本發(fā)明涉及電力調(diào)度，具體為一種基于碳排放流的含風(fēng)電系統(tǒng)需求響應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。

背景技術(shù)：

1、電力發(fā)電側(cè)通過燃燒煤、天然氣等不可再生資源進(jìn)行發(fā)電，從而產(chǎn)生大量的二氧化碳溫室氣體，形成碳排放?，F(xiàn)假設(shè)這些二氧化碳并沒有排放到大氣中，而是跟隨著電力系統(tǒng)潮流從發(fā)電側(cè)流向負(fù)荷側(cè)，形成了虛擬的碳排放流。在發(fā)電到用電這個(gè)過程中，用戶消費(fèi)了電能，碳排放相應(yīng)的跟隨電力潮流進(jìn)入到負(fù)荷側(cè)。但是傳統(tǒng)的含風(fēng)電系統(tǒng)低碳調(diào)度研究中主要是將碳排放與發(fā)電側(cè)緊密相關(guān)，采用固定碳排放系數(shù)來計(jì)算碳排放。然而，這種方法簡化了碳排放行為，無法體現(xiàn)碳排量核算時(shí)空差異性。

2、為追蹤從發(fā)電側(cè)到負(fù)荷側(cè)的碳排放，催生出了電力系統(tǒng)碳排放流方法。電力系統(tǒng)的碳排放流理論是一個(gè)用于評(píng)估整個(gè)電力系統(tǒng)碳排放的產(chǎn)生、傳輸和消耗的理論框架。該理論研究了碳排放水平與電力系統(tǒng)各組成部分之間的相關(guān)性。電力系統(tǒng)的碳排放流理論根據(jù)電力系統(tǒng)潮流計(jì)算的結(jié)果，確定了碳排放的分布和總體水平。碳排放流理論可以指導(dǎo)用戶用電行為的優(yōu)化，輔助碳減排的評(píng)估和結(jié)算，便于電力系統(tǒng)源-荷側(cè)碳排放管理措施的制定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種基于碳排放流的含風(fēng)電系統(tǒng)需求響應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，能夠優(yōu)化整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的負(fù)荷分布，有效平滑負(fù)荷曲線，提高風(fēng)電利用率，積極引導(dǎo)負(fù)荷側(cè)節(jié)能減排，從而減少了碳排放總量，充分挖掘負(fù)荷側(cè)的降碳潛力。技術(shù)方案如下：

2、基于碳排放流的含風(fēng)電系統(tǒng)需求響應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法，包括以下步驟：

3、步驟1：采集電力系統(tǒng)初值，包括機(jī)組參數(shù)、電負(fù)荷數(shù)據(jù)和風(fēng)力數(shù)據(jù)，作為輸入數(shù)據(jù)；

4、步驟2：以含風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)電側(cè)總體運(yùn)行成本最小為目標(biāo)構(gòu)建一階段經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，并采用td3算法求解各機(jī)組的調(diào)度策略，包括機(jī)組出力數(shù)據(jù)和潮流分布數(shù)據(jù)；

5、步驟3：根據(jù)由一階段經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型得到的機(jī)組出力數(shù)據(jù)和潮流分布數(shù)據(jù)，通過碳排放流理論計(jì)算各節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)和碳排放量；

6、步驟4：將步驟3中計(jì)算得到節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)和碳排放量作為輸入的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將原始負(fù)荷數(shù)據(jù)和碳價(jià)格作為輸入的基本參數(shù)，以碳價(jià)為信號(hào)建立二階段需求響應(yīng)低碳優(yōu)化模型，利用碳價(jià)格作為價(jià)格信號(hào)來指導(dǎo)用戶進(jìn)行需求響應(yīng)，使電力系統(tǒng)碳排放責(zé)任由發(fā)電側(cè)歸算至負(fù)荷側(cè)；

7、步驟5：將步驟4中響應(yīng)的負(fù)荷反饋給一階段經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型進(jìn)行求解，輸出重新計(jì)算后的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度結(jié)果，計(jì)算此時(shí)的負(fù)荷側(cè)總碳排放量和碳排放成本。

8、進(jìn)一步的，所述步驟2具體包括：

9、步驟2.1：構(gòu)建一階段經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，以含風(fēng)電系統(tǒng)發(fā)電側(cè)總體運(yùn)行成本最小為目標(biāo)：

10、；

11、其中，、和分別為風(fēng)電成本、常規(guī)火電機(jī)組發(fā)電成本和儲(chǔ)能運(yùn)行成本；

12、步驟2.2：獲取當(dāng)前時(shí)刻對(duì)應(yīng)的狀態(tài)的狀態(tài)信息：

13、；

14、其中，分別為時(shí)刻負(fù)荷功率、儲(chǔ)能充放電荷電狀態(tài)、各節(jié)點(diǎn)電壓、風(fēng)電機(jī)組功率和常規(guī)火電機(jī)組功率；

