CN104573875B - 一种低碳化的电源电网优化规划的方法 - Google Patents

一种低碳化的电源电网优化规划的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN104573875B
CN104573875B CN201510041210.XA CN201510041210A CN104573875B CN 104573875 B CN104573875 B CN 104573875B CN 201510041210 A CN201510041210 A CN 201510041210A CN 104573875 B CN104573875 B CN 104573875B
Authority
CN
China
Prior art keywords
mrow
msub
munder
msubsup
mtd
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201510041210.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN104573875A (zh
Inventor
康重庆
周天睿
孙彦龙
韩丰
李晖
肖晋宇
罗金山
路畅
江峰青
郭明星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tsinghua University
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
State Grid Economic and Technological Research Institute
Original Assignee
Tsinghua University
State Grid Corp of China SGCC
State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd
State Grid Economic and Technological Research Institute
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tsinghua University, State Grid Corp of China SGCC, State Grid Shanghai Electric Power Co Ltd, State Grid Economic and Technological Research Institute filed Critical Tsinghua University
Priority to CN201510041210.XA priority Critical patent/CN104573875B/zh
Publication of CN104573875A publication Critical patent/CN104573875A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN104573875B publication Critical patent/CN104573875B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q10/00—Administration; Management
    • G06Q10/04—Forecasting or optimisation specially adapted for administrative or management purposes, e.g. linear programming or "cutting stock problem"
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q50/00—Information and communication technology [ICT] specially adapted for implementation of business processes of specific business sectors, e.g. utilities or tourism
    • G06Q50/06—Energy or water supply
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E40/00—Technologies for an efficient electrical power generation, transmission or distribution
    • Y02E40/70—Smart grids as climate change mitigation technology in the energy generation sector
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/80—Management or planning
    • Y02P90/84—Greenhouse gas [GHG] management systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P90/00—Enabling technologies with a potential contribution to greenhouse gas [GHG] emissions mitigation
    • Y02P90/80—Management or planning
    • Y02P90/84—Greenhouse gas [GHG] management systems
    • Y02P90/845—Inventory and reporting systems for greenhouse gases [GHG]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y04—INFORMATION OR COMMUNICATION TECHNOLOGIES HAVING AN IMPACT ON OTHER TECHNOLOGY AREAS
    • Y04S—SYSTEMS INTEGRATING TECHNOLOGIES RELATED TO POWER NETWORK OPERATION, COMMUNICATION OR INFORMATION TECHNOLOGIES FOR IMPROVING THE ELECTRICAL POWER GENERATION, TRANSMISSION, DISTRIBUTION, MANAGEMENT OR USAGE, i.e. SMART GRIDS
    • Y04S10/00—Systems supporting electrical power generation, transmission or distribution
    • Y04S10/50—Systems or methods supporting the power network operation or management, involving a certain degree of interaction with the load-side end user applications

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Economics (AREA)
  • Human Resources & Organizations (AREA)
  • Strategic Management (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Marketing (AREA)
  • General Business, Economics & Management (AREA)
  • Tourism & Hospitality (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Primary Health Care (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Development Economics (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Entrepreneurship & Innovation (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Abstract

本发明涉及一种低碳化的电源电网优化规划方法，该方法包括：将每个区域中的各类电源容量均分为本地容量和外送容量两类，在等值网络中建立区域间点对点的直送线路，以明确区域间电量的流动以及碳排放的转移，便于用电碳排放的计量；建立低碳化电源电网优化模型的决策变量，以此构建由目标函数及约束条件组成的低碳化电源电网优化模型，将优化模型中的约束条件转换为可用矩阵计算形式；通过制求解程序，对所述低碳化电源电网优化模型进行求解，求得电力***中各类电源及输电线路的低碳化的电源电网优化规划，使得电力***在低碳发展模式下具有最优的经济效益。本发明为提高电力***规划的低碳化水平提供技术支持。

Description

一种低碳化的电源电网优化规划的方法
技术领域
本发明属于电力***优化分析技术领域，特别涉及电源电网优化规划方法。
背景技术
随着能源问题与气候变化问题日益凸出，实现低碳发展、减少化石能源的过度消耗逐渐成为人类社会的共同目标。低碳发展的核心是技术创新、制度创新和发展观的改变，这将涉及生产模式、生活方式、价值观念的重新调整，与国家权益密切相关。
电力行业作为我国基础性的能源部门，同时也是二氧化碳排放量最大的行业。至2011年，我国全社会碳排放量突破80亿吨，人均CO2排放也已经超过了全球的平均水平，同时电力行业碳排放量突破40亿吨，占全国碳排放量的比例从2006年的37％上升至50％。电力行业无论在排放总量上还是在排放发展趋势下，均面临着国际上巨大的政治与舆论压力。电力***具有“碳锁定”效应，即由于发电、输电等设备较长的服役年限，使得电力***的碳排放状况在很长一段时间之内将被“锁定”。因此，做好低碳化规划工作，对于实现电力***的低碳发展具有极其重要的意义。
电力***规划包括电源规划与电网规划两个层面，是电力***发展的一项重要的前期工作，电力***规划的根本目的是根据对某一区域在某一时期内负荷预测的结果，寻求一个最经济的电力发展方案，使之够满足运行可靠性的要求。现有的电力***规划方法未能充分计及电力***的碳排放及其相应的经济成本，不能完全满足低碳经济形势下电力***的发展需求。
