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碳市场价格不确定性对电网调度影响机理分析

上海交通大学学报 2023年

作者：吴静刘轩宇李响齐笑言李成俊张忠大连理工大学电气工程学院国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院

随着全国碳市场正式上线，电力行业将在碳市场中扮演重要角色，而碳市场对电力系统低碳调度的影响机理还有待研究。本文首先分析了碳排放指标的年度清缴机制对电力系统日前调度的影响机理；构建了年度碳市场价格的非参数概率模型，提出... 详细信息

随着全国碳市场正式上线，电力行业将在碳市场中扮演重要角色，而碳市场对电力系统低碳调度的影响机理还有待研究。本文首先分析了碳排放指标的年度清缴机制对电力系统日前调度的影响机理；构建了年度碳市场价格的非参数概率模型，提出了不同风险偏好程度的电力系统低碳经济调度方法，包括条件风险价值优化、期望值优化、鲁棒优化调度。从数学优化机理层面分析了碳价不确定性对电网调度的影响。算例中，与传统经济调度模型相比，低碳经济调度模型可降碳8.41%，碳市场风险厌恶程度越高，碳排放量越低。碳配额系数越小，碳市场越能够促进电网低碳运行。发现了碳捕集系统获利的条件是：碳市场价格高于度电成本与碳捕集能耗系数的乘积。

关键词：碳市场不确定性低碳经济调度碳捕集电厂风险偏好

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碳交易耦合下现货电能量市场日前出清方法

中国电机工程学报 2023年

作者：崔杨徐扬刘新元程雪婷程丁然朱晗国网山西省电力科学研究院现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)

为实现现货电能量市场和碳交易市场的有效协同，从电力交易中心把控系统碳排放的角度出发，构建一种电-碳耦合市场运营机制，并提出考虑动态碳排放强度的电-碳耦合市场日前出清模型。首先，在现有的电力市场运行规则基础上将碳交易市场... 详细信息

为实现现货电能量市场和碳交易市场的有效协同，从电力交易中心把控系统碳排放的角度出发，构建一种电-碳耦合市场运营机制，并提出考虑动态碳排放强度的电-碳耦合市场日前出清模型。首先，在现有的电力市场运行规则基础上将碳交易市场进行嵌入，构建电-碳耦合市场联合运行机制；其次，基于边际发电成本特性和单调非递减阶梯式报价规则，构建传统能源发电商和碳捕集电厂的分段报价曲线；再次，推导传统能源发电商和碳捕集电厂的动态碳排放强度模型，并基于等面积原则构建二者的阶梯式动态碳排放强度曲线；然后，考虑阶梯式报价曲线和动态碳排放强度，以综合成本最小为目标兼顾电网运行和物理约束，构建电-碳耦合市场日前出清模型。最后，在PJM-5节点和IEEE-39节点电力系统进行算例仿真分析，通过设置不同的场景验证所提电-碳耦合市场日前出清模型的有效性。

关键词：电-碳耦合市场动态碳排放强度日前市场出清碳捕集电厂

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含碳捕集电厂的电-气互联系统低碳经济调度

电测与仪表 2022年

作者：徐玉琴朱炳霖方楠华北电力大学电气与电子工程学院

为应对电力系统低碳运行问题，以双向耦合的电-气互联系统为研究对象，引入碳捕集技术与碳交易机制，研究含碳捕集电厂的电-气互联系统低碳经济调度问题。首先，分析碳捕集耗能特性，考虑通过电转气消纳部分CO2，并通过对比分析传统碳... 详细信息

为应对电力系统低碳运行问题，以双向耦合的电-气互联系统为研究对象，引入碳捕集技术与碳交易机制，研究含碳捕集电厂的电-气互联系统低碳经济调度问题。首先，分析碳捕集耗能特性，考虑通过电转气消纳部分CO2，并通过对比分析传统碳交易机制与阶梯式碳交易机制，证明阶梯式碳交易机制更有利于系统低碳运行。其次，建立考虑碳捕集成本与碳交易成本的电-气互联系统低碳经济调度模型，通过线性转换和改进二阶锥松弛的方法，将非凸非线性模型转化为混合整数凸优化模型。最后，在修改的IEEE 30节点电力系统和比利时20节点天然气系统上仿真验证，结果表明文中建立模型能有效实现系统低碳经济运行。

关键词：电-气互联系统碳捕集电厂阶梯式碳交易机制低碳经济调度改进二阶锥松弛

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基于模型预测控制的源荷储低碳经济调度

电测与仪表 2023年

作者：刘晓雄蔺红新疆大学电气工程学院

为提高电力系统风电消纳的经济性以及实现低碳排放的目标，基于模型预测控制方法，构建了多时间尺度下含碳捕集电厂的源荷储低碳经济调度模型。源侧分析碳捕集电厂的运行机理及能量时移特性；荷侧根据需求响应时间尺度的差异性，调用不... 详细信息

