一种考虑电碳互耦的自备电厂优化控制方法及装置与流程

本发明涉及自备电厂的优化控制，具体涉及一种考虑电碳互耦的自备电厂优化控制方法及装置。

背景技术：

1、随着自备电厂相关文件出台，自备电厂规范发展，被认定为参与电力市场交易的主体。自备电厂是新型电力系统的典型代表，将碳交易成本纳入到自备电厂优化运行的过程中，不仅可以降低自备电厂的碳排放，还能保证良好的经济性。

2、然而，当自备电厂在电力市场和碳市场环境下出现交易能力和多重交易耦合机制不明晰的问题时，自备电厂会出现参与电、碳交易配比缺失的问题，难以获得交易均衡点。进一步的，自备电厂将难以应对交易运行过程中复杂场景，易导致电力交易中断、供需失衡等问题。因此，加强自备电厂电碳交易互耦特性具有重要意义。

技术实现思路

1、为了克服上述缺陷，本发明提出了一种考虑电碳互耦的自备电厂优化控制方法及装置。

2、第一方面，提供一种考虑电碳互耦的自备电厂优化控制方法，所述考虑电碳互耦的自备电厂优化控制方法包括：

3、s101：求解预先构建的自备电厂优化控制上层模型，得到第一优化结果；

4、s102：将所述第一优化结果代入预先构建的自备电厂优化控制下层模型并求解，得到第二优化结果；

5、s103：判断所述第一优化结果与上一次迭代计算得到的第一优化结果之差是否小于预设值，若是，转至s104，否则，将所述第二优化结果代入预先构建的自备电厂优化控制上层模型并返回s101；

6、s104：基于所述第一优化结果和第二优化结果，得到自备电厂优化控制方案；

7、其中，所述第一优化结果包括：自备电厂与配电网进行电交易的购电价格，所述第二优化结果包括下述中的至少一种：自备电厂内部光伏发电出力、自备电厂向上级配电网出售的功率、自备电厂内火电机组的有功出力、自备电厂内部燃气轮机有功出力、自备电厂内部蓄电池放电功率，自备电厂内部蓄电池充电功率。

8、优选的，所述预先构建的自备电厂优化控制上层模型包括：为自备电厂优化控制配置的第一目标函数和第一约束条件。

9、进一步的，所述第一目标函数的数学模型如下：

10、

11、上式中，c0为从输电线路购电的有功电价，为t时段在输电线路上购买的有功功率，d0为从输电线路购电的无功电价，为t时段在输电线路上购买的无功功率，t为研究周期时段数，n为节点数目，ci为配电网节点i所连接的自备电厂与配电网进行交易的有功功率成本，为t时段配电网节点i所连接的自备电厂与配电网进行交易的有功电量，di为配电网节点i所连接的自备电厂与配电网进行交易的无功功率成本，为t时段配电网节点i所连接的自备电厂与配电网进行交易的无功电量。

12、进一步的，所述第一约束条件包括下述中的至少一种：配电网支路有功功率平衡约束、配电网支路无功功率平衡约束、配电网节点所连接的自备电厂与配电网进行交易的有功电量约束、配电网节点所连接的自备电厂与配电网进行交易的无功电量约束、配电网节点电压约束。

13、进一步的，所述配电网支路有功功率平衡约束的数学模型如下：

14、

15、所述配电网支路无功功率平衡约束的数学模型如下：

16、

17、所述配电网节点所连接的自备电厂与配电网进行交易的有功电量约束的数学模型如下：

18、

19、所述配电网节点所连接的自备电厂与配电网进行交易的无功电量约束的数学模型如下：

20、

21、所述配电网节点电压约束的数学模型如下：

22、vimin≤vi,t(sx)≤vimax

23、上式中，nmg为自备电厂的数量，ploss为系统总有功损耗，sx为所述第二优化结果的集合，qloss为系统总无功损耗，为节点i在t时段负荷的有功功率，为节点i在t时段负荷的无功功率，分别为t时段节点i所连自备电厂与上级配电网交易的有功功率最小值、无功功率最小值、有功功率最大值和无功功率最大值，vi,t为节点i的节点电压，和分别为节点i的最小节点电压和最大节点电压。

24、进一步的，所述求解预先构建的自备电厂优化控制上层模型，得到第一优化结果，包括：

25、对预先构建的自备电厂优化控制上层模型进行线性化推导，得到拉格朗日函数；

26、扩展拉格朗日函数对求偏导，得到第一优化结果。

27、进一步的，所述拉格朗日函数的数学模型如下：

28、

29、上式中，λp为配电网支路有功功率平衡约束的对偶因子，λq为配电网支路无功功率平衡约束的对偶因子，和分别为配电网节点所连接的自备电厂与配电网进行交易的有功电量约束的正向对偶因子和负向对偶因子，和分别为配电网节点所连接的自备电厂与配电网进行交易的无功电量约束的正向对偶因子和负向对偶因子，和分别为配电网节点电压约束的正向对偶因子和负向对偶因子。

