一种考虑阶梯式碳交易与柔性负荷的综合能源系统调度方法与流程

本发明涉及电力系统优化运行，尤其是涉及一种考虑阶梯式碳交易与柔性负荷的综合能源系统低碳经济调度方法。

背景技术：

1、能源是人类生活和发展的重要物质基础.随着我国经济的快速发展，一次性能源的过量开发和利用使得环境问题日益严峻.如何在减少环境污染的同时保证能源的可持续供应一直都是全球关注的焦点.传统能源系统结构简单、能源种类单一，缺少不同能源形式之间的协调管理，进而导致系统能源利用率低下。综合能源系统因其内部耦合了多种能源转换设备，可以实现不同能源之间的优势互补，得到了广泛的应用。在“碳达峰”、“碳中和”双碳战略目标下，综合能源系统的优化研究也开始由传统的经济调度向低碳经济调度转变。

2、为了兼顾综合能源系统的经济与环境效益，许多研究都将碳交易机制引入综合能源系统调度模型中来限制系统的碳排放。然而，传统的碳交易机制只采用固定碳价，无法激发供能企业的减排积极性。为了进一步地限制综合能源系统的碳排放，在传统碳交易机制的基础上，提出了阶梯式碳交易的概念。随着能源利用技术的不断发展，综合能源系统用户侧灵活资源也不断被挖掘。需求响应作为综合能源系统灵活的调控手段，可以充分激发负荷侧资源的灵活性。随着综合能源系统研究的不断发展，需求响应也从单一的电负荷转为多元柔性负荷需求响应。因此，开发一种综合考虑阶梯式碳交易与柔性负荷的综合能源系统低碳经济调度模型具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑阶梯式碳交易与柔性负荷的综合能源系统调度方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种考虑阶梯式碳交易与柔性负荷的综合能源系统调度方法，包含以下步骤：

4、根据负荷特性构建多元柔性负荷模型；

5、构建基于多元柔性负荷的综合能源系统架构；

6、构建基于综合能源系统的阶梯式碳交易机制；

7、基于所构建的多元柔性负荷模型、综合能源系统架构以及阶梯式碳交易机制构建以购能成本、新能源发电成本、碳交易成本、运维成本及柔性负荷补偿总成本之和最小为目标函数的考虑阶梯式碳交易机制与柔性负荷的综合能源系统的低碳经济调度模型；

8、在满足约束条件下，对考虑阶梯式碳交易机制与柔性负荷的综合能源系统的低碳经济调度模型进行最优化求解。

9、作为优选技术方案，所述考虑阶梯式碳交易与柔性负荷的综合能源系统低碳经济调度模型为：

10、minf＝fwp+fbuy+fco2+fgt+fgb+fes+fhs+fdr

11、式中，minf为考虑阶梯式碳交易与柔性负荷的综合能源系统低碳经济调度总成本最低；fwp为综合能源系统的新能源发电成本；fbuy为综合能源系统的购能成本；fco2为综合能源系统的阶梯式碳交易成本；fgt、fgb、fes、fhs为综合能源系统的运维成本；fdr为综合能源系统的柔性负荷补偿总成本。

12、作为优选技术方案，所述综合能源系统的新能源发电成本fwp的表达式为：

13、

14、式中，ωw、ωpv分别表示风电机组、光伏的运行成本系数；pw(t)、ppv(t)分别表示t时段风电机组、光伏的输出功率。

15、作为优选技术方案，所述综合能源系统的购能成本fbuy的表达式为：

16、

17、式中，ωe、ωg表示t时段的购电电价与购气电价；pe,buy(t)、pg,buy(t)分别表示t时段的购电功率、购气功率；t为一个运行周期。

18、作为优选技术方案，所述综合能源系统的柔性负荷补偿总成本fdr的表达式为：

19、fdr＝fz+fcut+fs

20、式中，fz为转移后补偿给用户的成本；fcut为削减后补偿给用户的成本；fs为平移后补偿给用户的成本。

21、作为优选技术方案，所述的多元柔性负荷模型包括基础负荷、可转移负荷、可削减负荷以及可平移负荷；

22、所述的可转移负荷模型表示为：

23、

24、

25、式中，表示最小连续运行时间；为0-1变量，表示可转移负荷的转移状态，1表示转移，0表示不转移；pz(t)表示t时段转移的负荷功率；表示可转移负荷功率的上、下限；