针对我国低碳发展目标，碳排放计量方法的不同也将对电力行业的规划带来影响。不同碳排放计算口径对区域电力碳排放的统计差异接近50％，这对低碳发展目标完成情况的核算将产生巨大的影响。由于电能属于清洁的二次能源，在使用过程中并不产生碳排放，传统基于宏观统计法的碳排放计算在核算诸如单位GDP碳排放强度下降的低碳目标时将对电能输出地区不公平，同时难以调动能源输入省份节能减排工作的积极性。由此，迫切需要实现碳排放计量从发电环节向用电环节的转变，而这种转变也将为面向低碳目标的电源电网规划带来新的挑战。基于消费侧的碳排放计量的核心思想是将发电环节的碳排放分摊至用电环节，从用户侧实现电力消费对应碳排放的计量。已有的考虑基于消费侧的碳排放计量角度和用电碳排放约束的跨区域电力传输模型均以平均发电(或用电)碳排放强度作为外送电力流的碳排放密度。此种分析方法忽略了能源基地外送电能的实际情况，难以考虑多区域互联网络中不同区域间的双边电量合约。
当电源结构和区域间联络线均未完全确定时，基于用电环节的碳排放计量口径将为电力***规划问题带来新的变化。在多个区域间均存在电量交换，存在各自用电碳排放约束时，让整个***以总成本最低的方式进行电源电网的扩展，将是低碳电源电网优化规划所要解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对低碳经济下的电力***发展需求，提出一种低碳化的电源电网优化规划方法。
本发明提出的一种低碳化的电源电网优化规划方法，其特征在于：
该方法包括以下步骤：
1)构建由目标函数及约束条件组成的低碳化电源电网优化模型，具体包括：
1-1)将每个区域中的各类电源容量均分为两大类，一类是本地容量，用于平衡本地负荷的容量；另一类为外送容量，用于供应其它区域负荷的容量；
在等值网络中建立区域间点对点的直送线路，以明确区域间电量的流动以及碳排放的转移，便于用电碳排放的计量；
1-2)建立低碳化电源电网优化模型的决策变量
该模型以年作为决策时间单位，模型中的决策变量主要包括以下三类：第一类为表示第y年区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的扩展容量，脚标中a与b均表示区域；当a与b表示同一区域，如为本地容量时，表明该类机组新增容量用于平衡区域a本地负荷；当a与b表示不同区域时，表明该类机组新增容量用于平衡区域b的负荷，为外送容量；第二类为表示第y年区域a向区域b间送电通道的新增容量。第三类为为第y年，典型日d中时段t下，区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的出力；
1-3)建立低碳化电源电网优化模型目标函数：
式(1)中，与分别表示***在第y年的总投资建设成本、固定运行成本、可变运行成本和区域间联络线建设成本，表示碳交易成本；Y表示所有待规划年份，r代表通货膨胀率；
1-3-1)总建设投资成本如式(2)所示：
模型对采用等年值分解的形式，将各类电厂的投资成本按折现率平摊到电厂的服役年限中，并忽略电源在规划期后的残值。此外，模型默认固定区域中各类电厂的单位容量投资成本为定值，故式中不再有脚标b；其中A表示模型中各子区域的集合，U表示 待规划电源种类的集合；
1-3-2)固定运行成本
式中，Pu,y,a和表示第y年区域a中第u类电源的可用容量和单位容量固定运行成本。可用容量Pu,y,a由下式表示：
式中，Pu,y,a,b表示第y年区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的扩展容量，有：
式(5)中，Pu,0,a,b表示规划期初区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的已有容量， 表示该类电源在第i个规划年中的退役容量；
1-3-3)区域间联络线建设成本由式(6)表示：
式中，和表示第y年从区域a至区域b送电通道的新建容量和单位容量建设成本，B表示可选的送电通道的集合；
1-3-4)可变运行成本
可变运行成本为***发电成本，可由式(7)表示：
式中，表示第y年区域a中第u类电源的单位发电成本，D为电力***所有典型运行方式下的日集合，TD为电力***在典型日D中的时段集合，ΔT为时段持续时长；
1-3-5)碳排放交易成本
具体表示为：
其中Ey,a表示区域a中第y年的用电碳排放量，表示区域a中第y年的用电碳排放配额，πy.a表示区域a中第y年单位碳排放配额的价格；Ey,a可由下式表示：
式中，eu,b表示送端区域b中第u类机组的碳势；
1-4)建立低碳化电源电网优化规划模型的约束条件，具体包括：
1-4-1)电源年发电量约束
该约束为对各类电源，其年发电量约束等效于其年发电利用小时数不得超过其年最高 可利用小时数Tu,y,a max，也不可低于一定的年最低利用小时Tu,y,a min，因此有：
式中，Nt和Nd分别代表典型时段t在典型日d中的数量和典型日d在第y年中的数量；
1-4-2)分区电力供需约束
该约束为电力***每年各类电源的总容量应与该年***负荷需求保持平衡，同时，各区域中用于平衡本地负荷的电源容量与其他区域对该区域的送入容量之和应不小于该区域的最大负荷，后者是前者的充分条件，即：
式中，Pu,y,b,a表示规划初期区域b中为区域a负荷供电的第u类电源的已有容量，Py,a max为第y年区域a的最大预测负荷；
1-4-3)区域电源最大可开发容量约束
该约束为各区域的火电发电所消耗的一次能源消耗量之和不得超过一次能源最大可供给量，对区域a，有：
式中，fu,y,a表示区域a中火电厂单位发电量的能耗，Un则表示所有以一次能源n作为能量输入的电厂集合，Fy,n,a表示该类一次能源n在区域a中的最大供应量；
对于风电、水电的约束，应限制其逐年的最大可开发容量，该限制取决于资源的年可开发容量，或者电源设备制造业的最大产量，即有：
式中，Pu,y,a max表示区域a中第u类电源截至第y年的最大可开发容量，Pu,0,a则表示在规划初始该类电源的在役装机容量；
1-4-4)区域间电量合约约束
该约束可表现为区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的电量不少于合约电量；即：
式中，为从区域a到区域b的第u类电源的合约电量；
1-4-5)区域间联络线容量约束
该约束为联络线通道容量必须保证区域间电力交换的需求，即：
式中P(a,b),y为等值网络中第y年区域a至区域b点对点送电通道的可用容量，具体为：
式中P(a,b),0为规划初期等值网络中区域a至区域b点对点送电通道的已有容量；
此外，联络线容量的扩展还需考虑两区域间联络线容量存在上限，即：
P(a,b),y≤Pab max a,b∈A (29)
对于实际网络中点对点传输的联络线，可直接应用上述区域间联络线容量约束；对于虚拟等效网络中的联络线，式(17)约束则相当于断面约束，(a,b)表示区域a与区域b之间的虚拟联络线集合；
1-4-6)区域间联络线电量约束
对各联络线的年电量约束等效于其年利用小时数不得超过其年最高可利用小时数T(a,b),y max，即：
1-4-7)典型日运行调峰与备用约束
该约束在典型日给定的负荷曲线下，各区域中的已开机组需满足本区域的最大负荷以及调峰和备用需求。在不考虑日内机组启停的前提下，典型日运行约束具体表示为：
式中，Ud表示在典型日d中开机机组的集合，D为典型日集合，αa,u表示区域a中类型为u的机组最低出力占额定容量的占比；Pb,y,d max和Pb,y,d min表示第y年区域b中典型日d的最大和最小负荷，和R表示正备用率和负备用率；
1-4-8)典型日机组出力约束
该约束在给定典型日下，电力***各类机组的出力不能超过该类型机组的可用容量：
同时，***各类机组的出力不可低于该类型机组的最低出力：
式中，表示第y年，a区域的第u类机组在典型日d中的可用容量占Pu,y,a,b的比值。 表示a区域的第u类机组在典型日d中的单位容量最低出力比例；
1-4-9)电源电网投资建设约束
该约束为各地区每年投产的电源和地区间联络线容量的限制，应满足如式(22)所示：
1-4-10)碳排放交易约束
该约束以用电而不是发电作为碳排放计量标准；电力行业在本区域内可购买的配额存在上限，总用电碳排放存在上限，即：
式中Emax y,a表示区域a中考虑碳交易后第y年的用电碳排放最大允许值，可由各个区域政府独立制定，当***所在区域的政府部门有明确的面向电力行业的碳排放控制目标时，Emaxy,a直接给定；
1-4-11)新建电源非负性约束
即所有区域各类电源投产总量需满足非负性约束，如式(24)所示：
1-4-12)电量与联络线决策变量非负性约束，如式(25)所示：
1-4-13)联络线合理性约束，表述如式(26)所示：
式中，表示不存在能源交换的区域对的集合；
2)对低碳化电源电网优化模型的求解
所述低碳化电源电网优化模型为线性模型表示为：
min cT·x
s.t.A·x≤b
(29)
Aeq·x＝beq
x≥0
其中A和b表征优化问题中的不等式约束，Aeq和beq表征优化问题中的等式约束，x为决策变量，cT为***成本项系数；
2-1)将步骤1)所述目标函数中每一类成本均表示为的形式，按公式(2)～(9)构造ck。令：
式中K表示目标函数中成本的个数，由此构造公式(27)中的c；
根据步骤1-4)中各类约束条件，将每一类等式约束和不等式约束均表示为Ai·x≤bi或Aeqj·x＝beqj的形式；按步骤1-4)构造Ai、bi和Aeqi、beqi：令：
式(29)中，I和J分别表示不等式约束和等式约束的个数，由此将优化模型中的约束条件转换为可用矩阵计算形式；
通过MATLAB编制求解程序，调用CPLEX12.5对所述低碳化电源电网优化模型进行求解，求得电力***中各类电源及输电线路的低碳化的电源电网优化规划，使得电力***在低碳发展模式下具有最优的经济效益。
本发明的特点：
本发明精确考虑碳排放约束从发电环节转移到用电环节，即引入用电碳排放约束时的低碳化电源电网规划。模型将在传统电力规划的投资问题中尝试应用基于消费侧的碳排放计量角度对用电环节的碳排放约束、跨行业碳排放交易、区域间电量合约等要素进行描述，并综合考虑不同地区间碳价差异、***运行的调峰备用约束，形成完整的规划方法。在多个区域间均存在电量交换，存在各自用电碳排放约束时，考虑到区域间碳排放转移的来源多为区域间互相支援的火电容量，本方法通过外送机组和直送线路来描述区域间碳排放责任的分摊。进而通过建立本地容量和外送容量的概念，对多区域互联的电力网络建模进行电源电网优化规划，让整个***以总成本最低的方式进行电源电网的扩展。
本发明的有益效果：
本发明方法精确考虑碳排放约束从发电环节转移到用电环节，即引入用电碳排放约束时的低碳化电源电网规划模型，将在传统电力规划的投资问题中尝试应用基于消费侧的碳排放计量角度对用电环节的碳排放约束、跨行业碳排放交易、区域间电量合约等要素进行描述，并综合考虑不同地区间碳价差异、***运行的调峰备用约束，形成完整的规划。在多个区域间均存在电量交换，存在各自用电碳排放约束时，让整个电力***以总成本最低的方式进行电源电网的扩展。
本发明方法可为电力***的优化规划提供实践指导，在引入用电侧碳排放的基础上，以总成本最低为目标优化规划电源电网的发展，为***的低碳化运行奠定良好的基础。
具体实施方式
