本發(fā)明涉及低碳配電網(wǎng)擴展規(guī)劃，具體涉及一種考慮碳交易和需求側(cè)管理的配電網(wǎng)雙層擴展規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、隨著配電網(wǎng)中的分布式可在生能源快速發(fā)展，風光等可再生能源的不確定性給配電網(wǎng)規(guī)劃帶來了巨大影響。在配電網(wǎng)中進行需求側(cè)管理可削峰填谷，促進新能源消納，減少分布式電源的不利影響。然而，現(xiàn)有研究進行需求響應時多從電視角下開展提高經(jīng)濟性，未能考慮到需求側(cè)管理的碳減排作用。將碳交易與需求側(cè)管理結(jié)合，可從碳視角對負荷側(cè)進行管理，提高配電網(wǎng)低碳收益。因此，在配電網(wǎng)擴展規(guī)劃過程中考慮碳交易與需求側(cè)管理，制定適應碳減排以及新能源波動情況的規(guī)劃方案與運行策略的研究有重要意義。

2、現(xiàn)有技術(shù)中，“配電網(wǎng)擴展規(guī)劃過程中考慮碳交易與需求側(cè)管理”的方法如下：

3、1)中國專利“一種多種需求側(cè)資源協(xié)同的配電網(wǎng)擴展規(guī)劃方法”(申請?zhí)枺?02010439620.0)。該發(fā)明所設計的模型通過對配電網(wǎng)現(xiàn)有供電設備擴容和需求側(cè)資源進行協(xié)調(diào)協(xié)調(diào)優(yōu)化，得到配電網(wǎng)凈成本最小化的配電網(wǎng)規(guī)劃方案。然而，該方法雖然在規(guī)劃過程中考慮了需求側(cè)資源對配電網(wǎng)的影響，但獲得的規(guī)劃方案僅考慮經(jīng)濟性，忽略需求側(cè)資源的減排作用。

4、2)中國專利“一種考慮綠證交易和碳交易的配電網(wǎng)規(guī)劃方法”(申請?zhí)枺?02211137124.5)。該發(fā)明專利在三段綠證交易模型和兩段式碳交易模型基礎上，引入配電網(wǎng)平均單位供電co2排放強度，得到新型配電網(wǎng)整體新能源裝機占比，單位碳排放強度，配電網(wǎng)總收益都有較大提升。然而，配電網(wǎng)平均單位供電co2排放強度無法體現(xiàn)不同時刻用電產(chǎn)生碳排放的差異性，會導致新能源難以消納，且并不利于系統(tǒng)中各靈活性資源的調(diào)度，不能夠進一步降低配電網(wǎng)碳排放。

5、綜上所述，需要在配電網(wǎng)擴展規(guī)劃過程中綜合考慮碳交易和需求側(cè)管理的影響，進一步提高配電網(wǎng)對分布式電源的接納能力，深入發(fā)掘配電網(wǎng)降碳減排潛力。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種考慮碳交易和需求側(cè)管理的配電網(wǎng)雙層擴展規(guī)劃方法，有效降低配電網(wǎng)碳排放水平，提高系統(tǒng)經(jīng)濟性，可得到適應源荷波動并提升配電網(wǎng)運行穩(wěn)定性的規(guī)劃方案。

2、本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

3、一種考慮碳交易和需求側(cè)管理的配電網(wǎng)雙層擴展規(guī)劃方法，包括以下步驟：

4、步驟1：獲取待擴展配電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息；

5、步驟2：基于k-means聚類算法構(gòu)建典型日場景；

6、步驟3：采用基于碳排放流理論的動態(tài)碳排放強度核算配電網(wǎng)碳排放；

7、步驟4：根據(jù)配電網(wǎng)分時電價及動態(tài)碳排放強度數(shù)據(jù)，對需求側(cè)用電負荷進行管理，并進行碳交易；

8、步驟5：建立考慮碳交易和需求側(cè)管理的配電網(wǎng)雙層擴展規(guī)劃模型；

9、步驟6：將配電網(wǎng)雙層擴展規(guī)劃模型上下層關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)化為單層模型并線性化處理，調(diào)用求解器求解。

10、所述步驟1中，獲取待擴展配電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息，具體包括：

11、獲取待擴展配電網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)、設備投資運行數(shù)據(jù)；

12、獲取待擴展配電網(wǎng)風光荷歷史數(shù)據(jù)，所在區(qū)域碳排放數(shù)據(jù)；

13、獲取待擴展配電網(wǎng)的分時電價數(shù)據(jù)，碳交易數(shù)據(jù)及參與需求側(cè)管理負荷數(shù)據(jù)。

14、待擴展配電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息如表1所示：

15、表1獲取配電網(wǎng)數(shù)據(jù)信息

16、

17、所述步驟2包括如下步驟：

18、s2.1：將風、光、荷的歷史數(shù)據(jù)歸一化，將各類歷史數(shù)據(jù)除以數(shù)據(jù)中的最大值，并設定聚類數(shù)目k，隨機選取初始k個聚類中心；

