一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法及系统与流程

1.本发明属于电网技术领域，具体涉及一种新型电力系统下含储能设备的配电网低碳优化运行方法及系统。


背景技术：

2.配电网作为连接输电网和消费侧的枢纽平台，在构建适应新能源发展的新型电力系统中，广泛使用各种分布式电源和储能设备，储能设备容量和应用规模也越来越大。从电网低碳发展角度来看，配电网应将低碳目标视为优化运行的重要要素。
3.现有低碳经济下的新能源配电网优化策略常聚焦于宏观规划层面，难以精确统计配电网中电力消费造成的主网侧碳排放，不利于电力系统低碳减排目标的合理分配。而基于碳排放流的配电系统低碳优化运行策略，或未考虑碳市场交易成本问题，或无法体现碳排放量核算在时间上的差异性，或未将储能设备纳入配电网及碳市场中，导致含储能设备的配电网系统的低碳优化运行存在局限性。


技术实现要素：

4.本发明的目的是针对现有技术存在的上述问题，提供一种能够减少系统的碳排放成本、实现精准优化的含储能设备的配电网低碳优化运行方法及系统。
5.为实现以上目的，本发明的技术方案如下：
6.第一方面，本发明提出一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法，包括：
7.s1、将上一时段配电网中各发电机组和储能设备运行参数以及碳流数据、当前时段的负荷数据和碳交易价格输入配电网低碳优化运行模型中，求解得到当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数，其中，所述配电网低碳优化运行模型以主网系统的碳排放成本、发电机组的运行及碳交易成本、储能设备的运行及碳交易成本之和最小为目标；
8.s2、以当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到当前时段配电网中各节点的节点碳势；
9.s3、基于各储能设备的荷电状态、储能设备所在节点的节点碳势、储能设备的放电碳势调整各储能设备的运行状态，所述运行状态包括充电状态、放电状态；
10.s4、将调整后的各储能设备的运行数据输入配电网低碳优化运行模型中，求解得到修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数；以修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到修正后的配电网中各节点的节点碳势；
11.s5、基于修正后的储能设备运行参数、修正后配电网中各节点的节点碳势判断所有储能设备是否满足节点碳势要求，若满足，则将修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数作为当前时段配电网低碳运行的最优方案；若不满足，则返回s3进行迭代。
12.所述配电网低碳优化运行模型的目标函数为：
[0013][0014]
上式中，cw为主网系统的碳排放成本，分别为第i个发电机组、第j个储能设备的碳交易成本，当储能设备处于充电状态，取负值，当储能设备处于放电状态，取正值，m、n分别为发电机组、储能设备的数量，ci、cj分别为第i个发电机组、第j个储能设备的运行成本，t为时段数量。
[0015]
所述的计算方法为：
[0016]
先基于发电机组出力求得各发电机组的碳排放量，再将其代入碳交易分析模型中，得到其中，各发电机组的碳排放量基于下式计算得到：
[0017][0018]
上式中，e
(i,t)
为t时段即当前时段第i个发电机组的碳排放量，σ1为发电机组碳排放强度的基础值，p
(i,t)
为t时段第i个发电机组的出力，pc为发电机组的最低出力，a、p分别为发电机组出力的区间数量、区间长度，δ1、δ2、
…
、δ
a-1
为碳排放强度的增长幅度，且δ1＞δ2＞
…
＞δ
a-1
；
[0019]
所述碳交易分析模型为：
[0020][0021]
上式中，σ2为单位碳排放权交易价格，ec为发电机组碳配额，b、e0分别为碳交易市场中发电机组碳排放量的区间数量、区间长度，γ1、γ2、
…
、γ
b-1
为碳交易价格的增长幅度，且γ1＜γ2＜
…
＜γ
b-1
。
[0022]
所述的计算方法为：
[0023]
若t时段储能设备处于放电状态，将储能设备等效为发电机组，按照的计算方法计算得到；
[0024]
若t时段储能设备处于充电状态，根据下式计算得到：
[0025][0026]
上式中，为第j个储能设备的充电功率，e(t)为充电碳势，σ为单位碳排放权交易价格，δt为每个时段的时长。
[0027]
所述cw、ci、cj根据下列公式计算得到：
[0028]cw
＝pw·ew
·
σ
·
δt
[0029]ci
＝p
(i,t)
·
δt
·
σh[0030]cj
＝p
(j,t)
·
δt
·
σg[0031]
上式中，pw为主网系统的有功功率，ew为主网碳势，σ为单位碳排放权交易价格，δt为每个时段的时长，p
(i,t)
为t时段第i个发电机组的出力，σh、σg分别为发电机组、储能设备的度电成本，p
(j,t)
为t时段第j个储能设备的功率。
[0032]
所述配电网低碳优化运行模型的约束条件为系统运行约束，包括：
