基于能源双边认证的碳电协商调度方法及系统与流程

本发明涉及信息处理，具体的，涉及基于能源双边认证的碳电协商调度方法及系统。

背景技术：

1、传统的电力调度方法多侧重于满足电力需求和发电成本控制，却常忽视了碳排放对环境的长远影响。可再生能源由于其零碳排放的特性，与传统能源一起参与能源联合调度，可以在满足负载侧能源需求的同时极大的减少了碳排放；然而，可再生能源的不稳定性让电力系统面临了诸多挑战，例如可再生能源的频繁投切导致并网成本过大以及电网稳定性差等问题。因此，在低碳、低成本的前提下如何确保其与传统能源的高效、平稳过渡，以保障电力系统持续、稳定发展，实现环境保护、经济效益以及系统稳定性的，成为了一个亟待解决的技术问题。

2、中国专利，公开号：cn117575199a，公开日：2014年2月20日，本技术涉及一种综合能源系统的调度方法、装置、计算机设备、存储介质和计算机程序产品。综合能源系统包括多个电力设备，电力设备为电转气设备、碳捕集设备、风电机组、光伏机组、微型燃气轮机、电冰箱或热电联产机组，其中，方法包括：获取综合能源系统的目标函数；其中，目标函数与综合能源系统中各电力设备的运行成本相关；基于综合能源系统中各电力设备对应的约束条件对目标函数进行约束；获取综合能源系统中各电力设备的负荷数据；根据负荷数据和约束后的目标函数确定综合能源系统的调度策略，采用该方案可降低ies中co2的排放量和运行成本，但没有考虑非碳电机组投入电网的平稳性，给电力系统的安全运行带来了隐患。

3、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对电力系统运行时考虑碳排放和运行成本最小时无法兼顾可再生能源投切平稳性从而导致的电力系统运行性能差的问题，提出了基于能源双边认证的碳电协商调度方法及系统；构建碳电耦合模型并求解得到初步的碳电发电计划；通过双边认证策略来确定非碳电机组的能源调控参与度，保证指标信息传输安全性的同时，能够客观的评价各个非碳电机组的能源调控参与度；构建零碳切换模型并求解出零碳能源的投切序列，以减少能源切换时的冲击和能源损耗；根据非碳电机组的能源调控参与度和历史出力情况对初步的碳电发电计划进行修正得到最终的碳电能源投切序列，并与零碳能源投切序列一起进行能源的综合调度；方案充分考虑各发电机组的碳排放、发电成本以及投切平稳性三种指标的协同，显著提高电力系统能源调度的灵活性、经济性、安全性以及效率。

2、第一方面，本发明实施例中提供的一种技术方案是基于能源双边认证的碳电协商调度方法，包括如下步骤：

3、s1、非碳电机组未投入运行时，以满足能源区块的能源需求时的碳排放量和发电成本最小为第一目标函数构建碳电耦合模型，求解碳电耦合模型得到碳电发电计划序列；

4、s2、采用双边认证策略获取非碳电机组投入运行时的非碳电机组与碳电机组的第一认证指标以及非碳电机组与能源区块的第二认证指标；基于第一认证指标与第二认证指标进行双边协商获取每个非碳电机组的能源调控参与度；

5、s3、以能源切换平滑度最小为第二目标函数构建零碳切换模型，求解零碳切换模型获取零碳能源投切序列；

6、s4、根据非碳电机组的历史出力情况结合能源调控参与度获取零碳能源投切序列对应的非碳电机组的可调控能源空间，通过可调控能源空间对碳电发电计划序列对应的序列位依次进行能源修正获取碳电能源投切序列，基于碳电能源投切序列和零碳能源投切序列进行能源综合调度。

7、本方案中，在初始阶段，当非碳电机组（非碳电机组主要使用非化石燃料能源，如风力、水力、太阳能等可再生能源）还未投入运行时，系统主要依赖碳电机组（碳电机组主要使用化石燃料，如煤、石油、天然气）来满足能源区块的需求，为了优化这一阶段的能源供应，构建了一个碳电耦合模型，这个模型以碳排放量和发电成本的最小化为目标，通过算法求解，得出一个初步的、优化后的碳电发电计划序列；碳电发电计划序列会详细列出每个机组在不同时间段碳电机组的出力情况；当非碳电机组准备投入运行时，为了确保其与现有碳电机组的兼容性、整个能源区块的匹配度以及信息传输的安全性，采用双边认证策略；通过评估非碳电机组与碳电机组之间的第一认证指标以及非碳电机组与整个能源区块的第二认证指标，来确定非碳电机组的能源调控参与度；为了确保从非碳电机组投切到电网运行时电力系统能源供应的平稳性，充分考虑切换过程中的各种因素构建了一个以能源切换平滑度最小为目标的零碳切换模型，通过求解得出一个优化的零碳能源投切序列，零碳能源投切序列会详细列出在不同时间段的各非碳电机组的出力情况；在确定了非碳电机组的能源调控参与度后，根据非碳电机组的历史出力情况和能源调控参与度，计算出其在零碳能源投切序列中对应的可调控能源空间，然后，利用可调控能源空间对初步的碳电发电计划进行修正，得出最终的碳电能源投切序列；最后，结合零碳能源投切序列进行能源的综合调度，实现经济效益、安全运行和环境保护的三重目标，显著提高电力系统能源调度的灵活性、经济性、安全性以及效率。

