一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化方法及系统

技术领域

本发明涉及配电组网技术领域，特别是涉及一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化方法及系统。

背景技术

直流配电网以其优越的运行控制性能拥有巨大的发展前景，受到了学术界和工程界的广泛关注，是电网未来发展方向之一。美国、欧洲、日本等发达国家较早提出了直流配电网的概念和发展目标，如美国弗吉尼亚理工大学CPES中心提出了“SustainableBuilding Initiative(SBI)”研究计划，采用直流方式为未来住宅和楼宇提供电力。我国发展直流配电网技术相对较晚，但近几年在理论研究和工程示范等方面呈现出“井喷”现象，浙江、广东、江苏、北京等地已纷纷部署直流配电网示范工程，如国网浙江省电力有限公司建设了杭州江东新城智能柔性直流配电网示范工程和绍兴上虞交直流混合微电网示范工程，直流配电网的可行性和实用性得到了较为充分的验证。

在碳流分析方面，针对中低压直流配电网的碳流分析模型研究较少，已有的碳排放流理论大多需要在求解全系统潮流分布的前提下计算碳流，在考虑分布式电源接入的情况下计算量大且难以实现实时优化，需要针对中低压直流配电网特性建立相应碳流分析模型，实现配电网碳流优化。

虽然国内外诸多高校、科研机构对直流电网的可行性及可靠性、网架结构与标准模型、仿真建模、控制保护、电压等级、直流断路器等关键设备各个方面开展了相应的研究工作，并取得了一定的成果。但针对计及最优碳流的直流配电网，尤其是计及最优碳流的中低压柔性直流配电网技术研究等方面，研究成果还较少，不利于直流配电网的推广。

发明内容

本发明的目的是提出一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化方法及系统，以提高系统资源利用效率，提高直流配网稳定性，实现系统碳减排。

为了实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化方法，所述方法包括：

根据供能单元的出力模型建立碳资源优化模型，所述供能单元至少包括光伏发电系统、风力发电系统和电储能系统；

根据预设优化策略，按照预定时间间隔，对所述碳资源优化模型进行优化，得到优化运行结果，所述预设优化策略包括碳排放最小化、峰谷差最小化、负荷率最大化和负荷变化量最小化；

根据所述优化运行结果，对所述供能单元进行实时优化调度。

进一步地，所述预定时间间隔包括第一预定时间间隔、第二预定时间间隔和第三预定时间间隔，所述第一预定时间间隔为24小时，所述第二预定时间间隔为1小时，所述第三预定时间间隔根据用电负荷数据曲线、气象数据曲线和储能数据曲线的波动幅度进行调整。

进一步地，所述根据预设优化策略，按照预定时间间隔，对所述碳资源优化模型进行优化，包括：

采用多目标粒子群算法对所述碳资源优化模型进行优化，得到多个可行帕累托解；

对比所述多个可行帕累托解以得出最优解作为优化运行结果。

进一步地，所述碳资源优化模型采用如下公式表示：

其中，E

进一步地，所述分布式发电装置包括光伏发电系统、风力发电系统，所述光伏发电系统的出力模型采用如下公式表示：

P

其中，P

所述风力发电系统的出力模型采用如下公式表示：

P

进一步地，所述电储能系统在充能工况、释能工况的出力模型分别采用如下公式表示：

其中，P

第二方面，本发明实施例提供了一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化系统，所述系统包括：

碳资源模型建立模块，用于根据供能单元的出力模型建立碳资源优化模型，所述供能单元至少包括光伏发电系统、风力发电系统和电储能系统；

运行优化模块，用于根据预设优化策略，按照预定时间间隔，对所述碳资源优化模型进行优化，得到优化运行结果，所述预设优化策略包括碳排放最小化、峰谷差最小化、负荷率最大化和负荷变化量最小化；

实时调度模块，用于根据所述优化运行结果，对所述供能单元进行实时优化调度。

进一步地，所述预定时间间隔包括第一预定时间间隔、第二预定时间间隔和第三预定时间间隔，所述第一预定时间间隔为24小时，所述第二预定时间间隔为1小时，所述第三预定时间间隔根据用电负荷数据曲线、气象数据曲线和储能数据曲线的波动幅度进行调整。

进一步地，所述运行优化模块，还包括：

粒子群优化模块，用于采用多目标粒子群算法对所述碳资源优化模型进行优化，得到多个可行帕累托解；

帕累托求解模块，用于对比所述多个可行帕累托解以得出最优解作为优化运行结果。

本发明提供了一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化方法，通过根据供能单元的出力模型建立碳资源优化模型，所述供能单元至少包括光伏发电系统、风力发电系统和电储能系统；根据预设优化策略，按照预定时间间隔，对所述碳资源优化模型进行优化，得到优化运行结果，所述预设优化策略包括碳排放最小化、峰谷差最小化、负荷率最大化和负荷变化量最小化；根据所述优化运行结果，对所述供能单元进行实时优化调度。本发明可以提高系统资源利用效率，提高直流配网稳定性，实现系统碳减排。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化方法示意图；

