一种考虑发电厂碳-电耦合配置的电力系统容量配置方法

本发明涉及了一种电力系统容量配置方法，具体涉及一种考虑发电厂碳-电耦合配置的电力系统容量配置方法。

背景技术：

1、随着碳市场和电力市场的发展，发电厂关于碳配额和电力的配置日益交织复杂。然而，现有的研究主要集中在考虑固定碳代价参数的电力容量扩展模型上，通常忽略了碳市场和电力市场的实际出清过程，无法准确预测在碳市场和电力市场下发电企业的碳-电耦合配置，进而无法获得在碳市场和电力市场下电力系统的发电容量的优化配置结果。因此，亟待探索一种考虑发电厂碳-电耦合配置的电力系统容量配置方法，进而指导电力系统的清洁低碳转型。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种考虑发电厂碳-电耦合配置的电力系统容量配置方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、本发明的考虑发电厂碳-电耦合配置的电力系统容量配置方法，包括：

4、步骤1)建立发电厂的碳-电耦合配置模型和碳-电仿真出清模型，将发电厂的各个机组的代价量输入碳-电耦合配置模型中，碳-电耦合配置模型输出发电厂的配置结果，将发电厂的配置量输入碳-电仿真出清模型中，碳-电仿真出清模型输出发电厂的出清结果并返回至碳-电耦合配置模型中进行迭代。代价具体可以以电量衡量。

5、步骤2)在步骤1)的迭代过程中，使用强对偶方法将碳-电耦合配置模型中的非线性项转化为线性项后再使用商业求解器求解，获得每个发电厂的容量配置结果，使用对角化方法根据各个发电厂的容量配置结果寻找均衡解作为电力系统的最佳容量配置结果，实现电力系统的容量配置。

6、所述的步骤1)中，发电厂包括火电发电厂、可再生能源发电厂和核能发电厂，火电发电厂包括燃煤和燃气发电厂，可再生能源发电厂包括风电、光伏和水电发电厂；发电厂的碳-电耦合配置模型包括火电发电厂碳-电耦合配置模型、可再生能源发电厂碳-电耦合配置模型和核能发电厂碳-电耦合配置模型。

7、所述的火电发电厂碳-电耦合配置模型具体如下：

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18、其中，表示第l个火电发电厂的投入代价；表示求期望值的运算符；ps表示在第s个场景下的概率，λy表示第y年具备的场景的集合；和分别表示第l个火电发电厂在第s个场景下的运行流入计量值和辅助流入计量值；πfuel表示火电发电厂的集合；kfy表示火电发电厂第y年的流入代价差值，与贴现率d有关，用kfy＝1/(1+d)y表示；i/e∈πfl表示第i个待建发电机组/第e个现有发电机组归属于第l个火电发电厂；表示火电发电厂的第i个待建发电机组的单位容量的投入代价；xfiy和xfi(y-1)分别表示火电发电厂的第i个待建发电机组在第y年和第y-1年的新增配置容量；表示火电发电厂的第y年的单位初始碳配额的代价；表示第l个火电发电厂在第y年的碳配额配置量；和分别表示火电发电厂在第s个场景下的第i个和第e个发电机组的发电功率；πfs表示火电发电厂在第s个场景下的供电代价参数；和分别表示火电发电厂的第i个和第e个发电机组的单位发电功率的运行代价；μfs表示火电发电厂在第s个场景下的碳配额代价参数；和分别表示第l个火电发电厂在第s个场景下的碳配额输入和输出数量；表示火电发电厂提供的单位容量辅助代价；表示第l个火电发电厂提供的辅助容量占电力系统需要的辅助容量总量的比率；表示电力系统需要的辅助容量总量；表示火电发电厂的第i个待建机组的最大新增配置容量；和分别表示火电发电厂的第i个和第e个发电机组的容量系数；表示火电发电厂的第e个现有发电机组的现存容量；表示电力系统的第d个负荷的最大负荷功率；γ表示电力系统的安全系数；和分别表示火电发电厂在第s个场景下的第i个和第e个发电机组的功率预设代价参数；和分别表示火电发电厂的第i个和第e个发电机组的碳排放强度；σfls表示第l个火电发电厂在第s个场景下的初始碳配额分配系数。

19、火电发电厂的各个机组的代价量包括表示火电发电厂的第i个待建发电机组的单位容量的投入代价第i个发电机组的单位发电功率的运行代价第e个发电机组的单位发电功率的运行代价以及提供的单位容量辅助代价