19、s2.2：計算數(shù)據(jù)與初始聚類中心的距離：

20、

21、式(1)中，d(x,y)為n維樣本x與y的歐式距離；xi為樣本中的參數(shù)；yki為第k個聚類中心；n為歷史數(shù)據(jù)中總樣本的個數(shù)；

22、s2.3：根據(jù)樣本劃分進入距離最近的聚類中心所在的聚類，此時有k個聚類，重新計算每個聚類的中心，計算公式為：

23、

24、式(2)中，xki為第k個聚類中的樣本；m為第k個聚類中樣本個數(shù)；

25、s2.4：重復步驟s2.2-s2.3，直到聚類中心不再發(fā)生變化，此時聚類中心即為一個場景，該場景的概率為該聚類中樣本個數(shù)m與總樣本的比值。

26、所述步驟3中，計算基于碳排放流理論的動態(tài)碳排放強度，具體包括如下步驟：

27、s3.1：基于碳排放流理論計算得到上級電網(wǎng)中的碳勢：

28、

29、式(3)中，eni,t表示時刻t節(jié)點i節(jié)點的碳勢；s表示線路編號；bsup為系統(tǒng)中的線路集合；pbs,t表示時刻t線路s中的傳輸功率；rbs,t表示時刻t線路s中的碳流密度；pgi,t為時刻t發(fā)電機i發(fā)出功率；egi,t為對應發(fā)電機的碳排放強度。

30、s3.2：對基于碳排放流理論得到的節(jié)點碳勢在空間上作平均化處理，得到待擴展配電網(wǎng)所在區(qū)域的平均碳排放強度：

31、

32、式(4)中，em,t為區(qū)域電網(wǎng)在時刻t的區(qū)域動態(tài)排放因子；pli,t為節(jié)點q在時刻t的負荷量；z為區(qū)域電網(wǎng)內(nèi)的節(jié)點集合。

33、所述步驟4包括如下步驟：

34、s4.1：利用動態(tài)碳排放強度，計量配電網(wǎng)碳排放量；并根據(jù)系統(tǒng)碳配額，計算碳排放成本：

35、

36、式(5)中，eem為配電網(wǎng)的碳排放量；t為單個運行周期的時段數(shù)目；pgrid,t為配電網(wǎng)向上級電網(wǎng)的購電量；cem為碳交易成本；cco2為單位碳交易價格；η為單位電量無償碳排放配額。s4.2：需求側(cè)管理需要根據(jù)分時電價數(shù)據(jù)和動態(tài)碳排放強度數(shù)據(jù)對負荷管理，在電價和碳排放強度較高時刻進行轉(zhuǎn)移或者削減負荷，以降低運行成本?？上鳒p負荷與可轉(zhuǎn)移負荷計算公式如下：

37、

38、式(6)中，表示節(jié)點i在時刻t的負荷削減量；表示節(jié)點i在時刻t的負荷轉(zhuǎn)移量。所述步驟5中，建立的配電網(wǎng)雙層擴展規(guī)劃模型中，上層規(guī)劃層目標函數(shù)為年綜合成本最小，下層運行層目標函數(shù)為運行成本最小，具體包括：

39、minctotal＝cinv+cope(7)；

40、式中，ctotal為配電網(wǎng)年綜合成本；cinv為配電網(wǎng)年投資成本；cope為配電網(wǎng)運行成本。

41、cinv＝cline+cwtg+cpvg+cess

42、cope＝cbuy+closs+cdg+ccut+cem+ccom(8)；

43、上式中，cline為線路投資成本；cwtg為風機投資成本；cpvg為光伏投資成本；cess為儲能透支成本；cbuy為主網(wǎng)購電成本；closs為網(wǎng)絡損耗成本；cdg為分布式電源運行成本；ccut為棄風棄光成本；cem為碳交易成本；ccom為需求側(cè)管理補償成本。

44、上述模型滿足設備投資約束、配電網(wǎng)輻射狀約束、配網(wǎng)潮流約束、安全約束、分布式電源運行約束、儲能運行約束、需求側(cè)管理約束。具體包括：

45、1)設備投資約束：

46、

47、式(9)中，分別為線路、風電、光伏和儲能投資的決策變量；nwt、npv、ness為風電、光伏和儲能設備在節(jié)點j的安裝數(shù)量上限；ωline為新建線路集合；ωpvg為光伏待安裝節(jié)點集合；ωwtg為風機待安裝節(jié)點集合；ωess為儲能待暗轉(zhuǎn)節(jié)點集合。