8、作为优选，所述第一目标函数object1的数学表达式如下：

9、；

10、其中： t表示时间段的集合； i表示碳电机组的集合； e i, t表示在时间段 t机组 i的能源消耗量； c i表示机组 i的碳排放系数； o i, t表示在时间段 t机组 i的运营成本； α和 β表示权重系数，用于平衡碳排放量和运营成本之间的重要性（决策者可以根据环境政策、经济效益等因素来设定这两个系数，例如环保优先时，设定 α=0.8， β=0.2；这意味着更重视减少碳排放；经济优先时，设定 α=0.2， β=0.8。这意味着更重视降低运营成本；平衡考虑时，设定 α=0.5， β=0.5；表示在碳排放和运营成本之间寻求平衡）。

11、作为优选，所述求解碳电耦合模型得到碳电发电计划序列，包括如下步骤：

12、设定碳电耦合模型的边界约束条件，采用milp求解器求解所述碳电耦合模型，得到每台碳电机组在每个时间段的出力计划，对每个碳电机组的出力计划依次进行编排得到碳电发电计划序列。

13、作为优选，所述出力计划至少包括出力时长、启停时刻、出力量以及碳排量；

14、所述边界约束条件至少包括机组出力约束、系统功率平衡约束、机组启停状态约束、机组启停时间约束以及碳排放量约束。

15、本方案中，出力计划详细到机组的出力时长、启停时刻、出力量以及碳排量，根据每台机组的具体出力计划进行精准调度，确保电力供应的稳定性和高效性；通过系统功率平衡约束，确保在整个系统运行过程中，总出力与总需求保持平衡，从而防止因功率不匹配而导致的系统波动或故障；增强了电力系统的稳定性和可靠性。通过机组出力约束、启停状态约束以及启停时间约束共同作用，使得机组的运行更加合理，避免了机组的过度使用或闲置，延长了机组的使用寿命，同时减少了不必要的能耗和维修成本；通过引入碳排放量约束，能够确保在电力生产过程中碳排放量得到有效控制；详细的出力计划和多样的约束条件使得该技术方案能够更灵活地应对电力需求的变化；无论是在用电高峰时段还是低谷时段，都能根据实际需求快速调整机组的出力计划，确保电力供应的及时性和稳定性；通过milp求解器求解碳电耦合模型，能够快速得到最优的出力计划方案，提升了决策的效率；同时，由于考虑了多种约束条件，求解得到的方案更加符合实际情况，提高了决策的准确性。

16、作为优选，所述采用双边认证策略获取非碳电机组投入运行时的非碳电机组与碳电机组的第一认证指标以及非碳电机组与能源区块的第二认证指标，包括：

17、s21为每一个非碳电机组配置虚拟身份码，根据历史联结记录确定信息通道和以及每一个信息通道的信息权重，所述信息权重与历史联结时长成正比；

18、s22、将所述虚拟身份码通过信息通道同步分发至对应的碳电机组和能源区块；

19、s23、通过虚拟身份码对第一认证指标f1进行模糊化后，经由对应的信息通道反馈至非碳电机组进行解码操作；

20、同步地，通过虚拟身份码对第二认证指标f2进行模糊化后，经由对应的信息通道反馈至非碳电机组进行解码操作。

21、作为优选，所述第一认证指标f1包括碳电机组的能效比和碳电机组的碳排放率；

22、所述第二认证指标f2包括能源区块的节能潜力、安全运行时间以及故障率。

23、本方案中，通过为每个非碳电机组配置唯一的虚拟身份码（例如可以根据非碳电机组的设备编号确定其虚拟身份，设备编号可以转换成二进制编码参与后续的模糊化过程），通过双边认证技术，在信息传输过程中使用模糊化处理，有效提高了信息传输的安全性；根据历史联结记录确定信息通道和信息权重，可以优化信息的传输路径，使得重要的信息能够更快更安全地到达非碳机组，信息权重与历史联结时长成正比，可以客观的表示非碳电机组参与碳电机组电力调控和能源区块电力调控的参与度；第一认证指标f1包括碳电机组的能效比和碳排放率，使得非碳电机组能够全面了解与之联结的碳电机组的性能表现，为后续的协同工作提供重要参考；第二认证指标f2则关注能源区块的节能潜力、安全运行时间以及故障率，为非碳电机组选择合适的能源区块提供依据。通过获取碳电机组的碳排放率和能源区块的节能潜力等认证指标，非碳电机组可以在协同工作时更加注重节能减排，从而实现整个系统的绿色可持续发展。

