多维联动碳减排的多微网配电系统低碳调度方法及系统

本发明属于多微网配电系统低碳调度领域，尤其涉及一种多维联动碳减排的多微网配电系统低碳调度方法及系统。

背景技术：

1、电力系统作为我国主要的碳排放源，其碳排放量约占我国总碳排放的40％，而随着国民经济水平的提高，其碳排放量仍不断上升。因此，研究电力系统低碳经济运行策略对于双碳目标的实现具有重要支撑意义。

2、微网作为一种能够有效管理多种异质源-荷资源的自治系统，可在满足系统内部多元化用能需求的同时，实现能源的综合利用和最大化消纳，广泛集成分布于配电网中。而多微网作为微网集群协作运行，可充分发挥其多能互补、交互响应及节能减排优势，增强配电网的可靠性、经济性，在电力系统低碳化经济化方面具有广泛应用前景。随着微网集群的涌现，发挥微网-配电网间能源互补协调能力进而提高能源利用率，可有效提升系统低碳经济效果。

3、目前，对含多微网的配电网系统(简称多微网配电系统)的低碳调度过程中无法理清碳排放责任均摊问题，缺乏自主调节减排激励的手段，无法最大化挖掘系统各环节碳减排潜力。

4、因此，急需一种能够满足多微网和配电网系统协同互补运行、考虑多维联动碳减排运行策略的多微网配电系统低碳调度方法，用以协调供能、储能及用能装置等异质资源的整合，安全可靠地实现多微网配电系统经济和环保效益最优。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，针对多微网配电系统的低碳调度问题，建立考虑碳捕集-电转气耦合设备、激励型需求响应及碳排放流理论等多维联动减碳策略的多微网配电系统低碳调度模型，综合考虑多种运行约束，优化协调供能、储能及用能装置等异质资源的运行。

2、为了实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

3、本发明提供了一种多维联动碳减排的多微网配电系统低碳调度方法，所述方法包括：

4、依据多微网配电系统的结构和参数，构建多维联动减碳运行约束；

5、根据多微网和配电网各自系统设备运行机理，建立多微网配电系统运行约束；

6、设定多微网配电系统低碳调度周期内主网购电成本、多微网购气成本、配电网网损惩罚、多微网和配电网系统内机组运维成本、微网需求响应负荷补偿成本和综合碳成本之和最小为目标函数；

7、根据建立的多维联动减碳运行约束、多微网配电系统运行约束和目标函数，构建多微网配电系统低碳调度模型；

8、通过构建的多微网配电系统低碳调度模型，调用求解器进行求解；所述求解结果为系统一个调度周期内调度计划，包括购气成本、碳排放量、碳交易成本、配电网运行成本、多微网运行成本、各机组运行工况、配电网各节点碳势、微网-配电网交互功率、各微网电负荷供需平衡工况和需求响应运行工况。

9、在一种实施方式中，所述多微网配电系统的结构和参数包括：系统线路参数、网络拓扑连接关系、运行电压水平、支路电流限制、基准电压和基准功率，设备组成、设备运行参数，可调度分布式电源的类型、接入位置、容量及参数，电负荷、新能源输出预测值，设置调度间隔和调度初始时刻。

10、在一种实施方式中，所述多维联动包括：“源”端含碳捕集-电转气耦合设备的微网系统碳循环机组运行约束、“网”端碳流理论下的多微网配电系统碳交易约束及“荷”端考虑激励型需求响应机制下的微网系统柔性负荷约束。

11、在一种实施方式中，所述“源”端含碳捕集-电转气耦合设备的微网系统碳循环机组运行约束为：

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25、式中，为t时段微网m中燃气轮机排放的co2量；v1为燃气轮机碳排放强度；为t时段微网m中碳捕集的捕碳量；μccs为碳捕获效率；为碳捕集总能耗；为碳捕集固定能耗；为碳捕集运行能耗；σccs为碳捕集处理单位co2所需能耗；为t时段微网m中碳存储设备的储碳量；λcs为碳存储的储碳损耗系数；为t时段微网m中碳存储的co2输出量；为t时段微网m中电转气合成的燃气量；zer为单位电能所能转化的热能；ηp2g为电转气工作效率；为t时段微网m中电转气消耗的总功率；为生成单位功率天然气所需co2量；为电转气消耗的co2量；为碳捕集和电转气设备的能耗最大值；为碳存储设备的最小、最大储碳量。

26、在一种实施方式中，所述“网”端碳流理论下的多微网配电系统碳交易约束为：

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31、式中，ctrade,dn为配电网碳交易成本；ctrade，mmg为多微网碳交易成本；为多微网配电系统区域总碳配额；ctrade为碳交易价格；et为t时段各节点碳势矩阵；为配电网负荷用能情况；为微网m负荷用能情况；为微网m排放到大气的实际co2净排放量；em,t为微网m的节点碳势；为微网m与配网间的交互功率，由于碳势表示用能碳排放情况，此时交互功率仅计算为正的时候，即配电网向微电网输送功率；为t时段微网m中燃气轮机排放的co2量；为t时段微网m中碳捕集机组的捕碳量；为微网m获得的碳配额。