15、步驟2.3：一階段經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型的馬爾可夫決策過程將儲(chǔ)能電池的實(shí)時(shí)充放電功率作為智能體的動(dòng)作，智能體的動(dòng)作空間表示為：

16、；

17、其中，為時(shí)刻第臺(tái)儲(chǔ)能設(shè)備的充放電功率；為儲(chǔ)能設(shè)備的臺(tái)數(shù)；

18、步驟2.4：將一階段經(jīng)濟(jì)調(diào)度問題轉(zhuǎn)化為深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的累積獎(jiǎng)勵(lì)最大化形式進(jìn)行求解，設(shè)置智能體與環(huán)境交互過程中的獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)為：

19、；

20、步驟2.5：采用td3算法對(duì)一階段經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型進(jìn)行求解，算法中策略網(wǎng)絡(luò)以當(dāng)前狀態(tài)作為輸入，將調(diào)度決策作為動(dòng)作輸出；智能體通過與含風(fēng)電配網(wǎng)環(huán)境交互進(jìn)行訓(xùn)練，獲得軌跡數(shù)據(jù)，將軌跡數(shù)據(jù)放在經(jīng)驗(yàn)回放池中，并從中抽取m個(gè)樣本用于策略網(wǎng)絡(luò)和價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化；策略網(wǎng)絡(luò)通過最大化累計(jì)期望回報(bào)更新參數(shù)；價(jià)值網(wǎng)絡(luò)通過最小化估計(jì)值與目標(biāo)值之間的差值更新參數(shù)。

21、更進(jìn)一步的，所述步驟2.5具體包括：

22、步驟2.5.1：通過優(yōu)化策略網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，達(dá)到最大化策略函數(shù)的目的，策略函數(shù)的方程表示為：

23、；

24、式中：策略函數(shù)表示能夠獲取的期望回報(bào)；表示當(dāng)前狀態(tài)在策略下的分布；表示在狀態(tài)下按照策略動(dòng)作的價(jià)值函數(shù)；?為期望函數(shù)；采用梯度下降方法更新策略函數(shù)中的參數(shù)，如下式所示：

25、；

26、式中：為策略函數(shù)的梯度，為動(dòng)作價(jià)值函數(shù)的梯度；為價(jià)值網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；為動(dòng)作，為狀態(tài)的策略；為策略網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；

27、步驟2.5.2：價(jià)值網(wǎng)絡(luò)更新：

28、價(jià)值網(wǎng)絡(luò)對(duì)策略網(wǎng)絡(luò)做出的動(dòng)作進(jìn)行評(píng)估，動(dòng)作-價(jià)值函數(shù)由貝爾曼方程表示為：

29、；

30、式中：為折扣因子，為下一時(shí)刻狀態(tài)；為下一狀態(tài)的動(dòng)作；為當(dāng)前時(shí)刻獎(jiǎng)勵(lì)值；

31、利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將價(jià)值網(wǎng)絡(luò)參數(shù)化，通過最小化bellman殘差來近似動(dòng)作價(jià)值函數(shù)：

32、；

33、式中：和分別代表當(dāng)前價(jià)值網(wǎng)絡(luò)和目標(biāo)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)；為時(shí)刻價(jià)值網(wǎng)絡(luò)輸出的 q值；在時(shí)刻價(jià)值網(wǎng)絡(luò)輸出的目標(biāo) q值為：

34、；

35、采用蒙特羅特采樣近似動(dòng)作價(jià)值函數(shù)損失函數(shù)，通過最小化損失函數(shù)來更新當(dāng)前價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，所述損失函數(shù)為：

36、；

37、式中：為訓(xùn)練樣本數(shù)量；為第個(gè)樣本在時(shí)刻的目標(biāo)動(dòng)作-狀態(tài)價(jià)值；為第個(gè)樣本在時(shí)刻的包括負(fù)荷功率、儲(chǔ)能充放電荷電狀態(tài)、各節(jié)點(diǎn)電壓、風(fēng)電機(jī)組功率和常規(guī)火電機(jī)組的狀態(tài)信息；為第個(gè)儲(chǔ)能樣本在時(shí)刻的充放電動(dòng)作功率；

38、采用雙目標(biāo)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)以及目標(biāo)策略平滑正則化，即采用兩套相同網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的目標(biāo)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)，選取兩者之間的最小值作為目標(biāo)價(jià)值，以抑制價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的過估計(jì)問題，具體表示為：

39、；

40、式中：為兩個(gè)不同目標(biāo)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)；為價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的序號(hào)；

41、目標(biāo)策略平滑正則化利用目標(biāo)動(dòng)作計(jì)算目標(biāo) q值，故在下一狀態(tài)的動(dòng)作為：

42、；

43、式中：為隨機(jī)噪聲；

44、步驟2.5.3：參數(shù)延遲更新：

45、策略網(wǎng)絡(luò)以及目標(biāo)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)參數(shù)采用軟更新的形式更新：

