一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法技术

本发明专利技术涉及一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法，所述的方法包括以下步骤：步骤1：建立综合能源系统经济运行目标函数；步骤2：建立碳交易成本模型和综合需求响应模型；步骤3：根据风光与负荷预测数据，建立等式和不等式约束；本发明专利技术具有增强电热冷气能源的耦合程度、有效利用综合能源多能互补、提高系统协调能力、提高响应能力、降低运行成本的优点。的优点。的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法


[0001]本专利技术属于综合能源优化运行
，具体涉及一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法。

技术介绍

[0002]碳排放的主要来源是能源行业，因此能源行业响应“双碳”目标，降低碳排放比重，实现低碳电力，综合能源系统是实现“双碳”目标的重要手段，因其能源利用率高而成为未来低碳能源的主要发展方向，综合能源系统中能源形式和种类丰富，既包括发电侧各种类型的分布式电源、热、冷、燃气等能源，也包括用户侧多种能源形式的需求侧响应资源，为进一步挖掘IES的综合效益，需要研究发用侧各类资源特性和协调优化问题，研究发现：从电力系统角度研究分布式电源的文献已经很多，但从综合能源角度研究需求侧响应资源的技术和特性问题的文献不多，文献《考虑需求响应的负荷控制》分析了需求响应的负荷控制对供电可靠性的影响，但未从综合能源角度开展研究；在优化协调方面，考虑优化调度模型时，文献《源荷储协调的冷热电综合能源系统随机优化运行》提出了CCHP系统进行改良，提升了CCHP系统的灵活性，但该研究包含设备种类较少，模型上考虑不充分，优化目标单一；文献《含电转气的区域综合能源系统热电优化调度》未考虑基于碳交易机制的低碳化运行目标，其模型中也未涉及碳捕集设备，也缺乏对碳交易机制下低碳调度运行策略的探索；在目前已有研究中，除了对于综合能源系统发展框架进行展望研究，更多是在区域电网层面，考虑电
‑
气
‑
热形式的能源资源特性，进行单一目标的建模和优化计算研究，比如文献《西北地区源端基地综合能源系统的技术方案设计及优化研究》只是提出西北地区源端基地综合能源系统的技术方案设计，但在配电网层面，充分调动发用各类资源，综合考虑用能经济性和节能减排目标，发挥综合能源系统多目标优化特征的研究略显不足；尤其是用户潜在丰富的柔性负荷资源，比如文献《可再生能源配额制下多园区综合能源系统优化调度》虽然在IES的低碳优化上取得了一定成果，但未综合考虑需求侧响应；因此，提供一种增强电热冷气能源的耦合程度、有效利用综合能源多能互补、提高系统协调能力、提高响应能力、降低运行成本的一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法是非常有必要的。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足，而提供一种增强电热冷气能源的耦合程度、有效利用综合能源多能互补、提高系统协调能力、提高响应能力、降低运行成本的一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法。
[0004]本专利技术的目的是这样实现的：一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法，所述的方法包括以下步骤：
[0005]步骤1：建立综合能源系统经济运行目标函数；
[0006]步骤2：建立碳交易成本模型和综合需求响应模型；
[0007]步骤3：根据风光与负荷预测数据，建立等式和不等式约束。
[0008]所述的步骤1中建立综合能源系统经济运行目标函数具体为：建立包括系统运维成本、购电成本、购气成本、弃风弃光惩罚成本、碳交易费用的冷热电气综合能源系统运行总成本费用最小目标函数C
min
(t)，其中：式中：C
ele
(t)是购电成本；C
om
(t)是运维成本；C
gas
(t)是购气成本；C
sw
(t)是弃风弃光惩罚成本；是碳交易成本。
[0009]所述的系统运维成本为：式中：C
i
(t)是第i个设备在t时段的运维成本；其中：
[0010]式中：是设备i 折旧系数；是设备i单位维护成本；是设备P2G单位时段消耗水量单价；是设备P2G单位时段消耗氧气单价；P
