申请/专利权人：广东电网有限责任公司广州供电局

申请日：2024-03-20

公开（公告）日：2024-06-25

公开（公告）号：CN117913922B

主分类号：H02J3/46

分类号：H02J3/46;H02J3/00;H02J3/06;H02J3/38;G06Q50/06;G06Q10/0631;G06Q10/04;G06Q50/26

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.06.25#授权;2024.05.07#实质审查的生效;2024.04.19#公开

摘要：本发明公开了一种计及网络碳损分布的配电网的绿色调度方法，涉及配电网的碳排放技术领域，步骤1：对燃煤电厂、光伏电站以及风力电站在全生命周期过程中的碳排放进行建模，得到配电网能源侧碳排放因子模型；步骤2：利用所述配电网能源侧碳排放因子模型计算出燃煤电厂、光伏电站以及风力电站在全生命周期过程中的碳排放量；步骤3：基于配电网能源侧碳排放因子模型以及采用逆向潮流追踪法构建配电网各支路的碳排放损耗模型，其中，所述配电网各支路的碳排放损耗模型对配电网的网络碳排放损耗、购电成本、设备操作成本和负荷管理成本进行计算，本发明的有益效果：能够有效实现配电网绿色调度的低碳安全运行。

主权项：1.一种计及网络碳损分布的配电网的绿色调度方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1：对燃煤电厂、光伏电站以及风力电站在全生命周期过程中的碳排放进行建模，得到配电网能源侧碳排放因子模型；步骤2：利用所述配电网能源侧碳排放因子模型计算出燃煤电厂、光伏电站以及风力电站在全生命周期过程中的碳排放量；步骤3：基于配电网能源侧碳排放因子模型以及采用逆向潮流追踪法构建配电网各支路的碳排放损耗模型，其中，所述配电网各支路的碳排放损耗模型对配电网的网络碳排放损耗、购电成本、设备操作成本和负荷管理成本进行计算；在所述步骤3中，利用配电网各支路的碳排放损耗模型构建网络碳损的目标函数与安全约束的约束函数；其中，构建配电网各支路的碳排放损耗的计算方式为：定义配电网的电力系统有个节点，在个节点中有个节点为机组注入节点，有个节点为负荷节点；依据电力系统的潮流分布矩阵，节点碳势分布向量如下公式9： 9；9式中：为有功通量矩阵，有功通量矩阵为个节点具有阶的对角矩阵，有功通量矩阵用于描述节点注入潮流的有功功率；为机组注入分布矩阵，机组注入分布矩阵为阶矩阵，用于描述所有发电机组与电力系统的连接关系以及机组注入有功功率；表示机组注入分布矩阵的转置；为发电机组碳排放强度向量，表示各个发电机组的碳排放强度；为支路流出潮流分布矩阵，支路流出潮流分布矩阵为阶方阵，用于描述电力系统的有功潮流分布；表示有功通量矩阵与支路流出潮流分布矩阵之差的逆矩阵，因此，电力系统的有功潮流分布的计算公式如下公式10： 10；式10中，为节点与之间的有功功率；由配电网各支路的功率损耗引起的碳排放量根据比例共享原则将网损碳排放分摊给各电厂，由逆向潮流追踪法可得具有个机组注入节点的发电机组所承担的有功网损为公式11： 11；式11中：为第个元素为1、其余分量为0的维单位列向量，表示第个元素为1、其余分量为0的维单位行向量；为所有元素为1的列向量；表示所有元素为1的行向量；支路有功损耗矩阵为阶方阵，用于描述系统的有功网损分布和电力网络拓扑结构，和分别表示第个节点的有功通量值和第个机组注入节点的发电机组所承担的有功网损；为系统的上游分布矩阵；表示上游分布矩阵的逆矩阵，其矩阵内部元素计算方式为公式12： 12；由公式12，可得其矩阵的计算公式13： 13；式13中：为阶单位阵；表示有功通量的逆矩阵；通过上式11-13，得到第个机组注入节点的发电机组应分摊其网损碳排放流率为公式14： 14；其中，为机组的碳排放强度；为第个机组的注入功率； 个机组注入节点的发电机的碳排放强度为公式15： 15；其中，、、分别表示第个机组的燃煤发电功率、光伏发电功率与风力发电功率；利用所述配电网各支路的碳排放损耗模型构建网络碳损的目标函数，即构建碳排放成本的目标函数；1计算低碳经济运行成本：低碳经济运行成本为经济运行成本的最小化即公式16，为低碳经济运行成本，为经济运行成本的最小化，包括各支路网络碳损耗成本即公式17、主网购电成本即公式18、开关重构成本即公式19和负荷削减成本即公式20： 16； 17； 18； 19； 