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申请/专利权人：东北电力大学

摘要：本发明一种考虑电碳耦合和灵活性供需平衡的源网荷储协同规划方法，属于电力系统规划中的电源容量优化规划领域；包括以下步骤：首先，建立电碳耦合模型；其次，建立需求响应模型；再次，建立灵活性供需平衡模型；然后，建立源网荷储协同规划双层模型，上层模型以电力系统建设投资的等年值综合成本最小为优化目标，下层模型以电力系统年运行成本与年碳交易成本之和最小为优化目标；最后，采用改进的自适应遗传算法的方法对所建立的双层模型进行求解。本发明能够提升系统中新能源电源配置容量、减少电力系统碳排放，提高新能源利用率，提升系统灵活性水平，使系统运行水平更优。

主权项：1.一种考虑电碳耦合和灵活性供需平衡的源网荷储协同规划方法，其特征在于，包括：建立电碳耦合模型、建立需求响应模型、建立灵活性供需平衡模型、建立源网荷储协同规划双层模型，具体内容为：步骤S1：建立电碳耦合模型；步骤S1-1：电碳耦合模型通过式1-3的电价和碳交易价格耦合模型简称电碳耦合模型，将电力市场和碳交易市场进行关联，反应了它们之间的交互影响关系；λ＝λ0Ht0H01τ＝τ0ηη02ξ＝ξ0μμ03式中，λ为电碳耦合后的碳交易价格；λ0为无电碳耦合下初始碳交易价格；Ht0为电碳耦合后的初始电价；H0为无电碳耦合下的初始电价；η、μ为电碳耦合后的电价增长、下降系数；η0、μ0为无电碳耦合下的电价增长、下降系数；ξ为电碳耦合后的出售碳配额的奖励系数；ξ0为无电碳耦合下初始出售碳配额的奖励系数；τ为电碳耦合后的购买碳配额的成本增长系数；τ0为无电碳耦合下初始碳交易成本增长系数；步骤S1-2：电碳耦合下的奖惩式碳交易价格模型奖惩式碳交易是根据系统碳量排分为正区间和负区间，正区间表示购买碳排放权，负区间表示出售碳排放权，随着区间的增大，购买、出售碳排放权的价格就越高，t时刻碳交易成本见公式4； 式中，为t时刻碳交易成本；L0、L1碳排放量负区间和正区间步长；Et为t时刻碳排放权交易额，Et计算过程见公式5， 式中，Pg,t为t时刻火电机组的有功出力；β为火电碳排放量基值；γ为火电碳排放配额基值；Δt为单位时段的时长；T为1天的时段总数；步骤S1-3：自适应分时电价模型将初始电价与碳交易价格进行关联，建立电碳耦合的自适应分时电价模型，t时段电碳耦合的自适应分时电价见公式6； 式中，Ht为电碳耦合后t时刻电价；Pt为t时刻电网总负荷；Pav为电网日负荷平均值公式7；Y0、Y1分别为电价下降区间间隔、上升区间间隔见公式8、9；步骤S2：建立需求响应模型步骤S2-1：可削减负荷需求响应特性分析及建模可削减负荷具有对比需求响应前后本时段电价变化，选择是否削减自身负荷的特性；建立价格需求弹性矩阵Et，j来描述其特性，其中第t行第j列元素et,j为t时刻负荷对j时刻电价的弹性系数见公式10， 式中，et,j为t时刻负荷对j时刻电价的弹性系数；为需求响应后t时刻允许负荷最大变化功率；为t时刻负荷起始功率；ΔHj为t时刻电价变化；为j时刻起始电价，需求响应后t时刻允许可削减负荷最大变化功率见公式11， 式中，为t时刻允许可削减负荷最大变化功率；为t时刻初始可削减负荷功率；ECLt，j为可削减负荷价格需求弹性矩阵；Hj为j时刻电价；步骤S2-2：可转移负荷需求响应特性分析及建模在需求响应机制的激励下，可转移负荷展现出总负荷量保持不变的特点，采用可转移负荷价格需求弹性矩阵来描述其特性，则需求响应后t时刻可转移负荷的最大变化功率见公式12； 式中，为t时刻可转移负荷的最大变化功率；为t时刻初始可转移负荷功率；ESLt,j为可转移负荷价格需求弹性矩阵；步骤S2-3：需求响应模型需求响应函数以每时刻新能源出力和负荷功率差值绝对值和最小为目标，见公式13，约束条件包括柔性负荷移量约束见公式14，和可转移负荷的总量保持不变约束见公式15； 