PV
(t)、P
WT
(t)、P
MT,e
(t)分别是光伏、风电、微型燃气轮机发电功率；P
EC
(t)、P
EB
(t)、P
CB
(t)分别是电制冷机、电锅炉、碳捕集系统运行消耗功率；Q
HE,in
(t)、Q
AC,in
(t)分别是热交换机、吸收式制冷机输入供热量；是单位时段P2G设备消耗的水量；是单位时段P2G设备生产的氧气量；P
P2G
(t)是单位时段P2G设备消耗电功率；C
P2G
(t)是P2G设备运维成本； C
PV
(t)是光伏设备运维成本；C
WT
(t)是风机设备运维成本；C
MT
(t)是微型燃气轮机设备运维成本；C
EC
(t)是电制冷机设备运维成本；C
EB
(t)是电锅炉设备运维成本； C
CB
(t)是碳捕集系统设备运维成本；C
HE
(t)是热交换机设备运维成本；C
AC
(t)是吸收式制冷机设备运维成本。
[0011]所述的购电成本为：式中：C
grid
(t)是单位时段购电单价；
P
grid
(t)是单位时段对应的购电功率；所述的购气成本为：式中：C
ng
(t)是天燃气购入单价；q
grid
(t)是天燃气购入流量；所述的弃风弃光惩罚成本为：式中：p
PV
是单位时段弃光功率惩罚系数；q
WT
是单位时段弃风功率惩罚系数；分别是单位时段光伏、风电理论发电功率。
[0012]所述的步骤2中建立碳交易成本模型和综合需求响应模型，其中所述的碳交易成本模型具体为：规定初始无偿碳排放配额对象包括燃煤机组、燃气锅炉、冷热电联产机组3部分；其中冷热电联产机组可同时提供冷、热、电、三种能源，将其发电量折算成等效供冷/热量,并与常规机组的发电量以及燃气锅炉的供热量共同对碳排放配额进行分配，具体公式为：式中：C
q
表示综合能源系统分配的碳排放配额；λ
p
、λ
h
分别是单位电量与单位冷/热量的碳排放配额系数；Q
GB
(t)是燃气锅炉单位时段的供热量；P
ele
(t)是综合能源系统单位时段向大电网购买的燃煤机组电量；P
MT
(t)、Q
HOT
(t)、Q
cold
(t)分别是冷热电联产机组单位时段供电、供热和供冷量；β是微型然汽轮机发电量等效成供冷/热量的折算系数；为了减小冷热电气综合能源系统对环境造成的影响，考虑碳排放配额区间阶梯交易成本模型：当碳交易成本表示碳排放量小于分配额，用户可将多余额度出售并获得奖励补贴；反之，需要购买配额以进行正常生产；计算公式为：式中：C
em
是综合能源系统中碳排放总量；σ是进行碳交易的价格；τ是碳交易价格涨幅；υ是碳排放量所在区间长度。
[0013]所述的综合需求响应模型具体为：在需求侧中引入冷热电气综合需求本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法，其特征在于：所述的方法包括以下步骤：步骤1：建立综合能源系统经济运行目标函数；步骤2：建立碳交易成本模型和综合需求响应模型；步骤3：根据风光与负荷预测数据，建立等式和不等式约束。2.如权利要求1所述的一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法，其特征在于：所述的步骤1中建立综合能源系统经济运行目标函数具体为：建立包括系统运维成本、购电成本、购气成本、弃风弃光惩罚成本、碳交易费用的冷热电气综合能源系统运行总成本费用最小目标函数C
min
(t)，其中：C
min
(t)＝C
om
(t)+C
ele
(t)+C
gas
(t)+C
sw
(t)+C
co2
(t)，式中：C
ele
(t)是购电成本；C
om
(t)是运维成本；C
gas
(t)是购气成本；C
sw
(t)是弃风弃光惩罚成本；C
co2
是碳交易成本。3.如权利要求2所述的一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法，其特征在于：所述的系统运维成本为：式中：C
i
(t)是第i个设备在t时段的运维成本；其中：式中：是设备i折旧系数；是设备i单位维护成本；是设备P2G单位时段消耗水量单价；是设备P2G单位时段消耗氧气单价；P
PV
(t)、P
WT
(t)、P
MT,e
(t)分别是光伏、风电、微型燃气轮机发电功率；P
EC
(t)、P
EB
(t)、P
CB
(t)分别是电制冷机、电锅炉、碳捕集系统运行消耗功率；Q
HE,in
(t)、Q
AC,in
(t)分别是热交换机、吸收式制冷机输入供热量；是单位时段P2G设备消耗的水量；是单位时段P2G设备生产的氧气量；P
P2G
