本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)調(diào)度與管理領(lǐng)域，具體涉及一種考慮碳稅的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

碳稅是對(duì)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(nèi)得到廣泛應(yīng)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(lái)電力系統(tǒng)運(yùn)行中需要考慮的重要因素。傳統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)調(diào)度以系統(tǒng)發(fā)電成本最小為目標(biāo)，沒(méi)有考慮系統(tǒng)排放造成的外部成本。將碳稅考慮進(jìn)電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，可以將排放的二氧化碳造成的外部成本內(nèi)化為系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，與發(fā)電成本進(jìn)行統(tǒng)一優(yōu)化，能夠?qū)崿F(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的統(tǒng)一最優(yōu)，降低用戶最終的用電成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種考慮碳稅的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的：一種考慮碳稅的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)調(diào)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(fù)荷的碳排放強(qiáng)度EL_j；

(1.2)確定用戶的碳稅成本：將負(fù)荷的碳排放強(qiáng)度EL_j與負(fù)荷量PL_j乘積作為該負(fù)荷引起的碳排放量，將所有負(fù)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(nèi)負(fù)荷的個(gè)數(shù)。

(2)建立經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，具體為：

(2.1)確定目標(biāo)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(biāo)函數(shù)，即Minf＝f_G+f_C，其中f_G為所有發(fā)電機(jī)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(diǎn)電壓幅值約束、發(fā)電機(jī)出力約束。

(3)求解經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型：利用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法對(duì)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型進(jìn)行求解，確定每臺(tái)發(fā)電機(jī)的有功和無(wú)功出力計(jì)劃。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)建立用戶碳稅成本模型中，確定負(fù)荷的碳排放強(qiáng)度EL_j是指：

a.確定每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的碳排放強(qiáng)度EG_i；

b.利用潮流追蹤技術(shù)，確定確定每個(gè)用電負(fù)荷的電力來(lái)源，將發(fā)電機(jī)-負(fù)荷分配系數(shù)矩陣表示為A，A_ij表示第i臺(tái)發(fā)電機(jī)對(duì)第j個(gè)負(fù)荷的分配系數(shù)。所有發(fā)電機(jī)對(duì)第j個(gè)負(fù)荷的分配系數(shù)之和為1，即其中Ng為發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)；

c.確定負(fù)荷的碳排放強(qiáng)度：將負(fù)荷的碳排放強(qiáng)度設(shè)為所有向該負(fù)荷供電的發(fā)電機(jī)碳排放強(qiáng)度的加權(quán)平均值，即：

進(jìn)一步地，所述步驟(1)建立用戶碳稅成本模型中，確定負(fù)荷的碳排放強(qiáng)度EL_j，EL_j是取決于發(fā)電機(jī)輸出的變量。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)建立經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，該模型具體是指：

①目標(biāo)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(diǎn)i上發(fā)電機(jī)輸出的有功功率、無(wú)功功率和節(jié)點(diǎn)i上負(fù)荷的有功功率、無(wú)功功率。θ_i和|V_i|分別為節(jié)點(diǎn)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(dǎo)和電納，N_b為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)。

B.發(fā)電機(jī)出力約束：

其中，P_Gi，分別為節(jié)點(diǎn)i上發(fā)電機(jī)輸出有功功率的下限和上限，Q_Gi，分別為節(jié)點(diǎn)i上發(fā)電機(jī)輸出無(wú)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(diǎn)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(diǎn)i電壓幅值的下限和上限。

進(jìn)一步地，步驟(3)利用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法求解經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，需要求目標(biāo)函數(shù)對(duì)變量的一階導(dǎo)和二階導(dǎo)。同時(shí)，在步驟(1)利用潮流追蹤技術(shù)確定的發(fā)電機(jī)-負(fù)荷分配系數(shù)矩陣A中會(huì)出現(xiàn)逆矩陣Z^-1。在求解過(guò)程中，將對(duì)Z^-1的求導(dǎo)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為對(duì)原矩陣Z的求導(dǎo)問(wèn)題：

