和步骤S4的电力系统短期运行模型和天然气系统短期运行模型耦合为电
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气综合能源系统运行短期模型，将步骤S3、步骤S4和步骤S5构建的各个模型约束组合，并以投资阶段内的投资成本和运行成本之和最小为目标函数，组合构建得到电
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气互联综合能源系统多阶段扩展规划模型，求解模型得到电
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气互联综合能源系统多阶段扩展规划结果，求解得到的结果是各个阶段的投资建设的设备容量。2.根据权利要求1所述一种多阶段电
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气综合能源系统低碳扩展规划方法，其特征在于，步骤S3中，典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：典型日中的电力系统短期运行模型如下式所示：
式中，i表示电网节点，S表示规划阶段，y表示长期不确定性场景，ω表示短期不确定性场景，t表示时段，取值为1小时，E表示已存在设备，C表示候选待建设备，c表示燃煤机组，g表示燃气机组，q表示风电机组；和分别表示已建燃煤机组、燃气机组和风电机组在阶段场景y中的阶段S的日内场景ω的t时段的有功出力，和分别表示候选燃气机组和风电机组在阶段场景y中的阶段S的日内场景ω的t时段的有功出力，和分别表示已建和候选输电线路流经的电功率，表示在阶段场景y中的阶段S的日内场景ω的t时段实际供应的电负荷；表示在阶段场景y中的阶段S的日内场景ω的t时段节点i的电压相角，x
ij
表示在阶段场景y中的阶段S的日内场景ω的t时段线路ij的电抗值，表示线路ij的最大输电容量，表示候选线路ij在阶段场景y中的阶段S的建设状态，为1时表示已建投入运行，反之为0；M表示一个比较大的正数；和分别表示节点i的电压相角上下限；表示在阶段场景y中的阶段S的日内场景ω的t时段参考节点的电压相角；表示阶段S中燃煤机组部分退役后的在运行容量，表示燃气机组的装机容量；表示风电机组在日内场景ω的t时段的预测出力值；和分别表示候选燃气和风电机组在阶段场景y中的阶段S的扩建装机容量，η
qωt
表示风电机组在日内场景ω的t时段的预测出力曲线；r
ramp
表示机组爬坡极限；表示在阶段场景y中的阶段S的日内场景ω的t时段的负荷需求；表示在阶段场景y中的阶段S的负荷相较于基准负荷的比值，表示在日内场景ω的t时段的负荷需求。3.根据权利要求1所述一种多阶段电
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气综合能源系统低碳扩展规划方法，其特征在于，步骤S4中，基于二阶锥松弛的典型日中的天然气系统短期运行模型如下式所示：基于二阶锥松弛的典型日中的天然气系统短期运行模型如下式所示：
式中，m表示气网节点，和分别代表已建气源点和候选气源点w在阶段场景y中的阶段S的日内场景ω的t时段的供气量，表示在阶段场景y中的阶段S的日内场景ω的t时段的节点m的实际供应的气负...

【专利技术属性】
技术研发人员：卫志农，杨立，陈胜，孙国强，臧海祥，周亦洲，朱瑛，黄蔓云，韩海腾，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：