基于绿证-碳交易机制的风-火-蓄联合调峰控制策略_李军徽.pdf

第 44 卷第 7 期2023 年 7 月电力建设Electric Power ConstructionVol.44No.7Jul 2023http:/www cepc com cn基金项目:吉林省自然科学基金联合基金项目资助(YDZJ202101ZYTS152);国家电网有限公司科技项目(5108-202299257A-1-0-ZB)基于绿证 碳交易机制的风 火 蓄联合调峰控制策略李军徽1，罗铉众1，朱星旭1，李翠萍1，贾晨2，张哲深3，黄建文3，陈培毅3(1 现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学)，吉林省吉林市 132012;2 国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，沈阳市 110006;3 国网浙江省电力有限公司苍南县供电公司，浙江省苍南县 325800)摘要:碳达峰、碳中和对可再生能源提出了更迫切的发展要求。为缓解电网调峰压力的同时降低碳排放，提出了一种基于绿证 碳交易机制的风 火 蓄联合调峰控制策略。该策略为分层控制，上层模型为保证抽蓄电站的削峰填谷效果和收益，以净负荷峰谷差最小和抽蓄收益最大为目标;下层模型以系统总运行成本最低为目标，并引入了划分区间的阶梯式碳交易机制和量化罚款幅度的绿色证书交易机制，旨在保证系统经济性的同时满足低碳性。仿真结果表明，所提出的绿证 碳交易机制控制策略可减少火电机组出力 1.69%，降低系统总运行成本 4.09%，验证了策略在低碳经济发展方面的作用。关键词:风 火 蓄联合发电系统;碳交易机制;绿色证书交易机制;低碳减排Peak egulation Control Strategy of Wind-Thermal-StorageCombined Based on Green Certificate-Carbon Trading MechanismLI Junhui1，LUO Xuanzhong1，ZHU Xingxu1，LI Cuiping1，JIA Chen2，ZHANG Zheshen3，HUANG Jianwen3，CHEN Peiyi3(1 Key Laboratory of Modern Power System Simulation and Control and enewable Energy Technology of Ministry ofEducation(Northeast Electric Power University)，Jilin 132012，Jilin Province，China;2 Electric Power esearchInstitute of State Grid，Liaoning Electric Power Co，Ltd，Shenyang 110006，China;3 State Grid CangnanElectric Power Company，Cangnan 325800，Zhejiang Province，China)ABSTACT:Peak carbon dioxide emissions and carbon neutrality require urgent renewable energy development This paperproposes a peak regulation control strategy for wind-thermal-storage combined with the green certificate-carbon tradingmechanism to ease peak shaving pressure and reduce carbon emissionsThe strategy employs a hierarchical controlapproach First，the upper model aims to optimize the peak-valley difference of the net load and maximize the revenue frompumping and storage power stations，ensuring their peak-shaving，valley-filling effect，and revenue Second，the lowermodel aims at the lowest total operating cost of the system and incorporates a carbon trading mechanism with segmentedboundaries and a green certificate mechanism with quantified fines to ensure the economy of the system while meeting thelow carbon requirements Through simulation analysis，the proposed green certificate-carbon trading mechanism controlstrategy can reduce the output of thermal power units by 1.69%and the total operating cost of the system by 4.09%，verifying the role of the strategy in developing a low-carbon economyThis work is supported by the Joint Foundation of the Natural Science Foundation of Jilin