基于動(dòng)態(tài)碳排放因子的電力低碳優(yōu)化調(diào)度策略

摘 要： 基于利用動(dòng)態(tài)碳排放因子變化規(guī)律引導(dǎo)用戶改變用能曲線，實(shí)現(xiàn)低碳減排，提出一種基于動(dòng)態(tài)碳排放因子的電力低碳優(yōu)化調(diào)度策略。以動(dòng)態(tài)碳排放因子為引導(dǎo)信號，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)和可調(diào)度負(fù)荷的電力低碳特性引導(dǎo)用戶側(cè)進(jìn)行低碳激勵(lì)型響應(yīng)，改變儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電和可調(diào)度負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài);有效利用動(dòng)態(tài)碳排放因子變化規(guī)律，將實(shí)時(shí)的碳排放量守恒原則擴(kuò)展到調(diào)度周期內(nèi)，有序引導(dǎo)用戶側(cè)改變用能曲線。最后，通過算例分析對比驗(yàn)證所提策略的有效性和先進(jìn)性。

關(guān)鍵詞： 碳排放因子; 電力低碳; 儲(chǔ)能; 可調(diào)度負(fù)荷; 碳勢

中圖分類號： TM73

文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號： 2095-8188（2024）12-0026-07

DOI： 10.16628/j.cnki.2095-8188.2024.12.005

Low Carbon Optimal Dispatch Strategy for Electricity Based on Dynamic Carbon Emission Factors

LIU Yangguang

（Dating Renewable Energy Test and Research Institute Co.，Ltd.， Beijing 100052， China）

Abstract： A low carbon optimisation scheduling strategy based on the dynamic carbon emission factor is proposed to guide the user to change the energy consumption curves to achieve low carbon emission reduction by utilizing the changing laws of dynamic carbonemission factors.Taking the dynamic carbon emission factor as the guiding signal，the low carbon characteristics of the energy storage system and dispatchable load are used to guide the user side to make low carbon incentive responses and change the charging and discharging of the energy storage system and the operation state of the dispatchable load.The dynamic carbon emission factor changing rule is effectively utilized to extend the real-time carbon emission conservation principle to the scheduling cycle，so as to guide the user side to change the energy consumption curve in an orderly manner.Finally，the effectiveness and advancement of the proposed strategy are verified by the comparison with example analysis.

Key words： carbon emission factor; electricity low carbon; energy storage; dispatchable load; carbon potential

0 引 言

當(dāng)前，隨著我國“碳達(dá)峰、碳中和”目標(biāo)^［1］的提出和各項(xiàng)相關(guān)工作的快速推進(jìn)，國內(nèi)開始鼓勵(lì)大型企業(yè)積極發(fā)揮示范帶動(dòng)作用，逐步提升綠色能源的消費(fèi)比例^［2］。各地通過加強(qiáng)耗電量較高的企業(yè)使用綠色能源的硬性約束條件，推動(dòng)電力能源公司定期整理、發(fā)布本地綠色能源時(shí)段分布狀況，從而有序引導(dǎo)用電用戶積極消費(fèi)綠色能源^［3］。同時(shí)，在電力供應(yīng)能力允許的時(shí)間段，在進(jìn)行需求側(cè)管理時(shí)，優(yōu)先保障綠色能源消費(fèi)比例較高的用戶。

將非零碳勢發(fā)電機(jī)組（物理碳排放不為0）產(chǎn)生的二氧化碳（CO2）按照電力碳排放分配規(guī)則分?jǐn)偨o用戶，是明確用戶碳排放量的重要手段^［4-6］。綠色電力是由零碳勢發(fā)電機(jī)組（物理碳排放為0）產(chǎn)生的，節(jié)點(diǎn)碳勢隨系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組流入該節(jié)點(diǎn)的功率不同而變化，節(jié)點(diǎn)碳勢越低，表明該節(jié)點(diǎn)流入的低碳勢發(fā)電機(jī)組功率越多。有效利用動(dòng)態(tài)碳排放因子^［7-8］變化規(guī)律，有序引導(dǎo)用戶改變用能曲線，不但能有效降低用戶碳排放量，還能提高綠色電力消費(fèi)占比，進(jìn)而從整體上提高電力系統(tǒng)新能源消納率。