[0033]
系统功率平衡约束：
[0034][0035]
上式中，p
(i,t)
为t时段第i个发电机组的出力，p
(j,t)
为t时段第j个储能设备的功率，p
load
为配电网系统内负荷的功率；
[0036]
线路潮流约束：
[0037]
p
l,min
≤p
(l,t)
≤p
l,max
[0038]
上式中，p
(l,t)
为t时段线路l的有功潮流，p
l,min
、p
l,max
分别为线路l的传输功率下、上限值；
[0039]
分布式发电机组发电功率约束：
[0040]
p
i,min
≤p
(i,t)
≤p
i,max
[0041]
上式中，p
i,min
、p
i,max
分别为第i个发电机组的发电功率下、上限值；
[0042]
分布式发电机组爬坡约束：
[0043]
ramp
min
≤p
(i,t)-p
(i,t-1)
≤ramp
max
,t≥2
[0044]
上式中，ramp
min
、ramp
max
分别为发电机组的有功出力爬坡下、上限值；
[0045]
储能设备容量约束：
[0046][0047]
上式中，分别为第j个储能设备的最大充、放电功率；
[0048]
储能设备电量约束：
[0049][0050]
上式中，q
(j,t-1)
为第j个储能设备在t-1时段储存的电量，q
j,max
为第j个储能设备的最大充电电量，δt为每个时段的时长。
[0051]
所述s2中，配电网中各节点的节点碳势根据下式计算得到：
[0052][0053]
上式中，ek为第k个节点的节点碳势，r
l
、p
l
分别为支路l的碳流率、有功潮流，k
+
为与第k个节点相连的支路有功潮流流入节点的所有支路的集合。
[0054]
所述s3包括：
[0055]
s31、判断储能设备的荷电状态soc是否为0或1，若soc＝0，则将该储能设备的运行状态置为充电状态；若soc＝1，则将该储能设备的运行状态置为放电状态；若soc≠0且soc≠1，则进入s32；
[0056]
s32、比较储能设备所在节点的节点碳势与储能设备的放电碳势，若储能设备所在节点的节点碳势大于储能设备的放电碳势，则将该储能设备的运行状态置为放电状态；否则，将该储能设备的运行状态置为充电状态。
[0057]
第二方面，本发明提出一种含储能设备的配电网低碳优化运行系统，包括配电网低碳优化运行模型构建模块、配电网低碳运行优化模块、节点碳势计算模块、储能运行状态确定模块、节点碳势判断模块；
[0058]
所述配电网低碳优化运行模型构建模块用于构建配电网低碳优化运行模型；
[0059]
所述配电网低碳运行优化模块用于将上一时段配电网中各发电机组和储能设备运行参数以及碳流数据、当前时段的负荷数据和碳交易价格输入配电网低碳优化运行模型中，求解得到当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数；将调整后的各储能设备的运行数据输入配电网低碳优化运行模型中，求解得到修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数，其中，所述配电网低碳优化运行模型以主网系统的碳排放成本、发电机组的运行及碳交易成本、储能设备的运行及碳交易成本之和最小为目标；
[0060]
所述节点碳势计算模块用于以当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到当前时段配电网中各节点的节点碳势；以修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到修正后的配电网中各节点的节点碳势；
[0061]
所述储能运行状态确定模块用于基于各储能设备的荷电状态、储能设备所在节点的节点碳势、储能设备的放电碳势确定各储能设备的运行状态，所述运行状态包括充电状态、放电状态；
[0062]
所述节点碳势判断模块用于基于修正后的储能设备运行参数、修正后配电网中各节点的节点碳势判断所有储能设备是否满足节点碳势要求，若满足，则将修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数作为当前时段配电网低碳运行的最优方案；若不满
足，则启动储能运行状态确定模块以进行迭代。
[0063]
所述配电网低碳优化运行模型构建模块包括发电机组的碳交易成本计算单元、储能设备的碳交易成本计算单元、目标函数构建单元；
[0064]
所述发电机组的碳交易成本计算单元用于根据以下计算方法确定发电机组的碳交易成本：
[0065]
先基于发电机组出力求得各发电机组的碳排放量，再将其带入碳交易分析模型中，得到各发电机组的碳交易成本，其中，各发电机组的碳排放量基于下式计算得到：
[0066][0067]
上式中，e(
i,t
)为t时段即当前时段第i个发电机组的碳排放量，σ1为发电机组碳排放强度的基础值，p(
i,t
)为t时段第i个发电机组的出力，pc为发电机组的最低出力，a、p分别为发电机组出力的区间数量、区间长度，δ1、δ2、
…
、δ
a-1
为碳排放强度的增长幅度，且δ1＞δ2＞
…
＞δ
a-1
；
[0068]
所述碳交易分析模型为：
[0069][0070]
