本發(fā)明涉及配電網(wǎng)魯棒規(guī)劃方法，特別涉及一種考慮多源不確定性的配電網(wǎng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法。

背景技術(shù)：

1、全球氣候變暖加劇，引發(fā)了人們對控制碳排放、實施全球低碳能源轉(zhuǎn)型方案的廣泛關(guān)注。從全球碳排放結(jié)構(gòu)來看，電力行業(yè)在全球碳排放中的占比相對較高，最高可達(dá)40％左右。因此，電力行業(yè)脫碳是實現(xiàn)碳中和的關(guān)鍵。在此背景下，許多國家都提出了自己的轉(zhuǎn)型項目，以實現(xiàn)電力行業(yè)的低碳目標(biāo)。

2、配電網(wǎng)層面的主流低碳轉(zhuǎn)型方案通常可分為兩大類。其中一種是部署分布式可再生能源來替代化石燃料裝置或?qū)ν獠侩娫吹囊蕾嚕顼L(fēng)力渦輪機(wt)和光伏(pv)。該類方法通過增加清潔原始能源的份額降低配網(wǎng)的碳排放的比例，因為這些能源產(chǎn)生的電力幾乎沒有邊際排放。然而，平抑可再生能源產(chǎn)出的波動性通常需要嵌入其他調(diào)整機制或電網(wǎng)資產(chǎn)，包括需求響應(yīng)(dr)、儲能(es)、多能源微電網(wǎng)、市場機制等，以平滑時變負(fù)荷和可再生能源產(chǎn)出之間的差異。

3、新興的碳捕獲技術(shù)提供了另一種選擇。通過改造高碳排放發(fā)電機，碳捕集設(shè)備(ccs)可以從燃燒后的廢氣中提取二氧化碳，并通過封存防止其泄漏到大氣中。高昂的運營和部署成本鼓勵將捕獲的二氧化碳(ccu)用作其他工業(yè)應(yīng)用的原料，以獲得額外收入，而不僅僅是封存。ccs和ccu的結(jié)合形成了碳捕獲、利用和儲存(ccus)的基本概念。

4、上述兩種方式之間存在一個潛在的矛盾，能源系統(tǒng)區(qū)域碳排放一般由兩部分組成：化石燃料燃燒產(chǎn)生的直接排放和進(jìn)口外部電力產(chǎn)生的間接排放，只有前一種排放才可以被ccs捕獲，但本地可再生能源發(fā)電比重的提高將導(dǎo)致直接排放的減少，有時ccs甚至?xí)媾R沒有碳排放可捕獲的極端情況，削弱其經(jīng)濟可行性，因此在配電網(wǎng)低碳轉(zhuǎn)型中應(yīng)考慮這一矛盾。

5、應(yīng)對不確定性是低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃中面臨的另一個主要挑戰(zhàn)。它們通常源于微觀運作，如可再生能源和負(fù)荷波動、設(shè)備故障、外部能源和碳價格變化，以及宏觀社會和技術(shù)發(fā)展，如能源政策和新興低碳技術(shù)的突破。這些不確定性涉及不同的來源和不同的時間尺度。例如，基于實時定價機制的零售電價和可用的太陽能/風(fēng)能資源通常每小時都在變化。至于碳價，其購買價格每天都在波動，其結(jié)算基于會計年度。不失一般性，可以假設(shè)系統(tǒng)運營商可以通過套利或銀行超額排放權(quán)將其年度單位碳排放成本接近當(dāng)年的平均市場價格，根據(jù)目前引入的碳市場機制。設(shè)備成本主要由目標(biāo)部署年份的技術(shù)或行業(yè)政策決定。因此，是否充分考慮這些多源不確定性將極大地影響電力可用性和成本優(yōu)化的規(guī)劃結(jié)果。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的，在于提供一種考慮多源不確定性的配電網(wǎng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，針對當(dāng)前配電網(wǎng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃問題，考慮了可再生能源發(fā)電機和ccus的協(xié)調(diào)以及可再生能源產(chǎn)出、用戶負(fù)荷、外部能源價格、碳價格和設(shè)備單元部署成本的多源不確定性等因素，能夠提高電力可用性和成本優(yōu)化的規(guī)劃結(jié)果。

2、為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是：

3、一種考慮多源不確定性的配電網(wǎng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，包括如下步驟：

4、步驟1，根據(jù)待規(guī)劃網(wǎng)架參數(shù)及規(guī)劃運行所涉及的參數(shù)，構(gòu)建低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型的確定性模型；

5、步驟2，構(gòu)建不確定性模型，獲取長期不確定性變量預(yù)測值及短期不確定性變量預(yù)測值；

6、步驟3，基于步驟1和步驟2，構(gòu)建低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型；

7、步驟4，采用嵌套生成列約束強化的多目標(biāo)哈里斯鷹算法求解規(guī)劃問題；

8、步驟5，輸出所有規(guī)劃解，并根據(jù)風(fēng)險管控目標(biāo)選擇偏好解。

9、上述步驟1中，低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型的目標(biāo)是在目標(biāo)期間內(nèi)最小化新設(shè)備的投資成本和能源供應(yīng)系統(tǒng)的總運營成本，其約束包含容量規(guī)劃約束和運行約束。

