考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法及系统与流程

1.本发明是关于一种考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法及系统，涉及新能源技术领域。


背景技术：

2.为促进我国“碳达峰、碳中和”发展目标，要求2030年非化石能源占一次能源消费比重约达到25％。通过逐步提高外送系统中，风电、光伏等新能源并网比重，能够有效提升外送系统的低碳效益。
3.大规模新能源并网外送过程中，由于替代了部分传统火电机组的出力，虽然造成传统火电机组频繁启停增加了二氧化碳的排放量，但是整体减少的二氧化碳排放量将大于增加部分，低碳效果明显。
4.现有低碳效益提升技术中，未考虑外送通道能力对其低碳效益带来的影响，导致提升效果偏离实际工况。


技术实现要素：

5.针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够提升整体外送新能源低碳效果，有助于双碳目标实现的考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法及系统。
6.为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
7.第一方面，本发明提供一种考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法，包括：
8.对长时间断面下的新能源出力特性进行分析，确定外送通道中新能源占比；
9.基于外送通道中新能源占比，确定新能源出力与碳排放之间的关系；
10.根据新能源出力与碳排放之间的关系，设置外送输电通道输送能力最大为优化目标，并设置约束条件对优化目标进行求解，获得长时间断面的外送新能源碳排放值。
11.进一步地，对长时间断面下的新能源出力特性进行分析，确定外送通道中新能源占比，包括：
12.通过分析新能源全年每小时的出力特性，即8760时间断面下的出力情况，判断外送通道中的占比及确定需要配置的火电机组，使得送受端功率平衡。
13.进一步地，基于外送通道中新能源占比，确定新能源出力与碳排放之间的关系，包括：根据配置的火电机组，获得火电机组的碳排放量，进而获得新能源出力与碳排放之间的关系：
[0014][0015]
式中，为外送系统碳排放量；e为碳排放量因子，t为时间断面，t＝8760，p
t
,total为长时间断面下的外送总用电负荷，p
t,wt
，p
t,pv
为长时间断面下的风电、光伏功率，当
越小，说明碳排放的低碳效果越明显，反之亦然。
[0016]
进一步地，确定影响外送输电通道中制约低碳效益的提升因素为外送输电通道输送能力。
[0017]
进一步地，根据新能源出力与碳排放之间的关系，设置外送输电通道输送能力最大为优化目标，即：
[0018][0019]
式中，p
t,ther
为火电的当前功率值。
[0020]
进一步地，约束条件包括各类机组的等式约束和不等式约束，包括：
[0021]
设置外送系统中新能源的出力约束，即：
[0022]
0≤p
t,wt
≤p
max,wt
[0023]
0≤p
t,pv
≤p
max,pv
[0024]
式中，p
max,wt
，p
max,pv
为外送系统中风电、光伏新能源的最大出力；
[0025]
设置常规火电机组相关约束；
[0026]
设置功率平衡约束，即：
[0027][0028]
式中，p
t,wt
、p
t,pv
、p
t,ther
、p
t,l
分别为t时段内风电、光伏、火电、负荷的当前功率值。
[0029]
进一步地，设置常规火电机组相关约束，包括：
[0030]
设置常规火电机组约束，即：
[0031][0032]
式中，为表示机组j在t时段的运行状态，p
t,j
为常规火电机组的出力；p
min,j
、p
max,j
为常规火电机组j的最大最小出力；
[0033]
设置常规火电机组的爬坡约束，即：
[0034]
p
t+1,j-p
t,j
≤p
up,j
δt
[0035]
p
t,j-p
t+1,j
≤p
down,j
δt
[0036]
式中，p
up,j
和p
down,j
为t时段内常规火电机组的最大最小爬坡功率，δt为常规火电机组运行时段；
[0037]
设置常规火电机组的启停约束，即：
[0038][0039][0040]
式中，y
t,j
和z
t,j
为机组j在t时段的启停状态，当y
t,j
和z
t,j
为1表示机组在启动状态，否则停机状态，k
on
和k
off
为机组j在t时段的最小启动和停机时间。
[0041]
第二方面，本发明还提供考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升系统，，该系统包括：
[0042]
第一单元，被配置为对长时间断面下的新能源出力特性进行分析，确定外送通道中新能源占比；
[0043]
第二单元，被配置为基于外送通道中新能源占比，确定新能源出力与碳排放之间的关系；
[0044]
第三单元，被配置为根据长时间断面下的新能源出力特性与低碳效果关系，将设置制约因素外送输电通道输送能力最大为优化目标；
[0045]
第四单元，被配置为设置约束条件，对上述优化目标进行求解，获得长时间断面的外送新能源碳排放值。
[0046]
第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括计算机程序指令，其中，所述程序指令被处理器执行时用于实现所述的方法。
[0047]
第四方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序指令，其中，所述程序指令被处理器执行时用于实现所述的方法。
[0048]
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下特点：
[0049]
1、本发明对长时间断面下的新能源出力特性进行分析，确定外送通道中新能源占比；基于外送通道中新能源占比，确定新能源出力与碳排放之间的关系；根据新能源出力与碳排放之间的关系，设置外送输电通道输送能力最大为优化目标，并设置约束条件对优化目标进行求解，获得长时间断面的外送新能源碳排放值，通过对比计算得到外送新能源碳排放值与现有碳排放结果，低碳效果显著。
