面向理想调度的电网低碳调度辅助决策研究及应用（2023）

国面向理想调度的电网低碳调CO2 度辅助决策研究及应用 国网金华供电公司、国网浙江电力调度控制中心 2023年08月 目录国家电网公司 STATEGRID 研究背景主要研究内容 实施内容 成果及下一步计划 理想调度二 国家电网公司 STATEGRID 2007年，美国PJM提出了“理想调度”的 概念。其实质是对电网运行的反思和再调度 ，基于电网实际运行信息，通过对历史场景 的反演，给出一套满足安全约束的机组最优组合和经济调度方案，即实际系统运行效益的“天花板”。 结合我国的实际国情和“双碳”目标，新型 电力系统的理想调度模式必须将低碳调度考分布试三联供 虑进去，因此浙江电网提出“安全、经济 低碳、高效”四个维度的理想调度目标4.充电器 3分布式光伏 低碳背景二石 转型目标 力争取2060年前实现碳中和”的庄严承诺，为新时代我国能源低 碳转型明确了目标。 习近平总书记近期提出“从能耗双控逐步转向碳排放双控，优化 完善调控方式，加强碳排放双控基础能力建设，健全碳排放双控中国 CHINA 各项配套制度，为建立和实施碳排放双控制度积极创造条件”。 国网行动 “碳达峰、碳中和”国家电网公司积极响应“双碳”目标，发布“碳达峰、碳中和”行动 方案，进一步发挥电网桥梁纽带作用，加快电网向能源互联网升级， 行动方案 当好能源低碳转型的“引领者”、“推动者”和“先行者” 工作背景二 国家电网公司 STATEGRID 国调中心重点工作任务，推动先进技术应用普通事项公司关于构建 构建调控人工智能平台，建设调度碳足迹国家电网有限公司部门文件追踪等应用 新型电力系统 施方案 年） 调技【2023】14号 关于碳达峰，碳中和重会议的工作部署，根据 国调中心关于印发2023年国家电网调度系统能源为主体的新型电力技术管理重点工作安排的通知有限公司研究制定了构省级示范区实施方案， 各电网单位，中国电科院，南瑞集团：碳中和”目标， 为采入贯翻公可克组决策部开，全面养实2023年调度控制重意义和基础 、灵供了根本遵循，公 点工作任务，国调中心制定了2023年国家电网调度系绕技术管书记在中央财经委第九次理重点工作安排），现予印发，请各单位结合工作实际贯彻落实。的新型电力系统，为新 浙江省调不断推进电力系统调度方式的转变关于构建新型电力系统建以新能源为主体的新 不断推进“能耗双控”向“碳排放双控”国调中心网转型升级，打造新江实现、贡就新江力量的 转变，积极开展低碳调度关键技术研究 2023年3月20日 （此件不公开发布，发至收文单位中层及以上干部。未经公凝聚浙江智慧的领先实 工担当的基础保障。 现状分析二 电网低碳调度面临 三大难点 电网低碳运行态势感知难 解析电源与负荷节点间的电碳关系 国家电网公司 STATEGRID 各区域的电力碳排放水平量化评估 碳减排潜力评估难 如何推进电力调度向“碳-电”协同调度推进面临巨大挑战 助力新型电力系统建设 各类资源的碳减排潜力不尽相同 碳-电协同调度难 如何有效推进“能耗双控”向“碳排放双控”转变 目录国家电网公司 STATEGRID 研究背景主要研究内容 实施内容 成果及下一步计划 主要研究二国家电网公司 STATEGRID 电网电-碳”态势感知技术 研究电源侧碳排放实时监测、电网碳足迹追踪等技术，构建全域低碳运行指标体系，形成一套完整的低碳态势感知指标，服务理想调度在评估的实施 研究基于电气分的电网碳足迹追踪技术 基于大数据的火电机组、燃气机组碳排放模型构建技术 不同运行工况 首先，研究电源侧碳排放实时监测技术，构建不同运行工况 基于电气分的电网碳足迹追踪技术 电气剖分技术★电源碳足迹追踪+负荷碳足迹追踪→★电网碳流分布下火电机组、燃气机组碳排放模型 其次，研究基于电气部分的电网碳追踪技术，实现对电网电 研究低碳电网运行风险模型 低琰电网运行风险来源源碳排放的追踪；实现对负荷节点碳排放量的追踪。 