上式中，为第i个发电机组的碳交易成本，σ2为单位碳排放权交易价格，ec为发电机组碳配额，b、e0分别为碳交易市场中发电机组碳排放量的区间数量、区间长度，γ1、γ2、
…
、γ
b-1
为碳交易价格的增长幅度，且γ1＜γ2＜
…
＜γ
b-1
；
[0071]
所述储能设备的碳交易成本计算单元用于根据以下计算方法确定储能设备的碳交易成本：
[0072]
若t时段储能设备处于放电状态，将储能设备等效为发电机组，按照发电机组的碳交易成本计算单元11采用的计算方法计算储能设备的碳交易成本；
[0073]
若t时段储能设备处于充电状态，储能设备的碳交易成本根据下式计算得到：
[0074][0075]
上式中，为第j个储能设备的碳交易成本，为第j个储能设备的充电功率，e(t)为充电碳势，σ为单位碳排放权交易价格，δt为每个时段的时长；
[0076]
所述目标函数构建单元用于构建如下目标函数：
[0077][0078]
上式中，cw为主网系统的碳排放成本，分别为第i个发电机组、第j个储能设备的碳交易成本，当储能设备处于充电状态，取负值，当储能设备处于放电状态，取正值，m、n分别为发电机组、储能设备的数量，ci、cj分别为第i个发电机组、第j个储能设备的运行成本，t为时段数量。
[0079]
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0080]
1、本发明提出的一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法先将上一时段配电网中各发电机组和储能设备运行参数以及碳流数据、当前时段的负荷数据和碳交易价格输入配电网低碳优化运行模型中，求解得到当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数，再以当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到当前时段配电网中各节点的节点碳势，然后基于各储能设备的荷电状态、储能设备所在节点的节点碳势、储能设备的放电碳势调整各储能设备的运行状态，并将调整后的各储能设备的运行数据输入配电网低碳优化运行模型中，求解得到修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数，以修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到修正后的配电网中各节点的节点碳势，最后，基于修正后的储能设备运行参数、修正后配电网中各节点的节点碳势判断所有储能设备是否满足节点碳势要求，若满足，则将修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数作为当前时段配电网低碳运行的最优方案，该方法不仅实现了面向低碳目标的含储能设备配电网运行方式的有效优化，而且在配电网低碳优化运行模型中同时考虑了发电机组和储能设备的碳交易成本，即发电机组和储能设备对碳排放的影响，可以减少系统的碳排放成本，更为精准的体现配电网运行的低碳效益。
[0081]
2、本发明提出的一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法中发电机组和储能设备的碳交易成本计算过程结合了动态碳排放量模型和碳交易机制，且在动态碳排放量模型中采用动态碳排放强度，体现了碳排放量核算在时间上的差异性以及碳排放强度在不同情形下的变化情况，使得碳排放计量更为准确。
附图说明
[0082]
图1为实施例1所述方法的流程图。
[0083]
图2为实施例2所述系统的框架图。
[0084]
图中，配电网低碳优化运行模型构建模块1、发电机组的碳交易成本计算单元11、储能设备的碳交易成本计算单元12、目标函数构建单元13、运行成本计算单元14、约束条件构建单元15、配电网低碳运行优化模块2、节点碳势计算模块3、储能运行状态确定模块4、节点碳势判断模块5。
具体实施方式
[0085]
下面结合具体实施方式以及附图对本发明作进一步详细的说明。
[0086]
在构建适应新能源发展的新型电力系统中，由于新能源波动性大，需要大量布置储能设备，支撑源荷平衡，储能设备的容量及规模爆发性增长，其储存的电量在不同时段产生的碳排放差异不可忽略。且储能设备充电时，其在积累电量的同时也将积累碳排放，储能设备放电时，将把充电过程中积累的碳排放量重新释放回配电网中。而由于碳交易市场的波动性必然导致不同时刻储能充放电所对应的碳排放成本的差异性，因此，本发明提出的配电网低碳优化运行模型在计算碳交易成本时考虑储能设备在碳交易市场中的作用可以减少系统的碳排放成本，更准确评价配电网系统运行的低碳效益。
[0087]
实施例1：
[0088]
参见图1，一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法，依次按照以下步骤进行：
[0089]
1、将上一时段配电网中各发电机组和储能设备运行参数以及碳流数据、当前时段的负荷数据和碳交易价格输入配电网低碳优化运行模型中，得到当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数，其中，所述配电网低碳优化运行模型的目标函数为：
[0090][0091]
