一种计及碳交易的农业产业园区负荷优化调度方法技术

本发明专利技术提供一种计及碳交易的农业产业园区优化调度方法，包括：步骤一：获取系统碳排放配额并构建碳排放成本模型；步骤二：对农业产业园区负荷可调节特性进行分析并建立相应数学模型；步骤三：建立系统运行成本和碳交易成本最低的目标函数；步骤四：构建热电功率等式约束、农业产业园区负荷可时移性约束的约束条件；步骤五：对目标函数进行求解，获得农业产业园区负荷优化调度方案。在计及农业系统碳排放和对农业产业园区负荷可调节特性的基础上，对农业多能互补系统分析并建立相应数学模型。通过算例仿真获得碳交易机制下考虑的农业产业园区负荷可时移性下的优化调度方案。能够协同电热多能互补农业系统的经济性和低碳性。电热多能互补农业系统的经济性和低碳性。电热多能互补农业系统的经济性和低碳性。

【技术实现步骤摘要】
一种计及碳交易的农业产业园区负荷优化调度方法


[0001]本专利技术涉及综合能源调度
，特别涉及一种计及碳交易的农业产业园区负荷优化调度方法。

技术介绍

[0002]随着我国设施农业的发展，农村能源品类呈现多样化趋势，传统能源系统由单一系统向综合能源系统转变。大量新兴的农业产业园区随之产生，但园区内冷、热、电、气负荷用能需求和农业园区的清洁能源资源禀赋结合不够充分，无法因地制宜地最大程度发挥太阳能、风能、生物质能等能源的价值。通过合理调节设施农业中的可调节负荷，如园区内温室大棚等，对提高农业能源利用率与可再生能源的消纳量具有极大帮助，还可进一步打通农业负荷和园区其他形式能源需求的能量通道，实现多能互补，优化设施农业园区的能源结构。因此，有必要在计及园区内负荷可调节特性下，与低碳下农业园区发展理念相结合，制定考虑碳排放约束的农业园区负荷调度方式。当前，对农业园区的优化调度方法，主要针对的是多种能源的能源特性，利用各类能源优劣进行多能互补。但在考虑碳排放的因素时，并未对农业园区负荷可时移性进行充分融合。在计及负荷时移性的优化调度中，对系统碳排放考虑较少。无法达到针对农业园区低碳下的最优调度。

