基于改进碳排放流理论的电力系统动态低碳调度方法

目前,电力系统面临较大减排压力,随着智能电网发展,需求侧资源参与电力系统调度可进一步降低电力系统碳排放。提出了一种日前市场考虑需求响应的低碳动态两阶段优化调度方法。第一阶段,基于机组动态碳排放计量模型,计算发电侧的碳市场交易成本,建立电力系统低碳经济调度优化模型,求解初始调度方案。第二阶段,基于改进的电力系统碳排放流理论,计算用户侧实时碳排量和碳排放成本,考虑以碳价为信号的需求响应,建立低碳经济优化调度模型,优化负荷分布以进一步降低系统碳排放量,并求解获得最终调度方案。最后以改进的IEEE 14节点为例对系统碳排放量和总运行成本进行计算分析,结果表明：所提模型和方法可以降低系统碳排量,验证了其可行性和合理性。     

考虑源荷碳势耦合的电力系统双层低碳经济调度

针对目前低碳调度中负荷侧低碳手段单一且源荷两侧减碳方法相对独立缺乏联动的问题,在利用碳排放流引导多类型负荷需求响应模型的基础上,提出考虑利用碳势耦合源荷多降碳手段的电力系统双层低碳经济调度模型。上层模型基于阶梯碳交易市场,计算源侧的碳市场交易成本,并按照负荷分类进行针对性区域碳排约束,建立考虑源-荷碳势约束的电力系统低碳经济调度模型,求解机组初始调度方案;下层模型利用碳排放流理论,基于上层模型的调度方案计算负荷侧各节点碳势指标和碳排责任分摊量,建立负荷侧多类型需求响应模型,利用用户侧调节能力优化负荷分布进一步实现系统低碳效益。最后在考虑风电不确定性建模的前提下,基于改进的IEEE 30节点系统进行算例分析,结果表明所提调度方法能够有效促进风电消纳,降低碳排放量。     

基于碳流追踪的电力系统源网荷低碳经济调度

在传统的电力系统低碳调度中,将发电厂视为唯一碳排放责任承担者对发电侧极不公平。追踪碳排放的来源,公平地将碳排放分摊到发电侧和用户侧并引导用户环保用电意义重大。针对已有碳流追踪方法因复功率运算导致追踪结果出现负碳排的问题,提出了一种基于碳排放流的碳流追踪方法,在碳流计算的基础上对系统碳流进行直接追踪;基于追踪结果,构建了由发电厂和用户共同承担的碳排放责任分摊模型;进而提出了基于碳流追踪的电力系统源网荷低碳经济调度方法,该方法在一阶段以发电成本和发电侧碳排放成本最小为目标对机组组合进行优化;二阶段以需求响应成本和用户碳排放成本最小化优化负荷分布。算例分析表明：相比于已有追踪方法,所提碳流追踪方法能够避免负碳排的出现;所提低碳经济调度方法可以兼顾系统的经济性和环保性,同时引导用户主动响应并降低系统的碳排放量。     

计及碳排放流的电力系统低碳规划

为促进电力行业实现低碳目标，合理有效的电力系统规划至关重要，需求响应参与电力系统规划是减少系统碳排放的重要手段。为此，设计了计及碳排放流和需求响应的电力系统双层低碳规划模型。上层规划模型为投资规划模型，以投资成本与运行成本之和最低为目标，内嵌全年8760 h时序运行模拟模型，采用机组聚类线性化方法对传统燃煤机组进行建模，协调优化传统机组、新能源和储能的投建容量；下层模型根据上层模型计算出的机组出力和线路潮流数据，基于碳排放流理论和负荷侧阶梯碳价机制形成需求响应模型，合理调节负荷分布以降低碳排放量及碳排放成本。最后，在改进的IEEE RTS-24节点系统上对所提模型进行了分析与验证。     

基于节点碳势需求响应的电力系统双层优化调度

为实现电力系统低碳排放、助力经济提升,在建立碳势引导多元柔性负荷模型的基础上,提出一种基于节点碳势需求响应的双层优化调度策略。首先,利用比例共享原则追踪碳排放流,搭建碳排放流模型,从时空维度感知各节点的碳势变化规律。其次,将碳流分析纳入负荷侧需求响应机制中,利用节点碳势建立负荷聚合商需求响应碳排放模型,并厘清不同碳势强度下负荷聚合商调度差异,构建基于节点碳势需求响应的电力系统双层优化调度模型。模型上层为电网运营商最优经济调度,模型下层为负荷聚合商需求响应经济调度。最后,以改进IEEE 30节点系统为例,验证了所提方法的有效性。     