20；其中，t和T分别为优化时段标识和优化时段总数，为时间分段长度；代表节点k的碳损耗；ij和E为网络支路标识和所有支路集合；j和B分别为网络节点标识和所有节点集合；为包含变电站的节点集合；表示主网购电单位成本；、、、分别表示各支路网络碳损耗成本即碳排放成本、主网购电成本、开关重构成本、负荷削减成本；、分别为联络开关与分段开关的单次操作成本；、表示t时段支路ij的开关状态变化标志，若，则说明支路ij在t时段开关由断开状态变为闭合状态；若，则说明支路ij在t时段开关由闭合状态变为断开状态；表示重构区域内的分段开关支路集合；表示重构区域内的联络开关支路集合；、分别表示t时段节点j的负荷削减有功、变电站有功出力；2）负荷均载度计算负荷均载度如下公式21： 21；式21中，表示第t时段的馈线负载均衡度，为负荷均载度，为最小负荷均载度；通过公式22计算第t时段的馈线负载均衡度： 22式22中，和分别表示变压器二次侧馈线的有功功率和负载率，表示支路jk的最大有功功率；为系统变压器数目；和分别表示变压器f在t时段的馈线负载率均值和馈线负载均衡度；上述负载均衡度指标包含二范数非线性等式，考虑目标函数是最小值优化，故对其进行二阶锥松弛，转化为二阶锥约束如下公式23： 23；其中，表示变电站j的负载率，和表示变电站j在t时段的负载率均值和负载均衡度；表示变电站节点j变压器f的负载率，和表示变压器在t时段的负载率均值和负载均衡度；表示变压器二次侧馈线的负载率，和分别表示变压器f在t时段的馈线负载率均值和馈线负载均衡度；3）弃风光量弃风光量的计算采用如下公式24-26： 24； 25； 26；式中，、分别为优化区间内的系统弃光量、弃风量，为弃风光量，为最小弃风光量；、分别为光伏、风力节点集合；、分别表示t时段节点j处光伏、风力的预测出力值，和分别表示光伏和风力的实际出力值；得到最终目标函数f如下公式27： 27；式27中，、、为各目标权重系数；、、为归一化系数，结合总目标函数与约束条件，最终得到全生命周期碳排放的配电网绿色调度的优化；利用配电网各支路的碳排放损耗模型构建安全约束的约束函数，构建约束函数如下：1）二阶锥潮流约束采用配电网支路潮流模型，并考虑其非线性特征，应用二阶锥松弛方法将其转化为二阶锥潮流约束，此外，开关支路电压方程引入了“bigM”常量M；若，则说明支路ij开关在第t个时段处于闭合状态，两端节点电压受到支路传输功率和电流约束；反之，开关处于断开状态，对任意潮流下的节点i和节点j电压仍然成立，B代表系统节点集合，E代表系统支路集合；如下公式28-36二阶锥潮流约束： 28； 29； 30； 31； 32； 33； 34； 35； 36；其中，为以j为初始节点的支路终端节点集合；为以j为终端节点的支路初始节点集合；、和、分别表示支路阻抗和节点导纳；和表示支路电流和节点电压大小，和分别表示电流与电压幅值的平方；、分别表示支路ij在第t个时段传输的有功和无功功率；为支路ij的开关状态标识，为0-1变量；和表示节点的有功和无功注入；M表示一个数值大的常数，为M乘以得到一个变量；表示重构区域内的开关支路集合；、、分别表示节点j在第t个时段的变电站无功注入、无功负荷和负荷削减无功；为节点j有功负荷；2安全约束，采用如下公式37-39： 37； 38； 39；式中，和表示支路ij的电流上下限；和表示节点j的电压上下限；3）网络重构约束多种重构模式的实施以可操作开关的开关集合进行区分，这里统一表达不同重构模式下全网可操作开关的多类约束，包含辐射性、调节次数限制、连通性约束； 表示变电站节点数量，含有个变电站的B节点系统，网络辐射性的必要条件为网络闭合支路数等于总节点数减去变电站数目，如公式40： 40；式40中，表示网架中一直处于闭合状态不可调节的支路总数；为避免开关频繁操作带来的性能下降，对开关在优化总时段内的调节次数进行约束，如下公式41-43： 41； 42； 43；式41-43中，表示支路ij开关在总时段T内的最大可调节次数，不同类型开关的上限值不同，馈线、变压器、变电站联络开关可调节次数依次减少，以体现调度员实际大范围频繁倒闸操作的工作难度，通过与上述二阶锥潮流进行关联如下公式44-46： 44； 45； 46；其中，表示支路ij上的辅助潮流有功功率而非实际传输有功功率，、和分别表示支路jk上的虚拟有功功率、节点j的虚拟有功功率与支路ij的最大功率；4）变电站供电约束，采用公式47-48：由于变电站内各变压器独立供电，所以变电站功率约束表达为变压器的物理特性约束； 47； 48；上式47-48中，表示节点j处变电站第f个变压器的有功无功出力上下限约束，和分别表示变压器f的最小、最大有功功率，、分别表示变压器f的有功功率、无功功率，和分别表示变压器f的最小、最大无功功率；5）PV、WT出力约束，采用公式49-50： 49； 50；6）失负荷约束，采用公式51-52： 51； 52；其中，表示失负荷的最大比例。

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