26、转移后补偿给用户的成本fz表示为：

27、

28、式中，表示负荷转移的补偿系数；

29、所述的可削减负荷模型表示为：

30、

31、

32、式中，tcut表示削减时长；分别表示最小、最大连续削减时间；0-1变量表示可削减负荷的削减状态，1为削减，0表示不削减；nmax表示最大削减次数；

33、削减后补偿给用户的成本fcut表示为：

34、

35、式中，pc(t)表示t时段的负荷削减功率；为负荷的削减补偿系数；

36、所述的可平移负荷模型如下式所示：

37、假设可转移时段区间为[ts-,ts+]，负荷平移的持续时间为td，则可平移负荷的起始时段集合sshift表示为：

38、[ts-,ts+-td+1]

39、平移后补偿给用户的成本fs：

40、

41、式中，为负荷的平移补偿系数；ps(t)为t时段平移的负荷功率。

42、作为优选技术方案，所述的综合能源系统的阶梯式碳交易成本fco2的表达式为：

43、

44、式中，fco2为碳交易成本；λ为碳交易基价；l为碳排放量区间长度；a表示碳价的增长幅度；eies表示系统参与的碳交易量。

45、作为优选技术方案，所述的基于综合能源系统的阶梯式碳交易机制包含碳排放量的确定以及各设备的碳排放计算方法，采用二阶段法确定系统的碳排放量，碳排放量模型为：

46、

47、式中，ω为供能设备与储能设备的集合；表示第i台能源设备在生产运输阶段的碳排放系数；表示第i台能源设备在运行阶段的碳排放系数；pi为第i台能源设备的输出功率；

48、综合能源系统参与的碳交易量为：

49、eies＝ec-ea

50、式中，ea为综合能源系统的碳排放配额。

51、作为优选技术方案，所述步骤含柔性负荷的综合能源系统模型包括：能源供给侧、能源转换装置、储能设备以及用户侧负荷；所述的能源供给侧包括电网电能、天然气、风电机组以及光伏机组；所述的能源转换装置包括燃气轮机、燃气锅炉；储能设备包括蓄电池、储热箱；所述的用户侧负荷由电负荷与热负荷组成，包含基础负荷与柔性负荷。

52、作为优选技术方案，所述的约束条件包括购能约束、功率平衡约束、设备出力约束和储能约束：

53、所述的购能约束为：

54、

55、式中，分别为t时段购电量、购气量的最小值；分别为t时段可购买电量、天然气量的最大值；

56、所述的功率平衡约束为：

57、

58、

59、式中，pe,load、ph,load分别表示t时段总电负荷、热负荷；pbase(t)、分别表示t时段的基础电、热负荷功率；pc(t)、分别表示t时段可削减电、热负荷功率；ps(t)、分别表示t时段可转移电、热负荷功率；η表示燃气轮机的热电转换效率；

60、所述的设备出力约束为：

61、

62、

63、式中，分别表示风电机组、光伏输出功率上限；分别表示t时段燃气轮机、燃气锅炉输出功率的最小值；分别表示t时段燃气轮机、燃气锅炉输出功率的最大值；分别为燃气轮机、燃气锅炉爬坡约束上、下限；

64、所述的储能约束包括蓄电池充放电约束、储热箱放热约束，蓄电池充放电约束为：

65、

66、式中，为0-1变量，分别表示储电设备充、放电状态；分别表示储能设备充电功率上、下限；des(t)为储电设备t时段的储电量；分别表示储能设备储电量上、下限；储电设备的总电量在一个调度周期内保持不变。

67、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

68、本发明提供的一种考虑阶梯式碳交易与柔性负荷的综合能源系统低碳经济调度方法，首先分析可转移负荷、可削减负荷和可平移负荷特性；然后，引入阶梯式碳交易机制，并将阶梯式碳交易下的碳交易成本作为目标函数的组成部分；最后，在满足购能约束、功率平衡约束、设备出力约束和储能约束的条件下进行求解；该优化方法能够兼顾综合能源系统的经济环境效益，为综合能源系统低碳经济运行提供参考。