30、进一步的，所述第一优化结果的数学模型如下：

31、

32、上式中，为t时段节点i所连自备电厂与配电网进行电交易的购电价格，vj,t为节点j的节点电压。

33、优选的，所述预先构建的自备电厂优化控制下层模型包括：为自备电厂优化控制配置的第二目标函数和第二约束条件。

34、进一步的，所述第二目标函数的数学模型如下：

35、f＝min(f1+f2)

36、上式中，f为自备电厂运行的总成本，f1为自备电厂碳交易成本，f2为自备电厂的运行成本，其中，所述自备电厂碳交易成本的数学模型如下：

37、

38、所述自备电厂的运行成本的数学模型如下：

39、

40、上式中，t为研究周期时段数，pco2为自备电厂碳交易碳价格，e为自备电厂的实际碳排放量，y为自备电厂无偿碳配额，cv、cb,t、cg、cx、cs,t分别为自备电厂内部光伏发电运行成本、自备电厂从上级配电网购电价格、自备电厂内部燃气轮机运行成本、自备电厂内部蓄电池充放电成本、自备电厂向上级配电网售电价格，分别为自备电厂内部t时段光伏发电出力、自备电厂t时段内向上级配电网出售的功率、自备电厂t时段内火电机组的有功出力、自备电厂内部燃气轮机有功出力、自备电厂内部蓄电池t时段放电功率，自备电厂内部蓄电池t时段充电功率。

41、进一步的，所述自备电厂无偿碳配额的数学模型如下：

42、

43、所述自备电厂的实际碳排放量的数学模型如下：

44、

45、所述自备电厂碳交易碳价格的数学模型如下：

46、

47、上式中，为行业统一的单位电量碳排放分配率，δt为单位时段，a1和a2分别为燃气轮机和火电机组单位有功出力的碳排放强度，为市场基础碳价，β为每个阶梯碳价格增长率，a为碳排放区间长度。

48、进一步的，所述第二约束条件包括下述中的至少一种：自备电厂功率平衡约束、燃气轮机的容量约束和爬坡约束、蓄电池的容量约束和充放电约束、自备电厂与连接上级配电网的交互功率约束、自备电厂内部光伏装置出力约束。

49、第二方面，提供一种考虑电碳互耦的自备电厂优化控制装置，所述考虑电碳互耦的自备电厂优化控制装置包括：

50、第一分析模块，用于求解预先构建的自备电厂优化控制上层模型，得到第一优化结果；

51、第二分析模块，用于将所述第一优化结果代入预先构建的自备电厂优化控制下层模型并求解，得到第二优化结果；

52、判断模块，用于判断所述第一优化结果与上一次迭代计算得到的第一优化结果之差是否小于预设值，若是，转至规划模块，否则，将所述第二优化结果代入预先构建的自备电厂优化控制上层模型并返回第一分析模块；

53、规划模块，用于基于所述第一优化结果和第二优化结果，得到自备电厂优化控制方案；

54、其中，所述第一优化结果包括：自备电厂与配电网进行电交易的购电价格，所述第二优化结果包括下述中的至少一种：自备电厂内部光伏发电出力、自备电厂向上级配电网出售的功率、自备电厂内火电机组的有功出力、自备电厂内部燃气轮机有功出力、自备电厂内部蓄电池放电功率，自备电厂内部蓄电池充电功率。

55、优选的，所述预先构建的自备电厂优化控制上层模型包括：为自备电厂优化控制配置的第一目标函数和第一约束条件。

56、进一步的，所述第一目标函数的数学模型如下：

57、

58、上式中，c0为从输电线路购电的有功电价，为t时段在输电线路上购买的有功功率，d0为从输电线路购电的无功电价，为t时段在输电线路上购买的无功功率，t为研究周期时段数，n为节点数目，ci为配电网节点i所连接的自备电厂与配电网进行交易的有功功率成本，为t时段配电网节点i所连接的自备电厂与配电网进行交易的有功电量，di为配电网节点i所连接的自备电厂与配电网进行交易的无功功率成本，为t时段配电网节点i所连接的自备电厂与配电网进行交易的无功电量。

59、优选的，所述第一约束条件包括下述中的至少一种：配电网支路有功功率平衡约束、配电网支路无功功率平衡约束、配电网节点所连接的自备电厂与配电网进行交易的有功电量约束、配电网节点所连接的自备电厂与配电网进行交易的无功电量约束、配电网节点电压约束。

