本發明提供了一種基于多主體交互的電力系統演化模型構建方法,屬于電力系統規劃。
背景技術:
1、新型電力系統的建立使我國電力系統的結構和形式發生了重大變化。電力行業的二氧化碳排放量在碳總排放量中占比較大,燃煤機組阻礙了我國實現低碳發展的進程。然而,燃煤發電在支持可再生能源靈活調節高峰負荷、確保電力系統穩定安全運行方面也發揮著至關重要的作用。
2、近期的電力市場改革優化了電力供應結構,提高了電力行業的效率和競爭力。電力市場改革對各類發電資源的支持力度各不相同。改革可以為清潔能源的發展提供更多機會,加快能源結構的調整。同時,燃煤發電的市場份額受到低碳政策的制約,也受到清潔能源的嚴重擠壓。電力系統在短期內不能缺少燃煤機組的調節和安全支撐能力,但在新型電力系統中,燃煤發電的處境十分艱難。
3、因此,有必要建立合理的激勵機制,確保煤電具有一定的效益,確保電力系統具有保供和調峰能力,維護電力系統的安全穩定。合理的激勵政策設計需要評估政策設計與市場行為之間的相互作用,并量化不同資源之間的可替代性,以實現最優組合,支持可再生能源系統的低碳轉型。
技術實現思路
1、本發明為了解決如何在低碳轉型時實現新型電力系統對傳統火電機組和新能源機組合理分配的問題,提出了一種基于多主體交互的電力系統演化模型構建方法。
2、為了解決上述技術問題,本發明采用的技術方案為:一種基于多主體交互的電力系統演化模型構建方法,包括以下步驟:
3、s1:獲取評估區域電力系統所需的規劃邊界條件、火電機組和新能源機組的數據;
4、s2:根據步驟s1得到的數據構建由主體運行模型和運行約束條件組成的基于多主體交互的電力系統演化模型;
5、所述主體運行模型考慮了政策制定者和發電商,分別建立了政策制定者和發電商的主體行為模型,所述政策制定者的主體行為模型包括碳排放政策模型和深度調峰補償政策模型,所述發電商的主體行為模型包括獲利因子計算模型;
6、所述碳排放政策模型用于根據當年的碳排放強度與未來幾年的碳排放強度目標,確定下一年的碳排放代價因子;
7、所述深度調峰補償政策模型用于調整火電機組參與深度調峰補償的影響因子;
8、所述獲利因子計算模型用于根據獲利因子評估發電商不同投資方案的獲利能力;
9、所述運行約束條件包括機組運行約束和儲能約束。
10、步驟s1中的規劃邊界條件包括基于用電消費者考慮的評估區域電力系統的各節點365×24小時的負荷預測結果和負荷特性曲線,以及現有機組容量規劃。
11、步驟s1中火電機組的數據包括火電機組發電代價因子、火電機組投資代價因子、碳排放代價因子、火電機組出力上下限以及火電機組出力上下限的運行特性;
12、新能源機組的數據包括新能源機組投資代價因子、新能源機組出力上下限、風電、水電、光伏機組次日各時段出力的概率性場景預測結果以及新能源機組出力上下限的運行特性。
13、根據當年的碳排放強度與未來五年的碳排放強度目標,確定下一年的碳排放代價因子,所述碳排放代價因子的表達式如下:
14、;
15、上式中:表示y+1年的碳排放代價因子,表示碳排放代價因子調整系數,表示y年的碳排放代價因子,表示y+1年政策制定者預測制定的碳排放代價因子,表示y年實際碳排放強度,表示y+5年的碳排放強度目標。
16、所述深度調峰補償政策模型的表達式如下:
17、;
18、;
19、;
20、上式中: rcg為火電機組提供深度調峰獲得的補償收入, gm為火電機組的集合, t為測算周期,和分別表示火電機組 gm的常規調峰最小輸出和無油深度調峰最小輸出,為 t時刻火電機組 gm的出力, k1和 k2分別為火電機組的無油深度調峰和有油深度調峰的單位功率補償價格, k1和 k2的單位為元/mwh; k t是有油深度調峰期間非油深度調峰部分的總補償價格; k為不同調峰階段單位功率補償價格,、分別為火電機組 gm的最大和最小出力。
