考虑多层级无功补偿和碳排放的电力系统优化方法及装置与流程

本发明涉及电力技术，尤其涉及一种考虑多层级无功补偿和碳排放的电力系统优化方法及装置。

背景技术：

1、为了积极实践碳减排，电力系统不断追求能源安全稳定运行，同时减少损失、优化结构、提高效率，并协同优化各种多层碳减排策略。线损通常被用作衡量电网损耗的重要经济技术指标。无功功率补偿是一种常见的线路损耗管理方法，通过补偿装置调整线路中的无功功率，以减少电力系统的损耗。减少损失和减少碳排放之间有着不可分割的联系。现在的研究表明，碳流模型可以用来计算系统的碳排放量，并从电力侧量化系统的减碳环境效益，但现在的文献很少将降损和减碳结合起来进行同步考虑，优化电力系统。

技术实现思路

1、发明目的：本发明针对现有技术存在的问题，提供一种可以同时降损和减碳的考虑多层级无功补偿和碳排放的电力系统优化方法及装置。

2、为实现上述发明目的，本发明提供了如下的技术方案：

3、本发明提供了一种考虑多层级无功补偿和碳排放的电力系统优化方法，该方法包括以下步骤：

4、(1)基于比例共享原理(proportional sharing principle,psp)的碳排放流理论，获取考虑网络损耗的情况下所有碳排放流流出节点的碳排放量；

5、(2)以最大程度实现无功就地平衡优化为目标，计算变电站层、配电线路层、配电台区层和用户层四个层级的无功补偿需求；

6、(3)建立考虑多层级无功补偿和碳排放的电力系统优化模型，所述电力系统优化模型以运行成本和碳排放额流转成本之和最低为目标，以按照四个层级的无功补偿需求进行无功补偿后的潮流的潮流约束和碳排放额约束为条件；

7、(4)求解所述电力系统优化模型，以用于电力系统按照求解结果进行优化。

8、进一步的，步骤(1)具体包括如下步骤：

9、(1.1)考虑网络损耗，采用psp的碳排放流理论构建潮流分布矩阵：

10、

11、式中，au为潮流分布矩阵，(au)ji为潮流分布矩阵中支路j-i的值，pji为流经支路j-i的有功功率，其正方向为节点j到节点i，pi为流过节点i的功率，uj为节点j的电压幅值，n为节点个数；

12、(1.2)根据潮流分布矩阵计算各支路碳流率：

13、

14、式中，rij为支路i-j的碳流率，ei为第i个分量为1其余分量为0的矢量，pij为流经支路i-j的有功功率，其正方向为节点i到节点j，pg为机组注入分布矩阵，eg为发电机碳排放强度向量；

15、(1.3)根据潮流分布矩阵计算各支路网损碳流率：

16、

17、式中，为支路i-j的网损碳流率，为支路i-j的有功损耗；

18、(1.4)根据各支路碳流率和网损碳流率计算各节点的碳排放量：

19、

20、式中，ej表示节点j的碳排放量，sj表示与节点j相连且有功流向j的节点集合。

21、进一步的，步骤(2)中所述无功补偿需求的计算标准为：基于自下而上、分层分区、就地平衡的原则，各层计算优先考虑本层的无功就地平衡，并兼顾各层间的协同配合，在配电网各电压等级间形成四级联动，最大程度实现无功就地平衡优化，使传输线上流动的无功功率减少。

22、进一步的，按照所述计算标准，所述无功补偿需求的计算方法具体为：

23、(2.1)按照下式计算用户补偿层的无功补偿需求：

24、

25、式中：qd为用户层的无功补偿需求，单位kvar，p为用户生产时段电动机平均有功功率，单位kw；为补偿前和补偿后用户的平均功率因数，为补偿前后电压和电流的相位差；

26、(2.2)考虑用户层的无功补偿，按照下式计算配电台区层的无功补偿需求：

27、qt＝qtmax-qd

28、

29、式中：qt为配电台区层的无功补偿需求，qtmax为配电台区层的最大无功补偿需求，单位为kvar；λi0为配电变压器空载电流百分值，单位为％；λud为配电变压器短路电压百分值；sn为配电变压器额定容量，单位kva；r为配电变压器运行最大电流与配电变压器额定电流之比；

