一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法与流程

1.本发明涉及电气工程技术领域，尤其是涉及一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法。

背景技术：

2.随着未来的电力系统会向以新能源为主体的新型电力系统发展，但是新能源具有随机性、波动性和间歇性等特点，为了维护电力系统的安全稳定运行，需要多种不同类型设施配合运行以保障供电可靠性，需求侧响应中的可中断负荷在维护新型电力系统稳定运行中将占有重要地位。可中断负荷是一种基于激励的需求响应资源，可以在负荷高峰、系统故障时中断部分或全部负荷，从而保障系统安全，它可作为“虚拟机组”成为保障电力系统安全稳定运行的重要措施。然而，现阶段的可中断负荷的发展仍处于初级阶段，对可中断负荷给电力系统带来的价值分析不够全面。
3.碳-电协同市场建设过程中，碳价值的传导是一个亟待解决的问题。在电力系统中，碳排放一般只在供给侧产生。但是碳价不应由发电厂全部支付，而是应通过电力系统传导至需求侧。在需求侧，可中断负荷作为一种特殊的负荷，其在碳-电协同的市场中的定价，应充分体现其价值。然而，现阶段与可中断负荷相关的分析，未能充分考虑其中断时给整个系统减少的碳责任。这将对未来可中断负荷发展的积极性带来一定负面影响。因此，在可中断负荷快速发展，碳-电市场高速推进的关键时期，对其进行价值分析的相应研究工作具有重要的理论与工程价值。