本发明提出的一种低碳化的电源电网优化规划的方法结合实施例进一步说明如下：
本发明的低碳化的电源电网优化规划的方法及具体实现方式，包括以下步骤：
1)构建由目标函数及约束条件组成的低碳化电源电网优化模型
具体包括：
1-1)将每个区域中的各类电源容量均分为两大类，一类是本地容量，用于平衡本地负荷的容量；另一类为外送容量，用于供应其它区域负荷的容量；
在等值网络中建立区域间点对点的直送线路，以明确区域间电量的流动以及碳排放的转移，便于用电碳排放的计量；
1-2)建立低碳化电源电网优化模型的决策变量
该模型以年作为决策时间单位，模型中的决策变量主要包括以下三类：第一类为表示第y年区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的扩展容量，脚标中a与b均表示区域，N代表电源扩展容量；当a与b表示同一区域，如为本地容量时，表明该类机组新增容量用于平衡区域a本地负荷；当a与b表示不同区域时，表明该类机组新增容量用于平衡区域b的负荷，为外送容量。第二类为表示第y年区域a向区域b间送电通道的新增容量，I代表送电通道新增容量。第三类为为第y年，典型日d中时段t下，区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的出力。
1-3)建立低碳化电源电网优化模型目标函数：
式(1)中，与分别表示***在第y年的总投资建设成本、固定运行成本、可变运行成本和区域间联络线建设成本，目标函数中第五项表示碳交易成本；其中与由投资问题描述，由运行子问题描述；Y表示所有待规划年份，r代表通货膨胀率；目标函数中各成本项的具体表达式可由公式(2)、(3)、(6)、(7)和(8)计算得到；
1-3-1)总建设投资成本
模型对采用等年值分解的形式，将各类电厂的投资成本按折现率平摊到电厂的服役年限中，并忽略电源在规划期后的残值。此外，模型默认固定区域中各类电厂的单位容量投资成本为定值，故式中再有脚标b；其中A表示模型中各子区域的集合，U表示待规划电源种类的集合；
1-3-2)固定运行成本
式中，Pu,y,a和表示第y年区域a中第u类电源的可用容量和单位容量固定运行成本。可用容量Pu,y,a可由下式表示：
式中，Pu,y,a,b表示第y年区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的扩展容量，有：
式中，Pu,0,a,b表示规划期初区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的已有容量，表示该类电源在第i个规划年中的退役容量；
1-3-3)区域间联络线建设成本
区域间联络线建设成本可由下式表示：
式中，和表示第y年从区域a至区域b送电通道的新建容量和单位容量建设成本，B表示可选的送电通道的集合，此处的送电通道指改进的等值网络中的直送通道；
1-3-4)可变运行成本
总可变运行成本为***发电成本，可由式(7)表示：
式中，表示第y年区域a中第u类电源的单位发电成本，D为***所有典型运行方式下的日集合，TD为***在典型日D中的时段集合，ΔT为时段持续时长；
1-3-5)碳排放交易成本
引入碳排放交易成本项的含义是：当***各自子域的用电总排放量高于总允许的排放配额时，***需要购买额外的排放配额从而造成成本；而当***总排放量低于排放配额时，可出售剩余配额获得利润。具体可表示为：
其中Ey,a表示区域a中第y年的用电碳排放量，表示区域a中第y年的用电碳排放配额，πy.a表示区域a中第y年单位碳排放配额的价格。本模型认为碳排放配额为外部给定值。Ey，a可由下式表示：
式中，eu,b表示送端区域b中第u类机组的碳势；
1-4)建立低碳化电源电网优化规划模型的约束条件
1-4-1)电源年发电量约束
对各类电源，其年发电量约束等效于其年发电利用小时数不得超过其年最高可利用小时数Tu,y,a max(最高利用小时数主要来源于一次能源约束、机组检修等)，也不可低于一定的年最低利用小时Tu,y,a min(最低利用小时数来源于政策规定、水电强迫出力或维持电厂运营需要)，因此有：
式中，Nt和Nd分别代表典型时段t在典型日d中的数量和典型日d在第y年中的数量；
1-4-2)分区电力供需约束
***每年各类电源的总容量应与该年***负荷需求保持平衡，同时，各区域中用于平衡本地负荷的电源容量与其他区域对该区域的送入容量之和应不小于该区域的最大负荷，后者是前者的充分条件，即：
式中，Pu,y,b,a表示规划初期区域b中为区域a负荷供电的第u类电源的已有容量，Py,a max为第y年区域a的最大预测负荷；
1-4-3)区域电源最大可开发容量约束
对于火电机组，电源发电需要消耗一次能源，主要为煤炭、天然气、石油等；显然，各区域的火电发电所消耗的一次能源消耗量之和不得超过一次能源最大可供给量，体现为***火电年最大电量约束，对区域a，有：
式中，fu,y,a表示区域a中火电厂单位发电量的能耗，Un则表示所有以一次能源n作为能量输入的电厂集合，Fy,n,a表示该类一次能源n在区域a中的最大供应量(本模型中不直接考虑一次能源运输约束和成本)；
对于风电、水电不需要耗费燃料的电源，不需遵守上式的约束，而应限制其逐年的最大可开发容量，该限制取决于资源的年可开发容量，或者电源设备制造业的最大产量，即有：
式中，Pu,y,a max表示区域a中第u类电源截至第y年的最大可开发容量，Pu,0,a则表示在规划初始该类电源的在役装机容量；
1-4-4)区域间电量合约约束
不同的区域间可自由签订双边电量合约，作为区域间电量交换乃至碳排放分摊的依据。以区域a和区域b存在的合约为例，该约束可表现为区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的电量不少于合约电量；即：
式中，为从区域a到区域b的第u类电源的合约电量；
1-4-5)区域间联络线容量约束
联络线通道容量必须保证区域间电力交换的需求，即：
式中P(a,b),y为等值网络中第y年区域a至区域b点对点送电通道的可用容量，具体为：
式中P(a,b),0为规划初期等值网络中区域a至区域b点对点送电通道的已有容量；
此外，联络线容量的扩展还需考虑地理和施工条件等因素的限制，两区域间联络线容量存在上限，即：
P(a,b),y≤Pab max a,b∈A (46)
对于实际网络中点对点传输的联络线，可直接应用上述区域间联络线容量约束；对于虚拟等效网络中的联络线，式(17)约束则相当于断面约束，(a,b)表示区域a与区域b之间的虚拟联络线集合；
1-4-6)区域间联络线电量约束
对各联络线，其年电量约束等效于其年利用小时数不得超过其年最高可利用小时数T(a,b),y max，即：
1-4-7)典型日运行调峰与备用约束
本约束面向生产模拟，在典型日给定的负荷曲线下，各区域中的已开机组需满足本区域的最大负荷以及调峰和备用需求。在不考虑日内机组启停的前提下，典型日运行约束具体表示为：
式中，Ud表示在典型日d中开机机组的集合，D为典型日集合，αa,u表示区域a中类型为u的机组最低出力占额定容量的占比；Pb,y,d max和Pb,y,d min表示第y年区域b中典型日d的最大和最小负荷，和R表示正备用率和负备用率；
(对于各区域的新能源机组(以风电为主)，需考虑其反调峰特性，在分析***正备用约束时，将新能源机组开机容量(对应风电机组的Pu,y,a,b)视为零，而在分析***负备用约束时，将风电对应的出力Pu,y,a,b取为一定置信水平下最大出力。如此处理可以确保***调峰与备用约束满足实际运行的要求；)
1-4-8)典型日机组出力约束
本约束面向生产模拟，在给定典型日下，***各类机组的出力不能超过该类型机组的可用容量：
同时，***各类机组的出力不可低于该类型机组的最低出力：
式中，表示第y年，a区域的第u类机组在典型日d中的可用容量占Pu,y,a,b的比值。 表示a区域的第u类机组在典型日d中的单位容量最低出力比例；
1-4-9)电源电网投资建设约束
考虑到电源电网的建设施工能力以及各区域电源与电网的扩展方案的平稳性，表现为各地区每年投产的电源和地区间联络线容量应满足一定限制，如式(22)所示：
1-4-10)碳排放交易约束
考虑到***中不同区域的产业结构、经济发展规划以及对国家宏观低碳发展目标的响应，各区域对自身的碳排放量将设定约束。在跨区域碳排放交易机制形成之前，各区域电网可寻求区域内与其他行业间的碳排放交易合作；为了促使各区域对自身用能方式和产业结构的优化，合理认识自身用电碳排放，本约束中将引入基于消费侧的碳排放计量的思想，以用电而不是发电作为碳排放计量标准；考虑到各区域内碳排放配额与交易的限制，电力行业在本区域内可购买的配额存在上限，体现为总用电碳排放约束存在上限，即：
式中Emax y,a表示区域a中考虑碳交易后第y年的用电碳排放最大允许值，可由各个区域政府独立制定，作为外部已知条件。当***所在区域的政府部门(或国家)有明确的面向电力行业的碳排放控制目标时，Emaxy,a可直接给定；
1-4-11)新建电源非负性约束
在电源规划问题中，通常存在新建电源容量的非负性约束，在本文提出的多区域电源规划问题中，允许决策变量出现负值，但所有区域各类电源投产总量需满足非负性约束，即：
1-4-12)电量与联络线决策变量非负性约束
除新建电源约束外，其余决策变量满足非负性约束，如式(25)所示：
1-4-13)联络线合理性约束
根据能源规划战略或***实际情况，在多区域***中并非任意两各区域间均可进行电能输送，对于不存在能源交换的区域对，其联络线容量需被设定为零，以便得到合理的优化结果。结合决策变量非负性约束，联络线合理性约束可表述如式(26)所示：
式中，表示不存在能源交换的区域对的集合；
所述低碳化电源电网优化模型为线性模型；
2)对低碳化电源电网优化模型的求解
线性模型的一般形式表示为：
min cT·x
s.t.A·x≤b
(56)
Aeq·x＝beq
x≥0
其中A和b表征优化问题中的不等式约束，Aeq和beq表征优化问题中的等式约束，x为决策变量，cT为***成本项系数；
2-1)将步骤1)所述目标函数中每一类成本均表示为的形式，按公式(2)～(9)构造ck。令：
式中K表示目标函数中成本的个数，由此构造公式(27)中的c；
根据步骤1-4)中各类约束条件，将每一类等式约束和不等式约束均表示为Ai·x≤bi或Aeqj·x＝beqj的形式；按步骤1-4)构造Ai、bi和Aeqi、beqi：令：
式(29)中，I和J分别表示不等式约束和等式约束的个数，由此可将优化模型中的约束条件转换为可用矩阵计算形式；
通过MATLAB编制求解程序，调用CPLEX12.5对上述优化模型进行求解，可以求得电力***中各类电源及输电线路的低碳化的电源电网优化规划，使得电力***在低碳发展模式下具有最优的经济效益。
运用上述方法对我国南方五省未来电源电网扩展前景的规划实施例说明如下：
本实施例的规划期为2015年至2020年，以展示本方法的应用效果。将南方电网按各省份视为一个五节点***，对每个节点不再区分其内部不同区域，只区分其内部不同类型的机组。主要考虑水电、火电、核电和新能源四种电源类型。根据《南方电网“十二五”发展规划成果汇编》和南方电网区域下各省的“十二五”及中长期电力发展规划研究，所需的基础数据如下：
