计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法及系统

本发明涉及虚拟电厂优化调度，更具体的说是涉及一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法及系统。

背景技术：

1、在“双碳”目标和建设以新能源为主体的新型电力系统背景下，能源系统低碳转型的步伐不断加快，清洁能源装机和发电量的占比不断提高，同时可再生能源的消纳问题也逐渐凸显。面对电力电量平衡概率化、电源供给随机化和负荷需求多元化等挑战，如何在促进可再生能源消纳的同时降低电力系统碳排放量是亟需解决的问题之一。虚拟电厂凭借聚合和协调管理机制在一定程度上虽能够促进可再生能源的消纳、降低碳排放，但仅依靠其运行机制还难以支撑双碳目标的实现，亟需探索低碳减排技术与虚拟电厂技术的融合路径。

2、因此如何深入挖掘虚拟电厂内部各聚合单元的低碳运行特性和灵活调节特性，提高可再生能源消纳、降低碳排放量，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法及系统，以克服现有技术中存在的技术缺陷。

2、为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法，包括以下步骤：

4、步骤1、构建抽水蓄能-碳捕集-电转气协同运行框架；

5、步骤2、构建虚拟电厂日前调度模型和日内调度模型，并分别将所述日前调度模型和日内调度模型由多目标优化调度模型转化为单目标优化调度模型；

6、步骤3、将日前数据输入日前调度模型进行求解，得到虚拟电厂日前调度计划；

7、步骤4、以所述日前调度计划为参考，将日内数据输入日内调度模型，通过滚动修正可控设备的输出功率，得到日内调度计划。

8、可选的，所述步骤1中，所述抽水蓄能-碳捕集-电转气协同运行框架是在碳捕集-电转气协同运行框架中加入抽水蓄能，具体的，所述抽水蓄能-碳捕集-电转气协同运行框架包括依次连接的调度层、设备层、气体层，所述调度层包括风能模型、光伏模型和电网，所述设备层包括p2g设备、抽水蓄能机组和碳捕集厂，所述气体层的气体处理过程包括碳捕集、碳封存、电转气，最终得到甲烷。

9、可选的，日前调度阶段以1小时为时间分辨率，以一天24h为调度周期，所述日前调度模型的目标函数为：

10、

11、式中，f1为日前调度阶段虚拟电厂运行成本；f2为日前调度阶段虚拟电厂净碳排放量；为碳捕集厂在t时刻的燃料成本；为p2g设备在t时刻的运行成本；为抽水蓄能机组在t时段的工况切换成本；为t时刻co2的成本；为t时刻虚拟电厂参与绿证交易获得的收益；和分别为风电和光伏发电在t时刻的运行维护费用；为虚拟电厂在t时刻弃风弃光的惩罚费用；为虚拟电厂在t时刻向主网购电的费用；为碳捕集厂在t时刻的碳排放量；为碳捕集系统在t时刻的碳捕集量；为所需要消耗的co2量大于碳捕集系统捕集到的co2量时，需要购买的co2的量。

12、可选的，日内调度阶段每次运行求解4h调度计划，以15min为时间分辨率，总周期为96个时段，所述日内调度模型的目标函数为：

13、

14、式中，f1'为日内调度阶段虚拟电厂运行成本；f2'为日内调度阶段虚拟电厂净碳排放量；为碳捕集厂在t时刻的燃料成本；为p2g设备在t时刻的运行成本；为t时刻的co2相关成本；为t时刻虚拟电厂参与绿证交易获得的收益；和分别为风电和光伏发电在t时刻的运行维护费用；为虚拟电厂在t时刻弃风弃光的惩罚费用；为虚拟电厂在t时刻向主网购电的费用；为碳捕集厂在t时刻的碳排放量；为碳捕集系统在t时刻的碳捕集量；为所需要消耗的co2量大于碳捕集系统捕集到的co2量时，需要购买的co2的量。