技术实现要素：

4.针对现有技术中存在的问题，本发明面向碳-电协同市场，结合碳排放流追踪的方法，提出了一种可中断负荷价值分析方法，以达成分析中断负荷价值的目的。
5.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，包括如下步骤：
6.(1)预处理：根据电力系统拓扑结构和参数建立电力系统潮流计算模型，由电力系统潮流计算模型建立碳潮流追踪的数学模型，并规定潮流的正方向；设置可中断负荷正常运行，简化电力系统，设置可中断负荷正常运行，建立可中断负荷与电力系统协调运行的数学模型；
7.(2)潮流计算：选取时间尺度，根据双边竞价的市场出清模型，其中，碳价随碳排放权交易在碳-电市场中传导，负荷侧以报量不报价的方式参与市场，发电侧以报量报价的方式参与市场，设定经济效益最大化的目标函数，以系统电力电量平衡约束、机组出力约束、线路容量约束为约束条件，进行可中断负荷正常运行时的潮流计算；
8.(3)定量归责：基于碳潮流计算相关指标，确定机组种类、碳排系数，形成机组碳排放注入强度矩阵，确定系统的碳排放分布；基于碳排放分布的计算结果，对系统中各部分的碳排放定量归责；
9.(4)检查可中断负荷是否接入系统，若是，则将可中断负荷中断继续进行潮流计算；若否，则统计可中断负荷价值；
10.进一步地，所述步骤(1)中简化电力系统，具体为，将实际的电力系统进行了简化处理，仅保留了最大线路容量、机组碳排系数、机组最大发电功率、网络拓扑结构这些键参数，忽略了线路损耗、网架参数，在保证计算结果能够定量体现可中断负荷价值。
11.进一步地，所述步骤(2)中经济效益最大化的目标函数，其数学表达式为：
[0012][0013]
其中，为机组报价的部分，p
gi
为机组i的出力，λ
gi
为机组i的报价，λc为机组的附加碳价。
[0014]
进一步地，所述步骤(2)中系统电力电量平衡约束，其数学表达式如下：
[0015][0016]
其中，nd为负荷集合，ng为机组集合；p
dj
为负荷j大小，p
gi
为机组i的出力。
[0017]
进一步地，所述步骤(2)中机组出力约束，其数学表达式如下：
[0018][0019]
其中，p
gi
为机组i的出力，为机组i出力上限。
[0020]
进一步地，所述步骤(2)中线路容量约束如下：
[0021][0022]
其中，fk为线路k上的有功功率；为线路k容量。
[0023]
进一步地，所述步骤(3)中碳潮流计算相关指标如下：
[0024]
(7.1)碳流量c：一段时间内，从某一个或某几个发电机组流出，随电力系统潮流通过系统中某支路或节点，到达某一负荷的碳潮流累计量；
[0025]
(7.2)碳流率r，单位时间内通过某支路或节点的碳排放流量；
[0026]
(7.3)碳流密度/碳势i，某支路传输单位电量所造成的碳排放或某节点消费单位电量所造成的碳排放，其相关计算公式如下：
[0027]
r＝apg[0028][0029]
其中，pg和a分别为发电机组的出力和碳排放系数；i、p
l
表示支路l上的碳流密度以及有功功率，r表示发电机结点的节点碳流率：
[0030][0031]
其中，ii表示区域i的节点碳势，表示该节点所有流入支路的碳流密度之和，
表示该节点所有流入支路的有功功率之和；
[0032]ei
＝dii[0033]
其中，ei表示该节点对应的碳排放量，d表示该节点负荷量，ii表示区域i的节点碳势。
[0034]
进一步地，所述步骤(4)统计可中断负荷价值，具体为，统计可中断负荷断开使系统中火电机组减少的出力；统计可中断负荷断开使负荷本身减少的碳排放量；统计可中断负荷断开使系统整体减少的碳排放量和使系统额外减少的碳排放量，统计面向碳-电协同市场的可中断负荷价值。
[0035]
进一步地，所述步骤可中断负荷断开使系统整体减少的碳排放量，其数学表达式为：
[0036][0037]
式中，c0为可中断负荷断开使系统整体减少的碳排放量，为可中断负荷接入系统运行时区域i的碳排放量，n为区域总数，为可中断负荷断开后区域i的碳排放量。
[0038]
本发明的有益效果如下：
[0039]
1、采用网络简化和数据驱动的思路，能够避免对电力系统网络结构的详细建模；
[0040]
2、将可中断负荷引入碳潮流追踪模型，能够有效地分析出可中断负荷在电力系统中碳减排方面所体现的价值；
[0041]
3、以可中断负荷接入系统运行和断开两种情况下，可中断负荷断开使系统中火电机组减少的出力、可中断负荷断开使负荷本身减少的碳排放量、可中断负荷断开使系统整体减少的碳排放量和使系统额外减少的碳排放量来体现可中断负荷在面向碳-电市场时所体现的价值比较直观，能够把不易定量分析的可中断负荷在碳减排方面的价值以数值的方式体现出来。
附图说明
[0042]
图1为本发明可中断负荷价值分析方法的框架图；
[0043]
图2为电力系统碳潮流的示意图；
[0044]
图3位碳-电市场中碳价传导机制的示意图。
具体实施方式
[0045]
下面结合附图及具体实施示例对本发明作进一步详细说明。一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，包括如下步骤：
[0046]