式中，Pv,t、Pw,t为t时刻光伏机组、风电输出功率；PSL,t、PCL,t为t时刻可转移、可削减负荷功率；PL,t、PLx,t为需求响应前、后的负荷功率；为t时刻可转移负荷的上限、下限；为可削减负荷的上限、下限；步骤S3：建立灵活性供需平衡模型步骤S3-1：电源侧灵活性资源步骤S3-1-1：常规机组火电机组提供上、下灵活性供给能力见公式16； 式中，为火电t时刻提供的向上、向下灵活性；为火电上、下爬坡速率；Δt为时间间隔；火电出力上、下限；Pg,t为t时刻火电机组的有功出力；步骤S3-1-2：储能系统储能系统作为灵活性资源，灵活性供给能力受荷电状态和充放电策略影响，储能系统提供上、下灵活性供给能力见公式17； 式中，为储能系统t时刻提供的向上、向下灵活性；为储能t时刻放电、充电功率；为储能容量最大、最小值；Ses.t为储能t时所储电量；步骤S3-2：负荷侧灵活性资源可转移负荷通过实施激励措施，调整用户的用电计划，可转移负荷可以提供双向的灵活性供给能力，可转移负荷提供上、下灵活性供给能力见公式18； 式中，为可转移负荷t时刻提供的向上、向下灵活性；为t时刻可转移负荷的上限、下限；PSL,t为t时刻可转移负荷功率；步骤S3-3：灵活性供需平衡模型电力系统中灵活性资源所提供的总灵活性能满足净负荷需求，系统即实现了灵活性供需平衡，系统中灵活性资源总的灵活性供给能力见公式19； 式中，为t时刻灵活性资源总的向上、向下供给能力；电力系统的灵活性供需平衡见公式20； 式中，为t时刻电力系统中向上、向下灵活性需求；向上、向下灵活性裕度，正值时，表示灵活性供给充足，负值时表示灵活性供给不足；电力系统灵活性缺额见公式21； 式中，分别为t时刻电力系统中向上、向下灵活性缺额；步骤S4：建立源网荷储协同规划双层模型步骤S4-1：上层优化模型上层模型以最小等年值综合成本F为目标，包括等年值资成本Ftotal、年运行成本Fom和年碳交易成本组成，其中电力系统的等年值资成本Ftotal包含等年值建设成本Finv和年维护成本Fmain两部分，上层目标函数见公式22； 式中，F等年值综合成本；Ftotal等年值资成本；Fom年运行成本；年碳交易成本；电力系统的等年值投资成本Ftotal见公式23； 式中，Finv等年值建设成本；Fmain年维护成本；K1、K2、K3、K4分别是光伏、风电、火电、储能的资金回收系数；Epv、Epw、Eg、Ees分别为光伏、风电、火电、储能建设容量；Cpv、Cpw、Cg、Ces分别为光伏、风电、火电、储能投资成本；γ为贴现率；n1、n2、n3、n4分别为光伏、风电、火电、储能运行年限；Cmain,pv、Cmain,pw、Cmain,g、Cmain,es分别为光伏、风电、火电、储能维护成本；年运行成本、年碳交易成本见下层模型；步骤S4-2：下层优化模型下层以年运行成本Fom和年碳交易成本之和最小为优化目标见公式24，其中年运行成本Fom包括火电机组发电成本Fom,g、系统灵活性不足惩罚成本Fom,que、弃风和弃光惩罚成本Fwaste,re、以及需求响应补偿成本Fom,dr； 式中，F1为下层总成本；Fom为年运行成本；为年碳交易成本；Fom,g为火电机组发电成本；Fom,que为系统灵活性不足惩罚成本；Fwaste,re为弃风和弃光惩罚成本；Fom,dr为需求响应补偿成本；ag、bg、cg火电机组发电成本系数；Kwaste,re为单位弃新能源发电量惩罚费用；Kque为单位灵活性缺额惩罚费用；Kdr需求响应补偿系数；ΩD为典型场景数；为典型场景d的天数；Ωre为新能源机组集合，包括风电机组、光伏机组；T为1天的时段总数；Pg,t为t时刻火电机组出力；Pre,i,t、分别为场景d下新能源机组i的实际输出功率与最大可输出功率；分别为t时刻电力系统中向上、向下灵活性缺额；PSL,t、PCL,t为t时刻可转移、可削减负荷功率；为t时刻碳交易成本。

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