24、作为优选，所述基于第一认证指标与第二认证指标进行双边协商获取每个非碳电机组的能源调控参与度；包括如下步骤：

25、将解码操作得到第一认证指标f1通过信息权重进行赋能得到第一目标认证指标f11，将解码操作得到第二认证指标f2通过信息权重进行赋能得到第二目标认证指标f22；

26、根据环保优先和效能优先进行协商确定第一认证指标f1的权重因子q1以及第二认证指标f2的权重因子q2；其中，q1+q2=1；

27、对第一目标认证指标f11、权重因子q1与第二目标认证指标f22、权重因子q2进行加权求和得到每一个非碳电机组的能源调控参与度。

28、本方案中，由于不同的非碳电机组可能因其特性、运行环境和能源使用效率等因素在f1和f2上有不同的表现，通过信息权重对第一认证指标f1和第二认证指标f2进行赋能，得到第一目标认证指标f11和第二目标认证指标f22，这样的处理增加了评价指标的灵活性和针对性；在确定权重因子q1和q2时，考虑了环保和效能两个优先级，这体现了方案在决策过程中的全面性和平衡性，（决策者可以根据环保和效能因素来设定这两个系数，例如环保优先时，设定q1=0.8，q2=0.2；这意味着更重视减少碳排放；效能优先时，设定q1=0.2，q2=0.8；意味着更重视降低运营成本；平衡考虑时，设定q1=0.5，q2=0.5；表示在环保和效能之间寻求平衡）；双边的协商机制不仅确保了能源调控的环保导向，同时也兼顾了能源使用的效率，使得整个系统在追求环保的同时，不损失过多的能源使用效率；通过对第一目标认证指标f11、权重因子q1与第二目标认证指标f22、权重因子q2进行加权求和，得到每一个非碳电机组的能源调控参与度，能够动态地反映每个非碳电机组在能源调控中的实际贡献和参与度，为后续的能源管理和优化提供了重要的决策依据。

29、作为优选，所述第二目标函数object2的数学表达式如下：

30、；

31、其中： t表示时间段的集合； j是非碳电机组的集合；表示时间段 t机组 j的切换成本，这个成本可以是启动成本、停机成本或其他与切换操作相关的成本；是在时间段 t机组 j的功率输出；是在时间段 t-1机组 j的功率输出； λ表示权重系数，用于平衡功率输出的稳定性和切换成本之间的重要性，例如在用电高峰时段，需要快速响应需求变化，此时 λ取值较小，例如可以设置为0.2；例如在用电谷峰时段，电力供需相对平稳，减少切换操作，此时 λ取值较大，例如可以设置为0.8，通过模拟不同λ值下的运行情况，结合业务需求和经济分析，来确定最佳的λ值。

32、作为优选，所述求解零碳切换模型获取零碳能源投切序列，包括如下步骤：

33、设定零碳切换模型的边界约束条件，采用milp求解器求解所述零碳切换模型，得到每台非碳电机组在每个时间段的出力计划，对每个非碳电机组的出力计划依次进行编排得到零碳能源投切序列。

34、作为优选，所述出力计划至少包括出力时长、启停时刻以及出力量；

35、所述边界约束条件至少包括机组出力约束、系统功率平衡约束、机组启停状态约束、机组启停时间约束。

36、本方案中，通过设定零碳切换模型的边界约束条件，并采用milp求解器进行求解，能够动态地优化每台非碳电机组在每个时间段的出力计划，不仅考虑了机组的出力能力，还综合考虑了系统功率平衡、机组的启停状态和启停时间等多重因素，从而实现了能源的高效分配和利用；系统功率平衡约束确保了电力系统的稳定运行，避免了因功率不平衡导致的电网波动或故障；机组启停状态约束和启停时间约束则保证了机组的平稳切换，减少了因频繁启停对设备造成的损耗，提高了系统的可靠性；通过优化每台机组的出力计划，该方案能够减少不必要的能源浪费，从而降低电力系统的运营成本。

37、作为优选，根据非碳电机组的历史出力情况结合能源调控参与度获取零碳能源投切序列对应的非碳电机组的可调控能源空间，通过可调控能源空间对碳电发电计划序列对应的序列位依次进行能源修正获取碳电能源投切序列，基于碳电能源投切序列和零碳能源投切序列进行能源综合调度；包括如下步骤：