60、进一步的，所述配电网支路有功功率平衡约束的数学模型如下：

61、

62、所述配电网支路无功功率平衡约束的数学模型如下：

63、

64、所述配电网节点所连接的自备电厂与配电网进行交易的有功电量约束的数学模型如下：

65、

66、所述配电网节点所连接的自备电厂与配电网进行交易的无功电量约束的数学模型如下：

67、

68、所述配电网节点电压约束的数学模型如下：

69、

70、上式中，nmg为自备电厂的数量，ploss为系统总有功损耗，sx为所述第二优化结果的集合，qloss为系统总无功损耗，为节点i在t时段负荷的有功功率，为节点i在t时段负荷的无功功率，分别为t时段节点i所连自备电厂与上级配电网交易的有功功率最小值、无功功率最小值、有功功率最大值和无功功率最大值，vi,t为节点i的节点电压，和分别为节点i的最小节点电压和最大节点电压。

71、进一步的，所述第一分析模块具体用于：

72、对预先构建的自备电厂优化控制上层模型进行线性化推导，得到拉格朗日函数；

73、扩展拉格朗日函数对求偏导，得到第一优化结果。

74、进一步的，所述拉格朗日函数的数学模型如下：

75、

76、上式中，λp为配电网支路有功功率平衡约束的对偶因子，λq为配电网支路无功功率平衡约束的对偶因子，和分别为配电网节点所连接的自备电厂与配电网进行交易的有功电量约束的正向对偶因子和负向对偶因子，和分别为配电网节点所连接的自备电厂与配电网进行交易的无功电量约束的正向对偶因子和负向对偶因子，和分别为配电网节点电压约束的正向对偶因子和负向对偶因子。

77、进一步的，所述第一优化结果的数学模型如下：

78、

79、上式中，为t时段节点i所连自备电厂与配电网进行电交易的购电价格，vj,t为节点j的节点电压。

80、优选的，所述预先构建的自备电厂优化控制下层模型包括：为自备电厂优化控制配置的第二目标函数和第二约束条件。

81、进一步的，所述第二目标函数的数学模型如下：

82、f＝min(f1+f2)

83、上式中，f为自备电厂运行的总成本，f1为自备电厂碳交易成本，f2为自备电厂的运行成本，其中，所述自备电厂碳交易成本的数学模型如下：

84、

85、所述自备电厂的运行成本的数学模型如下：

86、

87、上式中，t为研究周期时段数，pco2为自备电厂碳交易碳价格，e为自备电厂的实际碳排放量，y为自备电厂无偿碳配额，cv、cb,t、cg、cx、cs,t分别为自备电厂内部光伏发电运行成本、自备电厂从上级配电网购电价格、自备电厂内部燃气轮机运行成本、自备电厂内部蓄电池充放电成本、自备电厂向上级配电网售电价格，分别为自备电厂内部t时段光伏发电出力、自备电厂t时段内向上级配电网出售的功率、自备电厂t时段内火电机组的有功出力、自备电厂内部燃气轮机有功出力、自备电厂内部蓄电池t时段放电功率，自备电厂内部蓄电池t时段充电功率。

88、进一步的，所述自备电厂无偿碳配额的数学模型如下：

89、

90、所述自备电厂的实际碳排放量的数学模型如下：

91、

92、所述自备电厂碳交易碳价格的数学模型如下：

93、

94、上式中，为行业统一的单位电量碳排放分配率，δt为单位时段，a1和a2分别为燃气轮机和火电机组单位有功出力的碳排放强度，为市场基础碳价，β为每个阶梯碳价格增长率，a为碳排放区间长度。

95、进一步的，所述第二约束条件包括下述中的至少一种：自备电厂功率平衡约束、燃气轮机的容量约束和爬坡约束、蓄电池的容量约束和充放电约束、自备电厂与连接上级配电网的交互功率约束、自备电厂内部光伏装置出力约束。

96、第三方面，提供一种计算机设备，包括：一个或多个处理器；

97、所述处理器，用于存储一个或多个程序；

98、当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现所述的考虑电碳互耦的自备电厂优化控制方法。

99、第四方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存有计算机程序，所述计算机程序被执行时，实现所述的考虑电碳互耦的自备电厂优化控制方法。

100、本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种有益效果：

101、本发明提供了一种考虑电碳互耦的自备电厂优化控制方法及装置，包括：s101：求解预先构建的自备电厂优化控制上层模型，得到第一优化结果；s102：将第一优化结果代入预先构建的自备电厂优化控制下层模型并求解，得到第二优化结果；s103：判断第一优化结果与上一次迭代计算得到的第一优化结果之差是否小于预设值，若是，转至s104，否则，将第一优化结果代入预先构建的自备电厂优化控制下层模型并返回s101；s104：基于第一优化结果和第二优化结果，得到自备电厂优化控制方案；本发明提出的上层模型求解自备电厂与配电网进行电交易的购电价格与下层模型求解自备电厂交易量上下迭代的方法，可以为不同时间段自备电厂内部能源设备动态调整运行提供支撑，实现了自备电厂不同能源设备之间的灵活互动、电碳交易和自备电厂运行的双层分布式优化以及自备电厂内部各能源设备的最优控制。在保证自备电厂良好经济性的同时还降低了自备电厂的碳排放。相关发明成果可用于自备电厂的交易和控制等生产工作中，可有效指导自备电厂的推广建设、规划运行。