计及碳捕集电厂低碳特性的含风电电力系统源–荷多时间尺度调度方法（Matlab代码实现）

最新推荐文章于 2025-12-09 00:27:49 发布

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💥1 概述

文献来源：

风电等新能源发电边际成本低且无碳排放，正逐步由替代电源向主导电源过渡[2l，是实现电力
系统低碳目标的关键手段。与其他可再生能源发电形式不同，风力发电具有随机性、波动性强的特点与反调峰的特性，其大规模并网加大了电力系统的调峰压力，必要时需通过弃风来保证电网的安全运行[3-4];同时，受限于当前的预测水平，风电预测精准性与调度前瞻性之间的矛盾也给电力系统调度灵活性提出了新的要求。由于系统的风电消纳水平与碳排放水平息息相关，如何促进风电并网消纳以等比例替代常规火电的出力依然是热点问题。

本文综合考虑碳捕集电厂综合灵活运行方式的能量时移特性与快速调节特性、DR 资源的

多时间尺度特性与零碳排放特性，提出考虑源荷配合的电力系统日前—日内—实时 3 阶段低碳经济调度方法。在日前、日内阶段深入挖掘系统低碳性与经济性，在实时阶段提高系统调度灵活性。最后通过算例仿真验证本文方法的有效性。

碳捕集电厂综合灵活运行方式内部能量流动情况如图 1 所示。

综上，源侧综合灵活运行方式碳捕集电厂在日前阶段配合时间尺度长的 PDR 和 A 类 IDR 以及在日内阶段配合时间尺度较短的 B 类 IDR，其目的是优化系统的负荷及旋转备用分配计划，以弥补综合灵活运行方式碳捕集电厂在负荷高峰时段上旋转备用能力弱的局限，进而提高低碳性能及经济效益；在实时阶段配合能实时响应的 C 类 IDR，其目的是优化失负荷情况与弃风情况，以弥补综合灵活运行方式碳捕集电厂为追求低碳性与经济性最优而导致的局限，进而优化系统成本和调度灵活性，实现低碳经济调度。

本文设计的源荷多时间尺度低碳经济调度框架如图 4 所示。

日前调度计划提前 24h 制定，时间尺度为 1h。在日前阶段需确定火电机组启停计划、PDR 负荷响应量与 A 类 IDR 负荷调用计划，并将其作为确定量代入日内调度阶段。

详情见第四部分参考文献。

计及碳捕集电厂低碳特性的含风电电力系统源–荷多时间尺度调度方法

一、研究背景与意义

随着全球气候变暖和能源危机的加剧，减少温室气体排放、实现能源可持续发展已成为全球共识。电力行业作为主要的碳排放源之一，其低碳化转型对于实现碳中和目标至关重要。风能作为一种清洁、可再生的能源，其大规模开发利用对于缓解能源压力、减少碳排放具有重要意义。然而，风电的随机性、波动性和反调峰特性给电力系统的安全稳定运行带来了严峻挑战。碳捕集电厂（CCPP）通过捕集、运输和封存燃煤电厂排放的二氧化碳，能够显著降低碳排放，并提供一定的运行灵活性，参与电力系统调峰，提高风电消纳能力。因此，研究计及碳捕集电厂低碳特性的含风电电力系统源–荷多时间尺度调度方法，对于构建低碳、高效、可靠的电力系统具有重要意义。

二、研究目标与内容

研究目标：提出一种计及碳捕集电厂低碳特性的含风电电力系统源–荷多时间尺度调度方法，以提高风电消纳能力，降低系统碳排放，并保证电力系统的经济性和可靠性。

研究内容：

挖掘源荷两侧低碳资源并分析其低碳特性：
- 源侧：在碳捕集电厂中装设烟气旁路系统与溶液存储器，形成碳捕集电厂综合灵活运行方式，进而与风电协调配合。碳捕集电厂的综合灵活运行方式包括分流式运行方式、储液式运行方式与综合灵活运行方式。其中，综合灵活运行方式通过调整溶液存储器的储液量，实现碳捕集能耗的能量时移，从而挖掘系统低碳潜力。
- 荷侧：调用不同响应速度的价格型、激励型需求响应资源，克服多时间尺度下碳捕集电厂综合灵活运行方式的局限。需求响应资源包括价格型需求响应（PDR）和激励型需求响应（IDR），其中IDR又可根据响应速度分为A类、B类和C类。
构建源荷协调的日前-日内-实时三阶段低碳经济调度模型：
- 日前调度阶段：提前24小时制定调度计划，时间尺度为1小时。确定火电机组启停计划、PDR负荷响应量与A类IDR负荷调用计划，并将其作为确定量代入日内调度阶段。
- 日内调度阶段：对日前计划进行实时调整，以应对风电和负荷的预测误差。在日内阶段，碳捕集电厂配合时间尺度较短的B类IDR，优化系统的负荷及旋转备用分配计划。
- 实时调度阶段：以5-15分钟为周期滚动计算风电功率的期望误差状态向量，并同步建立针对下一时段修正的目标函数。在实时阶段，碳捕集电厂配合能实时响应的C类IDR，优化失负荷情况与弃风情况。
优化系统的负荷及旋转备用分配计划，改善失负荷与弃风问题：
- 通过多时间尺度调度和源–荷互动，提高风电消纳能力，降低系统碳排放。
- 优化系统的旋转备用分配计划，提高电力系统的可靠性和经济性。
在改进的IEEE-39节点系统中进行算例分析：
- 验证所提调度方法的有效性，展示其利用源荷可调节资源的调度优势，实现电力系统低碳经济调度的目标。

三、关键技术与创新点

碳捕集电厂综合灵活运行方式：
- 通过装设烟气旁路系统与溶液存储器，实现碳捕集能耗的能量时移，提高碳捕集电厂的调度灵活性。
- 综合灵活运行方式碳捕集电厂相较于分流式碳捕集电厂的净出力范围更大，能够更好地适应风电的波动性。
多时间尺度调度模型：
- 构建日前-日内-实时三阶段调度模型，分别针对不同时间尺度下的风电和负荷不确定性进行优化。
- 日前调度阶段注重经济性和低碳性，日内调度阶段注重实时调整能力，实时调度阶段注重调度灵活性和风电消纳能力。
源荷资源协调优化：
- 调用不同响应速度的需求响应资源，克服多时间尺度下碳捕集电厂综合灵活运行方式的局限。
- 通过源荷资源协调优化，提高系统的低碳性能和经济性。

四、实施步骤与流程

数据准备与预处理：
- 收集风电出力、负荷需求、碳捕集电厂运行参数等数据。
- 对数据进行预处理，包括缺失值填充、异常值处理等。
构建电力系统模型：
- 描述电力系统的运行特性，包括发电机组、输电线路、变压器等设备的运行约束和功率平衡约束。
- 构建火电机组、风电机组和碳捕集电厂的模型，考虑其出力上下限、爬坡率限制、运行成本等。
构建多时间尺度调度模型：
- 构建日前-日内-实时三阶段调度模型，明确各阶段的优化目标和约束条件。
- 采用合适的优化算法（如CPLEX）对模型进行求解。
算例分析与验证：
- 在改进的IEEE-39节点系统中进行算例分析，验证所提调度方法的有效性。
- 对比不同调度方法下的系统碳排放、风电消纳能力、运行成本等指标。