(t)是单位时段P2G设备消耗电功率；C
P2G
(t)是P2G设备运维成本；C
PV
(t)是光伏设备运维成本；C
WT
(t)是风机设备运维成本；C
MT
(t)是微型燃气轮机设备运维成本；C
EC
(t)是电制冷机设备运维成本；C
EB
(t)是电锅炉设备运维成本；C
CB
(t)是碳捕集系统设备运维成本；C
HE
(t)是热交换机设备运维成本；C
AC
(t)是吸收式制冷机设备运维成本。4.如权利要求2所述的一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法，其特征在于：所述的购电成本为：式中：C
grid
(t)是单位时段购电单价；P
grid
(t)是单位时段对应的购电功率；所述的购气成本为：式中：C
ng
(t)是天燃气购入单价；q
grid
(t)是天燃气购入流量；所述的弃风弃光惩罚成本为：式中：p
PV
是单位时段弃光功率惩罚系数；q
WT
是单位时段弃风功率惩罚系数；分别是单位时段光伏、风电理论发电功率。5.如权利要求1所述的一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法，其特征在于：所述的步骤2中建立碳交易成本模型和综合需求响应模型，其中所述的碳交易成本模型具体为：规定初始无偿碳排放配额对象包括燃煤机组、燃气锅炉、冷热电联产机组3部分；其中冷热电联产机组可同时提供冷、热、电、三种能源，将其发电量折算成等效供冷/热量,并与常规机组的发电量以及燃气锅炉的供热量共同对碳排放配额进行分配，具体公式为：式中：C
q
表示综合能源系统分配的碳排放配额；λ
p
、λ
h
分别是单位电量与单位冷/热量的碳排放配额系数；Q
GB
(t)是燃气锅炉单位时段的供热量；P
ele
(t)是综合能源系统单位时段向大电网购买的燃煤机组电量；P
MT
(t)、Q
HOT
(t)、Q
cold
(t)分别是冷热电联产机组单位时段供电、供热和供冷量；β是微型然汽轮机发电量等效成供冷/热量的折算系数；为了减小冷热电气综合能源系统对环境造成的影响，考虑碳排放配额区间阶梯交易成本模型：当碳交易成本表示碳排放量小于分配额，用户可将多余额度出售并获得奖励补贴；反之，需要购买配额以进行正常生产；计算公式为：式中：C
em
是综合能源系统中碳排放总量；σ是进行碳交易的价格；τ是碳交易价格涨幅；υ是碳排放量所在区间长度。6.如权利要求5所述的一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法，其特征在于：所述的综合需求响应模型具体为：在需求侧中引入冷热电气综合需求响应IDR，调节用户用能行为，使供能、用能、储能能量相互转换更加紧密；基于电、气、热、冷负荷的可
控性，包含负荷替代和负荷转移，并且实现负荷在横向时间上的转移，所述的综合需求响应模型包括电负荷需求响应、气负荷需求响应、热负荷需求响应和冷负荷需求响应。7.如权利要求6所述的一种计及碳交易与需求响应的综合能源优化模型构建方法，其特征在于：所述的电负荷需求响应具体为：基于不同时段电价机制，引导用户用电行为；同时引入电负荷用户满意度评价，防止需求侧响应过度降低用户用能感受，计算公式为：式中：ΔP(t)、P(t)分别为t时段需求响应前电负荷转移功率与电负荷功率；T为调度周期；因引入P2G设备来完成负荷替代，因此包含负荷转移、替代的电负荷需求响应模型为：P
IDR
(t)＝P(t)+ΔP(t)+α
ele
ΔG
P
(t)，式中：P
IDR
(t)、ΔG
P
(t)分别是t时段需求响应后电负荷量和可替代气负荷量；α
ele
是气电转换系数；采用电量电价弹性系数构建电负荷需求响应模型，计算方法为：建电负荷需求响应模型，计算方法为：式中：ω是电量电价弹性系数；ΔP和ΔE
p
分别是电量P和电价D的改变量；e
p
是由ω构成的系数矩阵；所述的气负荷需求响应具体为：由于天燃气和电能具备相似的市场特性，因此可以参考建立天燃气需求响应模型：G
IDR
(t)＝G(t)+ΔG(t)+α
gas
ΔP
G
(t)，(t)，式中：G
IDR
(t)、G(t)、ΔG(t)和ΔP
G
(t)分别是t时段需求响应后气负荷量、需求响应前气负荷量、气负荷转移量和可替代电负荷量；...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鹏，田春筝，王小凯，王坤，杨萌，杨钦臣，李慧璇，张泓楷，张艺涵，祖文静，郑永乐，
申请(专利权)人：许昌许继软件技术有限公司，
类型：发明
国别省市：