本發(fā)明涉及一種碳排放的虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度方法，屬于電力系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度領(lǐng)域，適用于虛擬電廠在需求響應(yīng)市場(chǎng)中的低碳優(yōu)化調(diào)度，提高系統(tǒng)新能源的消納率，減少系統(tǒng)碳排放。

背景技術(shù)：

1、傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)面臨著諸多挑戰(zhàn)，如能源碳排放、能源安全、能源效率等問(wèn)題，隨著可再生能源的快速發(fā)展和分布式能源的興起，為虛擬電廠的發(fā)展提供了契機(jī)。虛擬電廠是指將分布式能源、儲(chǔ)能設(shè)備、可調(diào)節(jié)負(fù)荷等智能整合，在虛擬化的平臺(tái)上，模擬傳統(tǒng)電力廠的功能，實(shí)現(xiàn)能源的集中化管理和優(yōu)化調(diào)度。虛擬電廠通過(guò)信息技術(shù)和智能控制手段，將分散的能源資源整合為一個(gè)整體，從而更好地滿足能源需求，提高能源利用效率，促進(jìn)能源綠色轉(zhuǎn)型，實(shí)現(xiàn)能源的靈活配置、平穩(wěn)調(diào)度和高效利用。

2、國(guó)內(nèi)虛擬電廠實(shí)現(xiàn)了初步用戶用能監(jiān)測(cè)，但在資源的優(yōu)化調(diào)度方面還有較大不足，大部分可再生能源波動(dòng)性大、持續(xù)性不強(qiáng)，在大容量、資源分布廣的可再生能源的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)方面還存在不足。虛擬電廠目前主要參與電力市場(chǎng)交易，各種調(diào)度和優(yōu)化策略均圍繞電力交易市場(chǎng)展開(kāi)，隨著虛擬電廠持續(xù)拓展到碳交易市場(chǎng)，各類市場(chǎng)間的權(quán)益需要統(tǒng)籌協(xié)同綜合考慮，相對(duì)應(yīng)的優(yōu)化調(diào)度策略還處于初步探索階段，不夠完善。

3、例如申請(qǐng)?zhí)枮閏n202311234140.0的發(fā)明專利，公開(kāi)了一種考慮碳交易和需求響應(yīng)的虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度方法，步驟包括：建立考慮碳交易和需求響應(yīng)的虛擬電廠與集中光熱電站的主從框架；制定虛擬電廠的階梯式碳交易模式；構(gòu)建基于電力負(fù)荷和熱負(fù)荷特性的虛擬電廠需求響應(yīng)模型；構(gòu)建配電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商-虛擬電廠的主從博弈模型；求解主從博弈模型，將決策變量的結(jié)果值作為虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度策略，并控制所述虛擬電廠執(zhí)行優(yōu)化調(diào)度策略。

4、申請(qǐng)?zhí)枮閏n202310710155.3的發(fā)明專利，公開(kāi)了一種虛擬電廠多時(shí)間尺度低碳優(yōu)化調(diào)度方法、設(shè)備及介質(zhì)，方法包括：建立階梯型碳排放交易計(jì)算成本模型；基于所述階梯型碳排放交易計(jì)算成本模型建立包含日前計(jì)劃、日內(nèi)滾動(dòng)、實(shí)時(shí)校正的虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度模型；對(duì)建立的虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度模型進(jìn)行求解，并根據(jù)求解結(jié)果對(duì)虛擬電廠進(jìn)行調(diào)度。

5、申請(qǐng)?zhí)枮閏n202311309896.7的發(fā)明專利，公開(kāi)了了一種考慮階梯碳交易的虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度方法及系統(tǒng)，涉及電力系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括：根據(jù)風(fēng)速數(shù)據(jù)和光照強(qiáng)度數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)風(fēng)電、光伏可用輸出功率；根據(jù)風(fēng)電可用輸出功率和光伏可用輸出功率建立棄風(fēng)棄光成本模型；采用氫儲(chǔ)能系統(tǒng)建立氫儲(chǔ)能充放電出力模型；建立火電燃煤成本模型；基于階梯碳交易機(jī)制構(gòu)建當(dāng)階梯碳交易計(jì)算模型；根據(jù)棄風(fēng)棄光成本模型、氫儲(chǔ)能充放電出力模型、火電燃煤成本模型和階梯碳交易計(jì)算模型構(gòu)建目標(biāo)虛擬電廠的優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)函數(shù)；在設(shè)定約束條件的約束下，對(duì)優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，得到優(yōu)化調(diào)度結(jié)果；優(yōu)化調(diào)度結(jié)果包括：風(fēng)電實(shí)發(fā)功率和光伏實(shí)發(fā)功率。

