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摘要：随着我国电力能源使用要求的提高，对于电力系统的优化也提出了更多的方法。为应对全球变暖，提高电网运行的经济与环境效益，引入碳交易机制，以系统发电能源消耗成本与碳交易成本之和作为目标函数，建立了碳交易机制下含多种分布式能源的电力系统优化调度模型。
关键词：碳交易；机制；电力系统；随机优化；调度
引言
发展低碳经济，加快能源结构调整，实现能源系统的清洁化、高效化、低碳化已成为世界各国的共识。电力工业作为国家的基础性工业，是国内煤炭消耗的主要行业，其二氧化碳排放量已经占到全国排放总量的38.76％，因此，电力工业的发展面临巨大的减排压力，而如何在发电调度中合理地考虑各类低碳因素的影响，在兼顾经济性的基础上实现低碳化，是电力行业保持可持续性发展的关键。在能源发展低碳化的大背景下，近几年来全球光伏发电出现了爆炸性增长。
1随机变量的概率模型
1.1风电出力概率模型
风电出力概率模型目前，学术界认为风速v服从Weibull分布
函数；α，β 为光伏出力 Beta 分布的形状参数，同样可由历史数据通过最小二乘法辨识得到。
1碳交易机制的引入及其影响分析
1.1碳交易机制引入
在世界的碳交易市场中主要有两种市场模式：第一，基于配额的市场，例如排放的贸易市场。另外一种是一项目为基础的市场。例如，清洁发展机制市场与其他市场的有效结合。基于配额的市场实行“总量控制与交易”机制，即预先设定碳排放总量并将其分为若干单位，通过一定的方式将初始排放额度分配给各经济主体，允许各经济主体进行排放额度交易。在规定的时期内，若经济主体的碳排放量小于分配额度，则可将剩余额度出售获益；若经济主体的碳排放量大于分配额度，则必须购买超额的排放额度以避免处罚。基于项目的市场实行“基准排放与信用”机制，即预先对各经济主体分配一个基准，并对实际的碳排放量进行监测。在规定的时期内，若经济主体的碳排放量小于基准排放量，则可获得相应的信用额度并进行交易；若经济主体的碳排放量大于基准排放量，则必须购买超额的排放信用额度。
1.2电力生产碳减排成本、效益分析
碳交易机制的引入改变了电力系统运行成本的构成，即当系统碳排放额度盈余时，可以通过在市场上出售剩余排放额度获利，从而等效降低系统的运行成本；当系统碳排放额度不足时，则需要在市场上购买相应排放额度或为超额部分支付罚金，而这将等效增加系统的运行成本。为了更准确、更方便地开发符合国际CDM规则以及中国CDM重点领域的CDM项目，中国国家发展和改革委员会应对气候变化司研究确定了中国区域电网的基准线排放因子
2计及碳交易机制的电力系统随机优化方法
2.1优先顺序法
优先顺序法是提出较早、应用较广泛的一种算法。这种方法首先根据某个设定的指标对待选机组进行排序，然后根据系统负荷的变化安排机组运行或者关停。平均满负荷费用是较常用的经济指标，但采用此指标会造成大容量机组在低负荷状态下运行时的利用率不高。采用投入利用因子来反映容量利用率，与平均满负荷费用相结合，得出了一种新排序指标，起到了提高容量利用率的作用。在优先顺序法中引入了启发式方法，从而扩展得到了更多机组组合备选方案，再选取一个更优解。
2.2模拟退火算法
模拟退火算法的来源是受到了固体物质的退火过程的启发。在固体物质被加热的过程中，该物质中的粒子的布朗运动加强，当达到某种程度后，该物质就会由固态转化为液态，此时再逐步降低温度，粒子的热运动逐渐变弱，逐渐趋于有序，最终到达稳定状态。研究了利用模拟退火算法进行电力系统经济调度的优化计算。对该模型进行寻优计算。
2.3遗传算法
遗传算法最初是由密歇根大学的J.Holland教授等人在上世纪七十年代中期提出的。该算法的基本思想来源于自然界的遗传现象和优胜劣汰现象。该算法的基本步骤是首先建立初始化种群，然后对种群进行选择、交叉和变异等操作，再按照某种标准对种群中的个体进行优胜劣汰，如此反复操作多次得到最优解。在基本遗传算法的基础上引入变化性质函数，并且把特殊算子加入到具体问题的分析中，解决了基本遗传算法容易陷入局部最优解的问题，取得了更好的优化效果。把基本遗传算法与拉格朗日松弛算法相结合，首先采用拉格朗日松弛算法和动态规划算法得到某个可行解，再采用基本遗传算法来更新拉格朗日乘子，从而使得对偶间隙变小，可以获得更优解。
3碳交易价格对电力系统运行的影响
碳交易价格是计及碳交易成本的多目标优化调度模型的目标函数的重要组成部分，碳交易价格的变化直接影响系统的运行状态、碳排放量、碳交易成本以及发电总成本。为研究碳交易价格对于系统运行的影响，本文基于Nataf的3点估计算法将碳排放价格由15美元变化到50美元，绘制碳排放量、碳交易成本以及发电成本关于碳交易价格的变化曲线，在碳交易价格较低时，碳交易成本所占比例较小，发电总成本仍然主要以机组发电的能源消耗成本为主，系统以能源消耗成本作为主要目标，碳交易过程对系统运行的影响十分微小。在碳交易价格较低时，碳排放量变化不明显。当碳交易价格增加到21美元/t时，碳交易目标开始有了显著作用，发电机组出力更加偏向于单位碳排放量较少的燃气机组。由于燃煤机组出力的减少及燃气机组出力的增加，碳排放量显著降低，碳交易成本随之下降，系统总发电成本斜率也随之下降。当碳交易成本达到31美元/t时，燃气机组出力达到满发，此时继续增加碳交易价格，系统碳排放也不会有明显的响应，此时碳排放量和碳排放成本达到最低值，同时系统总发电成本斜率也达到最小值。碳交易价格大于31美元/t时，燃气轮机已经满发，碳排放量不再改变，碳交易成本和系统发电成本与碳交易价格成比例上升。通过上述分析可以看出计及碳交易成本的电力系统优化调度模型的系统运行状态对碳交易价格波动非常敏感。
结语
针对风电及光伏的风速、光照强度等变量的相关性和随机性，以Gauss-Hermite数值积分算法为基础，采用Nataf逆变换与多点估计相结合，将不确定模型转化为确定性模型实现对概率潮流的求解。利用本文提出的方法对含有风电及光伏发电的IEEE57节点网络进行概率潮流计算，验证了本文方法的有效性。
参考文献：
［1］戚建文，任建文，翟俊义．基于改进多目标引力搜索算法的电力系统环境经济调度［J］．电测与仪表，2016，53（18）：80-86．
［2］姜广绪，潘晶雯，田景奎．双参数威布尔分布风况中基于k值分析的能量分布研究［J］．电力建设，2015，36（3）：105-108．
论文作者:张港,汪成龙
论文发表刊物:《电力设备》2017年第35期
论文发表时间:2018/5/14
标签：排放量论文; 算法论文; 额度论文; 交易价格论文; 系统论文; 机组论文; 成本论文; 《电力设备》2017年第35期论文;