上式中，c
all
为配电网系统的碳排放成本，cw为主网系统的碳排放成本，分别为第i个发电机组、第j个储能设备的碳交易成本，当储能设备处于充电状态，取负值，当储能设备处于放电状态，取正值，m、n分别为发电机组、储能设备的数量，ci、cj分别为第i个发电机组、第j个储能设备的运行成本，t为时段数量；
[0092]
所述的计算方法为：
[0093]
先基于发电机组出力求得各发电机组的碳排放量，再将其代入碳交易分析模型中，得到其中，各发电机组的碳排放量基于下式计算得到：
[0094][0095]
上式中，e
(i,t)
为t时段即当前时段第i个发电机组的碳排放量，σ1为发电机组碳排放强度的基础值，取值40t/p.u，p
(i,t)
为t时段第i个发电机组的出力，pc为发电机组的最低出力，a、p分别为发电机组出力的区间数量、区间长度，δ1、δ2、
…
、δ
a-1
为碳排放强度的增长幅度，取值为0％-5％，且δ1＞δ2＞
…
＞δ
a-1
；
[0096]
所述碳交易分析模型为：
[0097][0098]
上式中，σ2为单位碳排放权交易价格，ec为发电机组碳配额，b、e0分别为碳交易市场中发电机组碳排放量的区间数量、区间长度，γ1、γ2、
…
、γ
b-1
为碳交易价格的增长幅度，取值为5％-25％，且γ1＜γ2＜
…
＜γ
b-1
；
[0099]
所述的计算方法为：
[0100]
若t时段储能设备处于放电状态，将储能设备等效为发电机组，按照的计算方法计算得到；
[0101]
若t时段储能设备处于充电状态，根据下式计算得到：
[0102][0103]
上式中，为第j个储能设备的充电功率，e(t)为充电碳势，其计算方法与放电态势一致，σ为单位碳排放权交易价格，δt为每个时段的时长；
[0104]
所述cw根据下列公式计算得到：
[0105]cw
＝pw·ew
·
σ
·
δt
[0106]
上式中，pw为主网系统的有功功率，ew为主网碳势，σ为单位碳排放权交易价格，δt
为每个时段的时长；
[0107]
所述ci由发电机组的发电类型而定，具体计算公式为：
[0108]ci
＝p
(i,t)
·
δt
·
σh[0109]
上式中，p
(i,t)
为t时段第i个发电机组的出力，σh为发电机组的度电成本，各种发电方式的度电成本如表1所示：
[0110]
表1各种发电方式的度电成本
[0111]
发电方式度电成本(元/度)火电0.25-0.35水电0.1-0.3核电0.25-0.35陆上风电0.15-0.3海上风电0.3-0.55光伏0.15-0.3
[0112]
所述cj根据下列公式计算得到：
[0113]cj
＝p
(j，t)
·
δt
·
σg[0114]
上式中，p
(j，t)
为t时段第j个储能设备的功率，σg为储能设备的度电成本，各种储能设备的度电成本如表1所示：
[0115]
表2各种储能设备的度电成本
[0116]
储能技术度电成本(元度)锂离子电池0.44钠离子电池0.84全钒液流电池0.49钠硫电池1.11抽水蓄能0.31压缩空气0.63储氢1.82
[0117]
所述配电网低碳优化运行模型的约束条件包括：
[0118]
系统功率平衡约束：
[0119][0120]
上式中，p
(i，t)
为t时段第i个发电机组的出力，p
(j，t)
为t时段第j个储能设备的功率，放电为正值，充电为负值，p
load
为配电网系统内负荷的功率；
[0121]
线路潮流约束：
[0122]
p
l,min
≤p
(l,t)
≤p
l,max
[0123]
上式中，p
(l,t)
为t时段线路l的有功潮流，p
l,min
、p
l,max
分别为线路l的传输功率下、上限值；
[0124]
分布式发电机组发电功率约束：
[0125]
p
i,min
≤p
(i,t)
≤p
i,max
[0126]
上式中，p
i,min
、p
i,max
分别为第i个发电机组的发电功率下、上限值；
[0127]
分布式发电机组爬坡约束：
[0128]
ramp
min
≤p
(i,t)-p
(i,t-1)
≤ramp
max
,t≥2
[0129]
上式中，ramp
min
、ramp
max
分别为发电机组的有功出力爬坡下、上限值；
[0130]
储能设备容量约束：
[0131][0132]
上式中，分别为第j个储能设备的最大充、放电功率；
[0133]
储能设备电量约束：
[0134][0135]
上式中，q
(j,t-1)
为第j个储能设备在t-1时段储存的电量，q
j,max
为第j个储能设备的最大充电电量，δt为每个时段的时长。
[0136]
2、以当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，并基于下式得到当前时段配电网中各节点的节点碳势：
[0137][0138]
上式中，ek为第k个节点的节点碳势，r
l
、p
l
分别为支路l的碳流率、有功潮流，k
+
为与第k个节点相连的支路有功潮流流入节点的所有支路的集合。
[0139]
3、根据下式计算各储能设备的荷电状态soc，并判断soc是否为0或1，若soc＝0，则将该储能设备的运行状态置为充电状态；若soc＝1，则将该储能设备的运行状态置为放电状态；若soc≠0且soc≠1，则进入步骤4：