32、在一种实施方式中，所述“荷”端考虑激励型需求响应机制下的微网系统柔性负荷约束为：

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45、式中，为t时段微网m初始可削减负荷功率；为t时段微网m削减后负荷功率；为t时段微网m削减掉的负荷功率；为可削减功率阈值系数；μcut,max为可削减系数最大值；为t时段微网m初始可转移负荷功率；为t时段微网m转移后负荷功率；分别为t时段微网m可转移负荷移入和移出功率；分别为t时段微网m可转移负荷移入和移出状态，为0-1变量；为可转移负荷功率阈值系数，μtrans,max为对应最大值；φtrans为可转移工作时段集合；为t时段微网m初始可中断负荷功率；为t时段微网m中断后负荷功率；为t时段微网m中断的负荷功率；为可中断功率阈值系数；μinter,max为可中断系数最大值。

46、在一种实施方式中，所述建立多微网配电系统运行约束包括：配电网系统安全运行约束、配电网系统机组运行约束、微网系统常规机组运行约束及微网系统电负荷供需平衡约束。

47、在一种实施方式中，所述配电网系统安全运行约束表示为：

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55、针对约束中存在的平方项等非线性约束，令和对部分约束进行二阶锥松弛，更新为：

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60、式中，ui,t、uj,t为t时段节点i、j的电压幅值；umin、umax分别为节点电压幅值下限、上限；imax为各支路电流幅值的最大值；为t时段节点j的有功和无功负荷；pj,t、qj,t为t时段节点j的净注入有功和无功功率；为t时段节点j连接的微网与配电网间交互功率；为t时段节点j风光机组输出的有功和无功功率；pjk,t、qjk,t为t时段支路jk的首端有功无功功率；pij,t、qij,t为t时段支路ij的首端有功无功功率；rij为支路ij的电阻值；xij为支路ij的电抗值。

61、在一种实施方式中，所述目标函数为：

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70、其中，综合碳成本包括碳流理论下的多微网配电系统碳交易成本和多微网储碳成本，表述为：

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77、式中，cmmds为多微网配电系统总运行成本；cp为主网购电成本；cgas为多微网系统购气成本；closs为网损惩罚；com,dn为配电网机组运维成本；com,mmg为多微网设备运维成本；cbs为多微网储能充放电成本；cdr,mmg为多微网需求响应负荷补偿成本；为综合碳成本；ccs为多微网储碳成本；t为时刻标识；t为调度周期；cmain,t为购电分时电价；pmain,t为根节点注入的有功功率；ω(i)表示以i为首节点的支路末端节点集合；n为节点个数；closs为网损成本系数；为t时段支路电流ij的平方；rij为支路ij的电阻值；d为风光机组数量；λwt、λpv为风光机组的运维成本系数；为t时段风光机组d的输出有功功率；m为微网标识；m为微网个数；cgas为天然气价格；为t时段微网m中燃气轮机消耗的燃气量；为t时段微网m中电转气设备合成的燃气量；λbs为储能设备单位运维成本；ηch、ηdis分别为储能设备的充、放电效率；分别为t时段微网m中储能设备的充、放电功率；为t时段微网m中风光机组输出的有功功率；λgt为燃气轮机的运行成本系数；为t时段微网m中燃气轮机的输出功率；为碳捕集机组总能耗；为t时段微网m中电转气设备消耗的总功率；λccs、λp2g为碳捕集和电转气设备的运行成本系数；ctrans、cinter和ccut分别为可转移、可中断及可削减负荷的补偿成本系数；ccs为单位储碳成本；为t时段微网m中碳存储设备的储碳量。

78、本发明还提供了一种多维联动碳减排的多微网配电系统低碳调度系统，所述系统包括：

79、多维联动减碳运行约束构建模块，用于依据多微网配电系统的结构和参数，构建多维联动减碳运行约束；

80、多微网配电系统运行约束构建模块，用于根据多微网和配电网各自系统设备运行机理，建立多微网配电系统运行约束；

81、目标函数构建模块，用于设定多微网配电系统低碳调度周期内主网购电成本、多微网购气成本、配电网网损惩罚、多微网和配电网系统内机组运维成本、微网需求响应负荷补偿成本和综合碳成本之和最小为目标函数；

82、多微网配电系统低碳调度模型构建模块，用于根据建立的多维联动减碳运行约束、多微网配电系统运行约束和目标函数，构建多微网配电系统低碳调度模型；

83、求解模块，用于通过构建的多微网配电系统低碳调度模型，调用相关求解器进行求解；所述求解结果为系统一个调度周期内调度计划，包括购气成本、碳排放量、碳交易成本、配电网运行成本、多微网运行成本、各机组运行工况、配电网各节点碳势、微网-配电网交互功率、各微网电负荷供需平衡工况和需求响应运行工况。

84、本发明的有益效果：

85、本发明的考虑多维联动碳减排策略的多微网配电系统低碳调度方法，立足于解决多微网和配电网系统协同互补低碳经济运行问题，充分考虑碳捕集-电转气耦合设备、激励型需求响应及碳排放流理论等多元化减碳措施间的协调配合，充分挖掘系统减碳潜力，基于系统多环节运行约束建立多微网配电系统低碳调度模型，通过部分非线性约束的线性化转化，调用相关数学求解器进行求解，得到多微网配电系统日前调度计划。本发明能有效整合多微网配电系统源-网-荷侧的各类异质资源，挖掘系统最大的减碳潜力；同时基于多微网和配电网之间的协同，将系统能源进行有效地管理和调配，进而保证微网和配网内部的供需平衡，有效降低碳排放量，实现多微网配电系统经济和环保效益的双赢。