(1)电力需求
2015年各省内最大负荷与预测“十三五”增长率如下表所示：
表1南方电网2015年及“十三五”负荷预测
(2)电源参数
2015年各省不同类型电源的装机容量参考下表：
表2南方电网2015年各区域装机容量及构成(万kW)
对于不同省份中各类机组利用小时数、最大可开发容量等参数，不同地区均有差异，根据南方电网整体及各省的“十二五”及中长期电力工业发展规划文件得到。机组建设成本、运行成本等采用典型参数。
(3)等值网络参数
建立南方五省区简化等效网络获得到模型可供规划决策的电源与联络线。
2015年各区域间联络线情况如表3、表4所示：
表3南方电网2015年各省区联络线容量(万kW)
表4南方电网2015年各省区联络线长度(km)
为简化分析，本实施例中规划的所有跨省联络线路均为500kV交流或直流输电线路，距离估算结果参考表4。
表5南方电网各省区联络线单位容量成本(元/kW)
(4)生产模拟数据
设定一年时间为8760小时，本实施例采取两个典型日，分别为当年的最大负荷日与最小负荷日，每种典型日持续4380小时。每个典型日包含两个时段，分别为该日的高峰时段和低谷时段，每个时段持续12小时。对2015年至2020年六个规划年，12个典型日共24个典型时段的联合仿真。
(5)电量合约数据
根据南方电网实际情况，设定云南省输出电量为水电，贵州省输出的总电量中送往广东省的电量为火电。设规划期各年贵州和云南需满足的总外送电量合约如下所示：
表6云贵两省外送合约需求(亿kWh)
其余外送通道无电量合约约束。
(6)碳排放数据
碳排放配额基于我国2020年相比2005年单位GDP碳排放强度下降40％～45％制定。可限定2015年相比2005年单位GDP碳排放强度下降30％。2016年至2020分别下降32％至42％。另一方面，为确定碳消费约束，还需明确电力行业碳排放与全社会碳排放间的关系。本算例中保守假定2015至2020年间电力行业碳排放占全社会碳排放总量的比例保持在50％。由此，可估算得出各省2015年至2020年与GDP相挂钩的用电碳排放配额，如表7所示，单位为万吨。同时设定各省碳交易总量不得超过全省碳排放配额总量的10％。
表7各省区各年份用电碳排放配额(万tCO2)
考虑到各省份碳市场差异，假定价格不随时间改变，设定各省碳配额价格如下：
表8各省区各年份用电碳排放配额价格
将上述模型用MATLAB进行编程，调用CPLEX12.5进行求解，得结果如下：
(1)电源规划
经过整理后的各省份逐年电源规划如下所示：
表9各省区各年份新增水电装机容量(万kW)
表10各省区各年份新增火电装机容量(万kW)
表11各省区各年份新增核电装机容量(万kW)
表12各省区各年份新增燃气发电装机容量(万kW)
表13各省区各年份新增新能源发电装机容量(万kW)
整体上，在低碳约束下南方电网寻求大水电与大核电的优先发展以获取低碳效益，在水电资源不足或调节能力不足的省份内，燃气机组成为优选。而以风电为主的新能源在规模不大的前提下也是面向低碳的规划优选对象。
(2)电网扩展方案
经过整理后省际间各联络线扩展方案如下所示：
表14各省区各年份新增联络线容量(万kW)
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种低碳化的电源电网优化规划的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)构建由目标函数及约束条件组成的低碳化电源电网优化模型，具体包括：
1-1)将每个区域中的各类电源容量均分为两大类，一类是本地容量，用于平衡本地负荷的容量；另一类为外送容量，用于供应其它区域负荷的容量；
在等值网络中建立区域间点对点的直送线路，以明确区域间电量的流动以及碳排放的转移，便于用电碳排放的计量；
1-2)建立低碳化电源电网优化模型的决策变量
该模型以年作为决策时间单位，模型中的决策变量主要包括以下三类：第一类为表示第y年区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的扩展容量，脚标中a与b均表示区域；当a与b表示同一区域，如为本地容量时，表明该类电源新增容量用于平衡区域a本地负荷；当a与b表示不同区域时，表明该类电源新增容量用于平衡区域b的负荷，为外送容量；第二类为表示第y年区域a向区域b间送电通道的新增容量；第三类为为第y年，典型日d中时段t下，区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的出力；
1-3)建立低碳化电源电网优化模型目标函数：
<mrow> <mi>min</mi> <mi> </mi> <mi>C</mi> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>y</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>Y</mi> </mrow> </munder> <msup> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mi>r</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mrow> <mo>-</mo> <mi>y</mi> </mrow> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mo>&amp;lsqb;</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>y</mi> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>y</mi> <mi>O</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>y</mi> <mi>G</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>y</mi> <mi>T</mi> </msubsup> <mo>+</mo> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>y</mi> <mi>E</mi> </msubsup> <mo>&amp;rsqb;</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(1)中，与分别表示***在第y年的总投资建设成本、固定运行成本、可变运行成本和区域间联络线建设成本，表示碳交易成本；Y表示所有待规划年份，r代表通货膨胀率；
1-3-1)总建设投资成本如式(2)所示：
<mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>y</mi> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>b</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>U</mi> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mi>N</mi> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
模型对采用等年值分解的形式，将各类电厂的投资成本按折现率平摊到电厂的服役年限中，并忽略电源在规划期后的残值；此外，模型默认固定区域中各类电厂的单位容量投资成本为定值，故式中不再有脚标b；其中A表示模型中各子区域的集合，U表示待规划电源种类的集合；
1-3-2)固定运行成本
<mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>y</mi> <mi>O</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>U</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> <mi>O</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，Pu,y,a和表示第y年区域a中第u类电源的可用容量和单位容量固定运行成本；可用容量Pu,y,a由下式表示：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>b</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，Pu,y,a,b表示第y年区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的扩展容量，有：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>y</mi> </munderover> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>y</mi> </munderover> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mi>D</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(5)中，Pu,0,a,b表示规划期初区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的已有容量，表示该类电源在第i个规划年中的退役容量；
1-3-3)区域间联络线建设成本由式(6)表示：
<mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>y</mi> <mi>T</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>B</mi> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> <mo>,</mo> <mi>y</mi> </mrow> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>6</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，和表示第y年从区域a至区域b送电通道的新建容量和单位容量建设成本，B表示可选的送电通道的集合；
1-3-4)可变运行成本
可变运行成本为***发电成本，可由式(7)表示：
<mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>y</mi> <mi>G</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>d</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>D</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>D</mi> </msub> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>b</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>U</mi> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>c</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> <mi>G</mi> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>7</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，表示第y年区域a中第u类电源的单位发电成本，D为电力***所有典型运行方式下的日集合，TD为电力***在典型日D中的时段集合，ΔT为时段持续时长；
1-3-5)碳排放交易成本
具体表示为：
<mrow> <msubsup> <mi>C</mi> <mi>y</mi> <mi>E</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>&amp;pi;</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msubsup> <mi>E</mi> <mi>a</mi> <mrow> <mi>c</mi> <mi>a</mi> <mi>p</mi> </mrow> </msubsup> <mo>)</mo> </mrow> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>8</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中Ey,a表示区域a中第y年的用电碳排放量，表示区域a中第y年的用电碳排放配额，πy.a表示区域a中第y年单位碳排放配额的价格；Ey,a可由下式表示：
<mrow> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>d</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>D</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>D</mi> </msub> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>b</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>U</mi> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>9</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，eu,b表示送端区域b中第u类机组的碳势；
1-4)建立低碳化电源电网优化规划模型的约束条件，具体包括：
1-4-1)电源年发电量约束
该约束为对各类电源，其年发电量约束等效于其年发电利用小时数不得超过其年最高可利用小时数Tu,y,a max，也不可低于一定的年最低利用小时Tu,y,a min，因此有：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mi>m</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>d</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>D</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>D</mi> </msub> </mrow> </munder> <msub> <mi>N</mi> <mi>t</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>d</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>10</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，Nt和Nd分别代表典型时段t在典型日d中的数量和典型日d在第y年中的数量；
1-4-2)分区电力供需约束
该约束为电力***每年各类电源的总容量应与该年***负荷需求保持平衡，同时，各区域中用于平衡本地负荷的电源容量与其他区域对该区域的送入容量之和应不小于该区域的最大负荷，后者是前者的充分条件，即：
<mrow> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>U</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>b</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>11</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，Pu,y,b,a表示规划初期区域b中为区域a负荷供电的第u类电源的已有容量，Py,a max为第y年区域a的最大预测负荷；
1-4-3)区域电源最大可开发容量约束
该约束为各区域的火电发电所消耗的一次能源消耗量之和不得超过一次能源最大可供给量，对区域a，有：
<mrow> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>U</mi> <mi>n</mi> </msub> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>b</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>d</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>D</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>D</mi> </msub> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>f</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>F</mi> <mrow> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>n</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>12</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，fu,y,a表示区域a中火电厂单位发电量的能耗，Un则表示所有以一次能源n作为能量输入的电厂集合，Fy,n,a表示该类一次能源n在区域a中的最大供应量；
对于风电、水电的约束，应限制其逐年的最大可开发容量，该限制取决于资源的年可开发容量，或者电源设备制造业的最大产量，即有：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mn>0</mn> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>y</mi> </munderover> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>i</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> <mi>N</mi> </msubsup> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>U</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>13</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，Pu,y,a max表示区域a中第u类电源截至第y年的最大可开发容量，Pu,0,a则表示在规划初始该类电源的在役装机容量；
1-4-4)区域间电量合约约束
该约束可表现为区域a中为区域b负荷供电的第u类电源的电量不少于合约电量；即：
<mrow> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>d</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>D</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>D</mi> </msub> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msubsup> <mi>G</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mi>C</mi> </msubsup> <mo>,</mo> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>U</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>14</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，为从区域a到区域b的第u类电源的合约电量；
1-4-5)区域间联络线容量约束
该约束为联络线通道容量必须保证区域间电力交换的需求，即：
<mrow> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>U</mi> </mrow> </munder> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> <mo>,</mo> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mo>,</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>B</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>&amp;NotEqual;</mo> <mi>b</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>15</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中P(a,b),y为等值网络中第y年区域a至区域b点对点送电通道的可用容量，具体为：