6、現(xiàn)有的技術(shù)研究，因可再生能源波動(dòng)性大、持續(xù)性不強(qiáng)，在可再生能源的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)方面還存在不足，各種調(diào)度和優(yōu)化策略均圍繞電力交易市場(chǎng)展開(kāi)，部分研究雖然在一定程度上兼顧了系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性與低碳性，然而對(duì)碳交易市場(chǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況考慮過(guò)于簡(jiǎn)單，忽略了虛擬電廠負(fù)載資源靈活的特點(diǎn)，沒(méi)有結(jié)合碳交易機(jī)制來(lái)分析虛擬電廠的低碳特征。在電力交易市場(chǎng)和碳交易市場(chǎng)綜合權(quán)益下的虛擬電廠綜合運(yùn)行成本最低的研究較少。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是：根據(jù)電力市場(chǎng)和碳交易市場(chǎng)的價(jià)格信息，綜合考慮機(jī)組運(yùn)行成本、外購(gòu)能源成本、碳交易成本、需求響應(yīng)補(bǔ)償成本，建立虛擬電廠綜合運(yùn)行成本最低為目標(biāo)的優(yōu)化調(diào)度模型，求解優(yōu)化調(diào)度模型得到日前調(diào)度方案策略，在保證虛擬電廠調(diào)度運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)減少碳排放。

2、為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種考慮碳排放的虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度方法，其特征在于，包括以下步驟：

3、步驟1、構(gòu)建模型，所構(gòu)建的模型包括風(fēng)力發(fā)電模型、光伏發(fā)電模型、微型燃?xì)廨啓C(jī)模型、儲(chǔ)能設(shè)備模型、需求側(cè)響應(yīng)目標(biāo)模型、用戶側(cè)響應(yīng)需求側(cè)目標(biāo)模型、需求側(cè)和用戶側(cè)匹配約束模型以及碳交易成本模型，其中：

4、風(fēng)力發(fā)電模型表示為：

5、

6、式中，為風(fēng)電t時(shí)刻的最大出力，vin為切入風(fēng)速，vout為切出風(fēng)速，vt為實(shí)際風(fēng)速，vr為額定風(fēng)速，為風(fēng)電的額定功率。

7、光伏發(fā)電模型表示為：

8、

9、式中，為光伏發(fā)電系統(tǒng)的輸出功率，ηpv為太陽(yáng)能光伏板的能量轉(zhuǎn)換效率，spv為太陽(yáng)能光伏板的面積，θpv為太陽(yáng)能輻射度；

10、微型燃?xì)廨啓C(jī)模型表示為下式：

11、

12、式中，cmt表示微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電成本，cng表示天然氣的價(jià)格，qlhv表示天然氣的低熱值，表示t時(shí)刻微型燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率，ηmt表示微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率，δt表示時(shí)間間隔；

13、儲(chǔ)能設(shè)備模型表示為下式：

14、

15、式中，表示t時(shí)刻蓄電池的存儲(chǔ)容量，τ表示蓄電池的自損率，ηcha表示蓄電池的充電效率，ηdis表示蓄電池的放電效率，表示t時(shí)刻蓄電池的充電功率，表示t時(shí)刻蓄電池的放電功率，δt表示時(shí)間間隔；

16、需求側(cè)響應(yīng)目標(biāo)模型表示為下式：

17、

18、式中，pac為單個(gè)建筑某時(shí)刻空調(diào)負(fù)荷，pi為某時(shí)刻照明負(fù)荷，q為包括動(dòng)力用電以及特殊用電在內(nèi)的其他負(fù)荷，n為聚合的建筑群數(shù)，pt為某時(shí)刻的總用電功率。