(1)预处理：根据电力系统拓扑结构和参数建立电力系统潮流计算模型，由电力系统潮流计算模型建立碳潮流追踪的数学模型，并规定潮流的正方向；设置可中断负荷正常运行，简化电力系统，设置可中断负荷正常运行，建立可中断负荷与电力系统协调运行的数学模型；
[0047]
(2)潮流计算：选取时间尺度，根据双边竞价的市场出清模型，其中，碳价随碳排放
权交易在碳-电市场中传导，负荷侧以报量不报价的方式参与市场，发电侧以报量报价的方式参与市场，设定经济效益最大化的目标函数，以系统电力电量平衡约束、机组出力约束、线路容量约束为约束条件，进行可中断负荷正常运行时的潮流计算；
[0048]
(3)定量归责：基于碳潮流计算相关指标，确定机组种类、碳排系数，形成机组碳排放注入强度矩阵，确定系统的碳排放分布；基于碳排放分布的计算结果，对系统中各部分的碳排放定量归责；
[0049]
(4)检查可中断负荷是否接入系统，若是，则将可中断负荷中断继续进行潮流计算；若否，则统计可中断负荷价值；
[0050]
如图1位本发明面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法的框架图，所述价值分析方法有包括如下步骤：(1)当电源侧发电时所产生的二氧化碳并没有直接排放，而是作为碳潮流跟随电力系统潮流一起流动，直到用户侧如图2所示，建立碳潮流追踪的数学模型，并规定潮流的正方向；对实际的电力系统进行简化处理，仅保留最大线路容量、机组碳排系数、机组最大发电功率、网络拓扑结构等关键参数，忽略线路损耗等参数；设置可中断负荷正常运行，建立可中断负荷与电力系统协调运行的数学模型。
[0051]
(2)选取一个合适的时间尺度，采用双边竞价的市场出清模型，其中，碳价随碳排放权交易在碳-电市场中传导如图3所示，负荷侧以报量不报价的方式参与市场，发电侧以报量报价的方式参与市场，以经济效益的最大化为目标，以系统电力电量平衡约束、机组出力约束、线路容量约束为约束条件，进行可中断负荷正常运行时的潮流计算。
[0052]
所述经济效益最大化的目标函数为：
[0053][0054]
其中，为机组报价的部分，p
gi
为机组i的出力，λ
gi
为机组i的报价，λc为机组的附加碳价。
[0055]
所述系统电力电量平衡约束如下：
[0056][0057]
其中，nd为负荷集合，ng为机组集合；p
dj
为负荷j大小，p
gi
为机组i的出力。
[0058]
所述机组出力约束如下：
[0059][0060]
其中，p
gi
为机组i的出力，为机组i出力上限。
[0061]
所述线路容量约束如下：
[0062][0063]
其中，fk为线路k上的有功功率；为线路k容量。
[0064]
(3)基于碳潮流计算相关指标，确定机组种类、碳排系数，形成机组碳排放注入强度矩阵，确定系统的碳排放分布；基于碳排放分布的计算结果，对系统中各部分的碳排放定量归责；检查可中断负荷是否接入系统，若是则将可中断负荷中断继续进行潮流计算，若否
则统计可中断负荷价值。
[0065]
所述碳潮流计算相关指标如下：
[0066]
(1)碳流量c：一段时间内，从某一个或某几个发电机组流出，随电力系统潮流通过系统中某支路或节点，到达某一负荷的碳潮流累计量。
[0067]
(2)碳流率r，单位时间内通过某支路或节点的碳排放流量。
[0068]
(3)碳流密度/碳势i，某支路传输单位电量所造成的碳排放或某节点消费单位电量所造成的碳排放。
[0069]
相关计算公式如下：
[0070]
r＝apg[0071]
其中，r表示发电机结点的节点碳流率，pg和a分别为发电机组的出力和碳排放系数。
[0072][0073]
其中，i、p
l
表示支路l上的碳流密度以及有功功率，r表示发电机结点的节点碳流率。
[0074][0075]
其中，ii表示区域i的节点碳势，表示该节点所有流入支路的碳流密度之和，表示该节点所有流入支路的有功功率之和。
[0076]ei
＝dii[0077]
其中，ei表示该节点对应的碳排放量，d表示该节点负荷量，ii表示区域i的节点碳势。
[0078]
(4)统计可中断负荷断开使系统中火电机组减少的出力；统计可中断负荷断开使负荷本身减少的碳排放量；统计可中断负荷断开使系统整体减少的碳排放量和使系统额外减少的碳排放量，统计面向碳-电协同市场的可中断负荷价值。
[0079]
所述可中断负荷断开使系统整体减少的碳排放量为：
[0080][0081]
式中，c0为可中断负荷断开使系统整体减少的碳排放量，为可中断负荷接入系统运行时区域i的碳排放量，n为区域总数，为可中断负荷断开后区域i的碳排放量。
[0082]
本发明提出了一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，可以在实际应用中定量计算可中断负荷给系统中可中断负荷所在区域以及系统整体带来的碳减排效果。
[0083]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
[0084]
