本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)調度與管理領域，具體涉及一種考慮碳稅的電力系統(tǒng)經(jīng)濟調度方法。

背景技術：

碳稅是對二氧化碳排放所征的稅，作為一種減少二氧化碳排放的有效措施，碳稅在全世界范圍內得到廣泛應用。電力系統(tǒng)是最大的二氧化碳排放源之一，降低碳排放是未來電力系統(tǒng)運行中需要考慮的重要因素。傳統(tǒng)的經(jīng)濟調度以系統(tǒng)發(fā)電成本最小為目標，沒有考慮系統(tǒng)排放造成的外部成本。將碳稅考慮進電力系統(tǒng)經(jīng)濟調度模型，可以將排放的二氧化碳造成的外部成本內化為系統(tǒng)運行的經(jīng)濟指標，與發(fā)電成本進行統(tǒng)一優(yōu)化，能夠實現(xiàn)經(jīng)濟與環(huán)境的統(tǒng)一最優(yōu)，降低用戶最終的用電成本。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種考慮碳稅的電力系統(tǒng)經(jīng)濟調度方法。

本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的：一種考慮碳稅的電力系統(tǒng)經(jīng)濟調度方法，該方法包括以下步驟：

(1)建立用戶碳稅成本模型，具體為：

(1.1)確定負荷的碳排放強度EL_j；

(1.2)確定用戶的碳稅成本：將負荷的碳排放強度EL_j與負荷量PL_j乘積作為該負荷引起的碳排放量，將所有負荷碳排放量與碳稅T_j的乘積之和作為用戶總的碳稅成本f_C。即：Nl為系統(tǒng)內負荷的個數(shù)。

(2)建立經(jīng)濟調度模型，具體為：

(2.1)確定目標函數(shù)：以系統(tǒng)總的發(fā)電成本和用戶總的碳稅之和為目標函數(shù)，即Minf＝f_G+f_C，其中f_G為所有發(fā)電機的發(fā)電成本之和。

(2.2)確定約束條件：功率平衡約束、支路功率約束、節(jié)點電壓幅值約束、發(fā)電機出力約束。

(3)求解經(jīng)濟調度模型：利用原對偶內點法對經(jīng)濟調度模型進行求解，確定每臺發(fā)電機的有功和無功出力計劃。

進一步地，所述步驟(1)建立用戶碳稅成本模型中，確定負荷的碳排放強度EL_j是指：

a.確定每臺發(fā)電機組的碳排放強度EG_i；

b.利用潮流追蹤技術，確定確定每個用電負荷的電力來源，將發(fā)電機-負荷分配系數(shù)矩陣表示為A，A_ij表示第i臺發(fā)電機對第j個負荷的分配系數(shù)。所有發(fā)電機對第j個負荷的分配系數(shù)之和為1，即其中Ng為發(fā)電機個數(shù)；

c.確定負荷的碳排放強度：將負荷的碳排放強度設為所有向該負荷供電的發(fā)電機碳排放強度的加權平均值，即：

進一步地，所述步驟(1)建立用戶碳稅成本模型中，確定負荷的碳排放強度EL_j，EL_j是取決于發(fā)電機輸出的變量。

進一步地，所述步驟(2)建立經(jīng)濟調度模型，該模型具體是指：

①目標函數(shù)：

Minf＝f_G+f_C

②約束條件：

A.功率平衡約束：

其中，P_Gi，Q_Gi，P_Di，Q_Di分別為節(jié)點i上發(fā)電機輸出的有功功率、無功功率和節(jié)點i上負荷的有功功率、無功功率。θ_i和|V_i|分別為節(jié)點i電壓的相角和幅值，G_ij和B_ij分別為支路i-j的等效電導和電納，N_b為系統(tǒng)節(jié)點數(shù)。

B.發(fā)電機出力約束：

其中，P_Gi，分別為節(jié)點i上發(fā)電機輸出有功功率的下限和上限，Q_Gi，分別為節(jié)點i上發(fā)電機輸出無功功率的下限和上限。

C.支路功率約束：

|S_ij|≤|S_ij|^max

其中，|S_ij|為支路i-j的的視在功率，|S_ij|^max為支路i-j的視在功率的上限。

D.節(jié)點電壓幅值約束：

|V_i|^min≤|V_i|≤|V_i|^max

其中，|V_i|^min，|V_i|^0ax分別為節(jié)點i電壓幅值的下限和上限。

進一步地，步驟(3)利用原對偶內點法求解經(jīng)濟調度模型，需要求目標函數(shù)對變量的一階導和二階導。同時，在步驟(1)利用潮流追蹤技術確定的發(fā)電機-負荷分配系數(shù)矩陣A中會出現(xiàn)逆矩陣Z^-1。在求解過程中，將對Z^-1的求導問題轉換為對原矩陣Z的求導問題：

其中，x_p為經(jīng)濟調度模型中的變量。

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：

1、本發(fā)明將潮流追蹤中出現(xiàn)的逆矩陣求導問題轉化為對原矩陣的求導問題，因此可以將潮流追蹤確定的用戶碳稅加入經(jīng)濟調度的目標函數(shù)中，實現(xiàn)了對發(fā)電成本和碳稅成本的聯(lián)合優(yōu)化。