19、在用戶側(cè)響應(yīng)需求側(cè)目標(biāo)模型中：

20、單個(gè)建筑的可調(diào)節(jié)照明負(fù)荷表示為：

21、

22、式中，pli,i為i時(shí)刻照明用電功率，pmax,li為工作日照明的最大用電功率，ci為照明功率可調(diào)節(jié)系數(shù)(取0.7-1之間)，padj,li為單個(gè)建筑的可調(diào)節(jié)照明負(fù)荷；

23、單個(gè)建筑空調(diào)可調(diào)負(fù)荷表示為：

24、

25、式中，padj,ac為單個(gè)建筑空調(diào)可調(diào)負(fù)荷，pac,i為某時(shí)刻空調(diào)用電功率，pmax,ac為冬季或夏季最大空調(diào)用電功率，cac,s為夏季可調(diào)負(fù)荷系數(shù)，cac,w為冬季可調(diào)負(fù)荷系數(shù)，ci為可調(diào)負(fù)荷系數(shù)，pac為為單個(gè)建筑某時(shí)刻空調(diào)負(fù)荷；

26、需求側(cè)和用戶側(cè)匹配約束模型表示為：

27、x＝min(|x|1,|x|2,|x|3,…,|x|n)

28、

29、式中，pd為需求側(cè)待調(diào)峰負(fù)荷，pr為響應(yīng)側(cè)可響應(yīng)負(fù)荷，n為響應(yīng)時(shí)間；

30、碳交易成本模型表示為下式：

31、

32、式中，cco2表示vpp的碳交易成本，γ表示市場(chǎng)上的碳交易價(jià)格，d表示碳排放區(qū)間長(zhǎng)度，表示每個(gè)階梯價(jià)格增長(zhǎng)幅度，ep表示虛擬電廠的實(shí)際碳排放量，el表示虛擬電廠的初始碳排放配額；

33、步驟2、設(shè)定目標(biāo)函數(shù)，表示為下式：

34、minf＝cbuy+cmt+cdevice+cco2

35、

36、

37、式中，cbuy為vpp的購(gòu)電成本，cmt為微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電成本，cdevice為設(shè)備運(yùn)行維護(hù)成本，為t時(shí)刻vpp向外部電網(wǎng)的購(gòu)電價(jià)格，為t時(shí)刻vpp向外部電網(wǎng)的購(gòu)電功率，cgas為天然氣的單位價(jià)格，為t時(shí)刻微型燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率，ηmt為微型燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)電效率，lng為天然氣的低熱值(取9.78kwh/m3)，kmt為微型燃?xì)廨啓C(jī)的單位運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，kwt為風(fēng)電的單位運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，kpv為光伏的單位運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，kes為儲(chǔ)能設(shè)備的單位運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用，為t時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組的放電功率，為t時(shí)刻光伏機(jī)組的放電功率，為時(shí)刻蓄電池的充電功率，為t時(shí)刻蓄電池的放電功率；

38、步驟3、設(shè)定約束條件；

39、步驟4、基于目標(biāo)函數(shù)以及約束條件，對(duì)步驟1所構(gòu)建的模型進(jìn)行優(yōu)化求解，

40、優(yōu)選地，所述光伏發(fā)電模型中，太陽(yáng)能輻射度θpv的分布采用beta概率分布來(lái)描述，如下式所示：

41、

42、式中，α、β為beta分布的形狀參數(shù)，μ為太陽(yáng)能輻照度的平均值，σ為太陽(yáng)能輻照度的標(biāo)準(zhǔn)差。

43、優(yōu)選地，所述約束條件包括總功率平衡約束、微型燃?xì)廨啓C(jī)約束、儲(chǔ)能設(shè)備約束、購(gòu)電功率約束、需求響應(yīng)約束。

44、優(yōu)選地，所述總功率平衡約束表示為：

45、

46、式中，為t時(shí)刻vpp向外部電網(wǎng)的購(gòu)電功率，為t時(shí)刻微型燃?xì)廨啓C(jī)的輸出功率，為時(shí)刻儲(chǔ)能設(shè)備的充電功率，為t時(shí)刻儲(chǔ)能設(shè)備的放電功率，為t時(shí)刻風(fēng)電機(jī)組的放電功率，為t時(shí)刻光伏機(jī)組的放電功率，為t時(shí)刻總功率；