20、发电厂的配置结果包括火电发电厂的第i个待建发电机组在第y年的新增配置容量xfiy、第l个火电发电厂在第s个场景下的碳配额输入数量和输出数量火电发电厂在第s个场景下的第i个发电机组的功率预设代价参数和第e个发电机组的功率预设代价参数

21、发电厂的出清结果包括火电发电厂在第s个场景下的第i个发电机组的发电功率和第e个发电机组的发电功率火电发电厂在第s个场景下的供电代价参数πfs。

22、火电发电厂的碳-电耦合配置包括容量配置和初始碳配额配置，容量配置涉及确定火电发电厂中的发电机组扩建的时间和具体容量，初始碳配额配置涉及到火电发电厂的初始碳配额的初始数量。

23、发电厂考虑运行场景模拟，对电力系统的风电、光伏出力以及电力负荷的数据采用k均值聚类的方式进行聚类，生成典型的运行场景。

24、所述的可再生能源发电厂碳-电耦合配置模型具体如下：

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35、其中，表示第l个可再生能源发电厂的投入代价；和分别表示第l个可再生能源发电厂在第s个场景下的运行流入计量值和辅助流入计量值；πren表示可再生能源发电厂的集合；πreg表示水电发电厂的集合，即可以提供辅助服务的发电厂的集合，πnonreg表示风电和光伏发电厂的集合，即不能提供辅助服务的发电厂的集合；key表示可再生能源发电厂第y年的流入代价差值；i/e∈πel表示第i个待建发电机组/第e个现有发电机组归属于第l个可再生能源发电厂；表示可再生能源发电厂的第i个待建发电机组的单位容量的投入代价；xeiy和分别表示可再生能源发电厂的第i个待建发电机组在第y年和第y-1年的新增配置容量；和分别表示可再生能源发电厂在第s个场景下的第i个和第e个发电机组的发电功率；πes表示可再生能源发电厂在第s个场景下的供电代价参数；和分别表示可再生能源发电厂的第i个和第e个发电机组的单位发电功率的运行代价；μfs表示可再生能源发电厂在第s个场景下的碳配额代价参数；和分别表示第l个可再生能源发电厂在第s个场景下的碳配额输入和输出数量；表示可再生能源发电厂提供的单位容量辅助代价；表示第l个可再生能源发电厂提供的辅助容量占电力系统需要的辅助容量总量的比率；表示可再生能源发电厂的第i个待建机组的最大新增配置容量；和分别表示可再生能源发电厂的第i个和第e个发电机组的容量系数；表示可再生能源发电厂的第e个现有发电机组的现存容量；和分别表示可再生能源发电厂在第s个场景下的第i个和第e个发电机组的功率预设代价参数；表示第l个可再生能源发电厂在第y年的碳配额配置量；qccer表示可再生能源发电厂的新增配置容量所能够获得的碳配额的系数。

36、可再生能源发电厂的各个机组的代价量包括表示可再生能源发电厂的第i个待建发电机组的单位容量的投入代价第i个发电机组的单位发电功率的运行代价第e个发电机组的单位发电功率的运行代价以及提供的单位容量辅助代价

37、发电厂的配置结果包括可再生能源发电厂的第i个待建发电机组在第y年的新增配置容量xeiy、第l个可再生能源发电厂在第s个场景下的碳配额输入数量和输出数量可再生能源发电厂在第s个场景下的第i个发电机组的功率预设代价参数和第e个发电机组的功率预设代价参数

38、发电厂的出清结果包括可再生能源发电厂在第s个场景下的第i个发电机组的发电功率和第e个发电机组的发电功率可再生能源发电厂在第s个场景下的供电代价参数πes。

39、可再生能源发电厂的碳-电耦合配置包括容量配置，容量配置涉及确定发电机组扩建的时间和具体容量。

40、所述的核能发电厂碳-电耦合配置模型具体如下：

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43、

44、

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46、

47、其中，表示第l个核能发电厂的投入代价；表示第l个核能发电厂在第s个场景下的运行流入计量值；πnuc表示核能发电厂的集合；kny表示核能发电厂第y年的流入代价差值；i/e∈πnl表示第i个待建发电机组/第e个现有发电机组归属于第l个核能发电厂；表示核能发电厂的第i个待建发电机组的单位容量的投入代价；xniy和xni(y-1)分别表示核能发电厂的第i个待建发电机组在第y年和第y-1年的新增配置容量；和分别表示核能发电厂在第s个场景下的第i个和第e个发电机组的发电功率；πns表示核能发电厂在第s个场景下的供电代价参数；和分别表示核能发电厂的第i个和第e个发电机组的单位发电功率的运行代价；表示核能发电厂的第i个待建机组的最大新增配置容量；和分别表示核能发电厂的第i个和第e个发电机组的容量系数；表示核能发电厂的第e个现有发电机组的现存容量；和分别表示核能发电厂在第s个场景下的第i个和第e个发电机组的功率预设代价参数。