文獻(xiàn)［9］通過引入碳排放流（CEF）理論，建立以最低碳排放分?jǐn)偭繛槟繕?biāo)函數(shù)的電力系統(tǒng)低碳優(yōu)化運(yùn)行數(shù)學(xué)模型，但僅考慮可轉(zhuǎn)移負(fù)荷在電力系統(tǒng)低碳優(yōu)化中的作用。文獻(xiàn)［10］進(jìn)一步給出電力系統(tǒng)計(jì)及碳排放流和用戶側(cè)需求響應(yīng)的雙層規(guī)劃模型，結(jié)果表明通過用戶側(cè)需求響應(yīng)對負(fù)荷曲線進(jìn)行調(diào)節(jié)，可以提高綠色能源的利用率，但未探究不同類型的用戶側(cè)需求響應(yīng)負(fù)荷對低碳優(yōu)化的能力。文獻(xiàn)［11］提出一種含電轉(zhuǎn)氣、燃?xì)廨啓C(jī)、碳捕集電廠、風(fēng)電場聯(lián)合運(yùn)行的低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，并驗(yàn)證所提模型能夠有效提高風(fēng)電消納能力。文獻(xiàn)［12］提出一種考慮電轉(zhuǎn)氣熱回收與蓄熱罐協(xié)調(diào)運(yùn)行的風(fēng)電消納低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，有效提升風(fēng)電的消納能力，降低系統(tǒng)的總成本和碳排放量。文獻(xiàn)［13］將碳排放流理論和夏普利值法引入碳交易模型中，通過價(jià)格型的需求響應(yīng)對用戶進(jìn)行碳排放控制，從而實(shí)現(xiàn)用戶對高碳排放強(qiáng)度能源的消耗。文獻(xiàn)［14］強(qiáng)調(diào)儲(chǔ)能系統(tǒng)通過優(yōu)化調(diào)節(jié)充放電特性，能夠在一定程度上影響所在區(qū)域的對外碳強(qiáng)度特性，從而有效改善新能源和負(fù)荷的功率不匹配情況。上述研究表明，從“碳視角”出發(fā)的電力系統(tǒng)能量調(diào)度為實(shí)現(xiàn)電力低碳提供了行之有效的路徑。但是上述研究均未考慮到電力系統(tǒng)中可能存在的多種類型可調(diào)度負(fù)荷在電力低碳優(yōu)化中的作用。研究可調(diào)度負(fù)荷的電力低碳特性，對促進(jìn)電力系統(tǒng)低碳優(yōu)化具有重要的意義。

以動(dòng)態(tài)碳排放因子為引導(dǎo)信號，優(yōu)化調(diào)度儲(chǔ)能系統(tǒng)和可調(diào)度負(fù)荷，對電力低碳發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，本文提出一種基于動(dòng)態(tài)碳排放因子的電力低碳優(yōu)化調(diào)度策略。

1 儲(chǔ)能碳排放特性

碳排放流是表征系統(tǒng)潮流所攜帶的碳排放量的一種虛擬網(wǎng)絡(luò)流，相當(dāng)于給流過系統(tǒng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的潮流添加一個(gè)碳排放量的標(biāo)簽^［15-16］。碳排放從物理碳排放值不為0的發(fā)電機(jī)組出發(fā)，跟隨潮流在網(wǎng)絡(luò)中流動(dòng)，最終由用戶消費(fèi)。

為了更清晰地描述電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的碳排放特性，碳排放流理論中提出采用節(jié)點(diǎn)碳勢^［17］的概念進(jìn)行碳計(jì)量，其物理意義表述為在該節(jié)點(diǎn)消費(fèi)單位電量所造成的等效于發(fā)電側(cè)的碳排放值。當(dāng)考慮網(wǎng)損時(shí)，電力網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)碳勢表示為

EnN=∑Nn=1（P^i→nN+λP^{i→n，loss}N）E^i→nN+∑Kk=1P^n，kGE^n，kG∑Ni=1P^i→nN+∑Kk=1P^n，kG（1）

式中： EnN——節(jié)點(diǎn)n的節(jié)點(diǎn)碳勢;

N——電力網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù);

K——電力網(wǎng)絡(luò)中存在機(jī)組注入的節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù);

P^i→nN——支路i→n流過的正向有功功率;

P^{i→n，loss}N——支路i→n的網(wǎng)損;

E^i→nN——支路i→n的碳流密度;

P^n，kG——發(fā)電機(jī)組k在節(jié)點(diǎn)n注入的有功功率;