38、s41、根据非碳电机组的历史出力情况预测每个出力周期内的最大出力值和最小出力值，根据最大出力值、最小出力值、能源调节速率以及能源调控参与度确定每一个非碳源机组的可调控能源空间；

39、s42、依次提取碳电发电计划序列对应序列位的投切特性数据，所述投切特性数据包括投切时刻以及出力值；

40、s43、调取零碳能源投切序列中与投切时刻相适配的可调控能源空间；通过可调控能源空间对碳电发电计划序列中对应序列位的出力值依次进行修正获取碳电能源投切序列；

41、s44、根据碳电能源投切序列和零碳能源投切序列中各机组的出力计划进行能源综合调度。

42、本方案中，根据历史投切数据预测非碳电机组的最大和最小出力值，并结合能源调节速率和能源调控参与度，为每个非碳源机组确定了可调控能源空间；为后续的能源修正和调度提供了灵活的调整范围，使得能源调度更加精准和高效；通过提取碳电发电计划序列的投切特性数据，并利用可调控能源空间对其进行修正，从而得到优化后的碳电能源投切序列，实现了碳电和零碳能源之间的协同优化，提升整体能源利用效率和减少碳排放；基于优化后的碳电能源投切序列和零碳能源投切序列，可以确保电力系统的稳定运行，同时，由于更多地依赖零碳能源，当电力系统面临突发情况时（如负荷突增或设备故障），可以迅速调整非碳电机组的出力计划，以弥补碳电机组的不足或过剩，从而确保电力系统的连续供电和稳定运行。

43、第二方面，本发明实施例中还提供的一种技术方案是一种碳电协商调度系统，包括：

44、第一构建模块：非碳电机组未投入运行时，以满足能源区块的能源需求时的碳排放量和发电成本最小为第一目标函数构建碳电耦合模型；

45、第一计算模块：采用milp求解器求解碳电耦合模型得到碳电发电计划序列；

46、协商模块：非碳电机组投入运行时，采用双边认证策略获取非碳电机组与碳电机组的第一认证指标以及非碳电机组与能源区块的第二认证指标；基于第一认证指标与第二认证指标进行双边协商获取每个非碳电机组的能源调控参与度；

47、第二构建模块：以能源切换平滑度最小为第二目标函数构建零碳切换模型；

48、第二计算模块：采用milp求解器求解零碳切换模型获取零碳能源投切序列；

49、能源调度模块：获取零碳能源投切序列的序列位对应的可调控能源空间，通过可调控能源空间对碳电发电计划序列对应的序列位进行能源修正获取碳电能源投切序列，基于碳电能源投切序列和零碳能源投切序列进行能源综合调度。

50、第三方面，本发明实施例中提供的一种技术方案是一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时实现基于能源双边认证的碳电协商调度方法的步骤。

51、第四方面，本发明实施例中提供的一种技术方案是一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时，实现基于能源双边认证的碳电协商调度方法的步骤。

52、本发明的至少具备如下有益效果：

53、（1）为了实现电力系统稳定运行的同时降低碳排放的双重目标；本方案通过预测非碳电机组的可调控能源空间，并将其与碳电发电计划相结合，进行能源的修正与调度，重点考虑各发电机组的碳排放量，优先调度能源调控参与度较高的非碳电机组，从而减少整体的碳排放；通过综合考虑碳排放进行能源调度，不仅降低了电力系统的碳排放量，还提高了能源调度的灵活性和经济性；

54、（2）为了保障能源供应稳定的前提下降低发电成本并提高能源投切的平稳性；本技术利用可调控能源空间对碳电发电计划进行修正，实现碳电与零碳能源的协同工作，在修正过程中，充分考虑各发电机组的发电成本，优先选择成本低且投切平稳的机组进行调度;同时，通过匹配投切序列中的投切时刻和出力值，确保能源投切的平稳过渡；通过优化发电成本和能源投切平稳性，显著降低了电力系统的运营成本，提高了能源调度的经济性和安全性；

55、（3）为了实现碳排放、发电成本和投切平稳性三种指标的协同优化，提升电力系统能源调度的整体性能。本技术在进行综合能源调度时，同时考虑碳排放、发电成本和投切平稳性等多个指标，通过构建多个目标优化模型，并进行独立求解，并对求解结果进行整合得到最优的能源调度方案；通过综合能源调度与多指标协同的技术手段，在复杂的电力运行环境中，可以通过不断地优化能源结构，为电力系统的安全、低碳、经济、稳定运行提供有力支持。

56、上述技术实现要素：仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。