30、(2.3)考虑用户层和配电台区层的无功补偿，按照下式计算配电线路层的无功补偿需求：

31、ql＝ηt·qavg

32、qavg＝3iavg2r0ll

33、式中：ql为配电线路层的无功补偿需求，ηt为配电变压器侧补偿裕度，qavg为线路的平均无功功率缺额，单位kvar；imin为线路的最小运行电流，单位为a；iavg为线路的平均运行电流，单位为a；r0为导线单位长度的电阻，单位为ω/km；ll为导线长度，单位为km；

34、(2.4)按照下式计算变电站层的无功补偿需求：

35、

36、式中：qsum为变电站层的无功补偿需求，单位为kvar。该式与配电台区层公式一致，但需代入变电站层数据计算。

37、进一步的，步骤(3)中所述电力系统优化模型具体为：

38、

39、

40、

41、

42、

43、

44、

45、

46、

47、

48、

49、式中：λce为碳配额流转的单位成本，λp和λq分别为有功功率和无功功率单位成本，是节点n的碳配额流转量，ω是节点集合，和分别是发电机注入的有功功率和无功功率，pgk是发电机k的有功出力，和pgk为发电机k的有功出力最大值和最小值，ωg表示发电机集合，qgk是发电机k的无功出力，和qgk为发电机k的无功出力的最大值和最小值，pl是线路l的有功潮流，和pline分别为线路有功潮流的最大和最小容量，l是线路的集合，ql是线路的无功潮流，和qline分别为线路无功潮流的最大和最小容量，ql’是按照四个层级的无功补偿需求进行无功补偿后线路的无功潮流，pdm和qdm是用户节点m的有功和无功需求，ωd是用户节点的集合，ρgk表示发电机k碳强度，ωb是碳配额流转入节点的集合，ωs是碳配额流转出节点的集合，eb(n)、el分别表示节点b(n)和线路l的碳排放量，b(n)表示编号为n的节点,为节点b(n)的相邻线的集合，pb(n)表示节点b(n)的有功注入，δpb(n)表示节点b(n)的有功变化量,表示节点碳排放强度，是初始节点碳配额，是节点n流转出的碳配额，是节点m和n节点间流转的碳配额，w(n)为交易指数，和为约束拉格朗日乘子。

50、进一步的，步骤(4)求解所述电力系统优化模型时，将约束条件转化为以下的拉格朗日乘子再进行求解：

51、

52、

53、式中，μr,k，λr,k，μqs,l，λqs,l，λ'qs,l、μc、λc分别表示与每个约束相对应的拉格朗日乘子，表示节点b(n)的碳流相关成本。

54、本发明还提供了一种考虑多层级无功补偿和碳排放的电力系统优化装置，包括：

55、碳排放量计算模块，基于,psp的碳排放流理论，获取考虑网络损耗的情况下所有碳排放流流出节点的碳排放量；

56、无功补偿需求计算模块，用于以最大程度实现无功就地平衡优化为目标，计算变电站层、配电线路层、配电台区层和用户层四个层级的无功补偿需求；

57、优化模型建立模块，用于建立考虑多层级无功补偿和碳排放的电力系统优化模型，所述电力系统优化模型以运行成本和碳排放额流转成本之和最低为目标，以按照四个层级的无功补偿需求进行无功补偿后的潮流的潮流约束和碳排放额约束为条件；

58、模型求解模块，用于求解所述电力系统优化模型，以用于电力系统按照求解结果进行优化。

59、本发明还提供一种包含计算机可执行程序的存储介质，所述计算机可执行程序在由计算机处理器执行时用于执行上述方法。

60、本发明与现有技术相比，其有益效果是：本发明基于碳排放流理论，计算电力系统的节点碳成本，并在配电网节点内建立多层无功补偿措施，考虑到线路损耗和碳排放优化的协同策略，在减损和减碳两个方面进行了优化，以同时优化减少系统损耗和碳排放。