[0140]
soc＝q0/q
max
[0141]
上式中，q0为储能设备在t0时刻的电量，q
max
为储能设备的最大荷电量。
[0142]
4、比较储能设备所在节点的节点碳势与储能设备的放电碳势，若储能设备所在节点的节点碳势大于储能设备的放电碳势，则将该储能设备的运行状态置为放电状态；否则，将该储能设备的运行状态置为充电状态，其中，储能设备的放电碳势由下式计算得到：
[0143][0144]
上式中，e(t)为t时刻的放电碳势，f0为碳流量，分别为储能设备在由t0时刻到t时刻的充电过程中积累的碳流量、电量，η为储能设备充放电的转换效率。
[0145]
5、将调整后的各储能设备的运行数据输入配电网低碳优化运行模型中，求解得到
修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数；以修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到修正后的配电网中各节点的节点碳势。
[0146]
6、基于修正后的储能设备运行参数、修正后配电网中各节点的节点碳势判断所有储能设备是否满足节点碳势要求，若满足，则将修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数作为当前时段配电网低碳运行的最优方案；若不满足，则返回步骤3进行迭代，直至所有储能设备是否满足节点碳势要求，其中，所述节点碳势要求包括：
[0147]
当储能设备所在节点的节点碳势大于储能设备的放电碳势，且soc≠0时，储能设备的运行状态应为放电状态；当储能设备所在节点的节点碳势不大于储能设备的放电碳势，且soc≠1时，储能设备的运行状态应为充电状态。
[0148]
7、配电网执行当前时段配电网低碳运行的最优方案，并更新配电网中各发电机组和储能设备运行参数以及碳流数据，以供下一时段配电网系统的低碳运行优化求解。
[0149]
实施例2：
[0150]
参见图2，一种含储能设备的配电网低碳优化运行系统，包括配电网低碳优化运行模型构建模块1、配电网低碳运行优化模块2、节点碳势计算模块3、储能运行状态确定模块4、节点碳势判断模块5，所述配电网低碳优化运行模型构建模块1包括发电机组的碳交易成本计算单元11、储能设备的碳交易成本计算单元12、目标函数构建单元13、运行成本计算单元14、约束条件构建单元15。
[0151]
所述发电机组的碳交易成本计算单元11用于根据以下计算方法确定发电机组的碳交易成本：
[0152]
先基于发电机组出力求得各发电机组的碳排放量，再将其代入碳交易分析模型中，得到各发电机组的碳交易成本，其中，各发电机组的碳排放量基于下式计算得到：
[0153][0154]
上式中，e
(i,t)
为t时段即当前时段第i个发电机组的碳排放量，σ1为发电机组碳排放强度的基础值，p
(i,t)
为t时段第i个发电机组的出力，pc为发电机组的最低出力，a、p分别为发电机组出力的区间数量、区间长度，δ1、δ2、
…
、δ
a-1
为碳排放强度的增长幅度，且δ1＞δ2＞
…
＞δ
a-1
；
[0155]
所述碳交易分析模型为：
[0156][0157]
上式中，为第i个发电机组的碳交易成本，σ2为单位碳排放权交易价格，ec为发电机组碳配额，b、e0分别为碳交易市场中发电机组碳排放量的区间数量、区间长度，γ1、γ2、
…
、γ
b-1
为碳交易价格的增长幅度，且γ1＜γ2＜
…
＜γ
b-1
。
[0158]
所述储能设备的碳交易成本计算单元12用于根据以下计算方法确定储能设备的碳交易成本：
[0159]
若t时段储能设备处于放电状态，将储能设备等效为发电机组，按照发电机组的碳交易成本计算单元11采用的计算方法计算储能设备的碳交易成本；
[0160]
若t时段储能设备处于充电状态，储能设备等效为负荷，其碳交易成本根据下式计算得到：
[0161][0162]
上式中，为第j个储能设备的碳交易成本，为第j个储能设备的充电功率，e(t)为充电碳势，σ为单位碳排放权交易价格，δt为每个时段的时长。
[0163]
所述运行成本计算单元14用于基于下列公式计算cw、ci、cj：
[0164]cw
＝pw·ew
·
σ
·
δt
[0165]ci
＝p
(i,t)
·
δt
·
σh[0166]cj
＝p
(j,t)
·
δt
·
σg[0167]
上式中，pw为主网系统的有功功率，ew为主网碳势，σ为单位碳排放权交易价格，δt为每个时段的时长，p
(i,t)
为t时段第i个发电机组的出力，σh、σg分别为发电机组、储能设备的度电成本，p
(j,t)
为t时段第j个储能设备的功率。
[0168]
所述目标函数构建单元13用于构建如下目标函数：
[0169][0170]
上式中，cw为主网系统的碳排放成本，分别为第i个发电机组、第j个储能设备的碳交易成本，当储能设备处于充电状态，取负值，当储能设备处于放电状态，取正值，m、n分别为发电机组、储能设备的数量，ci、cj分别为第i个发电机组、第j
个储能设备的运行成本。
[0171]
所述约束条件构建单元15用于构建如下约束条件：
[0172]
系统功率平衡约束：
[0173][0174]
上式中，p
(i,t)
为t时段第i个发电机组的出力，p