Province(NoYDZJ202101ZYTS152)and the Science and Technology Project of the State Grid Corporation of China(No 5108-202299257A-1-0-ZB)KEYWODS:wind-thermal-storage combined power generation system;carbon trading mechanism;green certificatetrading mechanism;low carbon emission reduction中图分类号:TM73文献标志码:A文章编号:1000 7229(2023)07 0011 10DOI:10.12204/j issn.1000 7229.2023.07.002电 力 建 设第 44 卷http:/www cepc com cn0引言我国在“十四五”发展目标上要求能源资源配置合理化，加速推进低碳绿色发展，实现碳减排1。为推动“双碳”目标，可再生能源的进一步发展迫在眉睫2。风电作为清洁能源，近年来发展迅速，截至2022 年 6 月底，我国风电装机容量达 3.4 亿千瓦3，占新能源装机的 30.6%。储能技术能够平抑风电波动，促进能源转型和绿色发展4，其中抽水蓄能电站是一种被世界认可的有效储能手段5-7。近年来，针对风 火 蓄 联 合 运 行 调 峰 问题8-11，国内外学者已开展了大量相关研究。文献 12 为减小火电机组深度调峰程度，提出了抽蓄 火电联合发电系统调用策略，提高了系统调峰经济性。文献 13 提出了风火蓄联合系统调峰的多目标经济调度策略，提高了系统调峰能力和运行经济性。文献 14-15 以风火蓄联合系统总运行成本最低为目标，建立了基于可信性理论机会约束规划的经济模型，用以解决弃风消纳困难问题。文献 16提出一种风火蓄机组组合优化方法，考虑弃风惩罚并以系统运行成本最小为目标，改善了风电消纳水平和经济性。以上文献对于风火蓄联合运行的研究大多都是以系统运行成本最低和消纳新能源电量最多为目标，对于削峰填谷效果以及抽蓄调用收益方面的考虑较少，而且在风火蓄联合调峰中没有充分考虑低碳绿色发展问题。为了实现“双碳”目标，有效降低碳排放量，促进可再生能源绿色发展，现有文献对碳交易机制17 和绿色证书交易机制18 进行了研究。文献 19 在调峰问题中引入传统碳交易机制，提高了联合发电系统调峰经济性的同时降低了系统碳排放量，但没有对阶梯式碳交易机制进行考虑。文献 20-21 将阶梯型碳交易机制引入电力系统经济调度中，以系统综合运行成本最低为优化目标，进一步提高了联合系统运行的经济性和环保性。文献 22-24 为减少系统运行成本及促进可再生能源消纳，提出了基于绿色证书交易机制的电力系统优化模型。以上对于单一碳交易机制或者绿色证书交易机制的研究中，未能充分发挥系统低碳运行能力，缺少考虑两种交易机制的对比和联合效果。为解决以上问题，本文建立了基于绿证 碳交易机制的风 火 蓄联合调峰控制策略。上层调度通过抽水蓄能电站降低净负荷峰谷差，同时考虑抽蓄的调用收益用以提高经济性;下层调度以系统总运行成本最低为目标优化风电并网功率和各火电机组出力。最后，通过不同场景的仿真结果对比，分析了本策略对于兼顾系统调峰效果和低碳经济发展的作用。1风火蓄联合系统分层调度框架1.1联合运行系统结构本文所述含风火蓄联合发电的电力系统运行结构如图 1 所示。火电厂和风电场作为主要供电能源安装在电网入口侧，保障供电负荷需求。抽水蓄能电站充当能量型储能设备，其具有机组启动快速、运行灵活、工况转换迅速等优点，风电并网后以大容量的功率电源形式调控电力系统的稳定运行。当风电大发时，抽蓄电站处于抽水工况可将部分富裕风电进行储存，而负荷高峰时通过发电工况进行供电，在促进风电消纳的同时完成能量转移，保证了系统的经济稳定运行。图 1联合系统结构Fig.1Combined system structure1.2分层调度整体框架本文所提的风 火 蓄联合系统调峰策略优化模型为双层模型，由于首要目的在于调峰，而且设定的抽水蓄能电站只利用风电进行抽水工况，无需额外消耗火电出力，同时模型所涉及的目标和约束较多，所以通过联合系统的分层控制，可使得系统达到最优削峰效果的同时保证低碳绿色经济性，并提升了求解效率，该模型的分层控制结构如图 2 所示。首先，由于风电出力具有随机性，实际应用不可能对每一个风电出力场景都进行分析，故采用改进的 k-means 聚类算法缩减风电场景。其次，在模型分层控制中，上层模型以抽蓄电站改善净负荷峰谷差最优化和其收益最大化为目标，优化抽蓄机组功率。最后，下层模型以系统总运行成本最低为目标，优化火电机组出力和风电并网功率。2风火蓄联合系统控制策略模型2.1绿证 碳交易机制模型2.1.1碳交易机制碳交易机制主要有两种形式:一是传统碳交易，21第 7 期李军徽，等:基于绿证 碳交易机制的风 火 蓄联合调峰控制策略http:/www cepc com cn图 2模型分层控制框架Fig.2Hierarchical control framework of model二是阶梯式碳交易。我国碳交易机制配额以免费分配原则为主，即市场对发电企业提供一定的免费初始碳排放配额。传统碳交易是指当发电企业的碳排放量低于初始配额时，可以将盈余的配额进行售卖而获得碳交易收益，当发电企业的碳排放量超出初始配额时，需要购买碳排放权而产生碳交易成本。阶梯式碳交易则将碳排放量分为多个区间，碳排放量越多的区间，单位碳交易价格越高，系统所需花费成本越多。本文所提阶梯式碳交易机制分为三步:首先确定初始分配的免费碳排放配额;然后计算实际火电机组的碳排放量;最后基于免费初始碳排放配额和实际机组碳排放量，建立阶梯式碳交易成本模型。本文采用基准线法，对该地区所有的火电厂执行相同的排放标准，即基于火电机组发电量按比例分配免费的初始碳排放配额，火电机组分配的碳排放配额为:ED=Tt=1NGi=1PGi，t(1)式中:PGi，t为第 i 台火电机组在