<mrow> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> <mo>,</mo> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> <mo>,</mo> <mn>0</mn> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>y</mi> </munderover> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> <mo>,</mo> <mi>i</mi> </mrow> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>,</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> </mrow> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>B</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>16</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中P(a,b),0为规划初期等值网络中区域a至区域b点对点送电通道的已有容量；
此外，联络线容量的扩展还需考虑两区域间联络线容量存在上限，即：
P(a,b),y≤Pab max a,b∈A (17)
对于实际网络中点对点传输的联络线，可直接应用上述区域间联络线容量约束；对于虚拟等效网络中的联络线，式(17)约束则相当于断面约束，(a,b)表示区域a与区域b之间的虚拟联络线集合；
1-4-6)区域间联络线电量约束
对各联络线的年电量约束等效于其年利用小时数不得超过其年最高可利用小时数T(a,b),y max，即：
<mrow> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>U</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>d</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>D</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>D</mi> </msub> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> <mo>,</mo> <mi>y</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mi>m</mi> <mi>a</mi> <mi>x</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>18</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
1-4-7)典型日运行调峰与备用约束
该约束在典型日给定的负荷曲线下，各区域中的已开机组需满足本区域的最大负荷以及调峰和备用需求；在不考虑日内机组启停的前提下，典型日运行约束具体表示为：
<mrow> <mfenced open = "{" close = ""> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <munder> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <munder> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>U</mi> <mi>d</mi> </msub> </mrow> </munder> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>d</mi> <mi>max</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mn>1</mn> <mo>+</mo> <mover> <mi>R</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <munder> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <munder> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>U</mi> <mi>d</mi> </msub> </mrow> </munder> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>u</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>b</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>d</mi> <mi>min</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mn>1</mn> <mo>-</mo> <munder> <mi>R</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </munder> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>Y</mi> <mo>,</mo> <mi>d</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>D</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>19</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow> 3
式中，Ud表示在典型日d中开机机组的集合，D为典型日集合，αa,u表示区域a中类型为u的机组最低出力占额定容量的占比；Pb,y,d max和Pb,y,d min表示第y年区域b中典型日d的最大和最小负荷，和R表示正备用率和负备用率；
1-4-8)典型日机组出力约束
该约束在给定典型日下，电力***各类机组的出力不能超过该类型机组的可用容量：
<mrow> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>&amp;lambda;</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>20</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
同时，***各类机组的出力不可低于该类型机组的最低出力：
<mrow> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <msub> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>&amp;lambda;</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msubsup> <mi>&amp;alpha;</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> <mi>d</mi> </msubsup> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>21</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，表示第y年，a区域的第u类机组在典型日d中的可用容量占Pu,y,a,b的比值；表示a区域的第u类机组在典型日d中的单位容量最低出力比例；
1-4-9)电源电网投资建设约束
该约束为各地区每年投产的电源和地区间联络线容量的限制，应满足如式(22)所示：
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mi>N</mi> </msubsup> <mo>&amp;le;</mo> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mi>max</mi> </mrow> <mi>N</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> <mo>,</mo> <mi>y</mi> </mrow> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>&amp;le;</mo> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mi>max</mi> </mrow> <mi>I</mi> </msubsup> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>22</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
1-4-10)碳排放交易约束
该约束以用电而不是发电作为碳排放计量标准；电力行业在本区域内可购买的配额存在上限，总用电碳排放存在上限，即：
<mrow> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>u</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>U</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>d</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>D</mi> </mrow> </munder> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>t</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <msub> <mi>T</mi> <mi>D</mi> </msub> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>T</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>e</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;le;</mo> <msub> <mi>E</mi> <mrow> <mi>max</mi> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>23</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中Emax y,a表示区域a中考虑碳交易后第y年的用电碳排放最大允许值，可由各个区域政府独立制定，当***所在区域的政府部门有明确的面向电力行业的碳排放控制目标时，Emaxy,a直接给定；