(j,t)
为t时段第j个储能设备的功率，放电为正值，充电为负值，p
load
为配电网系统内负荷的功率；
[0175]
线路潮流约束：
[0176]
p
l,min
≤p
(l,t)
≤p
l,max
[0177]
上式中，p
(l,t)
为t时段线路l的有功潮流，p
l,min
、p
l,max
分别为线路l的传输功率下、上限值；
[0178]
分布式发电机组发电功率约束：
[0179]
p
i,min
≤p
(i,t)
≤p
i,max
[0180]
上式中，p
i,min
、p
i,max
分别为第i个发电机组的发电功率下、上限值；
[0181]
分布式发电机组爬坡约束：
[0182]
ramp
min
≤p
(i,t)-p
(i,t-1)
≤ramp
max
,t≥2
[0183]
上式中，ramp
min
、ramp
max
分别为发电机组的有功出力爬坡下、上限值；
[0184]
储能设备容量约束：
[0185][0186]
上式中，分别为第j个储能设备的最大充、放电功率；
[0187]
储能设备电量约束：
[0188][0189]
上式中，q
(j,t-1)
为第j个储能设备在t-1时段储存的电量，q
j,max
为第j个储能设备的最大充电电量，δt为每个时段的时长。
[0190]
所述配电网低碳运行优化模块2用于将上一时段配电网中各发电机组和储能设备运行参数以及碳流数据、当前时段的负荷数据和碳交易价格输入配电网低碳优化运行模型中，求解得到当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数；将调整后的各储能设备的运行数据输入配电网低碳优化运行模型中，得到修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数。
[0191]
所述节点碳势计算模块3用于以当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到当前时段配电网中各节点的节点碳势；以修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到修正后的配电网中各节点的节点碳势，其中，配电网中各节点的节点碳势根据下式计算得到：
[0192][0193]
上式中，ek为第k个节点的节点碳势，r
l
、p
l
分别为支路l的碳流率、有功潮流，k
+
为与第k个节点相连的支路有功潮流流入节点的所有支路的集合。
[0194]
所述储能运行状态确定模块4用于基于如下规则确定各储能设备的运行状态：
[0195]
判断储能设备的荷电状态soc是否为0或1，若soc＝0，则将该储能设备的运行状态置为充电状态；若soc＝1，则将该储能设备的运行状态置为放电状态；若soc≠0且soc≠1，则比较储能设备所在节点的节点碳势与储能设备的放电碳势，若储能设备所在节点的节点碳势大于储能设备的放电碳势，则将该储能设备的运行状态置为放电状态；否则，将该储能设备的运行状态置为充电状态。
[0196]
所述节点碳势判断模块5用于基于修正后的储能设备运行参数、修正后配电网中各节点的节点碳势判断所有储能设备是否满足如下节点碳势要求，若满足，则将修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数作为当前时段配电网低碳运行的最优方案；若不满足，则启动储能运行状态确定模块4以进行迭代：
[0197]
当储能设备所在节点的节点碳势大于储能设备的放电碳势，且soc≠0时，储能设备的运行状态应为放电状态；当储能设备所在节点的节点碳势不大于储能设备的放电碳势，且soc≠1时，储能设备的运行状态应为充电状态。

技术特征：
1.一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法，其特征在于，所述方法包括：s1、将上一时段配电网中各发电机组和储能设备运行参数以及碳流数据、当前时段的负荷数据和碳交易价格输入配电网低碳优化运行模型中，求解得到当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数，其中，所述配电网低碳优化运行模型以主网系统的碳排放成本、发电机组的运行及碳交易成本、储能设备的运行及碳交易成本之和最小为目标；s2、以当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到当前时段配电网中各节点的节点碳势；s3、基于各储能设备的荷电状态、储能设备所在节点的节点碳势、储能设备的放电碳势调整各储能设备的运行状态，所述运行状态包括充电状态、放电状态；s4、将调整后的各储能设备的运行数据输入配电网低碳优化运行模型中，求解得到修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数；以修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到修正后的配电网中各节点的节点碳势；s5、基于修正后的储能设备运行参数、修正后配电网中各节点的节点碳势判断所有储能设备是否满足节点碳势要求，若满足，则将修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数作为当前时段配电网低碳运行的最优方案；若不满足，则返回s3进行迭代。2.根据权利要求1所述的一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法，其特征在于，所述配电网低碳优化运行模型的目标函数为：上式中，c