21、所述獲利因子包括發電獲利因子和政策補貼因子,刨除掉發電商的單位運營代價因子、火電機組投資代價因子、火電機組退役代價因子和環境代價因子,所述獲利因子計算模型 f的表達式如下:
22、 f= ree+ rcg- cinv- com- cret- ce;
23、上式中: ree為發電獲利因子,由機組出力與當時電量經濟參數的乘積計算得出; rcg為火電機組提供深度調峰獲得的補償收入,即政策補貼因子; cinv為火電機組投資代價因子; com為發電商的單位運營代價因子; cret為火電機組退役代價因子; ce是環境代價因子。
24、 ree的計算公式如下:
25、;
26、上式中: g為發電機組的集合, t為測算周期, ep t為 t時刻的電量經濟參數,為 t時刻發電機組 g的出力;
27、 cinv的計算公式如下:
28、;
29、;
30、上式中:是發電機組 g的單位年化投資代價因子,是發電機組 g的新增裝機容量;是銀行利率, y g代表發電機組 g的使用壽命,代表發電機組 g的單位容量投資代價因子;
31、 com的計算公式如下:
32、;
33、上式中:和分別為發電機組 g的單位可變運行代價因子和單位燃料代價因子;
34、 cret的計算公式如下:
35、;
36、;
37、;
38、上式中:為發電機組 g在y年的退役代價因子,為發電機組 g的設備拆除成本,為發電機組 g的設備凈值的回收收益;為發電機組 g在y年的保留翻新代價因子,描述了一個二進制變量,表示發電機組 g的退役決定,值為0表示該機組尚未退役,能夠繼續擴建,而值為1則表示該機組已經退役;為發電機組 g在y年需要退役的容量,為發電機組 g在y年的最大退役容量,為單位保留翻新代價因子;
39、 ce的計算公式如下:
40、;
41、上式中:為火電機組 gm電源的二氧化碳排放強度;表示y年的碳排放代價因子。
42、所述機組運行約束的表達式如下:
43、;
44、;
45、;
46、;
47、;
48、上式中:為 t時刻發電機組 g的出力,表示發電機組 g的最大出力;對于風力發電和太陽能發電而言,每個時間點的最大輸出功率是當時預測的單位可用輸出功率值與裝機容量決策變量的乘積;是火電機組 gm在 t時刻的運行狀態,是一個0-1變量,當機組運行時,該變量為1,否則為0;和分別為火電機組 gm的最小連續啟動時間和最小連續停機時間; rd gm和 ru gm分別為火電機組 gm的下坡率和上坡率。
49、所述儲能約束的表達式如下:
50、;
51、;
52、;
53、;
54、上式中:和分別表示 t時刻儲能 s的充電和放電狀態,均為0-1變量;和分別為 t時刻儲能 s的充電效率和放電效率;為 t時刻儲能 s剩余電量的可用容量; gess為儲能單元集合;為儲能 s的容量,為 t時刻儲能 s的充電功率,為 t時刻儲能 s的放電功率。
55、本發明相對于現有技術具備的有益效果為:本發明首先獲取評估區域電力系統所需的規劃邊界條件,之后基于規劃邊界條件建立考慮多種電力系統主體的演化模型并求解得到計算周期內不同地區能源和電力部門的轉型路徑。本發明將政策制定者、發電商、用電消費者作為模型研究主體,包含火電、水電、風電、光伏等多類發電機組,考察了低碳政策和深度調峰補償政策對燃煤發電機組有序退役和新能源投資的影響,有助于新型電力系統實現安全穩定的低碳轉型。