15、可选的，日前调度模型和日内调度模型的约束条件均包括虚拟电厂内部设备运行约束、碳捕集运行约束、p2g设备运行约束、抽水蓄能机组运行约束。

16、可选的，所述步骤2中，使用理想点法实现多目标优化调度模型到单目标优化调度模型的转化。

17、可选的，所述步骤3中，输入的日前数据包括：日前负荷、风电、光伏发电预测曲线，以及电市场、碳市场、绿证市场交易价格以及设备运行参数。

18、可选的，所述步骤4中，输入的日内数据包括：日内15min-4h超短期负荷、风电、光伏发电预测曲线。

19、一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度系统，包括：

20、运行框架构建模块，用于构建抽水蓄能-碳捕集-电转气协同运行框架；

21、调度模型构建模块，用于构建虚拟电厂日前调度模型和日内调度模型，并分别将所述日前调度模型和日内调度模型由多目标优化调度模型转化为单目标优化调度模型；

22、日前调度模型求解模块，用于将日前数据输入日前调度模型进行求解，得到虚拟电厂日前调度计划；

23、日内调度模型求解模块，用于以所述日前调度计划为参考，将日内数据输入日内调度模型，通过滚动修正可控设备的输出功率，得到日内调度计划。

24、经由上述的技术方案可知，本发明提供了一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法及系统，与现有技术相比，具有以下有益效果：

25、本发明将灵活性调节资源以及碳减排设备引入到虚拟电厂(virtual powerplant，vpp)，并提出一种抽水蓄能(pumped storage，ps)-碳捕集(carbon capture powerplant，ccpp)-电转气(powerto gas，p2g)协同运行框架，以深入挖掘虚拟电厂内部各聚合单元的低碳运行特性和灵活调节特性，解决了虚拟电厂的聚合与协调机制难以应对逐年增大的负荷峰谷差以及规模化可再生能源反调峰特性引起的调节需求这一问题。

26、本发明基于多时间尺度滚动优化策略，以虚拟电厂运行成本最小和净碳排放量最低为目标建立了计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度低碳经济调度模型，以日内阶段小时级调度计划为基础，对协同运行框架下的能量流动进行15min级滚动修正，以进一步发挥协同运行框架的精细化调度优势，克服了可再生能源与负荷不确定性对虚拟电厂调度计划的影响。

27、本发明的调度模型相较于常规模型的调度计划，净成本降低了12.63万元、可再生能源消纳量提升了567.46mwh、碳排放量降低了92.7吨，可为电力系统的低碳经济运行提供参考。

技术特征：

1.一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法，其特征在于，所述步骤1中，所述抽水蓄能-碳捕集-电转气协同运行框架是在碳捕集-电转气协同运行框架中加入抽水蓄能，具体的，所述抽水蓄能-碳捕集-电转气协同运行框架包括依次连接的调度层、设备层、气体层，所述调度层包括风能模型、光伏模型和电网，所述设备层包括p2g设备、抽水蓄能机组和碳捕集厂，所述气体层的气体处理过程包括碳捕集、碳封存、电转气，最终得到甲烷。

3.根据权利要求1所述的一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法，其特征在于，日前调度阶段以1小时为时间分辨率，以一天24h为调度周期，所述日前调度模型的目标函数为：

4.根据权利要求1所述的一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法，其特征在于，日内调度阶段每次运行求解4h调度计划，以15min为时间分辨率，总周期为96个时段，所述日内调度模型的目标函数为：

5.根据权利要求1所述的一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法，其特征在于，日前调度模型和日内调度模型的约束条件均包括虚拟电厂内部设备运行约束、碳捕集运行约束、p2g设备运行约束、抽水蓄能机组运行约束。

6.根据权利要求1所述的一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法，其特征在于，所述步骤2中，使用理想点法实现多目标优化调度模型到单目标优化调度模型的转化。

7.根据权利要求1所述的一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法，其特征在于，所述步骤3中，输入的日前数据包括：日前负荷、风电、光伏发电预测曲线，以及电市场、碳市场、绿证市场交易价格以及设备运行参数。

8.根据权利要求1所述的一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法，其特征在于，所述步骤4中，输入的日内数据包括：日内15min-4h超短期负荷、风电、光伏发电预测曲线。

9.一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度系统，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种计及抽水蓄能协同的虚拟电厂多时间尺度调度方法及系统，涉及虚拟电厂优化调度技术领域，首先构建抽水蓄能‑碳捕集‑电转气协同运行框架；构建虚拟电厂日前调度模型和日内调度模型，并分别将所述日前调度模型和日内调度模型由多目标优化调度模型转化为单目标优化调度模型；将日前数据输入日前调度模型进行求解，得到虚拟电厂日前调度计划；以所述日前调度计划为参考，将日内数据输入日内调度模型，通过滚动修正可控设备的输出功率，得到日内调度计划。本发明提出的调度模型相较于常规模型的调度计划，降低了成本，提升了可再生能源消纳量，同时还能降低碳排放量。

技术研发人员：张良,刘冬源,吕玲,郑丽冬,栾翰章,杜华琛,蔡国伟
受保护的技术使用者：东北电力大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14