基于阶梯碳交易的低碳配电网双层规划方法

本发明属于电力系统，具体涉及一种基于阶梯碳交易的低碳配电网双层规划方法。

背景技术：

1、传统的配电网供电方式已经无法满足用户与社会发展的要求，在保证用户可靠用电的同时，让系统低碳经济运行，提高能源的利用效率势在必行。新能源接入的主动配电网能够主动地调控局部分布式电源，成为电网实现系统低碳运行的重要措施。然而新能源发电的随机性给系统带来不确定性，因此制定科学的规划方案，保证系统低碳经济运行，满足用户的用电需求有重要意义。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提出了基于阶梯碳交易的低碳配电网双层规划方法，上层规划层以综合成本最小为目标，考虑了微型燃气轮机、新能源、储能和电容器投资运行成本；下层运行层以运行成本最小为目标，考虑了电容器投切、新能源不确定性、微型燃气轮机和储能调度。

2、本发明提出了一种基于阶梯碳交易的低碳配电网双层规划方法，具体设计方案如下：

3、步骤(1)建立阶梯碳交易机制；

4、步骤(2)建立新能源不确定性模型；

5、步骤(3)建立低碳配电网规划层模型；

6、步骤(4)建立低碳配电网运行层模型；

7、步骤(5)运用列和约束生成法与改进杂草算求解双层模型。

8、进一步的，所述步骤(1)中建立阶梯碳交易机制：

9、

10、式中，γ为碳排放区间长度；λ为碳交易基础价格；α为价格增长率；eco2为碳排放交易额度。

11、进一步的，所述步骤(2)中建立新能源不确定性模型：

12、

13、式中，α1、α2为约束条件成立的概率值；为第z台pv与wt在s季节t时段预测偏差均值；为第z台pv与wt在s季节t时段的功率因素角；与为第z台pv与wt在s季节t时段注入的无功功率；为第z台pv与wt在s季节t时段注入的有功功率；为第z台pv与wt在s季节t时段注入的最大有功功率。

14、进一步的，所述步骤(3)中低碳配电网规划层以综合成本最小为目标，考虑了微型燃气轮机mt、新能源、储能ess和电容器cb投资运行成本：新能源包括风电wt和光伏pv；

15、

16、式中：fup为综合成本；ci为投资成本；co为年运行成本；为mt投资成本；为pv投资成本；为wt投资成本；为ess投资成本；为cb投资成本；为mt运行成本；为pv运行成本；为wt运行成本；为ess运行成本；为向上级电网购电成本；为配电网碳排放成本；为向上级电网售电收益。

17、进一步的，所述步骤(3)中低碳配电网规划层的约束条件为：

18、1)设备安装数量约束：

19、

20、式中：ni为第i类设备的安装数量；为该设备最大购买量。

21、2)设备安装容量约束：

22、

23、式中：ei为第i类设备的安装容量；为该设备最大安装容量。

24、3)新能源渗透率约束：

25、

26、式中：nnode为配电网节点数；ei'为节点i新能源配置容量；θ为新能源渗透率；为一年中最大负荷。

27、进一步的，所述步骤(4)中所述低碳配电网运行层以运行成本最小为目标，考虑了电容器投切、新能源不确定性、微型燃气轮机和储能调度：

28、minfdown＝co

29、式中:fdown为低碳配电网运行层多目标优化。

30、进一步的，所述步骤(4)中所述低碳配电网运行层约束条件，具体如下：

31、1)低碳配电网支路潮流约束：

32、

33、式中，ui,s,t、uj,s,t为支路ij在s季节t时段首端i节点电压和末端j节点电压；rij、xij为支路ij的电阻和电抗；pij,s,t、qij,s,t为支路ij在s季节t时段首端有功与无功功率；iij,s,t为支路ij在s季节t时段电流大小；pj,s,t、qj,s,t为支路ij在s季节t时段末端j节点注入有功和无功功率；w(j)为以j为首端节点的支路末端节点集合；pjk,s,t、qjk,s,t为支路jk在s季节t时段首端有功与无功功率。

34、2)系统安全约束：

35、

36、式中，umax、umin为低碳配电网节点电压的上下限；iij,max为支路ij允许通过电流的最大值。

37、3)cb运行约束：

38、

39、式中:式中，为第z个cb在s季节t时段无功出力；为投入cb组数；为每组cb的无功补偿容量；为cb最大投入组数。

40、4)ess运行约束：

41、

42、式中:为第z台ess在s季节t时段储存的电量；ηch、ηd为ess充放电效率；为布尔变量；为第z台ess最大充放电功率；为第z台ess在s季节t时段荷电状态；在s季节t时段储能的充放电功率；

43、5)mt运行约束：

44、

45、式中:分别为第z台mt最大功率与t时段mt出力；

46、6)新能源运行约束

47、

48、式中，α1、α2为约束条件成立的概率值；为第z台pv与wt在s季节t时段预测偏差均值；为第z台pv与wt在s季节t时段的功率因素角；与为第z台pv与wt在s季节t时段注入的无功功率；为第z台pv与wt在s季节t时段注入的有功功率；为第z台pv与wt在s季节t时段注入的最大有功功率。

49、进一步的，所述步骤(5)中所述运用列和约束生成法求解双层模型，具体如下：

50、步骤5.1：初始化运行层成本lb＝-∞，初始化规划层成本ub＝+∞，设置迭代次数d＝1。

51、步骤5.2：求解运行层，更新lb＝max{lb,co(x)}，变量x传递到规划层，更新规划层约束。

52、步骤5.3：求解规划层，更新ub＝min{ub,co(y)}。

53、步骤5.4：如果达到收敛精度|ub-lb|≤ξ，输出结果，否则进行步骤5.5。

54、步骤5.5：将变量y传递到运行层，更新运行层约束，d＝d+1，转至步骤5.2。

55、改进杂草算法如下：

56、首先引入年龄属性计算公式：

57、ai＝ecur-ebom

58、式中：ecur、ebom分别表示个体i所在种群当前代数与出生时代数；ai为第i个杂草个体的年龄。

59、杂草的衰老机制能够限制杂草个体所能繁殖的子代数目，具体为：

60、

61、式中：amax、acur分别为个体能生存的最大年龄与当前年龄；ymax、ymin分别为当前种群的适应度上下限；smax、smin分别为繁殖子代数的上限；y、si分别为当前的适应度与产生的子代数。

62、通过年龄属性，个体能够繁殖的中子数同适应度密切相关，同时能够使个体随着衰老而减弱繁殖能力。

63、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

64、(1)本发明所提的低碳配电网双层规划方法，能够降低系统网络损耗，提高能源利用效率。

65、(2)本发明提出的运用列和约束与改进杂草算求生成法求解双层模型，求解速度快，收敛性好。

66、(3)本发明所提的阶梯碳交易机制，能够降低传统配电网的碳排放量。