一种多类型储能参与电碳市场的电网优化方法及系统

技术领域

本发明涉及电网优化领域，特别是涉及一种基于TOPSIS法的多类型储能参与电碳市场的电网优化方法及系统。

背景技术

储能技术可以有效调节新能源发电引起的电网电压、频率及相位的变化，使大规模风电及光伏发电方便可靠地并入常规电网。目前关于多种储能系统价值评价方法较少，且未考虑到储能系统在碳市场的效益。

因此，亟需提出一种关于多种储能系统价值的评价方法，以促进多类型储能技术迅速发展以及全面推广。

发明内容

本发明的目的是提供一种多类型储能参与电碳市场的电网优化方法及系统，能够提高电网的可靠性、经济性及环境可持续性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种多类型储能参与电碳市场的电网优化方法，包括：

构建价值评价体系；所述价值评价体系包括目标层、准则层及指标层；所述目标层为多类型储能参与电碳市场的多维价值，所述准则层包括多个一级指标，所述指标层包括各一级指标下的多个二级指标；多个一级指标分别为多类型储能参与电碳市场的减碳效益及经济效益；所述减碳效益下的二级指标分别为系统碳配额、火电机组碳排放量、系统外购电力碳排放量、新能源发电碳排放量、新能源发电减碳量、多储能碳排放量、多储能减碳量及系统碳配额剩余总量；所述经济效益下的二级指标分别为阶梯碳交易收益、平准化发电成本、系统购能成本、系统售电收益及系统净收益；

获取历史数据集；所述历史数据集中包括历史设定时段内每年各二级指标的取值；

根据所述历史数据集，采用熵权法确定所述价值评价体系中各二级指标的权重；

确定多个候选决策方案；每个候选决策方案中包括各二级指标的候选值；

根据各候选决策方案及各二级指标的权重，采用TOPSIS法，确定各候选决策方案的综合评价指数；

根据各候选决策方案的综合评价指数确定电网的最优决策方案，以对电网进行优化。

可选地，根据所述历史数据集，采用熵权法确定所述价值评价体系中各二级指标的权重，具体包括：

根据所述历史数据集构建原始评价矩阵；所述原始评价矩阵中的元素分别为历史设定时段内每年各二级指标的取值；

对所述原始评价矩阵进行规范化处理，得到规范化矩阵；所述规范化矩阵中的元素分别为每年各二级指标的规范值；

针对所述价值评价体系中的任一二级指标，根据所述规范化矩阵中每年所述二级指标的规范值，确定所述二级指标的信息熵；

根据所述二级指标的信息熵确定所述二级指标的权重。

可选地，采用以下公式确定第i年第j个二级指标的规范值：

其中，r

可选地，采用以下公式确定第j个二级指标的信息熵：

采用以下公式确定第j个二级指标的权重：

其中，E

可选地，采用以下公式确定各候选决策方案中的系统碳配额、火电机组碳排放量、系统外购电力碳排放量、新能源发电碳排放量、新能源发电减碳量、多储能碳排放量、多储能减碳量及系统碳配额剩余总量：