48、2)網(wǎng)絡輻射狀及連通性約束：

49、n＝m+1?(10)；

50、式(10)中，n和m分別為規(guī)劃后配電網(wǎng)的節(jié)點總數(shù)和線路總數(shù)。

51、3)潮流約束：

52、

53、式(11)中，δj表示以j為首端的線路集合，且k為對應線路的末端；φj表示以j為末端的線路集合，且i為對應線路的首端；pij,t為支路ij的有功傳輸功率；iij,t為支路ij的電流；rij為支路ij的電阻；為j節(jié)點風電機的有功出力；為j節(jié)點光伏的有功出力；為關(guān)口有功出力；為節(jié)點j處的有功負荷；qij,t為支路ij的無功傳輸功率；xij為支路ij的電抗；為節(jié)點j風電機的無功出力；為j節(jié)點光伏的無功出力；為關(guān)口無功出力；為節(jié)點j處的無功負荷；vi,t、vj,t分別表示節(jié)點i、j的電壓；ωl為以建設線路合集；ij為線路合集中的編號。

54、4)安全約束：

55、

56、式(12)中，vmin、vmax分別為節(jié)點電壓的上限和下限；為線路ij上的電流上限。

57、5)分布式電源運行約束：

58、

59、式(13)中，分別為節(jié)點j處風電、光伏的有功出力最大值；為分布式電源的最小功率因數(shù)；為分布式電源的無功出力。分別為風電、光伏的棄電量。

60、6)儲能運行約束：

61、

62、式(14)中，分別為儲能充電、放電0-1狀態(tài)變量；為單臺儲能充電、放電功率的上限；為儲能的荷電狀態(tài)；ηc、ηd分別為儲能充放電效率；為儲能配置的容量；為儲能充電功率；為儲能放電功率；為節(jié)點j儲能功率上限；為節(jié)點j儲能的容量上限；為儲能在一個運行周期中起始時刻荷電狀態(tài)；為儲能在一個運行周期中結(jié)束時刻荷電狀態(tài)。

63、7)需求側(cè)管理約束：

64、

65、式(15)中，λcut為需求側(cè)管理中負荷可削減的最大比例；λtran為可轉(zhuǎn)移負荷的最大比例；為節(jié)點i時刻t的原負荷功率。

66、所述步驟6中，建立的配電網(wǎng)雙層擴展規(guī)劃模型是將規(guī)劃和運行分開處理的，一般求解方式是上下層迭代分成獲得最優(yōu)規(guī)劃方案和運行策略。采用上下層關(guān)聯(lián)的方式可對模型快速求解，即將模型上下層關(guān)聯(lián)轉(zhuǎn)化為單層模型，另外模型中考慮線路和潮流的部分存在非線性項，在此處同時線性化處理，具體包括如下步驟：

67、1)模型上下層關(guān)聯(lián)，在規(guī)劃和運行層間將變量進行轉(zhuǎn)化：

68、

69、式(16)中，swt、spv分別為單臺風機和光伏的容量；分別為單臺儲能充電、放電功率的上限；為儲能配置的容量。

70、2)線性化處理：

71、對潮流約束中的電壓降落及功率傳輸?shù)燃s束進行大m法松弛，得到如下計算公式：

72、

73、-pmaxxline≤pij,t≤pmaxxline

74、-qmaxxline≤qij,t≤qmaxxline

75、

76、式(17)中，分別為節(jié)點i電壓、線路ij電流的平方等效值，用變量代替了m為足夠大的正數(shù)；pmax、qmax分別為線路傳輸有功、無功上限；imax為線路電流上限；xline為線路投資決策變量；ωl為線路編號集合。

77、然后，對算式進行二階錐松弛，得到對算式兩邊進行轉(zhuǎn)換：

78、

79、然后進一步等價為：

80、

81、其二階錐約束形式為：

82、

83、轉(zhuǎn)化后模型為單層的混合整數(shù)二階錐規(guī)劃模型，能夠直接調(diào)用求解器求解。

84、本發(fā)明一種考慮碳交易和需求側(cè)管理的配電網(wǎng)雙層擴展規(guī)劃方法，技術(shù)效果如下：

85、1)本發(fā)明采用基于碳排放流理論的動態(tài)碳排放強度計量配電網(wǎng)碳排放量的核算方式，更加準確，該強度反映不同時刻用電產(chǎn)生碳排放的時刻差異性，有利于配電網(wǎng)低碳運行策略的制定，并促進主網(wǎng)新能源的消納；

86、2)本發(fā)明在規(guī)劃過程中引入碳交易，將碳減排收益量化，可增加系統(tǒng)對碳減排的積極性。在此基礎上考慮需求側(cè)管理，增加對碳視角下的負荷管理考量，得到的規(guī)劃方案不僅可以的到較好的經(jīng)濟性，還具有良好的低碳性；

87、3)本發(fā)明采用的配電網(wǎng)雙層擴展規(guī)劃模型將規(guī)劃和運行分層處理，可獲得可靠性高的最優(yōu)規(guī)劃方案和運行策略。將雙層模型關(guān)聯(lián)和線性化處理，降低求解難度，提高求解速度。