以上实施例仅用于说明本发明的设计思想和特点，其目的在于使本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，本发明的保护范围不限于上述实施例。所以，凡依据本发明所揭示的原理、设计思路所作的等同变化或修饰，均在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)预处理：根据电力系统拓扑结构和参数建立电力系统潮流计算模型，由电力系统潮流计算模型建立碳潮流追踪的数学模型，并规定潮流的正方向；设置可中断负荷正常运行，简化电力系统，设置可中断负荷正常运行，建立可中断负荷与电力系统协调运行的数学模型；(2)潮流计算：选取时间尺度，根据双边竞价的市场出清模型，其中，碳价随碳排放权交易在碳-电市场中传导，负荷侧以报量不报价的方式参与市场，发电侧以报量报价的方式参与市场，设定经济效益最大化的目标函数，以系统电力电量平衡约束、机组出力约束、线路容量约束为约束条件，进行可中断负荷正常运行时的潮流计算；(3)定量归责：基于碳潮流计算相关指标，确定机组种类、碳排系数，形成机组碳排放注入强度矩阵，确定系统的碳排放分布；基于碳排放分布的计算结果，对系统中各部分的碳排放定量归责；(4)检查可中断负荷是否接入系统，若是，则将可中断负荷中断继续进行潮流计算；若否，则统计可中断负荷价值；2.根据权利要求1所述一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，其特征在于，所述步骤(1)中简化电力系统，具体为，将实际的电力系统进行了简化处理，仅保留了最大线路容量、机组碳排系数、机组最大发电功率、网络拓扑结构这些键参数，忽略了线路损耗、网架参数，在保证计算结果能够定量体现可中断负荷价值。3.根据权利要求1所述一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中经济效益最大化的目标函数，其数学表达式为：其中，为机组报价的部分，p
gi
为机组i的出力，λ
gi
为机组i的报价，λ
c
为机组的附加碳价。4.根据权利要求1所述一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中系统电力电量平衡约束，其数学表达式如下：其中，n
d
为负荷集合，n
g
为机组集合；p
dj
为负荷j大小，p
gi
为机组i的出力。5.根据权利要求1所述一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中机组出力约束，其数学表达式如下：其中，p
gi
为机组i的出力，为机组i出力上限。6.根据权利要求1所述一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，其特征在于，所述步骤(2)中线路容量约束如下：
其中，f
k
为线路k上的有功功率；为线路k容量。7.根据权利要求1所述一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，其特征在于，所述步骤(3)中碳潮流计算相关指标如下：(7.1)碳流量c：一段时间内，从某一个或某几个发电机组流出，随电力系统潮流通过系统中某支路或节点，到达某一负荷的碳潮流累计量；(7.2)碳流率r，单位时间内通过某支路或节点的碳排放流量；(7.3)碳流密度/碳势i，某支路传输单位电量所造成的碳排放或某节点消费单位电量所造成的碳排放，其相关计算公式如下：r＝ap
g
其中，p
g
和a分别为发电机组的出力和碳排放系数；i、p
l
表示支路l上的碳流密度以及有功功率，r表示发电机结点的节点碳流率：其中，i
i
表示区域i的节点碳势，表示该节点所有流入支路的碳流密度之和，表示该节点所有流入支路的有功功率之和；e
i
＝di
i
其中，e
i
表示该节点对应的碳排放量，d表示该节点负荷量，i
i
表示区域i的节点碳势。8.根据权利要求1所述一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，其特征在于，所述步骤(4)统计可中断负荷价值，具体为，统计可中断负荷断开使系统中火电机组减少的出力；统计可中断负荷断开使负荷本身减少的碳排放量；统计可中断负荷断开使系统整体减少的碳排放量和使系统额外减少的碳排放量，统计面向碳-电协同市场的可中断负荷价值。9.根据权利要求8所述一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，其特征在于，所述步骤可中断负荷断开使系统整体减少的碳排放量，其数学表达式为：式中，c0为可中断负荷断开使系统整体减少的碳排放量，为可中断负荷接入系统运行时区域i的碳排放量，n为区域总数，为可中断负荷断开后区域i的碳排放量。

技术总结

本发明公开了一种面向碳-电协同市场的可中断负荷价值分析方法，该方法是基于电力潮流的碳潮流追踪模型，将一个地区电力系统中电源侧的碳责任随碳潮流分摊至系统的各个部分，包括常规负荷与可中断负荷；在碳责任分摊后，建立包括可中断负荷在内的市场出清模型，负荷侧以报量不报价的方式参与市场，发电侧以报量报价的方式参与市场；以保证电力系统的安全、稳定运行为基础，分别在可中断负荷运行和中断的两种情况下，计算电力系统中各部分所分摊的碳排放，来分析可中断负荷在减少系统碳排放方面的价值。本发明为数据驱动方法，不需要详细的物理参数，且将电源侧和负荷侧均进行了简化处理，节约了计算资源，提高了计算效率。提高了计算效率。提高了计算效率。