E^n，kG——發(fā)電機(jī)組k的碳流密度;

λ——網(wǎng)損分?jǐn)傁禂?shù)，λ∈［0，1］。

根據(jù)碳排放流特性，任意支路碳流密度都等于該支路始端節(jié)點(diǎn)碳勢，即E^i→nN=EiN。

2 可調(diào)度負(fù)荷的電力低碳特性研究

2.1 儲(chǔ)能低碳特性

儲(chǔ)能系統(tǒng)在節(jié)點(diǎn)碳勢的變化中扮演著重要的角色。利用動(dòng)態(tài)碳排放因子變化規(guī)律，優(yōu)化調(diào)節(jié)儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電特性，將實(shí)時(shí)的碳排放量守恒原則擴(kuò)展到調(diào)度周期內(nèi)，本質(zhì)上是將儲(chǔ)能系統(tǒng)在能量層面的平移作用映射到碳排放層面的平移作用。

儲(chǔ)能系統(tǒng)充電時(shí)，是將分?jǐn)偨o用戶的CO2進(jìn)行存儲(chǔ)的過程;儲(chǔ)能系統(tǒng)放電時(shí)，是將存儲(chǔ)的CO2重新分?jǐn)偨o用戶的過程。儲(chǔ)能系統(tǒng)的碳排放特性示意如圖1所示。儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電過程滿足實(shí)時(shí)的碳排放量守恒原則。

假設(shè)儲(chǔ)能系統(tǒng)在t1～t2時(shí)間段內(nèi)充電，在t2時(shí)刻開始充電。由于儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電存在損耗，因此可將儲(chǔ)能系統(tǒng)充放電損耗帶來的碳排放反映到儲(chǔ)能系統(tǒng)內(nèi)外碳勢的差異上，儲(chǔ)能系統(tǒng)的內(nèi)外碳勢可表示為

E^int，t2ES="""""""""nbsp;"" P^int，t1ESE^int，t1ES+∑Ni=1P^i→ESNE^i→ESNΔt+∑Kk=1P^ES，kGE^ES，kGΔtP^int，t1ES+∑Ni=1P^i→ESNΔt+∑Kk=1P^ES，kGΔt·ηCES（2）

E^ext，t2ES=E^int，t2ES/ηDES（3）

式中： E^int，t2ES——t2時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)的內(nèi)碳勢;

E^ext，t2ES——t2時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)的外碳勢;

P^int，t1ES——t1時(shí)刻前儲(chǔ)能系統(tǒng)存儲(chǔ)的電量;

E^int，t1ES——t1時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)的內(nèi)碳勢;

P^i→ESN——支路i→ES流過的正向有功功率;

E^i→ESN——支路i→n的碳流密度;

P^ES，kG——發(fā)電機(jī)組k在節(jié)點(diǎn)ES注入的有功功率;

E^ES，kG——發(fā)電機(jī)組k的碳流密度;

Δt——時(shí)段長度;

ηCES——儲(chǔ)能系統(tǒng)充電效率;

ηDES——儲(chǔ)能系統(tǒng)放電效率。

2.2 負(fù)荷低碳特性

根據(jù)動(dòng)態(tài)碳排放因子變化對負(fù)荷側(cè)可調(diào)度資源進(jìn)行激勵(lì)型響應(yīng)調(diào)度，引導(dǎo)用戶改變用能曲線，本質(zhì)上也是將可調(diào)度負(fù)荷在能量層面的平移作用映射到碳排放層面的平移作用。

可調(diào)度負(fù)荷根據(jù)負(fù)荷響應(yīng)特性一般可分為可平移負(fù)荷、可轉(zhuǎn)移負(fù)荷和可削減負(fù)荷。其中，可平移負(fù)荷和可轉(zhuǎn)移負(fù)荷本質(zhì)上均是錯(cuò)峰調(diào)節(jié)特性，即通過錯(cuò)開電網(wǎng)負(fù)荷高峰期和用電高峰期實(shí)現(xiàn)電力調(diào)節(jié);可削減負(fù)荷本質(zhì)上是避峰調(diào)節(jié)特性，即在高峰時(shí)段降低總用電量。

2.2.1 可平移負(fù)荷

可平移負(fù)荷的具體表現(xiàn)是調(diào)整用戶用電的時(shí)段，但可能會(huì)受生產(chǎn)工序等固定時(shí)段順序的限制，調(diào)整時(shí)只能將用電曲線進(jìn)行整體性的平移，可平移負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型可表示為