技术实现思路

[0003]为了解决
技术介绍
中提出的技术问题，本专利技术提出了一种计及碳交易的农业产业园区负荷优化调度方法，在计及农业系统碳排放和对农业产业园区负荷可调节特性的基础上，对农业多能互补系统分析并建立相应数学模型。通过算例仿真获得碳交易机制下考虑的农业产业园区负荷可时移性下的优化调度方案。该方法能够协同电热多能互补农业系统的经济性和低碳性，为农业产业园区综合能源系统低碳经济运行提供助力。
[0004]为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案实现：
[0005]一种计及碳交易的农业产业园区负荷优化调度方法，包括如下步骤：
[0006]步骤一：获取系统碳排放配额并构建碳排放成本模型。
[0007]所述系统碳排放配额是在计及农业产业园区中相关机组在生产活动中产生的电热功率下采用基准线法进行计算的，在确定系统碳排放配额的基础上考虑相关机组的碳排放系数构建碳排放模型，并引入碳交易市场价格因素形成碳交易成本模型。
[0008]步骤二：对农业产业园区负荷可调节特性进行分析并建立相应数学模型。
[0009]对农业产业园区中部分可调节农业产业园区负荷进行可时移性分析，并建立相关设备与机组的数学模型，通过各种能源转换来满足园区内的农业用能需求，还可以通过调节部分可调节的农业产业园区负荷来达到提高系统运行经济性并减少系统碳排放的目的。
[0010]步骤三：构建农业系统运行成本和碳交易成本最低的目标函数。
[0011]构建所述目标函数充分考虑到系统购能成本、运维成本与碳交易成本，在计及农业产业园区负荷可调节性的基础上，以系统经济最优为目标，实现了低碳下农业产业园区
负荷的调度。
[0012]步骤四：构建热电功率等式约束、农业产业园区负荷可时移性约束的约束条件。
[0013]步骤五：对目标函数进行求解，获得综合能源系统日前优化调度方案。
[0014]利用一种改进的正余弦算法对目标函数进行求解，为提高方法的计算速度与计算精度，对该方法在计算过程中的位置更新公式进行改进，通过不断更新迭代，求解农业系统中供电供热设备出力，获得农业产业园区负荷优化调度方案。
[0015]所述的步骤一中，所述系统碳排放配额采用基准线法进行计算，包括如下步骤：
[0016](1)确定碳排放配额：采用无偿分配并基于基准线法为系统提供碳排放配额；
[0017][0018]式中：E
p,t
为t时刻实际碳排放量；κ为区域单位电量碳排放分配额；为电量的折算系数；为t时刻热电联产机组输出的电功率；分别为t时刻空气热源泵、热电储能机组、大棚、热电联产机组输出的热功率。
[0019](2)确定碳排放成本模型
[0020]t时刻系统实际碳排放量E
ac,t
，根据排放因子法，机组的实际碳排放量与机组出力成正比，则t时刻系统实际碳排放量E
ac,t
为：
[0021][0022]式中：κ
he
、κ
kb
、κ
dp
、κ
rc
分别为热电联产机组、空气热源泵、大棚和热电储能机组的碳排放系数；用户可自行交易碳排放配额，即实际碳排放量小于碳排放配额，可以以市场价格出售剩余的碳排放配额获取收益；反之，需从市场买入超出的碳排放额度；由此，t时刻碳交易成本C
Ca,t
为：
[0023]C
Ca,t
＝k
Ca
(E
ac,t
‑
E
p,t
)
[0024]式中：k
Ca
为碳交易市场价格。
[0025]所述的步骤二中，对农业产业园区负荷可调节特性进行分析并建立相应数学模型，包括如下步骤：
[0026](1)温室大棚热负荷数学模型为：
[0027]Q
dre
＝Q1+Q2+Q3＝∑s
j
a
j
(t
in
‑
t
out
)+0.5kvn(t
in
‑
t
out
)+∑z1h1(t
in
‑
t
out
)
[0028]式中：Q
dre
为大棚所需热负荷值；Q1为传热负荷；Q2为渗透热负荷；Q3为地面热负荷；s
j
为第j种围护结构的传热系数；t
in
为大棚内温度；t
out
为大棚外温度；k为风力因子；v为大棚空气体积；n为每小时换气次数；z1为农业大棚的地面传热系数；h1为农业大棚的室内地面面积。
[0029](2)热电联产模型
[0030]热电联产系统主要包含小型沼气发电装置、沼气池、吸收式热泵，数学模型为：
[0031][0032]式中：Q
e
(t)为小型沼气发电装置在t时刻的烟气回收余热量；P
MBT
(t)为小型沼气发电装置在t时刻的输出电功率；η
e
为小型沼气发电装置的发电效率；η1为小型沼气发电装置散热部分损失系数；Q
AP
(t)为吸收式热泵在t时刻的热功率；η
AP
为吸收式热泵热回收效
率。
[0033](3)空气源热泵换热模型
[0034]空气源热泵以空气的能量作为动力，压缩机通过电能带动实现热能的转换，无需复杂昂贵的设备配置，减少了污染物的排放，其经济性和环保性突出，数学模型可以表示为：
