【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃領(lǐng)域，尤其是一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法。
技術(shù)介紹
1、低碳產(chǎn)業(yè)升級(jí)是實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期減緩氣候變化和實(shí)現(xiàn)可持續(xù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的核心手段。其中，電力行業(yè)的碳排放量在能源系統(tǒng)所有行業(yè)中排名最高，生態(tài)林業(yè)在碳封存、減緩氣候變化和實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)方面發(fā)揮著重要作用。因此，迫切需要探索在碳峰值和碳中和條件下生態(tài)-電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路徑，將電力系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境、氣候影響相結(jié)合的協(xié)同規(guī)劃對(duì)綠色和低碳轉(zhuǎn)型具有重要意義。
2、隨著能源部門脫碳的步伐加快，電力系統(tǒng)轉(zhuǎn)型發(fā)展需要考慮多種因素：部署大量的間歇性可再生能源、裝設(shè)分布式儲(chǔ)能設(shè)備及燃?xì)獍l(fā)電機(jī)設(shè)備等；同時(shí)，在全球低碳轉(zhuǎn)型的進(jìn)程中，增加生態(tài)森林碳匯的植樹造林被認(rèn)為是一種具有成本效益和現(xiàn)成的緩解氣候變化的選擇，生態(tài)碳匯的固碳能力也在低碳轉(zhuǎn)型過程中發(fā)揮著重要作用。
3、越來越多的證據(jù)表明，風(fēng)能和太陽(yáng)能在低碳轉(zhuǎn)型路徑中的重要作用因氣候變化而變得復(fù)雜。在電力供應(yīng)方面，依賴天氣的風(fēng)能和太陽(yáng)能發(fā)電直接受氣象輸入的變化控制，主要是溫度、風(fēng)速和太陽(yáng)輻照度。同時(shí)，生態(tài)森林碳匯的固碳能力也受上述氣象不確定因素的直接影響。然而，目前缺乏綜合考慮氣象不確定波動(dòng)、生態(tài)森林碳匯固碳作用、化石能源清潔化轉(zhuǎn)型以及可再生能源部署的能源電力系統(tǒng)低碳化轉(zhuǎn)型規(guī)劃的研究。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)需要解決的技術(shù)問題是提供一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，通過合理規(guī)劃風(fēng)機(jī)、分布式光伏、儲(chǔ)能設(shè)備的容量及生態(tài)森林碳匯面積來提高規(guī)劃區(qū)域
2、為解決上述技術(shù)問題，本專利技術(shù)所采用的技術(shù)方案是：
3、一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，包括以下步驟：
4、引入氣象不確定因素，在低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃中綜合考慮生態(tài)碳匯和可再生能源的作用，通過多種氣象因素的不確定性實(shí)現(xiàn)生態(tài)系統(tǒng)與電力能源系統(tǒng)的深度耦合，構(gòu)建生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)的能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃框架；
5、在規(guī)劃框架的基礎(chǔ)上，以規(guī)劃周期內(nèi)系統(tǒng)的電氣化率作為低碳轉(zhuǎn)型路徑約束，建立生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)的能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型；
6、通過錐對(duì)偶理論和多種線性化方法對(duì)規(guī)劃模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換和線性化處理得到二階段魯棒規(guī)劃模型；
7、采用ieee-33節(jié)點(diǎn)配電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，通過典型場(chǎng)景對(duì)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)的能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型的有效性。
8、本專利技術(shù)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：所述生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)的能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃框架分為三層：第一層為能源生態(tài)系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃層，第二層為氣象不確定層，第三層為耦合系統(tǒng)運(yùn)行層。
9、本專利技術(shù)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：在規(guī)劃框架的基礎(chǔ)上，以規(guī)劃周期內(nèi)系統(tǒng)的電氣化率作為低碳轉(zhuǎn)型路徑約束，建立生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)的能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型，具體包括以下內(nèi)容：