1-4-11)新建电源非负性约束
即所有区域各类电源投产总量需满足非负性约束，如式(24)所示：
<mrow> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mo>&amp;Element;</mo> <mi>A</mi> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mi>N</mi> </msubsup> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mn>0</mn> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>24</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
1-4-12)电量与联络线决策变量非负性约束，如式(25)所示：
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mi>u</mi> <mo>,</mo> <mi>y</mi> <mo>,</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mrow> <mi>d</mi> <mo>,</mo> <mi>t</mi> </mrow> </msubsup> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mrow> <mo>(</mo> <mrow> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> </mrow> <mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mi>y</mi> </mrow> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>25</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
1-4-13)联络线合理性约束，表述如式(26)所示：
<mrow> <munder> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> <mo>&amp;Element;</mo> <mover> <mi>L</mi> <mo>&amp;OverBar;</mo> </mover> </mrow> </munder> <msubsup> <mi>P</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>a</mi> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>)</mo> <mo>,</mo> <mi>y</mi> </mrow> <mi>I</mi> </msubsup> <mo>=</mo> <mn>0</mn> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>26</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中，表示不存在能源交换的区域对的集合；
2)对低碳化电源电网优化模型的求解
所述低碳化电源电网优化模型为线性模型表示为：
<mrow> <mtable> <mtr> <mtd> <mi>min</mi> </mtd> <mtd> <mrow> <msup> <mi>c</mi> <mi>T</mi> </msup> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>x</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow> <mi>s</mi> <mo>.</mo> <mi>t</mi> <mo>.</mo> </mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>A</mi> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>x</mi> <mo>&amp;le;</mo> <mi>b</mi> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>x</mi> <mo>=</mo> <msub> <mi>b</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> </mrow> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mrow></mrow> </mtd> <mtd> <mrow> <mi>x</mi> <mo>&amp;GreaterEqual;</mo> <mn>0</mn> </mrow> </mtd> </mtr> </mtable> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>27</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中A和b表征优化问题中的不等式约束，Aeq和beq表征优化问题中的等式约束，x为决策变量，cT为***成本项系数；
2-1)将步骤1)所述目标函数中每一类成本均表示为的形式，按公式(2)～(9)构造ck；令：
<mrow> <mi>c</mi> <mo>=</mo> <munderover> <mo>&amp;Sigma;</mo> <mrow> <mi>k</mi> <mo>=</mo> <mn>1</mn> </mrow> <mi>K</mi> </munderover> <msub> <mi>c</mi> <mi>k</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>28</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式中K表示目标函数中成本的个数，由此构造公式(27)中的c；
根据步骤1-4)中各类约束条件，将每一类等式约束和不等式约束均表示为Ai·x≤bi或Aeqj·x＝beqj的形式；按步骤1-4)构造Ai、bi和Aeqi、beqi：令：
<mrow> <mi>A</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>A</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>A</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>A</mi> <mi>I</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <mi>b</mi> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>b</mi> <mn>1</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>b</mi> <mn>2</mn> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>b</mi> <mi>I</mi> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> <mi>J</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>,</mo> <msub> <mi>b</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <mfenced open = "[" close = "]"> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>b</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> <mn>1</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>b</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> <mn>2</mn> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mtable> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <mo>.</mo> </mtd> </mtr> </mtable> </mtd> </mtr> <mtr> <mtd> <msub> <mi>b</mi> <mrow> <mi>e</mi> <mi>q</mi> <mi>J</mi> </mrow> </msub> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>29</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
式(29)中，I和J分别表示不等式约束和等式约束的个数，由此将优化模型中的约束条件转换为可用矩阵计算形式；
通过MATLAB编制求解程序，调用CPLEX12.5对所述低碳化电源电网优化模型进行求解，求得电力***中各类电源及输电线路的低碳化的电源电网优化规划，使得电力***在低碳发展模式下具有最优的经济效益。
CN201510041210.XA 2015-01-27 2015-01-27 一种低碳化的电源电网优化规划的方法 Active CN104573875B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510041210.XA CN104573875B (zh) 2015-01-27 2015-01-27 一种低碳化的电源电网优化规划的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201510041210.XA CN104573875B (zh) 2015-01-27 2015-01-27 一种低碳化的电源电网优化规划的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN104573875A CN104573875A (zh) 2015-04-29