w
为主网系统的碳排放成本，分别为第i个发电机组、第j个储能设备的碳交易成本，当储能设备处于充电状态，取负值，当储能设备处于放电状态，取正值，m、n分别为发电机组、储能设备的数量，c
i
、c
j
分别为第i个发电机组、第j个储能设备的运行成本，t为时段数量。3.根据权利要求2所述的一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法，其特征在于，所述的计算方法为：先基于发电机组出力求得各发电机组的碳排放量，再将其代入碳交易分析模型中，得到其中，各发电机组的碳排放量基于下式计算得到：
上式中，e
(i,t)
为t时段即当前时段第i个发电机组的碳排放量，σ1为发电机组碳排放强度的基础值，p
(i,t)
为t时段第i个发电机组的出力，p
c
为发电机组的最低出力，a、p分别为发电机组出力的区间数量、区间长度，δ1、δ2、
…
、δ
a-1
为碳排放强度的增长幅度，且δ1＞δ2＞
…
＞δ
a-1
；所述碳交易分析模型为：上式中，σ2为单位碳排放权交易价格，e
c
为发电机组碳配额，b、e0分别为碳交易市场中发电机组碳排放量的区间数量、区间长度，γ1、γ2、
…
、γ
b-1
为碳交易价格的增长幅度，且γ1＜γ2＜
…
＜γ
b-1
。4.根据权利要求3所述的一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法，其特征在于，所述的计算方法为：若t时段储能设备处于放电状态，将储能设备等效为发电机组，按照的计算方法计算得到；若t时段储能设备处于充电状态，根据下式计算得到：上式中，为第j个储能设备的充电功率，e(t)为充电碳势，σ为单位碳排放权交易价格，δt为每个时段的时长。5.根据权利要求2所述的一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法，其特征在于，所述c
w
、c
i
、c
j
根据下列公式计算得到：
c
w
＝p
w
·
e
w
·
σ
·
δtc
i
＝p
(i,t)
·
δt
·
σ
h
c
j
＝p
(j,t)
·
δt
·
σ
g
上式中，p
w
为主网系统的有功功率，e
w
为主网碳势，σ为单位碳排放权交易价格，δt为每个时段的时长，p
(i,t)
为t时段第i个发电机组的出力，σ
h
、σ
g
分别为发电机组、储能设备的度电成本，p
(j,t)
为t时段第j个储能设备的功率。6.根据权利要求2所述的一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法，其特征在于，所述配电网低碳优化运行模型的约束条件为系统运行约束，包括：系统功率平衡约束：上式中，p
(i,t)
为t时段第i个发电机组的出力，p
(j,t)
为t时段第j个储能设备的功率，p
load
为配电网系统内负荷的功率；线路潮流约束：p
l,min
≤p
(l,t)
≤p
l,max
上式中，p
(l,t)
为t时段线路l的有功潮流，p
l,min
、p
l,max
分别为线路l的传输功率下、上限值；分布式发电机组发电功率约束：p
i,min
≤p
(i,t)
≤p
i,max
上式中，p
i,min
、p
i,max
分别为第i个发电机组的发电功率下、上限值；分布式发电机组爬坡约束：ramp
min
≤p
(i,t)-p
(i,t-1)
≤ramp
max
,t≥2上式中，ramp
min
、ramp
max
分别为发电机组的有功出力爬坡下、上限值；储能设备容量约束：上式中，分别为第j个储能设备的最大充、放电功率；储能设备电量约束：上式中，q
(j,t-1)
为第j个储能设备在t-1时段储存的电量，q
j,max
为第j个储能设备的最大充电电量，δt为每个时段的时长。7.根据权利要求1所述的一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法，其特征在于，所述s2中，配电网中各节点的节点碳势根据下式计算得到：
上式中，e
k
为第k个节点的节点碳势，r
l
、p
l
分别为支路l的碳流率、有功潮流，k
+