其中，x_p為經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型中的變量。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)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(dǎo)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為對(duì)原矩陣的求導(dǎo)問(wèn)題，因此可以將潮流追蹤確定的用戶碳稅加入經(jīng)濟(jì)調(diào)度的目標(biāo)函數(shù)中，實(shí)現(xiàn)了對(duì)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(jì)調(diào)度模型中考慮了用戶負(fù)荷對(duì)電價(jià)的彈性，用戶負(fù)荷既可以是固定負(fù)荷也可以是取決于電價(jià)水平的靈活負(fù)荷。因此，當(dāng)碳排放強(qiáng)度高的發(fā)電機(jī)(如低效率的火電機(jī)組)發(fā)電較多時(shí)，系統(tǒng)成本較高，用戶可以降低其負(fù)荷需求量。反之，當(dāng)清潔電源發(fā)電較多時(shí)，系統(tǒng)成本相對(duì)較低，用戶可以提高其負(fù)荷需求量。通過(guò)這種方式，鼓勵(lì)了電力用戶參與節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)了降低用戶碳排放強(qiáng)度以及用戶電能費(fèi)用的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明方法流程圖；

圖2為對(duì)四節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)中的四節(jié)點(diǎn)進(jìn)行潮流追蹤的結(jié)果示意圖。

具體實(shí)施方法

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)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(jì)調(diào)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(fù)荷的碳排放強(qiáng)度EL_j：

a.確定每臺(tái)發(fā)電機(jī)組的碳排放強(qiáng)度EG_i；

b.利用潮流追蹤技術(shù)，確定確定每個(gè)用電負(fù)荷的電力來(lái)源，將發(fā)電機(jī)-負(fù)荷分配系數(shù)矩陣表示為A，A_ij表示第i臺(tái)發(fā)電機(jī)對(duì)第j個(gè)負(fù)荷的分配系數(shù)。所有發(fā)電機(jī)對(duì)第j個(gè)負(fù)荷的分配系數(shù)之和為1，即其中Ng為發(fā)電機(jī)個(gè)數(shù)；

c.確定負(fù)荷的碳排放強(qiáng)度：將負(fù)荷的碳排放強(qiáng)度設(shè)為所有向該負(fù)荷供電的發(fā)電機(jī)碳排放強(qiáng)度的加權(quán)平均值，即：

以四節(jié)點(diǎn)電力系統(tǒng)為例，對(duì)四節(jié)點(diǎn)進(jìn)行潮流追蹤的結(jié)果如圖2所示。

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

根據(jù)圖2的結(jié)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(fù)荷的碳排放強(qiáng)度EL_j與負(fù)荷量PL_j乘積作為該負(fù)荷引起的碳排放量，將所有負(fù)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(nèi)負(fù)荷的個(gè)數(shù)。

(2)建立經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，具體為：

(2.1)確定目標(biāo)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(biāo)函數(shù)，即Min f＝f_G+f_C，其中f_G為所有發(fā)電機(jī)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(diǎn)電壓幅值約束、發(fā)電機(jī)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(diǎn)i上發(fā)電機(jī)輸出的有功功率、無(wú)功功率和節(jié)點(diǎn)i上負(fù)荷的有功功率、無(wú)功功率。θ_i和|V_i|分別為節(jié)點(diǎn)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(dǎo)和電納，N_b為系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)數(shù)。

B.發(fā)電機(jī)出力約束：

其中，P_Gi，分別為節(jié)點(diǎn)i上發(fā)電機(jī)輸出有功功率的下限和上限，Q_Gi，分別為節(jié)點(diǎn)i上發(fā)電機(jī)輸出無(wú)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(diǎn)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(diǎn)i電壓幅值的下限和上限。

(3)求解經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型：利用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法對(duì)經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型進(jìn)行求解，確定每臺(tái)發(fā)電機(jī)的有功和無(wú)功出力計(jì)劃。利用原對(duì)偶內(nèi)點(diǎn)法求解經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，需要求目標(biāo)函數(shù)對(duì)變量的一階導(dǎo)和二階導(dǎo)。同時(shí)，在步驟(1)利用潮流追蹤技術(shù)確定的發(fā)電機(jī)-負(fù)荷分配系數(shù)矩陣A中會(huì)出現(xiàn)逆矩陣Z^-1。在求解過(guò)程中，將對(duì)Z^-1的求導(dǎo)問(wèn)題轉(zhuǎn)換為對(duì)原矩陣Z的求導(dǎo)問(wèn)題：

其中，x_p為經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型中的變量。

具體如下：

上述經(jīng)濟(jì)調(diào)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(duì)應(yīng)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(dāng)達(dá)到最優(yōu)時(shí)，有拉格朗日函數(shù)對(duì)各變量的一階導(dǎo)為零，即：

用牛拉法求解KKT條件表達(dá)式，得到最優(yōu)解。