电网碳流分析风险产构建低碳电 生机理 电流交互机低碳电网运行风险类型网运行风险 理质型 低碳电网运行风险后果 最后，构建电网低碳运行态势指标体系，构建电网碳排放指 标体系，实现对电网不同环节碳排放的态势感知。构建低碳电 基于电网低碳运行态势指标体系网运行状态指标体系，构建低碳电网运行风险指标体系，实现 关键节点指标 电压稳定指标 电量平衡指标 对低碳电网运行风险态势的感知。 重要线路指标 功角稳定指标 电力平衡指标 电网整体指标 频率稳定指标 故障风险指标 电网碳排放指标电网运行状态指标电网运行风险指标 主要研究二国家电网公司 STATEGRID 电网电-碳”态势感知技术 基于火电机组出力与对应的碳排放量数据，借助LSTM算法，训练火电机组单位出力对应的碳排放量模型，实现对火电机组碳排放的精准计量。 输出：火电机组Gj在t时刻单位出力碳排放量h=Eg 细胞状态Cu=[]C,=[Ea] LSTM模型 采集火电机组G的有功功率 无功功率、燃料碳排放因子 忘记门输入门 Tanhf,=o(W,[h,-1,x,]+b,)作为输入样本，在隐含层中 输入对应的碳排放量数据； 隐藏层输入Tanh输出门 样本数据输入X,=[P h=Eg i,=o(W,[h-1,x,]+b,) C,=tanh(Wc-[h-1,x,]+bc) C,=f-C.-I+i,-C, o,=o(W。[h,-1,x,]+b,) h,=o,tanh(C,) 》基于输入样本数据和细胞状态信息，对LSTM深度学习网络进行训练； 输出不同工况下单位功率碳 火电机组GJ有功：火电机组Gi无功？燃料碳排放因子！排放量。 主要研究二 电网“电-碳”态势感知技术 利用机组CEMS（烟气在线监测系统）数据，研究面向调控业务应用的CEMS（烟气在线监测系统）数据重构方法，研究火电机组碳排放数据标准化建模方法，形成机组碳排-功率外特性曲线 面向调控业务应用的CEMS（烟气在线监测系统）数据重构方法适应电网调控业务的CO2排量数据的标准建模方法 国家电网公司 STATEGRID 大数据分析技术 碳排放非结构数据处 理和规则重构方法 大数据分析碳排放与碳排动 、机组碳排特性分析火电机组：不同机组发电功率的关联特性态特性 火电机组节能 离散数据的拼接和在线融合分析 类型、不同发电效率 火电机组外特性曲线 性能指标 减排调度模型 CEMS采集的海量CO2数据关联关系 碳排数据历史统计 数据采集与信息交实时监视数据分析 互的通讯规范 数据接入调控中心 碳排放运行监视分析的指标体系 电网碳排动态监视 外特性的在线参数和 的标准化建模方法模型修正方法 ........ 主要研究二国家电网公司 STATEGRID 电网“电-碳”态势感知技术 提出基于电气部分理论的电网碳足迹追踪方法。利用有向图分析得到所有源荷之间电气供给关系的详细路径信息，结合电源碳排放量，分析电力流中的碳信息，建立源荷碳排放的精准映射，解决了源荷之间碳供给关系的准确定量分析问题，得到电网碳足迹结果 选定初始节点登胜变河盘安 选择后读节点作为 源荷追踪荷源追踪 选择追跌方向造择前续节点作为厚仁站 兰溪电厂 当前节点当前节点 判别当菌节点流出川别当前节点流入 计算节点·脂铁节游与后转节点路与后节点计草该节点-前快节T换站 T接站 城中变 湖海塘 点碳排数取系矩库点保排股联系抵件T接站/ 节点与后续节节点与前获节否构建流节点-前按节冠山变 楚州变 点的电气剑分模型 点无电气联系或器点无电气联系就通 历完所有节点历完所看节点 点的电气创分模型 3.65t/h7.41t/h 是是 375t/m 3.75t/h13.34t/h 13.71t/h 黄村变 27.05t/h双龙变 计算达发电节点所 有落点及其比例 计算该负商节点所 有来源及其比例 13.71t/h T接站蟠龙站 T接站 结 兰溪电广到冠山变银液昌糖文兰江 兰江站到跃山资碳流 主要研究二 电网“电-碳”态势感知技术 提出电力碳排放指数体系PCEI，从时域、地域和成分三个维度刻画浙江全社会电能供给的碳排放情况，提供浙江电力碳排放的“全景图像” 国家电网公司 STATEGRID 成分 零碳 电力碳排放指数体系PCEI可以适用于燃气 燃煤 年、月、日乃至小时等不同时间尺度 能够分析各地区、供区等地理单元的 CEQ PCEI 碳排放情况，还可以对煤电、燃气机刻画域 供区总量指数日 组等含碳排放电能进行分类计算分析。