为与第k个节点相连的支路有功潮流流入节点的所有支路的集合。8.根据权利要求1所述的一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法，其特征在于，所述s3包括：s31、判断储能设备的荷电状态soc是否为0或1，若soc＝0，则将该储能设备的运行状态置为充电状态；若soc＝1，则将该储能设备的运行状态置为放电状态；若soc≠0且soc≠1，则进入s32；s32、比较储能设备所在节点的节点碳势与储能设备的放电碳势，若储能设备所在节点的节点碳势大于储能设备的放电碳势，则将该储能设备的运行状态置为放电状态；否则，将该储能设备的运行状态置为充电状态。9.一种含储能设备的配电网低碳优化运行系统，其特征在于，所述系统包括配电网低碳优化运行模型构建模块(1)、配电网低碳运行优化模块(2)、节点碳势计算模块(3)、储能运行状态确定模块(4)、节点碳势判断模块(5)；所述配电网低碳优化运行模型构建模块(1)用于构建配电网低碳优化运行模型；所述配电网低碳运行优化模块(2)用于将上一时段配电网中各发电机组和储能设备运行参数以及碳流数据、当前时段的负荷数据和碳交易价格输入配电网低碳优化运行模型中，求解得到当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数；将调整后的各储能设备的运行数据输入配电网低碳优化运行模型中，求解得到修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数，其中，所述配电网低碳优化运行模型以主网系统的碳排放成本、发电机组的运行及碳交易成本、储能设备的运行及碳交易成本之和最小为目标；所述节点碳势计算模块(3)用于以当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到当前时段配电网中各节点的节点碳势；以修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数为基础，展开碳排放流计算，得到修正后的配电网中各节点的节点碳势；所述储能运行状态确定模块(4)用于基于各储能设备的荷电状态、储能设备所在节点的节点碳势、储能设备的放电碳势调整各储能设备的运行状态，所述运行状态包括充电状态、放电状态；所述节点碳势判断模块(5)用于基于修正后的储能设备运行参数、修正后配电网中各节点的节点碳势判断所有储能设备是否满足节点碳势要求，若满足，则将修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数作为当前时段配电网低碳运行的最优方案；若不满足，则启动储能运行状态确定模块(4)以进行迭代。10.根据权利要求9所述的一种含储能设备的配电网低碳优化运行系统，其特征在于，所述配电网低碳优化运行模型构建模块(1)包括发电机组的碳交易成本计算单元(11)、储能设备的碳交易成本计算单元(12)、目标函数构建单元(13)；所述发电机组的碳交易成本计算单元(11)用于根据以下计算方法确定发电机组的碳交易成本：先基于发电机组出力求得各发电机组的碳排放量，再将其代入碳交易分析模型中，得
到各发电机组的碳交易成本，其中，各发电机组的碳排放量基于下式计算得到：上式中，e
(i,t)
为t时段即当前时段第i个发电机组的碳排放量，σ1为发电机组碳排放强度的基础值，p
(i,t)
为t时段第i个发电机组的出力，p
c
为发电机组的最低出力，a、p分别为发电机组出力的区间数量、区间长度，δ1、δ2、
…
、δ
a-1
为碳排放强度的增长幅度，且δ1＞δ2＞
…
＞δ
a-1
；所述碳交易分析模型为：上式中，为第i个发电机组的碳交易成本，σ2为单位碳排放权交易价格，e
c
为发电机组碳配额，b、e0分别为碳交易市场中发电机组碳排放量的区间数量、区间长度，γ1、γ2、
…
、γ
b-1
为碳交易价格的增长幅度，且γ1＜γ2＜
…
＜γ
b-1
；所述储能设备的碳交易成本计算单元(12)用于根据以下计算方法确定储能设备的碳交易成本：若t时段储能设备处于放电状态，将储能设备等效为发电机组，按照发电机组的碳交易成本计算单元(11)采用的计算方法计算储能设备的碳交易成本；若t时段储能设备处于充电状态，储能设备的碳交易成本根据下式计算得到：上式中，为第j个储能设备的碳交易成本，为第j个储能设备的充电功率，e(t)为充电碳势，σ为单位碳排放权交易价格，δt为每个时段的时长；所述目标函数构建单元(13)用于构建如下目标函数：
上式中，c
w
为主网系统的碳排放成本，分别为第i个发电机组、第j个储能设备的碳交易成本，当储能设备处于充电状态，取负值，当储能设备处于放电状态，取正值，m、n分别为发电机组、储能设备的数量，c
i
、c
j
分别为第i个发电机组、第j个储能设备的运行成本，t为时段数量。

技术总结
一种含储能设备的配电网低碳优化运行方法及系统，该方法先基于上一时段配电网数据求解配电网低碳优化运行模型，得到当前时段的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数，再对这些数据展开碳排放流计算，得到配电网中各节点的节点碳势，然后基于荷电状态、所在节点的节点碳势、放电碳势调整各储能设备的运行状态，随后重新调用配电网低碳优化运行模型，得到修正后的主网注入功率、发电机组和储能设备运行参数，并再次进行碳排放流计算以修正配电网中各节点的节点碳势，最后在修正后的储能设备运行满足节点碳势要求时，将修正后的运行数据作为当前时段配电网低碳运行的最优方案。本发明能够有效优化面向低碳目标的含储能设备配电网的运行方式。配电网的运行方式。配电网的运行方式。


技术研发人员：张浩钦 王雅文 王平凡 雷何 彭君哲 王江虹 李斯吾 汪颖翔 雷庆生 迟赫天 陈竹 廖爽
受保护的技术使用者：国网湖北省电力有限公司经济技术研究院
技术研发日：2023.06.07
技术公布日：2023/10/19