为提高电力系统风电消纳的经济性以及实现低碳排放的目标，基于模型预测控制方法，构建了多时间尺度下含碳捕集电厂的源荷储低碳经济调度模型。源侧分析碳捕集电厂的运行机理及能量时移特性；荷侧根据需求响应时间尺度的差异性，调用不同响应速度的价格型、动态激励型需求响应资源分别参与日前-日内调度；储能快速调整充放电功率提高运行经济性，日前调度以运行成本和碳排放量最小为目标，通过协调调度源荷储资源优化系统各单元出力计划。日内调度在滚动优化平滑功率波动的基础上，以跟踪和修正日前调度计划为目标，实时应对风光和负荷的功率波动，通过算例验证所提方法可降低运行成本和碳排放量，实现对经济与低碳协同优化。

关键词：模型预测控制多时间尺度碳捕集电厂低碳经济调度动态激励型需求响应

考虑主从博弈的含碳捕集电厂的综合能源系统低碳经济调度

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重庆理工大学学报（自然科学） 2023年第5期37卷 253-264页

作者：赵辉李盼盼岳有军王红君天津理工大学电气工程与自动化学院、天津市复杂系统控制理论与应用重点实验室天津300384

为了合理分配综合能源系统各主体利益,促进系统低碳经济运行,提出了考虑主从博弈的含综合灵活运行方式碳捕集电厂的综合能源系统优化调度模型。首先,为了实现系统低碳经济运行,在博弈框架下构建了综合灵活运行方式碳捕集电厂-电转气-燃... 详细信息

为了合理分配综合能源系统各主体利益,促进系统低碳经济运行,提出了考虑主从博弈的含综合灵活运行方式碳捕集电厂的综合能源系统优化调度模型。首先,为了实现系统低碳经济运行,在博弈框架下构建了综合灵活运行方式碳捕集电厂-电转气-燃气机组联合运行模型,并在用户侧加入了需求侧响应策略。其次,为了调动源-荷-储三方的主动性,建立了以运营商为领导者,储能商、生产商、用户为跟随者的多利益主体模型,并构造了各利益主体收益模型。最后,结合CPLEX求解器与双突变差分进化算法对模型进行求解。以北方某园区为算例进行验证,结果表明:所提模型和算法与传统模型相比,有效降低了综合能源系统的碳排放量和运行成本。

关键词：主从博弈碳捕集电厂综合灵活运行方式综合能源系统

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基于可再生能源的碳捕集-电转气协同运行方法

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智慧电力 2022年第12期50卷 70-78页

作者：杨建宾谢丽蓉宋新甫李进卫章攀钊卞一帆新疆大学电气工程学院新疆乌鲁木齐830047 国网新疆经济技术研究院新疆乌鲁木齐830011 乌鲁木齐市达坂城海为支油风电有限公司新疆乌鲁木齐830039

针对传统碳捕集电厂存在的强电碳耦合问题,提出基于可再生能源的碳捕集-电转气协同运行方法。首先,按照碳捕集设备供能来源的不同对各方式下碳捕集电厂的出力进行建模;其次,考虑风光和负荷的不确定性和相关性生成典型源荷场景;最后,根... 详细信息

针对传统碳捕集电厂存在的强电碳耦合问题,提出基于可再生能源的碳捕集-电转气协同运行方法。首先,按照碳捕集设备供能来源的不同对各方式下碳捕集电厂的出力进行建模;其次,考虑风光和负荷的不确定性和相关性生成典型源荷场景;最后,根据碳捕集和电转气协同运行方式的不同划分6种运行模式,并以系统综合运行成本最小为目标对系统进行优化调度。算例分析表明,所提运行方法实现了碳捕集与碳捕集电厂产能之间解耦并提升了系统经济性。

关键词：综合能源阶梯碳交易机制碳捕集电厂光热电站场景缩减

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考虑广义电热需求响应的含碳捕集电厂综合能源系统低碳调度研究

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考虑广义电热需求响应的含碳捕集电厂综合能源系统低碳调度研究

作者：谷春池东北电力大学

学位级别：硕士

为应对碳达峰、碳中和目标带来的新形势、新任务,“十四五”规划将推动能源低碳转型放在突出位置。多能耦合综合能源系统以及碳捕集与封存技术的发展为实现电力系统“源”侧低碳化提供了关键手段。同时,需求侧响应作为一种灵活性资源在... 详细信息