10、步驟1，建立以投資、運(yùn)行維護(hù)成本、低碳效益和經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)，考慮氣象不確定性、生態(tài)森林碳匯的擴(kuò)張、化石能源低碳轉(zhuǎn)型和系統(tǒng)運(yùn)行約束的生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)的能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型，采用gurobi求解器對(duì)規(guī)劃方案進(jìn)行求解；
11、步驟2，確定生態(tài)電力系統(tǒng)中生態(tài)碳匯、光伏發(fā)電設(shè)備、風(fēng)力發(fā)電設(shè)備、儲(chǔ)能設(shè)備的初始量和規(guī)劃周期內(nèi)的最大規(guī)劃量；
12、步驟3，確定化石能源的多種轉(zhuǎn)型路徑，以及上級(jí)主網(wǎng)供電的碳排放強(qiáng)度和供電電價(jià)、碳交易價(jià)格數(shù)據(jù)；
13、步驟4，確定生態(tài)電力系統(tǒng)新能源的滲透率和利用率指標(biāo)要求，以及上級(jí)主網(wǎng)供電的碳排放強(qiáng)度和供電電價(jià)、碳交易價(jià)格數(shù)據(jù)；
14、步驟5，輸入規(guī)劃地區(qū)多類氣象因素的歷史數(shù)據(jù)集，對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行清晰和統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，確定各氣象因素的均值和波動(dòng)的范圍；
15、步驟6，基于各類氣象因素的波動(dòng)范圍，推導(dǎo)出氣象不確定因素對(duì)生態(tài)碳匯和可再生能源出力的影響約束模型，并給定氣象不確定集及其不確定參數(shù)；
16、步驟7，對(duì)生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)的能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型進(jìn)行處理獲得魯棒規(guī)劃的主問題和子問題并給出求解算法流程。
17、本專利技術(shù)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：在能源生態(tài)系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃層構(gòu)建生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)規(guī)劃模型，具體過程如下：本層以最小化低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃成本為目標(biāo)，對(duì)煤炭、石油、天然氣等傳統(tǒng)化石能源電氣化轉(zhuǎn)型路徑，生態(tài)系統(tǒng)森林碳匯面積，電力系統(tǒng)中的風(fēng)、光、儲(chǔ)可再生能源進(jìn)行規(guī)劃：
18、1)規(guī)劃層目標(biāo)函數(shù)
19、三類化石能源的電氣化轉(zhuǎn)型成本及化石能源的碳排放成本如下式(6)-(7)所示：
20、
21、
22、式中，為單位功率的某類化石能源的電氣化轉(zhuǎn)型成本，其中，class包含煤炭，石油，天然氣；lifeclass為某類化石能源電氣化轉(zhuǎn)型所需設(shè)備的壽命；t為規(guī)劃周期總小時(shí)數(shù)時(shí)長(zhǎng)；為第t小時(shí)某類化石能源負(fù)荷的電氣化轉(zhuǎn)型功率；
23、2)規(guī)劃層約束條件
24、規(guī)劃層對(duì)化石能源的轉(zhuǎn)型路徑進(jìn)行規(guī)劃，采用電氣化率對(duì)轉(zhuǎn)型路徑進(jìn)行約束，并且對(duì)各節(jié)點(diǎn)上化石能源轉(zhuǎn)型量的范圍進(jìn)行約束；
25、另外，規(guī)劃過程中對(duì)電網(wǎng)光伏、風(fēng)電、儲(chǔ)能設(shè)備的建設(shè)地址及容量進(jìn)行約束；
26、同時(shí)，對(duì)規(guī)劃區(qū)域內(nèi)電網(wǎng)擴(kuò)建和生態(tài)碳匯規(guī)劃占用的土地面積以及區(qū)域內(nèi)的可用于規(guī)劃的土地總面積，生態(tài)碳匯面積aei,t∈year的規(guī)劃周期也為1年；其中，areai為i節(jié)點(diǎn)附近可用于規(guī)劃的土地總面積；電氣設(shè)備和碳匯的規(guī)劃周期內(nèi)，系統(tǒng)總體可用設(shè)備容量和碳匯面積保持為上個(gè)規(guī)劃周期結(jié)束時(shí)的值，且規(guī)劃過程中不考慮森林碳匯的輪伐期。
27、本專利技術(shù)技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)在于：在氣象不確定層構(gòu)建電網(wǎng)運(yùn)行與碳匯固碳模型，具體過程如下：本層以最優(yōu)化電網(wǎng)運(yùn)行成本和生態(tài)碳匯固碳效益為目標(biāo)，對(duì)生態(tài)-電力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化：
28、1)運(yùn)行層目標(biāo)函數(shù)
29、為便于描述目標(biāo)函數(shù)，將生態(tài)碳匯的固碳效益轉(zhuǎn)化為負(fù)值的成本形式，如下式(16)所示：
30、
31、上式(16)中，nep表示生態(tài)系統(tǒng)的凈初級(jí)生產(chǎn)力；式(16)具體分為兩個(gè)過程：首先根據(jù)單位面積下的生態(tài)系統(tǒng)的nep對(duì)生態(tài)系統(tǒng)固碳總量進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算；進(jìn)一步，根據(jù)碳交易市場(chǎng)中的碳交易價(jià)格對(duì)碳匯總面積的固碳量的減碳效益進(jìn)行匯算；
32、2)配電網(wǎng)運(yùn)行約束
33、配電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)需要滿足有功功率平衡約束和無功功率平衡約束；其中，購(gòu)電有功功率僅存在于配電網(wǎng)的供電節(jié)點(diǎn)處，并且各節(jié)點(diǎn)自身存在無功功率補(bǔ)償裝置，允許就地發(fā)出無功功率供給負(fù)荷使用；