图2是本发明实施例提供的多时间尺度优化实施示意图；

图3是本发明实施例提供的一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化方法S12步骤示意图；

图4是本发明实施例提供的一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化系统的系统框图；

图5是本发明实施例提供的一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化系统运行优化模块2的系统框图；

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案和有益效果更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明，显然，以下所描述的实施例是本发明实施例的一部分，仅用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在一个实施例中，如图1所示，本发明提供了一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化方法，所述方法包括：

S11、根据供能单元的出力模型建立碳资源优化模型，所述供能单元至少包括光伏发电系统、风力发电系统和电储能系统；

在本实施例中，碳资源优化模型采用如下公式表示：

其中，E

在本实施例中，分布式发电装置包括光伏发电系统、风力发电系统，所述光伏发电系统的出力模型采用如下公式表示：

P

其中，P

所述风力发电系统的出力模型采用如下公式表示：

P

在本实施例中，电储能系统在充能工况、释能工况的出力模型分别采用如下公式表示：

其中，P

本实施例通过供能单元的出力模型建立碳资源优化模型，构建了出力数据与碳资源优化数据的系统联系，以便于在后续过程中对碳资源优化模型进行优化求解。

S12、根据预设优化策略，按照预定时间间隔，对所述碳资源优化模型进行优化，得到优化运行结果，所述预设优化策略包括碳排放最小化、峰谷差最小化、负荷率最大化和负荷变化量最小化；

在本实施例中，如图2所示，预定时间间隔包括第一预定时间间隔、第二预定时间间隔和第三预定时间间隔，所述第一预定时间间隔为24小时，所述第二预定时间间隔为1小时，所述第三预定时间间隔T

在本实施例中，碳排放最小化的目标能够使供能系统低碳运行；峰谷差最小化和负荷变化量的目标能够减小出力波动，实现稳定供能；负荷率最大化的目标能够使输出功率尽可能被利用充分。为得到优化运行结果，本实施例采用多目标粒子群算法进行优化，具体地，如图3所示，S121、采用多目标粒子群算法对所述碳资源优化模型进行优化，得到多个可行帕累托解；S122、对比所述多个可行帕累托解以得出最优解作为优化运行结果。粒子群优化是由Kennedy和Eberhart等人于1995年提出的启发式进化算法，它通过模拟鸟群和鱼群的社会合作和个人竞争行为，并根据当前搜索到的最优解来引导粒子群进化到全局最优，因此具有很快的收敛速度，本实施例通过多目标粒子群算法提升了模型优化速度并得出优化运行结果。

S13、根据所述优化运行结果，对所述供能单元进行实时优化调度。

本实施例通过对光伏发电、风力发电和储能系统的利用，根据优化运行结果实时调度供能单元，使得碳排放成本得到大幅降低，有效实现系统碳减排、并提高了系统资源利用效率。

与现有技术相比，本申请通过计及最优碳流的中低压直流组网技术，提高了系统资源利用效率和直流配网稳定性；提高了能源的利用率，减少了能源使用过程中的损耗，实现直流配电网的安全、高效、经济、低碳运行。

基于上述一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化方法，本发明实施例还提供了一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化系统，如图4所示，所述系统包括：

碳资源模型建立模块1，用于根据供能单元的出力模型建立碳资源优化模型，所述供能单元至少包括光伏发电系统、风力发电系统和电储能系统；

运行优化模块2，用于根据预设优化策略，按照预定时间间隔，对所述碳资源优化模型进行优化，得到优化运行结果，所述预设优化策略包括碳排放最小化、峰谷差最小化、负荷率最大化和负荷变化量最小化；

实时调度模块3，用于根据所述优化运行结果，对所述供能单元进行实时优化调度。

在另一个实施例中，所述预定时间间隔包括第一预定时间间隔、第二预定时间间隔和第三预定时间间隔，所述第一预定时间间隔为24小时，所述第二预定时间间隔为1小时，所述第三预定时间间隔根据用电负荷数据曲线、气象数据曲线和储能数据曲线的波动幅度进行调整。

在另一个实施例中，所述运行优化模块2，如图5所示，还包括：

粒子群优化模块21，用于采用多目标粒子群算法对所述碳资源优化模型进行优化，得到多个可行帕累托解；

帕累托求解模块22，用于对比所述多个可行帕累托解以得出最优解作为优化运行结果。

关于一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化系统的具体限定可以参见上文中对于一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化方法的限定，在此不再赘述。上述系统中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

综上，本发明提供了一种针对中低压柔性直流配电网的碳流优化方法，所述方法包括：根据供能单元的出力模型建立碳资源优化模型，所述供能单元至少包括光伏发电系统、风力发电系统和电储能系统；根据预设优化策略，按照预定时间间隔，对所述碳资源优化模型进行优化，得到优化运行结果，所述预设优化策略包括碳排放最小化、峰谷差最小化、负荷率最大化和负荷变化量最小化；根据所述优化运行结果，对所述供能单元进行实时优化调度。本发明可以提高系统资源利用效率，提高直流配网稳定性，实现系统碳减排。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例直接相同或相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。需要说明的是，上述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。