“碳中和”目标下的源网荷储协调调度优化模型构建.pdf
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1、中国新技术新产品2024 NO.3(上)-80-工 业 技 术在全球范围内,实现“碳中和”成为全球迫切发展的任务目标。作为主要的能源消耗和排放源,电力系统的源、网、荷、储间的协调调度优化尤为重要1。本文旨在构建一个适用于“碳中和”目标的电力系统源、网、荷、储协调调度优化模型,以实现电力系统的可持续发展和能源转型。在构建优化调度模型的过程中,通过建立电力系统调度框架,明确了各组成部分间的关系和协作方式。确定目标范围时,考虑减少碳排放、提高能源利用效率等目标,对发电机组的出力、输电线路的功率分配以及其他相关设备的运行进行了适当权衡。通过设置约束条件,并将其纳入优化模型中2。为克服约束条件影响,引入
2、松弛变量消除约束条件间的冲突,并采用线性规划算法寻找接近最优解的初始解,以加快求解过程并提高收敛速度。为了验证模型的有效性和可行性,本文进行了算例分析,通过对算例进行研究和评估,验证了模型的有效性,以期通过构建该模型为电力系统调度优化提供一定参考。1 电力系统调度框架在电力系统中,为了实现电能的协调调度,需要综合考虑不同环节的信息,包括电源、电网、负荷和能量储存设备等3。在调度过程中,需要分析各设备的参数特征,并确定设备运行的约束条件及其相互耦合关系,在此过程中决策源、网、荷、储各设备的出力情况。配电系统的优化调度框架如图 1 所示。根据图 1 可知,配电系统优化调度框架由输入基本参数、优化调
3、度模型求解、输入预测数据和输出优化结果组成。其中输入基本参数包括电力系统的基本信息和各设备的参数特征,如发电机组的额定容量、输电线路的负载能力以及用户负荷的需求等。这些参数提供了系统的基础数据,以便后续的计算和建模。由于电力系统中各环节的状态是不断变化的,因此在进行优化调度前,需要预测各环节未来一段时间内的用户负荷变化趋势、可再生能源发电量变化等情况。预测数据可以通过历史数据分析或机器学习算法等方法得到。在优化调度模型求解中,需要建立一个数学模型描述电力系统中各环节间的相互关系和约束条件。模型采用线性规划的方法进行求解,以最小化系统总损耗、最大化供电可靠性或其他目标函数为依据。通过求解优化问题
4、,可以得出合理的设备出力方案。经优化调度模型求解后,可以得到针对当前时刻的最优设备出力方案。优化结果将用于指导实际运行中的设备控制,并实现电能的协调调度。2 构建优化调度模型2.1 确定目标范围为实现电力系统的高效和经济运行,本文将最小化网损作为优化调度的目标函数。通过降低整个电力系统中的总网损,可减少能源浪费、提高供电质量、降低能源成本“碳中和”目标下的源网荷储协调调度优化模型构建周珣黄素娟谌江波(南京工业大学浦江学院,江苏 南京 211222)摘 要:本文针对“碳中和”目标下的电力系统中源、网、荷的协调调度优化问题,提出了一个基于优化调度模型的解决方案。通过构建电力系统调度框架,确定了源、
5、网、荷的协同优化目标。在考虑各种约束条件的基础上建立了优化调度模型,并引入了松弛变量来消除约束条件。构建初始基础解进行迭代优化,最终得到近似最优解。在算例分析中,使用实际数据进行验证,并对结果进行了评估和讨论。研究表明,在“碳中和”目标下,该优化调度模型能够有效提高电力系统的能源利用效率,并提供合理的资源分配方案。关键词:碳中和目标;源网荷储协调;模型构建;储能技术;可再生能源中图分类号:TM73文献标志码:A图 1 配电系统的优化调度框架中国新技术新产品2024 NO.3(上)-81-工 业 技 术并促进能源资源的可持续利用。网损最小化如公式(1)所示。Minimize(Pi2Ri+Qi2X
6、i)(1)式中:i 表示输电线路的编号;Pi表示输电线路 i 的有功功率;Qi表示对应的无功功率;Ri表示输电线路 i 的电阻;Xi 表示输电线路 i 的电抗。该目标函数的含义是通过降低每条输电线路上发生的有功损耗和无功损耗来降低总网损。有功损耗按照Pi2Ri计算,其中 Pi2表示有功功率平方,Ri表示对应输电线路上的电阻。同样地,无功损耗按照 Qi2Xi计算,其中Qi2表示无功功率平方,Xi表示对应输电线路上的电抗。将网损最小化作为目标函数,有助于优化发电机组的出力、输电线路的功率分配以及其他相关设备的运行策略,从而进行系统运行最佳配置和调度。通过该优化目标,可以在保证供电可靠性和负荷需求满
7、足的前提下,尽量减少能量在输电过程中的损耗,提高整个电力系统的效率和可持续性。2.2 设置约束条件约束条件能够防止设备过载运行、频繁启停或超出额定范围工作,从而减少设备的损坏风险,提升设备的安全性和可靠性。设置电力系统约束条件为发电机组出力约束、输电线路负载约束以及负荷需求满足约束。2.2.1 发电机组出力约束设备超过其能力范围运行可能会导致设备过载、故障甚至损坏。通过设置发电机组出力约束,可以避免超过设备的最大承载能力,降低设备风险,并延长其寿命。假设最小发电机组出力为 Pmin,最大发电机组出力为 Pmax。约束条件如公式(2)所示。PminPiPmax (2)式中:Pmin表示每个发电机
8、组的最小出力限制;Pmax表示每个发电机组的最大出力限制;Pi表示发电机组的实际输出功率或出力;第 i 个发电机组的出力必须在最小出力和最大出力之间,保证发电机组的出力在合理范围内。每个发电机组 i 1,2,.,n 都应满足上述约束条件,确保其各自的出力在合理范围内。该约束条件保证了发电机组的输出功率不会超过预设的上限值 Pmax,也不会低于预设的下限值 Pmin。将发电机组出力约束加入优化调度模型中,可以保证发电机组出力在合理范围内,确保其运行稳定、可靠。2.2.2 输电线路负载约束输电线路负载约束是为了确保输电线路的负载不超过其容量限制的约束条件4。假设输电线路 i 的容量为 Ci,输电线
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