［tTrans，begin，tTrans，end］（4）

PtTrans=βtTransPtTrans（5）

∑tTrans，endt=tTrans，beginPtTrans=∑Tt=1PTrans（6）

∑t1+tTrans，min－1t=t1βtTrans≥tTrans，min（β^t1Trans－β^t1－1Trans）（7）

CTrans=RTrans∑Tt=1βtTrans（PTrans－PtTrans）（8）

式中：tTrans，begin——可平移負(fù)荷的可接受平移開始時(shí)間;

tTrans，end——可平移負(fù)荷的可接受平移結(jié)束時(shí)間;

βtTrans——可平移負(fù)荷的平移狀態(tài)系數(shù)，為0～1的變量，βtTrans=1表示t時(shí)段可平移負(fù)荷發(fā)生負(fù)荷平移;

PtTrans——可平移負(fù)荷參與調(diào)節(jié)后的負(fù)荷功率;

PtTrans，max——可平移負(fù)荷參與平移調(diào)節(jié)的最大功率;

PtTrans，min——可平移負(fù)荷參與平移調(diào)節(jié)的最小功率;

PTrans——t時(shí)段可平移負(fù)荷參與調(diào)節(jié)前的負(fù)荷功率;

tTrans，min——可平移負(fù)荷參與平移調(diào)節(jié)需滿足的最小平移時(shí)間;

CTrans——平移補(bǔ)償費(fèi)用;

RTrans——可平移負(fù)荷的單位功率平移補(bǔ)償成本。

2.2.2 可轉(zhuǎn)移負(fù)荷

可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的具體表現(xiàn)是用戶用電總量保持不變，而用電功率可在一定時(shí)間范圍內(nèi)靈活調(diào)節(jié)，一般采用多種調(diào)整激勵(lì)措施，激勵(lì)用戶自發(fā)調(diào)整用電時(shí)段和用電量?？赊D(zhuǎn)移負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型可表示為

［tShift，begin，tShift，end］（9）

βtShiftPtShift，max≤PtShift≤βtShiftPtShift，min（10）

∑tShift，endt=tShift，beginPtShift=∑Tt=1PShift（11）

∑t1+tShift，min－1t=t1βtShift≥tShift，min（β^t1Shift－β^t1－1Shift）（12）

CShift=RShift∑Tt=1βtShift（PShift－PtShift）（13）

式中：tShift，begin——可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的可接受轉(zhuǎn)移開始時(shí)間;

tShift，end——可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的可接受轉(zhuǎn)移結(jié)束時(shí)間;

βtShift——可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的轉(zhuǎn)移狀態(tài)系數(shù)，為0～1的變量，βtShift=1表示t時(shí)段可轉(zhuǎn)移負(fù)荷發(fā)生負(fù)荷轉(zhuǎn)移;

PtShift——可轉(zhuǎn)移負(fù)荷參與調(diào)節(jié)后的負(fù)荷功率;

PtShift，max——可轉(zhuǎn)移負(fù)荷參與轉(zhuǎn)移調(diào)節(jié)的最大功率;

PtShift，min——可轉(zhuǎn)移負(fù)荷參與轉(zhuǎn)移調(diào)節(jié)的最小功率;

PShift——t時(shí)段可轉(zhuǎn)移負(fù)荷參與調(diào)節(jié)前的負(fù)荷功率;

tShift，min——熱可轉(zhuǎn)移負(fù)荷參與轉(zhuǎn)移調(diào)節(jié)需滿足的最小轉(zhuǎn)移時(shí)間;

CShift——轉(zhuǎn)移補(bǔ)償費(fèi)用;

RShift——可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的單位功率轉(zhuǎn)移補(bǔ)償成本。

2.2.3 可削減負(fù)荷

可削減負(fù)荷的特點(diǎn)是用電功率可部分或全部削減，允許一定程度的負(fù)荷中斷、功率下降或減少時(shí)間運(yùn)行?？上鳒p負(fù)荷的數(shù)學(xué)模型可表示為

PtCut=（1－βtCutθtCut）PCut（14）

CCut=RCut∑Tt=1βtCut（PCut－PtCut）（15）

式中： PtCut——t時(shí)段電可削減負(fù)荷參與削減調(diào)節(jié)后的負(fù)荷功率;