[0050]
2、相较于以往的提升方法，为了提高清洁能源利用率和降低碳排放，本发明以全年8760时间断面为基础，重点分析风电、光伏等典型低碳电源的出力特性，判断能否满足送受端功率平衡，识别制约外送新能源低碳效益的关键因素，即外送输电通道输送能力(外送系统调峰能力)，提升整体外送新能源低碳效果，将会有助于双碳目标的实现，同时也为远距离电网规划的建设、政府等部门制定相关政策提供了依据。
附图说明
[0051]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：
[0052]
图1为本发明实施例的方法流程图；
[0053]
图2为本发明实施例的电子设备结构图。
具体实施方式
[0054]
应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操
作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。
[0055]
尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。
[0056]
为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“上面”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。
[0057]
下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施方式。虽然附图中显示了本发明的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
[0058]
实施例一：如图1所示，本实施例提供的考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法，包括：
[0059]
s1、对风电、光伏出力特性进行分析，确定外送通道中新能源占比。
[0060]
具体地，风电、光伏等新能源无碳排放，是典型的低碳电源，通过分析全年每小时的出力特性，也就是8760时间(365天*每天24小时＝8760小时)断面下的出力情况分析可知，风电、光伏表现出明显的出力间歇性和不确定性强，相互之间具有互补特性，有助于判断外送通道中的新能源占比及确定需要配置火电机组，使得送受端功率平衡。
[0061]
s2、确定新能源出力与碳排放之间的关系
[0062]
具体地，配置火电机组，使得送受端功率平衡，由于风电、光伏等具有不确定特性，为了稳定外送输电通道送受两端的功率平衡，需要配置一定装机容量的火电机组，但是频繁启停火电机组增加了二氧化碳的排放量，降低了外送通道的低碳效果；
[0063]
假定长时间断面下的外送功率p
t,total
，长时间断面下的风电、光伏功率，即p
t,wt
，p
t
,
pv
，从整个外送输电通道减去风电、光伏等新能源出力，可得到火电等机组的碳排放量，即：
[0064][0065]
式中，为外送系统碳排放量；e为碳排放量因子，一般取0.414kg/kw.h，t为时间断面，本发明对全年每小时低碳效益展开分析，取t＝8760。
[0066]
从上式可以明显看出，风电、光伏等新能源出力与提升低碳效果之间的关系，当eco2越小，说明低碳效果越明显，反之亦然。
[0067]
s3、根据长时间断面下的新能源出力特性与低碳效果关系，以制约因素外送输电通道输送能力最大为目标，提出长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法。
[0068]
为了提高外送输送通道低碳效益水平，结合8760时间断面下外送通道中风电、光伏等新能源占比情况，确定影响外送输电通道中制约低碳效益的提升因素。具体地，外送输电通道输送能力是制约长时间断面下外送新能源低碳效果提升的关键因素。通过不断增强外送输电通道输送能力，提高新能源上网电量占比，低碳效果越明显。
[0069]
即设定的优化目标函数为：
[0070][0071]
s4、在新能源外送过程中，既要有优化目标，又要对目标优化设置一定的约束，包括各类机组的等式约束和不等式约束，具体如下：
[0072]
s41、设置外送系统中的风电、光伏、其他新能源的出力约束：
[0073]
0≤p
t,wt
≤p
max,wt
[0074]
0≤p
t,pv
≤p
max,pv
[0075]
式中，p
max,wt
，p
max,pv
为外送系统中风电、光伏新能源的最大出力。
[0076]
s42、设置常规火电机组约束
[0077]
优化目标函数以外送新能源最大，为了实现供需负荷平衡，火电起到了调峰作用，但不能频繁进行启停，启停次数越多，成本增加及碳排放会增加，会直接影响长时间断面下系统的低碳效果，因此需要添加火电机组的约束条件。
[0078]
1)具体地，鼓励有调节能力的传统火电机组为了增加新能源的消纳水平进行深度调节，设置常规火电机组约束，即：
[0079][0080]
式中，为表示机组j在t时段的运行状态，1表示常规火电机组在运行，0表示常规火电机组停机；p
t,j
为常规火电机组的出力；p
min,j
、p
max,j
为常规火电机组j的最大最小出力。
[0081]
2)设置常规火电机组的爬坡约束，即：
[0082]
p
t+1,j-p
t,j
≤p
up,j
δt
[0083]
p
t,j-p
t+1,j
≤p
down,j
δt
[0084]
式中，p
up,j
和p
down,j
为t时段内常规火电机组的最大最小爬坡功率；δt为常规火电机组运行时段。
[0085]
3)设置常规火电机组的启停约束，即：
[0086]
具体地，受常规火电机组的物理特性及频繁启停造成的二氧化碳排放量增加，尽可能的减少启停次数，设置常规火电机组的启停约束，即：
[0087][0088][0089]
式中，y
t,j
和z
t,j
为机组j在t时段的启停状态。当y
t,j
和z
t,j
为1表示机组在启动状态，否则停机状态；k
on
和k
off
为机组j在t时段的最小启动和停机时间。
[0090]
s43、设置功率平衡约束
[0091]
保证需求端电网对负荷的连续、可靠供电需求，必须满足功率平衡约束，即：
[0092][0093]
式中，p