CN104573875B true CN104573875B (zh) 2017-09-26

Family

ID=53089890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201510041210.XA Active CN104573875B (zh) 2015-01-27 2015-01-27 一种低碳化的电源电网优化规划的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN104573875B (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105976046B (zh) * 2016-04-27 2022-02-25 中国电力科学研究院 一种考虑需求侧管理的低碳电网规划方法
CN107093029A (zh) * 2017-05-03 2017-08-25 国家电网公司 一种基于可再生能源政策管制约束的电源规划方法
CN107317325A (zh) * 2017-06-28 2017-11-03 国网山东省电力公司经济技术研究院 一种考虑碳排放流的低碳电源电网规划模型
CN108062617B (zh) * 2017-11-28 2021-01-12 华电电力科学研究院有限公司 一种火力机组碳排放配额调节方法
CN109840655A (zh) * 2017-11-29 2019-06-04 中国电力科学研究院有限公司 一种低碳能源规划方法及***
CN108847661B (zh) * 2018-06-11 2020-05-19 华中科技大学 一种区域电力***全年生产模拟运行方法及***
CN109711728B (zh) * 2018-12-27 2023-04-18 陕西师范大学 基于电力不确定性和低碳诉求的双层多目标电力调度方法
CN113344410B (zh) * 2021-06-21 2023-04-28 广东电网有限责任公司 配电网节能改造多维评估方法、***、终端和存储介质
CN113746144B (zh) * 2021-11-08 2022-03-22 南京东博智慧能源研究院有限公司 一种源网荷实时交互的电碳控制方法及其智能管理***
CN114400716B (zh) * 2022-03-29 2022-07-22 华中科技大学 一种水电站机组扩机的容量选取方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102170129A (zh) * 2011-04-22 2011-08-31 武汉大学 一种基于大规模风电并网的电力***低碳调度方法及其装置
CN103414213A (zh) * 2013-08-13 2013-11-27 中国能源建设集团广东省电力设计研究院 一种海岛型微电网的电源优化配置方法
CN103544541A (zh) * 2013-10-15 2014-01-29 国家电网公司 智能配用电***碳减排评价与测算方法
CN103762589A (zh) * 2014-01-08 2014-04-30 河海大学 一种电网中新能源容量配比分层优化方法
CN104050609A (zh) * 2014-07-14 2014-09-17 天津大学 一种并网光伏发电的低碳综合效益分析***

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4203602B2 (ja) * 2006-09-06 2009-01-07 国立大学法人 琉球大学 電力供給設備の運用支援方法および装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102170129A (zh) * 2011-04-22 2011-08-31 武汉大学 一种基于大规模风电并网的电力***低碳调度方法及其装置
CN103414213A (zh) * 2013-08-13 2013-11-27 中国能源建设集团广东省电力设计研究院 一种海岛型微电网的电源优化配置方法
CN103544541A (zh) * 2013-10-15 2014-01-29 国家电网公司 智能配用电***碳减排评价与测算方法
CN103762589A (zh) * 2014-01-08 2014-04-30 河海大学 一种电网中新能源容量配比分层优化方法
CN104050609A (zh) * 2014-07-14 2014-09-17 天津大学 一种并网光伏发电的低碳综合效益分析***

Also Published As

Publication number Publication date
CN104573875A (zh) 2015-04-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104573875B (zh) 一种低碳化的电源电网优化规划的方法
Xu et al. Blockchain-based trustworthy energy dispatching approach for high renewable energy penetrated power systems
Chen et al. Increasing the flexibility of combined heat and power for wind power integration in China: Modeling and implications
CN108537409A (zh) 一种考虑多能源耦合特性的工业园区配电网协同规划方法
CN106655246A (zh) 基于风电预测与需求响应的鲁棒双层优化模型的求解方法
Fan et al. Review on coordinated planning of source-network-load-storage for integrated energy systems
CN106529737A (zh) 一种配电网供给侧调峰电源规划布局方法
CN101917024A (zh) 安全约束调度中通用性成本空间的生成方法
Yuan et al. A new hybrid multi-criteria decision-making approach for developing integrated energy systems in industrial parks
Guo et al. Multi-objective bi-level quantity regulation scheduling method for electric-thermal integrated energy system considering thermal and hydraulic transient characteristics
CN105243600A (zh) 一种电网发电调节方法
Yu et al. An improved combined heat and power economic dispatch model for natural gas combined cycle power plants
Suo et al. New energy wide area complementary planning method for multi-energy power system
CN105528668A (zh) 一种风电并网电力***动态环境经济调度方法
Pan et al. The state grid corporation of China's practice and outlook for promoting new energy development
Li et al. Energy supply reliability assessment of the integrated energy system considering complementary and optimal operation during failure
Nozarian et al. Reliability-oriented planning framework for smart cities: From interconnected micro energy hubs to macro energy hub scale
Wei et al. Energy-efficient distribution in smart grid
Yang et al. Optimal scheduling of electro-thermal system considering refined demand response and source-load-storage cooperative hydrogen production
Yang et al. Regional integrated energy system reliability and low carbon joint planning considering multiple uncertainties
Pang et al. Drivers and key pathways of the household energy consumption in the Yangtze river economic belt
Ding et al. Long-term operation rules of a hydro–wind–photovoltaic hybrid system considering forecast information
Yang et al. Optimal planning of energy storage system under the business model of cloud energy storage considering system inertia support and the electricity-heat coordination
CN105633950A (zh) 考虑风电注入不确定性的多目标随机模糊动态最优潮流
Chen et al. A Low‐Carbon Planning Model for Regional Power Systems with Generation‐Load‐Storage Coordination considering New Energy Resources’ Consumption

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant