[发明专利]一种考虑需求响应和碳交易的虚拟电厂优化调度方法

权利要求书

1.一种考虑需求响应和碳交易的虚拟电厂优化调度方法，其特征在于，包括步骤：

1)统计虚拟电厂内分布式电源的数量，以及电动汽车、水蓄冷空调系统参与需求响应的可控负荷数量，所述的分布式电源包括燃气轮机、风电机组和光伏发电机组；

2)对次日虚拟电厂内风电、光伏机组的出力和电力系统内刚性负荷进行预测；

3)虚拟电厂的能量管理系统接受电动汽车车主的日前申报信息，包括各电动汽车的入网及离网时刻、预估的初始电池荷电状态和期望的离网荷电状态；

4)虚拟电厂的能量管理系统根据日前预测信息、电动汽车申报信息以及电力市场和碳交易市场的价格信息，建立虚拟电厂同时参与电力市场和碳交易市场的优化调度模型；

5)求解虚拟电厂的优化调度模型，得到虚拟电厂的日前优化调度方案；

虚拟电厂优化调度模型的目标函数为虚拟电厂所获得的经济收益最大，其数学表达式如下所示：

式中：T表示一天内的时段数；表示在时刻t的分时电价；表示在时刻t虚拟电厂与配电系统的交互电功率；和分别表示在时刻t的燃气轮机运行成本、碳交易成本和电动汽车充放电成本；N_G表示虚拟电厂内燃气轮机的数量；k_g,0表示燃气轮机g的固定运行成本；u_g,t表示在时刻t燃气轮机g的开关状态变量；n_j表示燃气轮机运行成本的线性化段数；k_g,j表示第j段线性化运行成本函数的斜率；P_g,j,t表示在时刻t燃气轮机g的第j段出力大小；P_g,t表示在时刻t燃气轮机g的总出力大小；和分别表示在时刻t燃气轮机g的启动和停机成本；和表示燃气轮机g启动和停机一次所消耗的成本；N_v表示虚拟电厂内电动汽车的数量；和分别表示电动汽车v在时刻t的充放电功率；和分别表示在时刻t的充放电电价；

虚拟电厂参与的碳交易机制表示为：

ΔM_t＝M_C,t-M_D,t，

式中：N表示虚拟电厂中所有发电机组的数量；ε表示虚拟电厂的单位电量碳排放分配系数；P_n,t表示在时刻t发电机组n的有功出力；K_C表示单位碳排放量交易价格；M_C,t表示在时刻t虚拟电厂的实际碳排放量；M_D,t表示在时刻t虚拟电厂分配到的碳排放配额；Q_g表示燃气轮机g的单位电量碳排放强度；

如果在时刻t虚拟电厂的实际碳排放量低于分配得到的碳排放配额，虚拟电厂通过将多余的碳排放配额出售至碳交易市场以获取相应的利润；否则，虚拟电厂必须在碳交易市场中购买相应的碳排放权；

作为需求响应资源的电动汽车充放电负荷需满足的约束条件如下：

S_v,min≤S_v,t≤S_v,max，

式中：和分别表示电动汽车v在时刻t的充电和放电状态变量；和分别表示电动汽车v的额定充放电功率；表示电动汽车v在时刻t的调度状态；S_v,t表示电动汽车v在时刻t的电池荷电状态；S_v,min和S_v,max分别表示电动汽车v的最小和最大荷电状态；和分别表示电动汽车v的入网和离网时刻；和分别表示电动汽车v在入网时刻和离网时刻对应的电池荷电状态；S_v,a表示电动汽车v在入网时刻的电池荷电状态；S_v,d表示电动汽车v在离网时刻的目标电池荷电状态；和分别表示电动汽车v的充放电效率；E^max表示电动汽车电池容量；Δt表示时段长度；

作为需求响应资源的水蓄冷空调负荷建模如下：

1)建筑物热动态平衡方程

式中：θ_out,t和θ_in,t分别表示在时刻t的户外和室内温度；B是建筑物的热传导系数；C_a表示空气的比热容系数；V表示室内容积；ρ_a表示空气密度；Q_t表示在时刻t建筑物的瞬时得热量；C_D,t表示在时刻t建筑物内制冷装置提供的冷量；Δt表示时段长度；

2)热舒适度建模

采用PMV方法衡量建筑物内的热舒适度指标，PMV值和温度之间的关系为：

式中：I_PMV表示室内的PMV值；θ表示温度，℃；

3)水蓄冷空调系统建模

单位时间内水蓄冷空调系统提供的冷量C_D,i,t为：

C_D,i,t＝C_p,i,t-C_s,i,t+C_r,i,t，

式中：C_p,i,t，C_s,i,t和C_r,i,t分别表示在时刻t水蓄冷空调i的制冷量、蓄冷量和放冷量；

水蓄冷空调需满足的运行约束为：

0≤I_s,i,t+I_r,i,t≤1，

式中：I_s,i,t和I_r,i,t分别表示在时刻t水蓄冷空调i的蓄冷和放冷运行状态变量；和分别表示在单位时间内水蓄冷空调的最大制冷量、蓄冷量和放冷量；表示在时刻t水蓄冷空调i储存的冷量大小；S^c,max表示水蓄冷空调的蓄冷水箱容量；η_s和η_r分别表示蓄冷效率和放冷效率；Δt表示时段长度；

水蓄冷空调i在时刻t消耗的电功率P_i,t为：

式中：μ_p表示能耗比，用来描述水蓄冷空调的制冷机的制冷效果和消耗的电功率之间的关系；μ_s和μ_r分别表示蓄冷量和放冷量与消耗电能的转换系数；

需满足的燃气轮机运行约束和电力系统能量平衡约束如下：

式中：和分别表示燃气轮机g的最小和最大输出有功功率；和分别表示燃气轮机g的爬坡和滑坡功率；Δt表示时段长度；N_q表示虚拟电厂内间歇性可再生能源发电机组的数量；P_k,t表示可再生能源发电机组k在时刻t的有功出力；N_c表示虚拟电厂内水蓄冷空调系统的数量；表示虚拟电厂在时刻t的刚性负荷需求。