48、核能发电厂的各个机组的代价量包括表示核能发电厂的第i个待建发电机组的单位容量的投入代价第i个发电机组的单位发电功率的运行代价以及第e个发电机组的单位发电功率的运行代价

49、发电厂的配置结果包括核能发电厂的第i个待建发电机组在第y年的新增配置容量xniy、第l个核能发电厂在第s个场景下的碳配额输入数量和输出数量核能发电厂在第s个场景下的第i个发电机组的功率预设代价参数和第e个发电机组的功率预设代价参数

50、发电厂的出清结果包括核能发电厂在第s个场景下的第i个发电机组的发电功率和第e个发电机组的发电功率核能发电厂在第s个场景下的供电代价参数πns。

51、核能发电厂的碳-电耦合配置包括容量配置，容量配置涉及确定发电机组扩建的时间和具体容量。

52、所述的步骤1)中，碳-电仿真出清模型包括电力仿真出清系统和碳仿真出清系统，具体如下：

53、a)电力仿真出清系统：

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58、

59、其中，ps表示在第s个场景下的概率，λy表示第y年具备的场景的集合；πfuel表示火电发电厂的集合；πren表示可再生能源发电厂的集合；πnuc表示核能发电厂的集合；表示电力系统中的第d个负荷在电力交易中的功率预设代价参数；表示电力系统在第s个场景下的第d个负荷的电力功率；和分别表示发电厂在第s个场景下的第i个和第e个发电机组的功率预设代价参数；和分别表示发电厂在第s个场景下的第i个和第e个发电机组的发电功率；和分别表示发电厂在第s个场景下的第i个和第e个发电机组的弃可再生能源的代价值；xiy表示发电厂的第i个待建发电机组在第y年的新增配置容量；peg,max表示发电厂的第e个现有发电机组的现存容量；表示电力系统在第s个场景下的第d个负荷的负荷功率，表示电力系统的第d个负荷的最大负荷功率；πs表示发电厂在第s个场景下的供电代价参数。

60、πs为公式的对偶变量。

61、b)碳仿真出清系统：

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68、其中，和分别表示在第s个场景下的碳交易中除了电力系统的其他系统主体o的碳配额的输入和输出代价，其他系统主体o具体包括钢铁、石化、化工、建材和有色等高碳排放主体；和分别表示在第s个场景下的其他系统主体o在碳交易中的碳配额的输入和输出数量，和分别表示其他系统主体o在碳交易中的碳配额的最大输入和输出数量；和分别表示在第s个场景下的碳交易中第l个发电厂的碳配额的输入和输出代价；和分别表示在第s个场景下的第l个发电厂在碳交易中的碳配额的输入和输出数量，和分别表示第l个发电厂在碳交易中的碳配额的最大输入和输出数量；μs表示发电厂在第s个场景下的碳配额代价参数。

69、所述的步骤2)中，碳-电耦合配置模型中的非线性项包括发电厂的电力流入ein和碳流入cin，具体如下：

70、

71、

72、其中，和分别表示发电厂在第s个场景下的第i个和第e个发电机组的发电功率；πs表示发电厂在第s个场景下的供电代价参数；和分别表示发电厂的第i个和第e个发电机组的单位发电功率的运行代价；μs表示发电厂在第s个场景下的碳配额代价参数；和分别表示第l个可再生能源发电厂在第s个场景下的碳配额输入和输出数量。

73、本发明的电子设备，包括：相互耦接的存储器和处理器，其中，所述存储器存储有程序数据，所述处理器调用所述程序数据以执行如上述所述的方法。

74、本发明的计算机可读存储介质，其上存储有程序数据，所述程序数据被处理器执行时实现如上述所述的方法。

75、本发明的有益效果是：

76、本发明方法是一种针对电力系统的容量配置新方法，通过深入分析发电厂的耦合配置，以实现发电容量的新增配置，可以有效预测电力系统发电容量的演变趋势。本发明方法能够协助更全面地了解发电厂的碳-电耦合配置，有助于推动电力系统未来的可持续发展。本发明方法具备实现电力容量配置的能力，为指导电力清洁低碳转型提供有力支持。