计及需求响应下典型工业负荷排放特性的环境经济调度

水泥厂等工业用户一方面具有高排放属性,另一方面也具有相当可观的需求响应潜力,可作为电力系统应对风电等新能源发电不确定性的重要手段之一。为此,在含风电电力系统环境经济调度问题中充分考虑水泥厂大气污染物和碳排放特性及其需求响应能力,实现电力系统源荷协同的绿色低碳运行。首先,分析了电源侧火电机组和负荷侧水泥厂的大气污染物排放特性,并计及大气污染物的时空分布特性和污染源附近区域的环境容量裕度,提出了火电机组及水泥厂环保成本计算模型。同时,考虑了火电机组及水泥厂的碳排放特性,并采用阶梯型碳排放成本模型计算火电机组和水泥厂的碳排放成本。在此基础之上,提出了水泥厂负荷优化模型,以阶梯型分时电价的方式调动水泥厂参与需求响应,构建了源荷协同的含风电电力系统环境经济调度模型。最后,基于改进的IEEE 39节点系统进行了算例分析。结果表明,所提模型不仅可以实现电网侧和水泥厂成本均降低的双赢局面,还能够降低电力系统源荷整体的碳排放量。     

考虑碳排放流的电-气互联系统源荷互动低碳经济调度

为应对电力系统存在的弃风、碳排放较高等问题,基于碳排放流理论提出了一种电-气互联系统源荷互动低碳经济调度模型。基于电力系统碳排放流计算方法,推导得到考虑气网动态特性的天然气系统碳排放流计算方法;构建以储液罐装置为主的储碳系统(CSS),CSS与火电机组(TU)、风电机组(WT)、电转气(P2G)设备组成TU-CSS-P2G-WT的联合运行方式;源侧以系统日运行总成本最小计算得到能源网络的碳势时空分布,荷侧根据源侧的碳势信号,基于低碳响应机制建立激励型低碳需求响应模型,合理调整用能行为最小化用户购能总成本;建立源荷互动两阶段低碳经济调度模型,并利用GUROBI进行求解。通过改进由IEEE 39节点和比利时20节点构成的电-气互联系统进行算例分析,验证了所提模型的低碳经济性和灵活性。     

考虑V2G储能特性与负荷需求响应的主动配电网低碳鲁棒调度

随着新型电力系统建设和“双碳目标”的发展,分布式新能源和灵活性负荷在配电网中的渗透率越来越高,主动配电网的低碳经济调度面临巨大挑战。考虑系统碳排放的同时考虑车辆到电站（vehicle-to-grid,V2G）的储能特性,建立了电动汽车有序充放电模型。基于可转移负荷和可中断负荷进行负荷需求响应建模,并对配电网支路潮流约束进行二阶锥松弛处理,以主动配电网调度成本最小为目标构建了一种考虑V2G储能特性与负荷需求响应的主动配电网日前低碳经济调度模型;计及风光出力不确定性得到主动配电网低碳鲁棒调度模型并采用行列生成算法（column and constraint generation,CCG）算法进行求解,以保证最坏场景的碳排放在允许范围以内。采用IEEE 33节点配电系统算例进行了验证,结果表明,所提模型能够有效降低主动配电网的调度成本和碳排放量。     

支撑电力系统全环节碳流追踪的节点导纳矩阵算法研究

为助力电力系统低碳化改革,电力系统碳计量应在测量发电侧直接碳排放的基础上,将碳排放责任从发电侧扩展至负荷侧和线路侧,得到电力系统全环节碳排放分摊责任。该文提出一种利用节点导纳矩阵运算实现碳流追踪的解析算法。结合潮流与碳流的换算关系,经矩阵运算得到电源、负荷及线路网损三者之间碳排放量分布关系的解析表达式。通过IEEE 30节点系统算例及与其他算法的对比分析,验证碳流追踪模型的正确性。此外,比较发电侧、负荷侧及线路侧计量方式下的节点和线路碳排放量,以及引入可再生能源及碳捕集与封存技术后系统全环节碳排放量的分布变化,并针对影响碳减排比例的因素展开分析,为后续碳排放责任分摊及系统低碳改造提供数据支持。     