34、另外，儲(chǔ)能電池需要滿足充放電功率約束和儲(chǔ)能容量的約束；配電網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)上的電壓、電流、有功和無功功率之間的關(guān)系可采用二階錐形式進(jìn)行精確的松弛；
35、電網(wǎng)運(yùn)行時(shí)節(jié)點(diǎn)和支路上的有功功率，無功功率，電壓和電流變量需要滿足安全運(yùn)行的上下限約束；
36、針對(duì)光伏和風(fēng)力發(fā)電的可再生能源出力，電網(wǎng)運(yùn)行過程中需要本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，所述生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)的能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃框架分為三層：第一層為能源生態(tài)系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃層，第二層為氣象不確定層，第三層為耦合系統(tǒng)運(yùn)行層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，在規(guī)劃框架的基礎(chǔ)上，以規(guī)劃周期內(nèi)系統(tǒng)的電氣化率作為低碳轉(zhuǎn)型路徑約束，建立生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)的能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型，具體包括以下內(nèi)容：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，在能源生態(tài)系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃層構(gòu)建生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)規(guī)劃模型，具體過程如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，在氣象不確定層構(gòu)建電網(wǎng)運(yùn)行與碳匯固碳模型，具體過程如下：
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，在耦合系統(tǒng)運(yùn)行層構(gòu)建可再生能源和生態(tài)碳匯的氣象不
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)的能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型的最終形式，如下式(55)所示：
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，通過錐對(duì)偶理論和多種線性化方法對(duì)規(guī)劃模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換和線性化處理得到二階段魯棒規(guī)劃模型，具體包括以下內(nèi)容：
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，所述通過錐對(duì)偶理論、二階錐松弛方法、Big-M法和指數(shù)線性化方法對(duì)生態(tài)碳匯的二葉固碳模型和風(fēng)電光伏發(fā)電的氣象不確定性進(jìn)行線性化處理，具體包括以下內(nèi)容：
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下內(nèi)容：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，所述生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)的能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃框架分為三層：第一層為能源生態(tài)系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃層，第二層為氣象不確定層，第三層為耦合系統(tǒng)運(yùn)行層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，在規(guī)劃框架的基礎(chǔ)上，以規(guī)劃周期內(nèi)系統(tǒng)的電氣化率作為低碳轉(zhuǎn)型路徑約束，建立生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)的能源低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型，具體包括以下內(nèi)容：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，在能源生態(tài)系統(tǒng)的低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃層構(gòu)建生態(tài)-電力耦合系統(tǒng)規(guī)劃模型，具體過程如下：
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種考慮氣象的生態(tài)電力系統(tǒng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于，在氣象不確定層構(gòu)建...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：盧志剛，李彥琳，孔祥興，張江鏞，胡建一，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：燕山大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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