为应对碳达峰、碳中和目标带来的新形势、新任务,“十四五”规划将推动能源低碳转型放在突出位置。多能耦合综合能源系统以及碳捕集与封存技术的发展为实现电力系统“源”侧低碳化提供了关键手段。同时,需求侧响应作为一种灵活性资源在电力系统“荷”侧低碳层面具有较深潜力。目前,在大规模新能源并网环境下,火电机组由于其输出功率可灵活调节,运行稳定可靠,仍是电力系统的主要发电设备,其发电过程中将消耗大量化石能源,导致电力系统二氧化碳排放量居高不下。此外,碳捕集电厂捕碳水平不足问题,热电联产机组受“以热定电”约束限制,以及弃风、弃光等问题同样限制了电力系统进一步减少碳排放。本文从综合能源系统构建的宏观和全局层面出发,并从对燃煤机组进行结合碳捕集、利用与封存技术的低碳化改造的微观技术分析,提出了耦合煤电与新能源系统,从源-荷协调的电力系统调度运行的中观层面,挖掘其源-荷协调低碳调度机理;最终以系统运行总成本最优为目标制定机组出力方案。首先,分析了电-气-热综合能源系统的运行机理,主要阐述了电-气-热多能耦合转化机理,对多能耦合设备进行了建模。同时基于碳捕集电厂的能流特性,建立了碳捕集电厂的调度模型。此外,对基于分时电价的价格型需求响应和考虑供热舒适度模糊性的热负荷需求响应进行了建模分析,同时考虑到其与余热回收的电热负荷调节效应相协同,构建了广义电热需求响应模型,以深入挖掘荷侧低碳资源。其次,建立了考虑碳捕集电厂的综合能源系统运行框架,以综合能源系统运行总成本最小为目标,包含多能耦合互补及碳捕集电厂的优化调度模型,从源侧增强电力系统的低碳性。该模型采用碳交易环境,旨在提高低碳机组出力,降低高碳机组出力,并应用了碳捕集-电转气联合运行模式,减少了电转气设备外购高纯度二氧化碳成本。算例结果表明在源侧构建电-气-热综合能源系统,并对火电机组配备碳捕集设备进行低碳化改造,促进了新能源的并网消纳,提高了能源利用率,有效降低了电力系统二氧化碳排放量。最后,考虑到以上研究虽然使综合能源系统中碳排量明显降低,但碳捕集电厂未始终处于最高捕碳水平,其低碳特性仍有待挖掘。因此,本文进一步挖掘荷侧需求响应资源,通过广义电热需求响应调节电热负荷错峰特性,解耦热电联产机组“以热定电”约束,构建了考虑广义电热需求响应的优化调度模型。该模型通过调节电热负荷错峰特性,解耦热电联产机组“以热定电”约束,增加了系统灵活性。算例结果表明通过源-荷协调调度,有效提高了碳捕集电厂捕碳水平,兼顾了系统的经济性与低碳性。

关键词：综合能源系统碳捕集电厂余热发电广义电热需求响应低碳经济调度

含碳捕集电厂与风电的电力系统源-荷多时间尺度低碳经济调度研究

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含碳捕集电厂与风电的电力系统源-荷多时间尺度低碳经济调度研究

作者：邓贵波东北电力大学

学位级别：硕士

随着“双碳”目标的提出,电力系统的绿色低碳转型已迫在眉睫。无碳排放、边际成本低的风力发电发展迅猛,极具发展前景,但由于其出力具有随机性、波动性与反调峰的特点,大规模并网加剧了系统调峰压力的同时导致弃风问题频现。同时,受限... 详细信息