考虑碳排放流及需求响应的综合能源系统双层优化调度

针对综合能源系统低碳经济调度问题,将碳排放流理论和需求响应引入到综合能源系统优化调度中。首先,在电-气综合能源系统框架下,利用碳排放流模型,计算出各负荷的碳排放量。其次,将Shapley值法引入到综合能源系统碳交易模型中,并且建立价格型需求响应模型,分析其减排激励作用。最后建立综合能源系统双层调度模型,上层为电网和气网系统,下层为能量枢纽系统,以运行成本最小为目标函数进行低碳经济调度。通过算例验证,该碳交易模型可降低7.06%的碳排放量,结合需求响应,可降低4.37%的系统运行成本。该模型具有提高能源利用率、降低运行成本和减少碳排放的作用,可实现低碳经济运行。     

电热耦合系统全流程碳排放计量技术

电能和热能作为二次能源,供热和供电系统产生的碳排放基本都来自产能侧。同时,随着综合能源的的发展,电热网络的耦合变得紧密。因此,如何界定产能、传输以及用户侧碳排放责任对碳排放进行计量是促进电力网络和热力网络各个环节低碳发展的重要措施。针对这一问题,为改进现有宏观计量的局限性,提出了基于碳排放流的电热耦合网络考虑网络损耗的全流程碳计量方法。创新地将电热耦合系统作为整体,提出了网络中的碳排放流定义和指标,并建立了电热耦合网络以及耦合设备的全流程碳排放流模型。提出了一种涉及能量传输全流程的碳排放计量架构,所提方法能够有效地对电热耦合网中产能环节、传输环节以及用能环节进行碳排放的计量。文中给出了示例系统,验证了模型与算法的准确性。     

考虑电-气-热需求响应和阶梯式碳交易的综合能源系统低碳经济调度

为提高综合能源系统的能源利用率,进一步限制碳排放,使其实现低碳经济运行,提出一种基于需求侧响应和阶梯式碳交易机制的综合能源系统优化调度模型。首先,在需求侧考虑多元负荷灵活的响应能力构建含有电-气-热负荷的需求响应模型。其次,运用生命周期评估方法分析综合能源系统中不同能源链的碳轨迹,精确计算系统的总碳排量。最后,在综合能源系统中引入基于生命周期评估的阶梯式碳交易机制,构建以购能成本、碳交易成本、弃风成本最小为目标的优化调度模型,并调用CPLEX工具箱对4种典型场景下的总成本进行优化计算。结果表明,在阶梯式碳交易机制下,优化目标中考虑碳交易成本,引入需求响应使总成本减少了2.58%,碳排量下降了15.71%,在提高系统运行经济性的同时大幅度降低了碳排放量。     

考虑低碳需求响应及主从博弈的综合能源系统低碳优化调度

随着能源绿色转型要求的不断提高,为实现综合能源系统低碳经济调度,除考虑源侧减碳策略外,需求侧减碳潜力也值得挖掘。兼顾源荷,提出一种考虑低碳需求响应及供需主从博弈的综合能源系统优化调度模型。首先,在供能侧考虑碳交易机制,采用碳排放流模型将供能侧的碳排放折算到用户侧;然后,从用户侧角度考虑碳排放问题,提出激励型低碳需求响应模型,以引导供能侧的低碳调度;其次,采用主从博弈模型形成供能侧与用户侧间的互动,得到合理、有效的激励方案,进一步挖掘用户侧减碳潜力;最后,通过算例仿真结果验证所提方法的有效性,在保证经济性的同时减少了系统碳排放量。     

考虑源荷碳责任分摊的新型电力系统多级灵活性资源规划

为满足新型电力系统的灵活性需求与低碳化目标,提出一种计及源荷双侧碳排放责任的多级灵活性资源规划方法。上层模型投资决策风电、光伏、灵活性资源的配置容量和煤电超低排放改造比例;下层优化运行模型基于典型日灵活性需求多级分解结果,调用资源灵活性供给能力,实现系统多级灵活性供需平衡,并基于碳排放流理论提出源荷碳责任因子,将碳排放责任分摊至包含新能源在内的源荷双侧。最后,对改进的IEEE RTS-24节点系统进行算例分析,结果表明所提规划模型可以引导传统燃煤型电网主动向新能源主导型电网转变,并实现系统多级灵活性供需平衡与源荷双侧碳责任的合理分摊。     

