一种基于域理论的电力系统低碳运行分析方法

本发明涉及电力系统低碳分析，具体是一种基于域理论的电力系统低碳运行分析方法。

背景技术：

1、目前，现有技术中针对电力系统低碳化运行已开展了广泛研究，主要通过最优潮流分析经济性与低碳性之间的平衡关系。例如：1)将周期总碳排放限额作为运行约束，制定最佳经济调度方案；2)通过分析发电成本与co2排放量的折衷曲线，计算减排的单位增量成本，进而求解系统最优低碳经济运行策略；3)将碳交易成本纳入成本函数，通过多目标优化得到兼顾低碳与经济的最优调度计划。上述对低碳运行的分析侧重于运行目标的最优性，使得基于优化理论得到的策略所对应的关键决策量往往在边界上。然而，随着电力能源结构的调整与需求类型的多元化发展，系统的扰动因素日益增多。这极大程度地提高了关键决策量的越界风险，致使最优运行策略的可实现性、低碳与经济之间的平衡性在实际系统环境中难以得到有效保障。

2、域理论通过刻画系统的最大可行空间，能够直观地量化运行点所对应的关键决策量到边界的裕度，进而基于全局信息实现对系统运行的分析，有效避免制定单一最优策略在实行过程中的不稳定性。目前，为满足电力系统的不同需求，面向电力领域的域理论已有较为成熟的应用。如静态安全域、电压稳定域、动态安全域、配电系统安全域、可调度域、联络线可行域等，为电力系统的安全性评估和不确定性分析以及隐私保护等提供了很好的工具。然而，现有研究尚未将域理论应用于电力系统低碳运行分析中。因而使电力系统缺失对低碳运行可行性空间的刻画方法，导致在低碳调度方案的制定过程中缺乏有效的指导方向，同时对已知低碳运行策略的可行性缺少科学的评估工具。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的问题，本发明提出服务于电力系统低碳化运行的域理论，用于揭示在给定运行周期内，系统在碳排放限额下的最大可行空间，以满足系统实际运行的低碳、安全需求，为低碳调度方案的制定过程提供的指导方向。

2、为实现本发明目的而采用的技术方案是这样的，一种基于域理论的电力系统低碳运行分析方法，主要包括以下步骤：

3、步骤1、设定电力系统定碳排运行域为，满足系统潮流、机组组合、安全运行和碳排放量约束的运行点集合，同时建立相应的电力系统模型；

4、步骤2、从时间和空间两个维度对低碳运行点的决策变量进行降维处理，遴选n个关键决策变量作为定碳排运行域的n维观测变量，实行监测与调控；

5、步骤3、依据所选n维观测变量，建立电力系统定碳排运行域边界点的优化搜索模型，获取域边界点集，其中，利用低非线性化域模型处理方法与离散变量模型转化方法提高边界点搜索效率；

6、步骤4、计及域边界点集的统计特征，基于超平面拟合定碳排运行域边界，构建n维定碳排运行域以刻画电力系统低碳运行观测空间；

7、步骤5、基于定碳排运行域定义评估指标，对电力系统低碳运行进行有效分析。

8、本发明面向系统运行的低碳分析需求，刻画了电力系统低碳运行空间，为系统运行提供了全面、直观的分析环境。

9、本发明提出的定碳排运行域能够直接观测到有价值的全局信息，例如，低碳运行空间的边界信息，各决策变量之间的耦合关系等，够作为低碳运行分析的基本工具，对决策点进行可行性评估和调控。

10、本发明的低碳分析方法可引导新能源的合理发展以及为电力系统碳排放配额的制定提供参考。通过分析定碳排运行域在不同碳排放限额、新能源容量等约束下的变化特点，能够剖析低碳运行空间的边界特征。进而在应对不同的碳排放需求时，实现各约束的灵敏度分析与系统运行的薄弱点评估。这对进一步调整低碳运行空间提供了支撑，进而有助于改善能源利用空间。同时，以域空间的范围作为系统规划的性能指标，能够为电源发展与低碳环境效益的协调提供参考。

11、本发明在技术上基于域理论，基于投影技术将具有复杂时空耦合运行特性的电力系统低碳运行模型以空间几何呈现。通过建立域边界点优化搜索模型和利用超平面拟合方法构建域边界，搭建了具有时间耦合特性、非线性、观测空间高维特征的电力系统定碳排运行域，刻画了电力系统低碳运行空间。

12、附图表说明

13、图1是本发明实施例中给出的示例性的三维电力系统定碳排运行域概念图；

14、图2是本发明实施例中的ieee-118标准测试系统网络拓扑图；

15、图3是本发明实施例1中的基于超平面拟合的三维定碳排运行域边界图；

16、图4是本发明实施例2中的基于定碳排运行域的低碳运行分析图；

17、图5是本发明实施例3中的不同碳排放限额下的定碳排运行域图；

18、图6是本发明实施例4中的不同新能源装机容量下的定碳排运行域图。

技术特征：

1.一种基于域理论的电力系统低碳运行分析方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述电力系统定碳排运行域的模型紧凑表达为：

3.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述潮流等式约束表述如下：

4.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：所述机组组合约束集包括,

5.根据权利要求1所述的运行分析方法，其特征在于：所述安全运行约束集包括，电压安全约束：

6.根据权利要求1所述的运行分析方法，其特征在于：所述碳排放量约束表示如下：

7.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于，所述步骤2中，选取节点负荷功率作为观测变量，并将其作为影响系统低碳运行的关键决策变量，通过以下步骤实现降维：

8.根据权利要求1所述的一种基于域理论的电力系统低碳运行分析方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤为：

9.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤4中，基于超平面拟合定碳排运行域边界，构建n维定碳排运行域的具体步骤为：

10.根据权利要求1所述的分析方法，其特征在于：步骤5中，基于定碳排运行域定义低碳运行裕度和观测方向可行余量作为评估指标，对电力系统实施低碳态势评估与低碳调控方向定位；

技术总结
本发明涉及电力系统低碳分析技术领域，具体是一种基于域理论的电力系统低碳运行分析方法。包括，设定电力系统定碳排运行域同时建立相应的电力系统模型；遴选n个关键决策变量作为定碳排运行域的n维观测变量，实行监测与调控；建立电力系统定碳排运行域边界点的优化搜索模型，获取域边界点集；构建n维定碳排运行域以刻画电力系统低碳运行观测空间；基于定碳排运行域定义评估指标，对电力系统低碳运行进行有效分析。本发明面向系统运行的低碳分析需求，刻画了电力系统低碳运行空间，为系统运行提供了全面、直观的分析环境。

技术研发人员：任洲洋,冯健冰
受保护的技术使用者：重庆大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24