βtCut——可削減負(fù)荷的削減狀態(tài)系數(shù)，為0～1的變量，βtCut=1表示t時(shí)段可削減負(fù)荷發(fā)生削減調(diào)節(jié);

θtCut——t時(shí)段可削減負(fù)荷的削減比例，0≤θtCut≤1，θtCut=1表示可削減負(fù)荷被全部削減;

PCut——可削減負(fù)荷參與削減調(diào)節(jié)前的功率;

CCut——削減補(bǔ)償費(fèi)用;

RCut——可削減負(fù)荷的單位功率削減補(bǔ)償成本。

3 基于動(dòng)態(tài)碳排放因子的電力低碳優(yōu)化

根據(jù)碳排放理論可知，節(jié)點(diǎn)碳勢隨系統(tǒng)中各發(fā)電機(jī)組流入該節(jié)點(diǎn)的功率不同而變化。有效利用動(dòng)態(tài)碳排放因子變化規(guī)律，優(yōu)化調(diào)度儲(chǔ)能系統(tǒng)和可調(diào)度負(fù)荷，從而有序引導(dǎo)用戶改變用能曲線，可以有效降低用戶碳排放。電力低碳優(yōu)化調(diào)度特性曲線如圖2所示。其實(shí)質(zhì)是將高碳排放因子時(shí)段的電力能源通過儲(chǔ)能系統(tǒng)和可調(diào)度負(fù)荷轉(zhuǎn)移至低碳排放因子時(shí)段。

3.1 目標(biāo)函數(shù)

本文的電力低碳優(yōu)化調(diào)度策略以碳排放量最少和系統(tǒng)運(yùn)行成本最低為多目標(biāo)優(yōu)化模型，系統(tǒng)運(yùn)行成本考慮外購能源成本、設(shè)備啟停成本、系統(tǒng)運(yùn)維成本、可調(diào)度負(fù)荷功率轉(zhuǎn)移補(bǔ)償成本和減碳補(bǔ)償費(fèi)用。目標(biāo)函數(shù)表示為

Obj（F1）=∑Tt=1EnN（t）［PnN（t）－P^extES（t）］+E^extES（t）P^extES（t）（16）

Obj（F2）=F2，1+F2，2+F2，3+F2，4+F2，5（17）

式中： F1——碳排放量最低目標(biāo)函數(shù);

F2——系統(tǒng)運(yùn)行成本最低目標(biāo)函數(shù);

F2，1——外購能源成本;

F2，2——設(shè)備啟停成本;

F2，3——系統(tǒng)運(yùn)維成本;

F2，4——可調(diào)度負(fù)荷功率轉(zhuǎn)移補(bǔ)償成本;

F2，5——減碳補(bǔ)償費(fèi)用。

F2，1=∑Tt=1Cbuy（t）Pbuy（t）Δt（18）

F2，2=∑Tt=1［δ（t）－δ（t－1）］Cst（t）Δt（19）

F2，3=∑Mm=1∑Tt=1Cm（t）Pm（t）Δt（20）

F2，4=∑Tt=1［CTrans（t）+CShift（t）+CCut（t）］Δt（21）

F2，5=∑Tt=1CCarbon（t）RCarbon（t）（22）

式中： Cbuy（t）——t時(shí)段單位購能成本;

Pbuy（t）——t時(shí)段購能量;

Cst（t）——t時(shí)段單位啟停成本;

δ（t）——t時(shí)段設(shè)備啟停狀態(tài);

δ（t－1）——t-1時(shí)段設(shè)備啟停狀態(tài);

Cm（t）——t時(shí)段m設(shè)備的單位運(yùn)維成本;

Pm（t）——t時(shí)段m設(shè)備的運(yùn)行功率;

CCarbon（t）——t時(shí)段減碳補(bǔ)償費(fèi)用;

RCarbon（t）——t時(shí)段減碳量。

3.2 約束條件

3.2.1 功率平衡約束

系統(tǒng)滿足實(shí)時(shí)的功率平衡約束，表達(dá)式為

∑Nn=1P^i→nN（t）+∑Kk=1P^n，kG（t）=PES（t）+PLoad（t）+βTrans（t）PTrans（t）+βShift（t）PShift（t）+βCut（t）PCut（t）（23）

式中： P^i→nN（t）——t時(shí)段節(jié)點(diǎn)i流向節(jié)點(diǎn)n的功率;