10、上述運行約束的設(shè)備包含發(fā)電機、新能源機組、碳捕集設(shè)備、電制氣、儲能設(shè)備、儲碳設(shè)備和負(fù)荷。

11、上述步驟2中，采用基于包絡(luò)約束的信息缺口決策模型進(jìn)行長期不確定性建模，表示為，

12、

13、其中，為基于包絡(luò)約束的信息缺口決策模型的設(shè)備規(guī)劃成本不確定集，為設(shè)備規(guī)劃成本的預(yù)測值，αeq為不確定裕度，為基于包絡(luò)約束的信息缺口決策模型的碳配額價格不確定集，πer為碳配額價格，為碳配額預(yù)測價格。

14、上述步驟2中，采用不確定性預(yù)算模型進(jìn)行短期不確定性建模，表示為，

15、

16、其中，分別為rss,t、的預(yù)測值，δ為預(yù)設(shè)偏差大小，為正向偏差0-1變量，為負(fù)向偏差0-1變量，γrs、γl、γe、γg為不確定性預(yù)算參數(shù)。

17、上述步驟3中，低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型的表達(dá)式為，

18、

19、(1)-(24)

20、其中，為用戶期望規(guī)劃成本，rb為系統(tǒng)不確定性設(shè)定參數(shù)，c為總成本，c＝cinv+σyearcop，σyear為規(guī)劃運行年數(shù)。

21、上述步驟4的具體過程是，

22、步驟41，獲取長期不確定性變量預(yù)測值；

23、步驟42，基于所述長期不確定性變量的上限值，求解下層問題ro得到第一最壞場景；基于所述長期不確定性變量的下限值，求解下層問題ro得到第二最壞場景；

24、步驟43，將所述第一最壞場景、第二最壞場景代入下層問題ro，對規(guī)劃模型進(jìn)行求解得到pareto解

25、步驟44，令re分別取值1,…,nrep，執(zhí)行如下操作，

26、基于長期不確定性變量的第re個解，求解下層問題ro，判斷約束是否成立，若約束成立，則輸出對應(yīng)規(guī)劃結(jié)果，否則廢除該解；

27、步驟45，得到所有規(guī)劃解。

28、采用上述方案后，本發(fā)明的有益效果是：

29、本發(fā)明通過綜合考慮配電網(wǎng)轉(zhuǎn)型過程中面臨的多重不確定性因素，如設(shè)備部署成本、碳配額價格、風(fēng)光資源波動等，對不同時間尺度上的不確定性因素分類建模，采用基于信息間隙決策技術(shù)(igdt)的不確定集模型刻畫設(shè)備部署成本、碳配額價格等中長期不確定性因素，采用基于不確定預(yù)算的不確定集模型刻畫風(fēng)速、光照和負(fù)荷預(yù)測誤差等的短期不確定性因素，構(gòu)建配電網(wǎng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃雙層魯棒優(yōu)化模型。針對模型的非凸非線性特征，設(shè)計了嵌套生成列約束強化的多目標(biāo)哈里斯鷹算法實現(xiàn)對問題的有效求解，為低碳配電網(wǎng)低碳設(shè)備的協(xié)同規(guī)劃奠定了基礎(chǔ)。

技術(shù)特征：

1.一種考慮多源不確定性的配電網(wǎng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，其特征在于包括如下步驟：

2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟1中，低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型的目標(biāo)是在目標(biāo)期間內(nèi)最小化新設(shè)備的投資成本和能源供應(yīng)系統(tǒng)的總運營成本，其約束包含容量規(guī)劃約束和運行約束。

3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于：所述運行約束的設(shè)備包含發(fā)電機、新能源機組、碳捕集設(shè)備、電制氣、儲能設(shè)備、儲碳設(shè)備和負(fù)荷。

4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟2中，采用基于包絡(luò)約束的信息缺口決策模型進(jìn)行長期不確定性建模，表示為，

5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟2中，采用不確定性預(yù)算模型進(jìn)行短期不確定性建模，表示為，

6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于：所述步驟3中，低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型的表達(dá)式為，

7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于：所述步驟4的具體過程是，

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開一種考慮多源不確定性的配電網(wǎng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃方法，包括如下步驟：步驟1，根據(jù)待規(guī)劃網(wǎng)架參數(shù)及規(guī)劃運行所涉及的參數(shù)，構(gòu)建低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型的確定性模型；步驟2，構(gòu)建不確定性模型，獲取長期不確定性變量預(yù)測值及短期不確定性變量預(yù)測值；步驟3，基于步驟1和步驟2，構(gòu)建低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃模型；步驟4，采用嵌套生成列約束強化的多目標(biāo)哈里斯鷹算法求解規(guī)劃問題；步驟5，輸出所有規(guī)劃解，并根據(jù)風(fēng)險管控目標(biāo)選擇偏好解。本發(fā)明針對當(dāng)前配電網(wǎng)低碳轉(zhuǎn)型規(guī)劃問題，考慮了可再生能源發(fā)電機和CCUS的協(xié)調(diào)以及可再生能源產(chǎn)出、用戶負(fù)荷、外部能源價格、碳價格和設(shè)備單元部署成本的多源不確定性等因素，能夠提高電力可用性和成本優(yōu)化的規(guī)劃結(jié)果。

技術(shù)研發(fā)人員：侍正坤,徐青山,楊永標(biāo),成澳雪,李慧云
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東南大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24