t,wt
、p
t,pv
、p
t,ther
、p
t,l
分别为t时段内风电、光伏、火电、负荷的当前功率值。
[0094]
s5、考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法涉及的变量规模较大，其中，风光出力不稳定，火电机组频繁面临启停，是一个混合整数规划问题，借助matlab软件调用cplex对上述优化目标进行求解，获得长时间断面的外送新能源碳排放值，通过对比计算得到外送新能源碳排放值与现有碳排放结果，低碳效果显著。
[0095]
实施例二：上述实施例一提供了考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法，与之相对应地，本实施例提供一种考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升系统。本实施例提供的系统可以实施实施例一的考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法，该系统可以通过软件、硬件或软硬结合的方式来实现。为了描述的方便，描述本实施例时以功能分为各种单元分别描述。当然，在实施时可以把各单元的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。例如，该系统可以包括集成的或分开的功能模块或功能单元来执行实施例一各方法中的对应步骤。由于本实施例的系统基本相似于方法实施例，所以本实施例描述过程比较简单，相关之处可以参见实施例一的部分说明即可，本发明提供的考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升系统的实施例仅仅是示意性的。
[0096]
本实施例提供的一种考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升系统，该系统包括：
[0097]
第一单元，被配置为对长时间断面下的新能源出力特性进行分析，确定外送通道中新能源占比；
[0098]
第二单元，被配置为基于外送通道中新能源占比，确定新能源出力与碳排放之间的关系；
[0099]
第三单元，被配置为根据长时间断面下的新能源出力特性与低碳效果关系，将设置制约因素外送输电通道输送能力最大为优化目标；
[0100]
第四单元，被配置为设置约束条件，对上述优化目标进行求解，获得长时间断面的外送新能源碳排放值。
[0101]
实施例三：本实施例提供一种与本实施例一所提供的考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法对应的电子设备，电子设备可以是用于客户端的电子设备，例如手机、笔记本电脑、平板电脑、台式机电脑等，以执行实施例一的方法。
[0102]
如图2所示，电子设备包括处理器、存储器、通信接口和总线，处理器、存储器和通信接口通过总线连接，以完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(isa，industry standard architecture)总线，外部设备互连(pci，peripheral component)总线或扩展工业标准体系结构(eisa，extended industry standard component)总线等等。存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行本实施例一所提供的考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法。本领域技术人员可以理解，图2中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算设备的限定，具体的计算设备可以包括比图中所示更多或更少的部
件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
[0103]
在一些实现中，上述的存储器中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0104]
在另一些实现中，处理器可以为中央处理器(cpu)、数字信号处理器(dsp)等各种类型通用处理器，在此不做限定。
[0105]
实施例四：本实施例一的考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法可被具体实现为一种计算机程序产品，计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于执行本实施例一所述的考虑长时间断面的外送新能源低碳效益提升方法的计算机可读程序指令。
[0106]
计算机可读存储介质可以是保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意组合。
[0107]
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同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。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实现”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本说明书实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0108]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0109]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0110]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或
其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0111]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。