低碳排放的电力系统可用传输容量计算

探析低碳排放的电力系统可用传输容量计算

【摘要】全球变暖日益威胁着人类的财产安全，电力系统作为碳排放的重要来源，有义务承担相应责任的减排任务。因此本文考虑了低碳排放的环境约束及电压稳定的安全约束，建立了多目标共同优化模型，推导出以控制碳排放量为目标的可用输电能力计算模型，并以实际算例验证其可行性。

【关键词】低碳；可用传输容量；电压稳定；最优潮流计算

1.考虑电压稳定性的atc计算模型

电力市场中存在着远期市场和日前、实时平衡等短期交易市场。发电方和用电方通过远期合同、期货等方式确定了未来某一时段系统中的负荷水平。在此基础上，短期市场中负荷功率的增长空间与系统的电压稳定性之间有着重要的关系。

负荷裕度（l.adingmargin）是反映电压稳定程度的重要指标，是系统初始运行状态和电压稳定极限点之间负荷功率的差值，由它可以直观地看出系统离稳定极限有多远，系统在故障前和故障后将有不同的负荷裕度，故障时仍有适当的负荷裕度可以保持系统电压稳定和电网安全运行。在电压稳定极限点处，系统潮流方程的雅可比矩阵将出现奇异。文献[1]在使用opf方法求解系统最大负荷点时，通过引入了广义参数化潮流方程解决此问题。广义参数化潮流方程是在常规潮流方程的基础上，引入负荷变化参数，并同负荷变化方向向量相组合，组合项即为初始运行点与最大负荷点之间的负荷裕度。因此基于opf的算法中，当目标函数中引入负荷预度，并

将其极大化的时候，所求的结果可以代表全系统的可用传输容量[2]-[3]。（system-wide atc ）（satc）。

satc = sttc - setc - strm

sttc = min（pmaxilim， pmaxvlim， pmaxslim）

sttc代表系统范围内的最大传输容量，pmaxilim 表示系统在热稳定约束时的最大传输功率，pmaxili 表示系统在电压越限时的最大传输功率，pmaxslim 表示发电机越限时系统的最大传输功率。setc代表系统范围内已经存在的交易，strm代表系统范围内的传输稳定界限。

sttc可以基于负荷参数来计算。

sttc = （1 + ）setc，而strm可以假定为固定值，本文不做考虑。

即satc=setc

因此，只要计算出的最大值便可以计算出系统的atc.

1）目标函数：

（4-1）

2）约束条件

（4-2）

（4-3）

（4-4）

（4-5）

（4-6）

（4-8）

其中式（4-2）是常规潮流约束等式；式（4-3）为系统在极限条件下的最大负债潮流约束等式；式（4-4）为最大负载条件约束等式，因为其太大会影响系统的经济运行，太小会影响系统的安全性；式（4-5）为节点电压约束条件；式（4-6）为发电有功约束条件；式（4-7）为发电无功约束条件；式（4-8）为线路的热稳定约束条件。此外

（4-9）

（4-10）

（4-11）

（4-12）

其中和代表合同发电及负荷功率，该部分不参与市场竞价；表示系统最大负荷裕度时按比例分配到各发电结点的线损系数。

2.基于最优潮流的考虑低碳排放可用传输容量计算模型

考虑低碳排放的可用传输容量模型，相当于同时优化以下两个目标模型。

目标函数1：系统负荷参数最大

目标函数2：全网碳排放量最小

其中表示负荷参数，，表示全网碳排放量。

采用多目标函数联合优化技术可以将此类问题转化为但目标函

数求解，以加权形式处理后形成的单目标函数如下式。

约束条件与上节约束条件完全相同。其中两个函数前边的权重系数影响着最终的解。的取值范围是0-1.当为0时则为不考虑负荷裕度时的环境最优化配置；当为1时则为不考虑环境因素的最大可用传输容量。

3.结论

本文介绍了系统可用传输容量的概念，建立了考虑碳排量的基于电压稳定的系统可用传输容量计算模型，其实际为一个基于最优潮流的多目标优化模型。约束条件为线路潮流约束、发电机出力约束、节点电压约束、负荷裕度约束及碳排量约束。以ieee6节点系统为例进行仿真。结果表明碳排放量及系统可用传输容量具有一定矛盾性，不能同时达到最优。必须牺牲一定的可用传输容量才能控制一定的排放量，以起到保护环境的作用。在当前我国经济发展与环境保护不平衡的状态下，本方法的提出符合我国国情及可持续发展战略。

参考文献：

[1] 刘皓明，严正，倪以信等.快速计算电网可用输电能力的交流灵敏度方法.电力系统自动化，2003，28（19）：11～15.

[2] federico milano，claudio a. ca?izares，marco invernizzi.multiobjective optimization for pricing system security in electricity markets. ieee transaction on power systems， vol. 18， no. 2， may 2003

[3] federico milano， claudio a. ca?nizaresb，marco invernizzi，voltage stability constrained opf market models considering n - 1 contingency criteria electric power systems .research 74 （2005）： 27～36