[0035]Q
HP
(t)＝C
HP
P
EHP
(t)
[0036]式中：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种计及碳交易的农业产业园区负荷优化调度方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：获取系统碳排放配额并构建碳排放成本模型；所述系统碳排放配额是在计及农业产业园区中相关机组在生产活动中产生的电热功率下采用基准线法进行计算的，在确定系统碳排放配额的基础上考虑相关机组的碳排放系数构建碳排放模型，并引入碳交易市场价格因素形成碳交易成本模型；步骤二：对农业产业园区负荷可调节特性进行分析并建立相应数学模型；对农业产业园区中部分可调节农业产业园区负荷进行可时移性分析，并建立相关设备与机组的数学模型，通过各种能源转换来满足园区内的农业用能需求，还可以通过调节部分可调节的农业产业园区负荷来达到提高系统运行经济性并减少系统碳排放的目的；步骤三：构建农业系统运行成本和碳交易成本最低的目标函数；构建所述目标函数充分考虑到系统购能成本、运维成本与碳交易成本，在计及农业产业园区负荷可调节性的基础上，以系统经济最优为目标，实现了低碳下农业产业园区负荷的调度；步骤四：构建热电功率等式约束、农业产业园区负荷可时移性约束的约束条件；步骤五：对目标函数进行求解，获得综合能源系统日前优化调度方案；利用一种改进的正余弦算法对目标函数进行求解，为提高方法的计算速度与计算精度，对该方法在计算过程中的位置更新公式进行改进，通过不断更新迭代，求解农业系统中供电供热设备出力，获得农业产业园区负荷优化调度方案。2.根据权利要求1所述的一种计及碳交易的农业产业园区负荷优化调度方法，其特征在于，所述的步骤一中，所述系统碳排放配额采用基准线法进行计算，包括如下步骤：(1)确定碳排放配额：采用无偿分配并基于基准线法为系统提供碳排放配额；式中：E
p,t
为t时刻实际碳排放量；κ为区域单位电量碳排放分配额；为电量的折算系数；为t时刻热电联产机组输出的电功率；分别为t时刻空气热源泵、热电储能机组、大棚、热电联产机组输出的热功率；(2)确定碳排放成本模型t时刻系统实际碳排放量E
ac,t
，根据排放因子法，机组的实际碳排放量与机组出力成正比，则t时刻系统实际碳排放量E
ac,t
为：式中：κ
he
、κ
kb
、κ
dp
、κ
rc
分别为热电联产机组、空气热源泵、大棚和热电储能机组的碳排放系数；用户可自行交易碳排放配额，即实际碳排放量小于碳排放配额，可以以市场价格出售剩余的碳排放配额获取收益；反之，需从市场买入超出的碳排放额度；由此，t时刻碳交易成本C
Ca,t
为：C
Ca,t
＝k
Ca
(E
ac,t
‑
E
p,t
)式中：k
Ca
为碳交易市场价格。3.根据权利要求1所述的一种计及碳交易的农业产业园区负荷优化调度方法，其特征在于，所述的步骤二中，对农业产业园区负荷可调节特性进行分析并建立相应数学模型，包
括如下步骤：(1)温室大棚热负荷数学模型为：Q
dre
＝Q1+Q2+Q3＝∑s
j
a
j
(t
in
‑
t
out
)+0.5kvn(t
in
‑
t
out
)+∑z1h1(t
in
‑
t
out
)式中：Q
dre
为大棚所需热负荷值；Q1为传热负荷；Q2为渗透热负荷；Q3为地面热负荷；s
j
为第j种围护结构的传热系数；t
in
为大棚内温度；t
out
为大棚外温度；k为风力因子；v为大棚空气体积；n为每小时换气次数；z1为农业大棚的地面传热系数；h1为农业大棚的室内地面面积；(2)热电联产模型热电联产系统主要包含小型沼气发电装置、沼气池、吸收式热泵，数学模型为：式中：Q
e
(t)为小型沼气发电装置在t时刻的烟气回收余热量；P
MBT
(t)为小型沼气发电装置在t时刻的输出电功率；η
e
为小型沼气发电装置的发电效率；η1为小型沼气发电装置散热部分损失系数；Q
AP
(t)为吸收式热泵在t时刻的热功率；η
AP
为吸收式热泵热回收效率；(3)空气源热泵换热模型空气源热泵以空气的能量作为动力，压缩机通过电能带动实现热能的转换，无需复杂昂贵的设备配置，减少了污染物的排放，其经济性和环保性突出，数学模型可以表示为：Q
HP
(t)＝C
HP
P
EHP
(t)式中：Q
HP
(t)为空气源热泵在t时刻的输出热功率；C
HP
为空气源热泵制热系数；P
EHP
(t)为空气源热泵在t时刻的用电功率；(4)热电储能系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：何海，王千，李政平，潘媛，陶义，孙新鑫，聂磊，孟艳萍，张婧，王舒，金佳星，赵琰，姜河，
申请(专利权)人：沈阳工程学院国家电网有限公司，
类型：发明
国别省市：