P^n，kG（t）——t時(shí)段發(fā)電機(jī)組k在節(jié)點(diǎn)n注入的功率;

PES（t）——t時(shí)段儲(chǔ)能系統(tǒng)吸收或釋放的功率;

PLoad（t）——t時(shí)段常規(guī)負(fù)荷功率;

PTrans（t）——t時(shí)段平移的功率;

PShift（t）——t時(shí)段轉(zhuǎn)移的功率;

PCut（t）——t時(shí)段削減的功率。

3.2.2 儲(chǔ)能充放電功率約束

儲(chǔ)能充放電過程中滿足充放電功率PES約束，即

P^minES≤PES≤P^maxES（24）

式中： P^maxES——儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率上限;

P^minES——儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電功率下限。

3.2.3 儲(chǔ)能容量約束

儲(chǔ)能容量SES不能超過儲(chǔ)能可利用的最大容量，即

S^minES≤SES≤S^maxES（25）

式中： S^maxES——儲(chǔ)能設(shè)備的容量上限;

S^minES——儲(chǔ)能設(shè)備的容量下限。

3.2.4 儲(chǔ)能荷電狀態(tài)約束

假設(shè)充電起始荷電狀態(tài)為10%，充電結(jié)束荷電狀態(tài)為90%，放電結(jié)束時(shí)荷電狀態(tài)和充電起始荷電狀態(tài)相等。

SOC（t）=SOC（t－1）+ηCES·H（t）·PES（t）SES（t）+

［H（t）－1］·PES（t）/ηDESSES（t）（26）

式中： SOC（t）——t時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài);

SOC（t－1）——t-1時(shí)刻儲(chǔ)能系統(tǒng)的荷電狀態(tài);

H（t）——t時(shí)刻儲(chǔ)能充/放電的0～1函數(shù)，充電時(shí)為1，放電時(shí)為0。

3.3 求解方法

將多目標(biāo)優(yōu)化問題用數(shù)學(xué)模型描述為

s.t.Dd（t）=0，d=1，2，…，nB^minb（t）≤Bb（t）≤B^maxb（t），b=1，2，…，m（27）

minObj（F1），Obj（F2）（28）

式中：""" Dd（t）——等式約束;

Bb（t）——不等式約束;

B^minb（t）、B^maxb（t）——不等式約束上、下限。

相較于單目標(biāo)優(yōu)化求解，多目標(biāo)優(yōu)化求解無法找到唯一的最優(yōu)解，而是得到一組Pareto前沿解。傳統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化算法是將多目標(biāo)按照一定的權(quán)重系數(shù)重新將多目標(biāo)組合成單目標(biāo)函數(shù)，但是目標(biāo)的權(quán)重系數(shù)往往是通過經(jīng)驗(yàn)值確定的，其運(yùn)算結(jié)果并不理想。

因此，本文采用魯棒性好、搜索能力強(qiáng)的帶精英策略的非支配遺傳算法（NSGA-II）對電力低碳多目標(biāo)優(yōu)化問題進(jìn)行求解。

得到Pareto最優(yōu)解集后需要在Pareto解集中選擇合適的解。常規(guī)的方法是利用趨勢改變平緩的區(qū)間作為加工建議的參考，這種簡單的方式較為粗糙，且無法解釋如何獲得最優(yōu)解。最優(yōu)解的選擇可以根據(jù)決策者的需求或偏好進(jìn)行選擇，也可以通過綜合評價(jià)來進(jìn)一步對最優(yōu)解進(jìn)行篩選。

本文利用模糊隸屬度函數(shù)評價(jià)決策者對每個(gè)非劣解的綜合滿意度，并選擇綜合隸屬度作為最優(yōu)折衷解。將模糊隸屬函數(shù)定義為

Φ=∑Ii=1φi（29）

φi=1，mi≤mi，minmi，max-mimi，max-mi，min，mi，min≤mi≤mi，max0，mi≥mi，max（30）

式中： Φ——目標(biāo)函數(shù)的綜合隸屬度;

φi——第i個(gè)目標(biāo)的隸屬度;

mi——第i個(gè)目標(biāo)的函數(shù)值;

mi，min——第i個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最小值;

mj，max——第i個(gè)目標(biāo)函數(shù)的最大值。

4 算例分析

4.1 算例系統(tǒng)架構(gòu)及參數(shù)