随着“双碳”目标的提出,电力系统的绿色低碳转型已迫在眉睫。无碳排放、边际成本低的风力发电发展迅猛,极具发展前景,但由于其出力具有随机性、波动性与反调峰的特点,大规模并网加剧了系统调峰压力的同时导致弃风问题频现。同时,受限于当前的预测水平,风电预测精准性与调度前瞻性之间的矛盾也给电力系统调度灵活性提出了新的要求。燃煤电厂发电灵活可控,可作为调峰电源与风电配合以提高风电消纳,但其本身作为二氧化碳的主要来源,若采用提高常规火电并网规模的方式保证风电并网,则与低碳转型的目标相驳。对常规火电厂进行低碳化改造使其成为碳捕集电厂,即具备良好低碳特性与灵活调节特性,可与风电协调配合。此外,负荷侧需求响应资源具有调度灵活、可控、无碳排放的特点,可有效降低系统碳排放。因此,本文考虑碳捕集电厂与风电协调配合,辅之以多类需求侧资源,实现电力系统低碳经济调度的目标。本文说明了碳捕集电厂的基本结构与运行原理,分析了其运行特性与低碳性能,研究了综合灵活运行方式碳捕集电厂的能量时移特性,进而指出与风电协调配合的调度优势及其在低碳层面的局限性。同时,研究了荷侧各种需求响应资源的低碳原理,并指出此手段存在的不足,从而研究源荷两侧低碳资源的优势互补实现机制。在此基础上,本文利用碳捕集电厂快速调节能力与需求侧资源响应特性,进一步分析了二者在不同时间尺度下协调配合的低碳实现机制,并给出了源-荷配合的多时间尺度低碳调度框架,为后续低碳调度研究打下理论基础。利用综合灵活运行方式碳捕集电厂的能量时移特性与价格型、激励型需求响应的零碳排放特性与可调节特性,本文充分探讨了源荷两侧低碳特性互补的调度优势,在考虑系统不确定性的前提下,构建以电力系统综合成本最优为目标的日前低碳调度模型。算例结果证明,所提调度方法能够有效结合源荷两侧资源进行优化,提高系统风电消纳能力与运行效益的同时实现低碳排放的目标。考虑到风电与负荷的预测精度随着时间尺度的缩短而提高,而风电的消纳水平与系统碳排放息息相关,故本文在日前调度的基础上,综合考虑碳捕集电厂的快速调节特性与需求响应资源的多时间尺度特性,提出考虑源荷配合的电力系统日前-日内-实时三阶段低碳经济调度模型,以期在日前、日内阶段深入挖掘系统低碳性与经济性,在实时阶段提高系统调度灵活性。算例结果证明,所提调度模型可充分利用源荷可调节资源的调度优势,使系统能够制定更为精确合理的调度计划的同时,提高系统风电消纳水平、低碳性能与经济效益,为电力系统低碳化发展提供参考。

关键词：风电消纳碳捕集电厂需求响应低碳经济调度多时间尺度

不确定环境下含碳捕集电厂的低碳经济调度问题研究

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不确定环境下含碳捕集电厂的低碳经济调度问题研究

作者：徐珠环黑龙江大学

学位级别：硕士

为了实现碳中和的战略目标,如何减少发电过程中的碳排放量开始成为电网调度问题中必须要考虑的内容。目前,输出功率稳定的火电始终是现有的电力系统中重要的电能来源,在此基础上,利用风能等可再生能源进行发电可以实现低碳排放。但可再... 详细信息

为了实现碳中和的战略目标,如何减少发电过程中的碳排放量开始成为电网调度问题中必须要考虑的内容。目前,输出功率稳定的火电始终是现有的电力系统中重要的电能来源,在此基础上,利用风能等可再生能源进行发电可以实现低碳排放。但可再生能源易受到季节、地域的影响,因此,加入可再生能源后,电力系统将面临着很大的不确定性。除此之外,部分地区将火力发电厂改造成碳捕集发电厂,将受到更多的设备条件限制。经济调度问题是指在满足大量电力系统的约束条件下调整机组输出功率以保证成本最小化的问题。因此当电力系统更加复杂的时候,这也为设计最优经济调度算法带来了新的挑战。此外,由于电力系统的安全运行需要满足很多约束条件,因此经济调度问题的规模一般较大,实际计算成本高。现如今,大多数方法考虑片面,要么没有考虑减少碳排放的问题,要么计算成本较高。计算机技术擅长处理海量数据,为快速经济调度问题提供了新的解决方案。本文在风电场景下,考虑碳捕集电厂和风电场联合的电力系统,设计了旨在降低电力系统运行成本和碳排放量的框架,为实现碳中和的战略目标提供了方法。风电的随机性为电力系统带来了的大量约束条件为经济调度的计算带来了困难。因此,不确定性,由此伴随而来在电力系统不确定场景下,本文提出了采用了强化学习和深度学习相配合的方法,尽可能减小经济调度问题的复杂程度,并最终提高了计算速度。具体内容如下:第一,设计了基于深度强化学习的算法来获取最优经济调度策略,并在提出的框架中借鉴了预训练的思想,通过初始训练提供强化学习模型的基本结构和权重,并在后期训练中对权重进行微调来提高训练的效率。第二,为了进一步降低计算成本,采用聚类进行进行场景识别,深度神经网络来和感知,拟合电力系统所需负荷与约束条件之间的关系,进而形成初步的调度结果,显著减小所提出问题的规模,从而迅速地获得最优调度策略。第三,利用深度强化学习对经济调度的策略进行优化,通过对训练过程中的权重进行微调,从而提高实际计算速率。最后,通过将实际数据代入框架进行计算,实验结果表明,与现有技术相比,所提出的框架可以提供有效的调度策略,其得到的结果违反的约束相比传统求解器得到的更少,时间更短。

关键词：碳中和碳捕集电厂深度学习安全约束经济调度