2、本發(fā)明方法中，經(jīng)濟調度模型中考慮了用戶負荷對電價的彈性，用戶負荷既可以是固定負荷也可以是取決于電價水平的靈活負荷。因此，當碳排放強度高的發(fā)電機(如低效率的火電機組)發(fā)電較多時，系統(tǒng)成本較高，用戶可以降低其負荷需求量。反之，當清潔電源發(fā)電較多時，系統(tǒng)成本相對較低，用戶可以提高其負荷需求量。通過這種方式，鼓勵了電力用戶參與節(jié)能減排，實現(xiàn)了降低用戶碳排放強度以及用戶電能費用的目的。

附圖說明

圖1為本發(fā)明方法流程圖；

圖2為對四節(jié)點電力系統(tǒng)中的四節(jié)點進行潮流追蹤的結果示意圖。

具體實施方法

下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種考慮碳稅的電力系統(tǒng)經(jīng)濟調度方法，該方法包括以下步驟：

(1)建立用戶碳稅成本模型，具體為：

(1.1)確定負荷的碳排放強度EL_j：

a.確定每臺發(fā)電機組的碳排放強度EG_i；

b.利用潮流追蹤技術，確定確定每個用電負荷的電力來源，將發(fā)電機-負荷分配系數(shù)矩陣表示為A，A_ij表示第i臺發(fā)電機對第j個負荷的分配系數(shù)。所有發(fā)電機對第j個負荷的分配系數(shù)之和為1，即其中Ng為發(fā)電機個數(shù)；

c.確定負荷的碳排放強度：將負荷的碳排放強度設為所有向該負荷供電的發(fā)電機碳排放強度的加權平均值，即：

以四節(jié)點電力系統(tǒng)為例，對四節(jié)點進行潮流追蹤的結果如圖2所示。

發(fā)電機-負荷的功率流向可以用發(fā)電機-負荷貢獻因子矩陣A表示為：

根據(jù)圖2的結果，得到：

因此：

EL₁＝0.6882×EG₁+0.2890×EG₂

EL₂＝0.3118×EG₁+0.7110×EG₂

(1.2)確定用戶的碳稅成本：將負荷的碳排放強度EL_j與負荷量PL_j乘積作為該負荷引起的碳排放量，將所有負荷碳排放量與碳稅T_j的乘積之和作為用戶總的碳稅成本f_C。即：Nl為系統(tǒng)內負荷的個數(shù)。

(2)建立經(jīng)濟調度模型，具體為：

(2.1)確定目標函數(shù)：以系統(tǒng)總的發(fā)電成本和用戶總的碳稅之和為目標函數(shù)，即Min f＝f_G+f_C，其中f_G為所有發(fā)電機的發(fā)電成本之和。

(2.2)確定約束條件：功率平衡約束、支路功率約束、節(jié)點電壓幅值約束、發(fā)電機出力約束。

A.功率平衡約束：

其中，P_Gi，Q_Gi，P_Di，Q_Di分別為節(jié)點i上發(fā)電機輸出的有功功率、無功功率和節(jié)點i上負荷的有功功率、無功功率。θ_i和|V_i|分別為節(jié)點i電壓的相角和幅值，G_ij和B_ij分別為支路i-j的等效電導和電納，N_b為系統(tǒng)節(jié)點數(shù)。

B.發(fā)電機出力約束：

其中，P_Gi，分別為節(jié)點i上發(fā)電機輸出有功功率的下限和上限，Q_Gi，分別為節(jié)點i上發(fā)電機輸出無功功率的下限和上限。

C.支路功率約束：

|S_ij|≤|S_ij|^max

其中，|S_ij|為支路i-j的的視在功率，|S_ij|^max為支路i-j的視在功率的上限。

D.節(jié)點電壓幅值約束：

|V_i|^min≤|V_i|≤|V_i|^max

其中，|V_i|^min，|V_i|^max分別為節(jié)點i電壓幅值的下限和上限。

(3)求解經(jīng)濟調度模型：利用原對偶內點法對經(jīng)濟調度模型進行求解，確定每臺發(fā)電機的有功和無功出力計劃。利用原對偶內點法求解經(jīng)濟調度模型，需要求目標函數(shù)對變量的一階導和二階導。同時，在步驟(1)利用潮流追蹤技術確定的發(fā)電機-負荷分配系數(shù)矩陣A中會出現(xiàn)逆矩陣Z^-1。在求解過程中，將對Z^-1的求導問題轉換為對原矩陣Z的求導問題：

其中，x_p為經(jīng)濟調度模型中的變量。

具體如下：

上述經(jīng)濟調度模型，可以表述為一通用最優(yōu)模型：

min f(x)

s.t.g(x)＝0

h(x)≤0

拉格朗日函數(shù)為：

其中，Z為松弛變量向量，Z_m為Z中的元素，n_i為不等式約束的數(shù)量，λ,μ分別為對應等式約束和不等式約束的拉格朗日乘子，γ為障礙因子。

根據(jù)KKT條件，當達到最優(yōu)時，有拉格朗日函數(shù)對各變量的一階導為零，即：

用牛拉法求解KKT條件表達式，得到最優(yōu)解。