本文采用改進(jìn)后的IEEE 14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)進(jìn)行算例分析。IEEE 14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)如圖3所示。本算例中設(shè)定λ=1，即系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)損耗全部分?jǐn)偨o用戶，并假設(shè)G1發(fā)電機(jī)組為系統(tǒng)功率平衡節(jié)點(diǎn)。IEEE 14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)的發(fā)電機(jī)組碳勢如表1所示。

設(shè)定節(jié)點(diǎn)13儲(chǔ)能系統(tǒng)ES的最大充放電功率均為400 kW，最大可存儲(chǔ)電量為2 MWh，充放電轉(zhuǎn)換效率均為90%。初始狀態(tài)下，儲(chǔ)能系統(tǒng)SOC為10%，外碳勢為0.5 kgCO2/kWh。

系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)負(fù)荷和發(fā)電機(jī)組出力在每個(gè)時(shí)段的取值已給定。IEEE 14節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)各節(jié)點(diǎn)的碳勢變化曲線如圖4所示。

4.2 優(yōu)化調(diào)度結(jié)果分析

本算例的優(yōu)化運(yùn)行目標(biāo)為全系統(tǒng)全天的總碳排放量最少和總運(yùn)行成本最低;優(yōu)化決策變量是1天24 h內(nèi)的儲(chǔ)能系統(tǒng)和可調(diào)度負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，共24個(gè)時(shí)段。

本算例使用MATLAB R2020a，通過帶精英策略的非支配遺傳算法對本文所述的電力低碳多目標(biāo)優(yōu)化問題進(jìn)行求解。本文算例的多目標(biāo)優(yōu)化Pareto前沿解如圖5所示;儲(chǔ)能系統(tǒng)和可調(diào)度負(fù)荷的優(yōu)化運(yùn)行結(jié)果如圖6所示。

由圖6可見，在節(jié)點(diǎn)3低碳勢的11：00～13：00時(shí)段，儲(chǔ)能系統(tǒng)為充電狀態(tài)，存儲(chǔ)電力網(wǎng)絡(luò)中的低碳勢能量;在節(jié)點(diǎn)3高碳勢的18：00～21：00時(shí)段，儲(chǔ)能系統(tǒng)為放電狀態(tài)，釋放儲(chǔ)能系統(tǒng)已存儲(chǔ)的低碳勢能量?？赊D(zhuǎn)移負(fù)荷由10節(jié)點(diǎn)高碳勢的05：00～06：00時(shí)段轉(zhuǎn)移至低碳勢的10：00和14：00時(shí)段?？上鳒p負(fù)荷在節(jié)點(diǎn)14高碳勢的01：00～08：00時(shí)段和16：00～24：00時(shí)段進(jìn)行削減?？善揭曝?fù)荷由節(jié)點(diǎn)9的節(jié)點(diǎn)碳勢變化趨勢將負(fù)荷整體向右平移了8 h。通過上述算例的電力低碳優(yōu)化結(jié)果，降低了系統(tǒng)高碳勢能量的消耗，更多地利用了系統(tǒng)中的低碳勢能量，實(shí)現(xiàn)了低碳減排。

5 結(jié) 語

有效利用動(dòng)態(tài)碳排放因子變化規(guī)律，能夠有序引導(dǎo)用戶改變用能曲線，對電力低碳發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文提出一種基于動(dòng)態(tài)碳排放因子的電力低碳優(yōu)化調(diào)度策略，該策略以動(dòng)態(tài)碳排放因子為引導(dǎo)信號，通過儲(chǔ)能系統(tǒng)和可調(diào)度負(fù)荷的電力低碳特性引導(dǎo)用戶側(cè)進(jìn)行低碳激勵(lì)型響應(yīng)，改變儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電和可調(diào)度負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)。

通過算例優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了對儲(chǔ)能系統(tǒng)和可調(diào)度負(fù)荷的低碳優(yōu)化調(diào)度，有序引導(dǎo)用戶用能曲線根據(jù)動(dòng)態(tài)碳排放因子進(jìn)行改變。期望本文研究內(nèi)容能夠?yàn)殡娏Φ吞純?yōu)化領(lǐng)域的研究者提供一些新的研究思路，推動(dòng)電力系統(tǒng)低碳優(yōu)化調(diào)度相關(guān)研究的進(jìn)步。

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收稿日期： 20240710