46、；

47、式中：為學(xué)習(xí)率，為不同當(dāng)前價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，為策略網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，為目標(biāo)策略網(wǎng)絡(luò)。

48、更進(jìn)一步的，步驟3具體包括：

49、步驟3.1：定義電力系統(tǒng)某支路的碳排放流密度為該支路的碳排放流率與有功功率的比值：

50、；

51、式中：為某支路的碳排放流密度；為某支路的有功功率；為某支路的碳排放流率；

52、步驟3.2：定義第個(gè)發(fā)電或用電節(jié)點(diǎn)流入的碳流與流過該節(jié)點(diǎn)有功功率的比值為節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)，用表示：

53、；

54、式中：為與該節(jié)點(diǎn)相連的注入功率的支路數(shù)量表示為所有支路的集合；為節(jié)點(diǎn)號(hào)，為注入節(jié)點(diǎn)的有功功率；為注入節(jié)點(diǎn)支路的碳排放流密度；為節(jié)點(diǎn)發(fā)電機(jī)的輸出功率；為發(fā)電機(jī)組節(jié)點(diǎn)的碳勢(shì)，即機(jī)組的發(fā)電碳排放強(qiáng)度；

55、步驟3.3：用各支路潮流分布矩陣描述電力系統(tǒng)的有功分布，所述支路潮流分布矩陣為階方陣，用表示：

56、；

57、式中：當(dāng)節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間的有功潮流為正向時(shí)，則，=0；若反之則有，=；對(duì)于所有對(duì)角元素，則有；

58、用各機(jī)組注入分布矩陣用來描述發(fā)電機(jī)組接入電力系統(tǒng)時(shí)注入的有功功率，矩陣具體如下所示：

59、；

60、式中：若第臺(tái)發(fā)電機(jī)組在節(jié)點(diǎn)處接入系統(tǒng)，并向系統(tǒng)注入有功功率時(shí),則，其余情況下為0；

61、節(jié)點(diǎn)有功通量矩陣表示為：

62、；

63、；

64、式中：為節(jié)點(diǎn)到節(jié)點(diǎn)的支路功率；

65、根據(jù)已知的和計(jì)算得到：

66、；

67、式中：為元素為1的階行向量；為輔助變量；為節(jié)點(diǎn)有功通量矩陣的階數(shù)，為輔助變量的階數(shù)；

68、步驟3.4：將某支路的碳排放流密度用支路始端節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)進(jìn)行替代，改寫為矩陣形式如下：

69、；

70、式中：為發(fā)電機(jī)組碳排放強(qiáng)度向量，為第個(gè)元素為1的單位行向量，為節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)矩陣；為轉(zhuǎn)置符號(hào)；為與節(jié)點(diǎn)相連且有出力的發(fā)電機(jī)組合集；

71、節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)矩陣為：

72、；

73、；

74、式中：為負(fù)荷分布矩陣，其構(gòu)成方式與機(jī)組注入分布矩陣一致， r為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)碳排量矩陣。

75、更進(jìn)一步的，步驟4具體包括：

76、以碳排放成本和需求響應(yīng)成本之和最小為調(diào)度目標(biāo)：

77、；

78、式中：為不同時(shí)刻的碳價(jià)格；為時(shí)刻系統(tǒng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)的碳排放量；為需求響應(yīng)量；為需求響應(yīng)成本；為負(fù)荷節(jié)點(diǎn)數(shù)量；

79、在需求響應(yīng)過程中，負(fù)荷平衡約束如下：

80、；

81、式中：為響應(yīng)前負(fù)荷功率；為響應(yīng)后的功率；

82、負(fù)荷變化約束如下：

83、；

84、；

85、式中：和分別表示可轉(zhuǎn)移負(fù)荷系數(shù)的上限和下限；

86、碳排放約束如下：

87、；

88、式中：為時(shí)刻系統(tǒng)負(fù)荷節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)。

89、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的調(diào)度方法第一階段以含風(fēng)電系統(tǒng)總體運(yùn)行成本最小為目標(biāo)構(gòu)建經(jīng)濟(jì)調(diào)度模型，采用td3算法求解各機(jī)組的調(diào)度策略；第二階段基于碳排放流理論，利用一階段所求解的調(diào)度方案計(jì)算節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)，建立以碳排放成本與需求響應(yīng)成本之和最小為目標(biāo)的負(fù)荷側(cè)需求響應(yīng)低碳模型，以此將電力系統(tǒng)碳排放責(zé)任從發(fā)電側(cè)歸算至負(fù)荷側(cè)；兩階段需求響應(yīng)方法能優(yōu)化整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的負(fù)荷分布，有效平滑了負(fù)荷曲線，提高風(fēng)電利用率，積極引導(dǎo)負(fù)荷側(cè)節(jié)能減排，從而減少了碳排放總量。