考虑源荷不确定性的风光火储系统低碳经济调度

为提高以新能源为主体的新型电力系统运行的低碳经济性和能源利用率,提出一种考虑源荷不确定性的风光火储发电系统低碳经济调度模型。将碳交易成本引入传统经济调度中,细化碳排放源;用随机机会约束处理源荷两侧不确定性;立足供给电源侧资源禀赋来改善清洁能源的波动性和消纳率。以IEEE 30节点系统进行算例分析,通过随机模拟粒子群算法对模型进行求解,结果证明所提调度模型可减少碳排放量、提升系统的经济运行、促进新能源消纳。     

基于低碳需求响应的含煤制氢与碳捕集电厂的综合能源系统优化调度

为了提高综合能源系统的低碳性与经济性,提出了煤制氢与碳捕集电厂联合运行模式下考虑低碳需求响应机制的综合能源系统优化调度。对煤制氢与富氧燃烧类型碳捕集电厂进行建模,并引入储碳罐、电转气装置以提高捕碳灵活性,降低制氧、制氢成本;将低碳需求响应机制引入综合能源系统调度模型中,并分析其减排能力;以运行成本最小为目标函数建立了综合能源系统的低碳经济调度模型。通过算例对所提策略进行验证,结果表明该策略能够提高风电消纳水平,降低整体系统的碳排放量,提升系统经济性。     

基于碳势-能源价格双响应的综合能源系统低碳经济调度

利用电-气-热多元负荷节点碳势引导需求响应是实现综合能源系统(IES)低碳运行的有效手段。IES中多能流耦合关系复杂、动态特性交织,碳排放特性难以准确表达。文中针对IES中低碳运行潜力挖掘不足的问题进行了研究,提出了一种基于节点碳势-能源价格双响应的经济调度方法,用于IES源-荷协同,实现低碳运行。一方面,通过剖析气、热动态特性对碳排放流的影响机理,引入动态特性等价替换思想,得出计及动态特性的碳排放流模型,进而得到负荷节点的碳势,实现碳排放责任的分摊;另一方面,从碳视角出发,考虑多元负荷的碳排放责任,设计了基于多元负荷节点碳势-能源价格双响应的IES源-荷低碳互动机制,充分挖掘IES中多元负荷的低碳潜力。通过对IES中碳排放产生、传输、消费全过程的追踪与计量,制定兼顾经济性与低碳性的调控策略。以电网14节点-热网6节点-天然气网6节点(E14-H6-G6)和E57-H12-G12测试系统为例,验证了所提模型和方法的有效性。     

考虑碳税与碳交易替代效应的电力系统低碳经济调度方法

随着碳达峰、碳中和目标的提出,政府主导的碳规制强度日益增大。电力系统作为碳减排主体,将面临碳税与碳交易复合型碳减排政策的约束。研究计及碳税与碳交易替代效应的电力系统低碳经济调度方法,能够协调提升系统运行的低碳性和经济性,具有重要的理论与现实意义。首先在分析碳交易价格波动特征的基础上,采用随机场景法描述碳交易价格不确定性,进而对阶梯型碳税与碳交易替代效应进行建模。之后,建立协调优化碳捕集设备和储能电站的系统两阶段低碳经济调度模型,并结合分段函数线性化和蝙蝠算法对模型进行优化求解。最后,基于某地区的实际参数开展仿真分析,算例结果表明所提模型能够有效提升系统运行的低碳经济水平。     

基于碳排放流理论的园区综合能源系统低碳经济调度

在园区综合能源系统(park integrated energy system,PIES)的低碳经济调度研究中,从外网购电所带来的碳排放量难以准确估计,给PIES低碳经济调度的准确性带来了严峻的挑战。因此,文章利用外网电能的碳流密度对其隐含碳排放进行精确核算,并建立了PIES低碳经济调度双层优化模型,最后在一个典型PIES中进行了算例分析。结果表明:相比于单一的PIES经济调度,所提优化模型可以在只提高4.82%运行成本的前提下,降低PIES约21.37%的碳排放量。同时,通过所提模型可以对PIES的碳流分布进行优化,消除系统的碳薄弱环节,提高PIES的环保性。