E

E

E

E＝E

其中，E

可选地，采用以下公式确定各候选决策方案中的阶梯碳交易收益、平准化发电成本、系统购能成本、系统售电收益及系统净收益：

C

C＝C

其中，C

可选地，根据各候选决策方案及各二级指标的权重，采用TOPSIS法，确定各候选决策方案的综合评价指数，具体包括：

根据各候选决策方案建立初始指标矩阵；所述初始指标矩阵中的元素分别为各候选决策方案中各二级指标的候选值；

对所述初始指标矩阵进行规范化处理，确定规范化决策矩阵；所述规范化决策矩阵中的元素分别为各候选决策方案中各二级指标的规范值；

根据所述规范化决策矩阵及各二级指标的权重，确定加权规范矩阵；所述加权规范矩阵中的元素分别为各候选决策方案中各二级指标的加权值；

根据所述初始指标矩阵确定理想解及负理想解；

针对任一候选决策方案，计算所述候选决策方案到所述理想解的欧氏距离及所述候选决策方案到所述负理想解的欧氏距离；

根据所述候选决策方案到所述理想解的欧氏距离及所述候选决策方案到所述负理想解的欧氏距离，确定所述候选决策方案的综合评价指数。

可选地，所述理想解包括各二级指标的理想解，所述负理想解包括各二级指标的负理想解；

根据所述初始指标矩阵确定理想解及负理想解，具体包括：

针对任一二级指标，若所述二级指标为减碳效益下的二级指标，则采用公式

若所述二级指标为经济效益下的二级指标，则采用公式

其中，

可选地，采用以下公式确定候选决策方案m的综合评价指数：

其中，

为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：

一种多类型储能参与电碳市场的电网优化系统，包括：

体系构建模块，用于构建价值评价体系；所述价值评价体系包括目标层、准则层及指标层；所述目标层为多类型储能参与电碳市场的多维价值，所述准则层包括多个一级指标，所述指标层包括各一级指标下的多个二级指标；多个一级指标分别为多类型储能参与电碳市场的减碳效益及经济效益；所述减碳效益下的二级指标分别为系统碳配额、火电机组碳排放量、系统外购电力碳排放量、新能源发电碳排放量、新能源发电减碳量、多储能碳排放量、多储能减碳量及系统碳配额剩余总量；所述经济效益下的二级指标分别为阶梯碳交易收益、平准化发电成本、系统购能成本、系统售电收益及系统净收益；

历史数据获取模块，用于获取历史数据集；所述历史数据集中包括历史设定时段内每年各二级指标的取值；

权重确定模块，分别与所述体系构建模块及所述历史数据获取模块连接，用于根据所述历史数据集，采用熵权法确定所述价值评价体系中各二级指标的权重；

候选方案确定模块，用于确定多个候选决策方案；每个候选决策方案中包括各二级指标的候选值；

评价指数确定模块，分别与所述权重确定模块及所述候选方案确定模块连接，用于根据各候选决策方案及各二级指标的权重，采用TOPSIS法，确定各候选决策方案的综合评价指数；

最优方案确定模块，与所述评价指数确定模块连接，用于根据各候选决策方案的综合评价指数确定电网的最优决策方案，以对电网进行优化。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：本发明构建的价值评价体系中考虑了多类型储能参与电碳市场的减碳效益及经济效益，采用TOPSIS法确定各候选决策方案的综合评价指数，最后根据各候选决策方案的综合评价指数确定电网的最优决策方案，以对电网进行优化，能够评估多类型储能参与电力市场及碳市场的减碳效益和经济效益，有利于促进多类型储能在电力系统中的应用，提高电网的可靠性、经济性及环境可持续性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的多类型储能参与电碳市场的电网优化方法的整体流程图；

图2为本发明提供的多类型储能参与电碳市场的电网优化方法的详细流程图；

图3为价值评价体系的示意图；

图4为本发明提供的多类型储能参与电碳市场的电网优化系统的示意图。

符号说明：1-体系构建模块，2-历史数据获取模块，3-权重确定模块，4-候选方案确定模块，5-评价指数确定模块，6-最优方案确定模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明的目的是提供一种多类型储能参与电碳市场的电网优化方法及系统，促进多类型储能在电力系统中的应用，提高电网的可靠性、经济性及环境可持续性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

如图1和图2所示，本实施例提供了一种多类型储能参与电碳市场的电网优化方法，包括：

步骤100：构建价值评价体系。如图3所示，价值评价体系包括目标层、准则层及指标层。

所述目标层为多类型储能参与电碳市场的多维价值。准则层包括多个一级指标，指标层包括各一级指标下的多个二级指标。

多个一级指标分别为多类型储能参与电碳市场的减碳效益及经济效益。

减碳效益下的二级指标分别为系统碳配额、火电机组碳排放量、系统外购电力碳排放量、新能源发电碳排放量、新能源发电减碳量、多储能碳排放量、多储能减碳量及系统碳配额剩余总量。

经济效益下的二级指标分别为阶梯碳交易收益、平准化发电成本、系统购能成本、系统售电收益及系统净收益。

步骤200：获取历史数据集。所述历史数据集中包括历史设定时段内每年各二级指标的取值。

步骤300：根据所述历史数据集，采用熵权法确定所述价值评价体系中各二级指标的权重。

进一步地，步骤300包括：

(31)根据所述历史数据集构建原始评价矩阵A。所述原始评价矩阵中的元素分别为历史设定时段内每年各二级指标的取值：

其中，a

(32)对所述原始评价矩阵进行规范化处理，得到规范化矩阵R。所述规范化矩阵中的元素分别为每年各二级指标的规范值。具体地，采用以下公式确定第i年第j个二级指标的规范值：

其中，r

则规范化矩阵为

(33)针对所述价值评价体系中的任一二级指标，根据所述规范化矩阵中每年所述二级指标的规范值，确定所述二级指标的信息熵。具体地，对规范化矩阵按列求和，然后按照信息熵的公式计算每个二级指标的信息熵，采用以下公式确定第j个二级指标的信息熵：

(34)根据所述二级指标的信息熵确定所述二级指标的权重。具体地，采用以下公式确定第j个二级指标的权重：

其中，E

此外，本发明还可将每个二级指标的归一化矩阵按列求平均得到每个二级指标的权重，具体采用以下公式计算第j个二级指标的权重：

步骤400：确定多个候选决策方案。每个候选决策方案中包括各二级指标的候选值。具体地，本发明采用以下公式确定各候选决策方案中各二级指标的候选值。

①E

其中，E

②E

其中，E

③E

其中，E

④

其中，E

⑤

其中，E

⑥

其中，E

⑦

其中，E

⑧E＝E

其中，E为系统碳配额剩余总量，单位为tCO

⑨

其中，C

⑩

其中，LCOE为平准化发电成本，K为电力系统中的设备数量，I为年数，IC

其中，C

C

其中，C

C＝C

其中，C为系统净收益，单位为千元。

步骤500：根据各候选决策方案及各二级指标的权重，采用TOPSIS法，确定各候选决策方案的综合评价指数。

进一步地，步骤500包括：

(51)根据各候选决策方案建立初始指标矩阵X。所述初始指标矩阵中的元素分别为各候选决策方案中各二级指标的候选值：

其中，x

(52)对所述初始指标矩阵进行规范化处理，确定规范化决策矩阵Y。所述规范化决策矩阵中的元素分别为各候选决策方案中各二级指标的规范值：Y＝{y

(53)根据所述规范化决策矩阵及各二级指标的权重，确定加权规范矩阵Z。所述加权规范矩阵中的元素分别为各候选决策方案中各二级指标的加权值：Z＝{z

(54)根据所述初始指标矩阵确定理想解x

针对任一二级指标，若所述二级指标为减碳效益下的二级指标，则采用公式

若所述二级指标为经济效益下的二级指标，则采用公式

其中，

(55)针对任一候选决策方案，计算所述候选决策方案到所述理想解的欧氏距离及所述候选决策方案到所述负理想解的欧氏距离。

具体地，采用公式

(56)根据所述候选决策方案到所述理想解的欧氏距离及所述候选决策方案到所述负理想解的欧氏距离，确定所述候选决策方案的综合评价指数。

具体地，采用以下公式确定候选决策方案m的综合评价指数：

其中，

步骤600：根据各候选决策方案的综合评价指数确定电网的最优决策方案，以对电网进行优化。

具体地，按照综合评价指数的大小对各候选决策方案进行排序，以判断不同候选决策方案对电网效益的影响程度，影响程度越高，所对应候选决策方案的关注程度越高。

本发明能够评估多类型储能参与电力市场及碳市场的减碳效益和经济效益，有利于促进多类型储能在电力系统中的应用，提高电网的可靠性、经济性及环境可持续性。

实施例二

为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供一种多类型储能参与电碳市场的电网优化系统。

如图4所示，本实施例提供的多类型储能参与电碳市场的电网优化系统包括：体系构建模块1、历史数据获取模块2、权重确定模块3、候选方案确定模块4、评价指数确定模块5及最优方案确定模块6。

其中，体系构建模块1用于构建价值评价体系。所述价值评价体系包括目标层、准则层及指标层。所述目标层为多类型储能参与电碳市场的多维价值，所述准则层包括多个一级指标，所述指标层包括各一级指标下的多个二级指标。多个一级指标分别为多类型储能参与电碳市场的减碳效益及经济效益。所述减碳效益下的二级指标分别为系统碳配额、火电机组碳排放量、系统外购电力碳排放量、新能源发电碳排放量、新能源发电减碳量、多储能碳排放量、多储能减碳量及系统碳配额剩余总量。所述经济效益下的二级指标分别为阶梯碳交易收益、平准化发电成本、系统购能成本、系统售电收益及系统净收益。

历史数据获取模块2用于获取历史数据集。所述历史数据集中包括历史设定时段内每年各二级指标的取值。

权重确定模块3分别与所述体系构建模块1及所述历史数据获取模块2连接，权重确定模块3用于根据所述历史数据集，采用熵权法确定所述价值评价体系中各二级指标的权重。

候选方案确定模块4用于确定多个候选决策方案。每个候选决策方案中包括各二级指标的候选值。

评价指数确定模块5分别与所述权重确定模块3及所述候选方案确定模块4连接，评价指数确定模块用于根据各候选决策方案及各二级指标的权重，采用TOPSIS法，确定各候选决策方案的综合评价指数。

最优方案确定模块6与所述评价指数确定模块5连接，最优方案确定模块6用于根据各候选决策方案的综合评价指数确定电网的最优决策方案，以对电网进行优化。

相对于现有技术，本实施例提供的多类型储能参与电碳市场的电网优化系统与实施例一提供的多类型储能参与电碳市场的电网优化方法的有益效果相同，在此不再赘述。

实施例三

本实施例提供一种电子设备，包括存储器及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例一的多类型储能参与电碳市场的电网优化方法。

可选地，上述电子设备可以是服务器。

另外，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现实施例一的多类型储能参与电碳市场的电网优化方法。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。