零碳占比指数NCI月 地域时域 主要研究二 电网“电-碳”态势感知技术 指标体系 国家电网公司 STATEGRID 以电力碳排放指数体系为基础建立全域指标类型指标说明计算方式 实时-系统指标系统清洁能源实时出力占比（P风+P光+P水）/P总 低碳运行指标体系，进一步分析电网碳排放实时-系统指标系统能源实时自给率P自身发电/P总 态势及其影响因素，为理想调度提供低碳方实时-发电指标系统实时发电破排放因子C总/P总 实时-负荷指标系统实时负荷破排放因子C负荷/P负荷 面的全体系指标。实时-电网指标主网实时线损率PL主网线损/PL主网线路 实时-电网指标配网实时线损率PL配网线损/PL配网线路 建立电网拓扑碳排放指标体系，依据采样周期为 实时-电网指标系统实时线路碳排放因子CL线路/PL线路 实时-电网指标系统实时线路损耗PL线路正向+PL线路反向 15分钟的电网实时数据，计算电网当前实时指标参数实时-电网指标系统实时线路损耗碳排放CL线路正向+CL线路反向 实时-电网指标系统实时变压器损耗PT高+PT中+PT低 并进行累加分析，得出阶段指标结果，实时-电网指标系统实时变压器损耗碳排放CT高+CT中+CT低 指标类型：包括面向时间尺度的实时指标、阶段阶段-系统指标系统清洁能源发电量占比（E风+E光+E水）/E总 阶段-系统指标系统能源自给率E自身发电/E总 指标，以及面向空间尺度的发电、电网、负荷、系统阶段-发电指标系统发电碳排放因子EC总/E总 阶段-负荷指标系统负荷碳排放因子EC负荷/E负荷 指标。阶段-电网指标主网线损率EL主网线损/EL主网线路 指标结果：形成面向电力系统各区域实时分析与 阶段-电网指标配网线损率EL配网线损/EL配网线路 阶段-电网指标系统线路碳排放因子ECL线路/EL线路 历史统计指标，共计22个，反映电网当前碳排放结果阶段-电网指标系统线路损耗EL线路正向+EL线路反向 阶段-电网指标系统线路损耗碳排放ECL线路正向+ECL线路反向 和变化趋势。阶段-电网指标系统变压器损耗ET高+ET中+ET低 阶段-电网指标系统变压器损耗碳排放ECT高+ECT中+ECT低 主要研究二国家电网公司 STATEGRID 可调控资源碳减排潜力评估技术 火电机组 电源侧水电机组 技术出力区间爬坡速率 深度调峰特性 开展源网荷储各侧可调控资源的调节特热电联产能耗成本 性研究，主要分析其技术特性和经济特 性。线路允许功率波动 电网侧电网互联联络线功率范围 技术特性：i调节方向、调节速率和调节购电能本 调节方向 范围等三个方面调节速率源网荷储 可中断灵活资源 负荷调节范围调度潜力 经济特性：资源调节所需经济成本可转移 综合需求响应蛋 负荷侧 负荷 电-热替代 综合需求响应量 调节成本 综合考虑可调控资源聚合模型时间和空负荷 负荷 间不确定性，结合分布式新能源运行实特电冷替代 性和分布式可调控资源的聚合特性 现对低碳电网碳减排潜力的量化评估。充放能功率范围 抽水蕾能充放能效率 储能例 电池储能能量存储范围 调节成本 主要研究二 可调控资源碳减排潜力评估技术 国家电网公司 STATEGRID 掌握电网可调控资源聚合特性的差异性，实现对低碳电网内可调控资源的聚合潜力的有效评估，从源 网荷储四个方面，充分挖掘各类可调节资源的调节潜力。 电源侧 可调机 技术特性经济特性 常规水电 50 100 几乎为零 技术出力区间 爬坡速率 深度调峰特性 能耗成本 深度调峰 火电双向 常规火电 热电联产 1~1.50.5~1 60~80 40~60 15~20 0.