47、所述微型燃?xì)廨啓C(jī)約束表示為：

48、

49、式中，為微型燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率的上限；為微型燃?xì)廨啓C(jī)輸出功率的下限；為微型燃?xì)廨啓C(jī)爬坡率的上限；為微型燃?xì)廨啓C(jī)爬坡率的下限；

50、所述儲(chǔ)能設(shè)備約束表示為：

51、

52、式中：為t時(shí)段蓄電池的存儲(chǔ)容量；τ1為電池的自損率；ηcha為蓄電池的充電效率；ηdis為蓄電池的放電效率；為蓄電池容量的上限；為蓄電池容量的下限；為蓄電池充電功率的上限；為蓄電池放電功率的下限；為t時(shí)段蓄電池的充電狀態(tài)，為0-1變量；為t時(shí)段蓄電池的放電狀態(tài)，為0-1變量；

53、所述購(gòu)電功率約束表示為：

54、

55、式中，為t時(shí)刻vpp向外部電網(wǎng)的購(gòu)電功率，為t時(shí)刻vpp向外部電網(wǎng)的購(gòu)電功率的最大值。

56、所述需求響應(yīng)約束表示為：

57、x＝min(|x|1,|x|2,|x|3,…,|x|n)

58、

59、δlmin≤δlt≤δlmax

60、式中，δlt為t時(shí)刻的轉(zhuǎn)移負(fù)荷，δlmin為轉(zhuǎn)移負(fù)荷的上限，δlmax為轉(zhuǎn)移負(fù)荷的下限，pd為需求側(cè)待調(diào)峰負(fù)荷，pr為響應(yīng)側(cè)可響應(yīng)負(fù)荷，n為響應(yīng)時(shí)間。

61、本發(fā)明建立含風(fēng)電、光伏、微型燃?xì)廨啓C(jī)、儲(chǔ)能和可調(diào)負(fù)荷的虛擬電廠優(yōu)化調(diào)度模型，針對(duì)虛擬電廠負(fù)載資源靈活的特點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化的預(yù)測(cè)算法和模型，提高風(fēng)電、光伏等可再生能源的預(yù)測(cè)精度，從而更準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)vpp的電力生產(chǎn)和碳排放量。通過(guò)利用儲(chǔ)能裝置和柔性負(fù)載，依托合理的調(diào)度策略，利用儲(chǔ)能裝置儲(chǔ)存多余的電力，并在電力需求高峰時(shí)釋放，平衡電力供需，降低運(yùn)行成本?？紤]階梯型碳交易價(jià)格，結(jié)合碳交易機(jī)制，搭建階梯碳交易成本計(jì)算模型，削減系統(tǒng)的碳排放量，在減小碳排放的同時(shí)通過(guò)出售碳排放配額提升經(jīng)濟(jì)收益。通過(guò)求解后的優(yōu)化調(diào)度策略，減少高碳排放機(jī)組的出力，增加可再生能源和低碳機(jī)組的出力，從而在降低碳排放量的同時(shí)，減少因碳交易帶來(lái)的成本增加。本發(fā)明不僅有助于降低運(yùn)營(yíng)成本、提高能源效率，還能減少碳排放、優(yōu)化資源配置，有效提升虛擬電廠的整體用能效率和運(yùn)行效率。

62、具體而言，本發(fā)明所公開(kāi)的技術(shù)方案相比于現(xiàn)有技術(shù)方案而言具有如下有益效果：

63、降低運(yùn)營(yíng)成本：虛擬電廠能夠更精確地管理其能源資源，通過(guò)綜合成本最低的優(yōu)化調(diào)度目標(biāo)，從而有效降低整體運(yùn)營(yíng)成本；

64、提高能源利用效率：模型能夠優(yōu)化機(jī)組的運(yùn)行方式，確保在滿足電力需求的同時(shí)，盡量減少能源消耗，提高能源利用效率；

65、減少碳排放：虛擬電廠能夠根據(jù)碳交易成本更加精準(zhǔn)地管理和調(diào)度能源資源，優(yōu)先利用可再生能源，促進(jìn)新能源的消納，提高新能源的利用率；

66、優(yōu)化資源配置：優(yōu)化調(diào)度能夠根據(jù)需求響應(yīng)補(bǔ)償成本調(diào)整能源供應(yīng)策略，實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，提高整體能源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。