一种综合能源供应商与终端用户低碳协同调度方法技术

本发明专利技术公开了一种综合能源供应商与终端用户低碳协同调度方法。本发明专利技术通过阶梯碳排放配额和综合能源系统的碳排放量建立阶梯碳排放交易机制模型，将综合能源系统作为一个整体参与能源市场与碳交易市场，之后利用基于分层Shapley的定价方式制定各个园区用户的能

【技术实现步骤摘要】
一种综合能源供应商与终端用户低碳协同调度方法


[0001]本专利技术属于综合能源分布式优化调度领域，尤其涉及于一种综合能源供应商与终端用户低碳协同调度方法。

技术介绍

[0002]近几十年来，随着全球经济的快速发展以及对能源需求的不断提高，二氧化碳等温室气体的大量排放加剧了全球变暖和空气污染问题。为了实现低碳经济转型，许多国家和地区成立了碳交易市场。但是，碳交易市场的参与者一般只包括能源生产商和能源密集型行业，如钢铁或水泥等产业。而作为能源最终使用者与造成碳排放的主要原因的终端能源消费者，则因为数量过于庞大，无法直接参与碳市场。有可能导致终端消费者减碳意愿不足，系统碳排放难以降低。目前，尚缺少文献研究如何将终端消费者纳入碳市场体系中去。在供应商
‑
用户的双层模型中，供应商与用户作为一个整体，参与外部的能
‑
碳市场交易。如何激励终端用户进行节能减排，实现能源供应商与终端用户的低碳协同调度，是一个亟待研究的问题。

技术实现思路

[0003]本专利技术基于目前终端能源消费者无法被纳入现有的碳市场体系中去、导致节能减排意愿不高的问题，提出了一种综合能源供应商与终端用户低碳协同调度方法。该方法的具体实现流程如下：
[0004]步骤1：通过阶梯碳排放配额和综合能源系统的碳排放量建立阶梯碳排放交易机制模型；
[0005]步骤2：建立综合能源供应商的低碳经济调度模型：利用阶梯碳排放交易机制模型构建使综合能源系统的总能源成本与总碳成本最低的目标函数，再结合热电耦合元件CHP机组的模型、配电网交流潮流二阶锥模型和热管网暂态微元管网模型建立综合能源供应商的低碳经济调度模型；
[0006]步骤3：将碳排放收益根据各个园区用户负荷的比例分摊至园区中的用户，建立Shapley的能
‑
碳价格分摊模型，计算得到刚性负荷与柔性负荷的能源价格和碳排放价格；
[0007]步骤4：根据最终的能源价格和碳排放价格建立下层园区用户响应上层综合能源供应商发布的能
‑
碳价格的综合负荷响应模型；综合负荷响应模型包括：使得总能源成本、碳成本和用户参与负荷响应导致的惩罚系数之和最小的目标函数、电负荷约束模型和热负荷约束模型；
[0008]步骤5：创建复制变量，将综合能源供应商与用户的耦合点，即电能和热能的交互功率进行解耦，分别构建综合能源供应商与园区用户拉格朗日增广形式的目标函数，构建拉格朗日乘子更新公式和惩罚因子更新公式，利用可变惩罚因子ADMM法实现分布式协同优化调度。
[0009]进一步地，所述步骤1中，建立阶梯碳排放交易机制模型包括以下步骤：
[0010]步骤1.1：碳交易主管部门通过综合能源系统的历史碳排放量或行业基准，预分配免费碳配额；当综合能源系统实际产生的碳排放量低于分配的配额时，多余的配额能够在碳交易市场上进行出售；否则在碳排放市场中购买超额的碳排放；
[0011]步骤1.2：将碳排放划分为若干个区间，各区间对应不同的碳交易价格，阶梯碳排放配额的公式如下：
[0012]E
trade
＝E
system
‑
E
quota
[0013]综合能源供应商的阶梯碳价格的计算公式为：
[0014][0015]其中为上层综合能源供应商支付的碳价格，E
trade
，E
quota
，E
system
分别为参与碳市场的碳排放、碳交易主管部门分配的碳排放份额和系统的总碳排放，λ1，λ2，λ3分别为各碳排区间的价格且λ3＞λ2＞λ1，σ1，σ2分别为各碳排放区间的分割点，且σ1＞σ1；
[0016]步骤1.3：计算综合能源系统的碳排放量；计算综合能源系统能源供应侧的碳排放，各机组具有一定的碳排放强度，将所有机组的碳排放强度乘以各个机组的出力累加起来，即为综合能源系统的碳排放量，其中综合能源系统的碳排放量计算公式为：
[0017][0018]其中，c为各个机组的单位功率的碳排放系数，P为各个机组的有功功率，G为CHP机组的燃气消耗量，下标g、b、CHP、w分别表示火电机组、大电网、CHP机组、风机，t表示电力系统的时间序列，为调度的时间集合，Δt表示调度的时间尺度。
[0019]进一步地，所述步骤2中，包括以下步骤：
[0020]步骤2.1：构建综合能源供应商的目标函数，即使得综合能源系统的总能源成本与总碳成本最低，其优化目标函数为：
[0021][0022][0023]其中C
I
、与分别表示综合能源供应商的总成本、能源成本与碳成本。p表示各个机组单位功率的价格，p
curtail
表示弃风成本，与P
wind
分别表示风电功率的预测值与调度的风电有功功率，g、b、CHP分别表示火电机组、大电网、CHP机组，t表示电力系统的时间序列，为调度的时间集合；
[0024]步骤2.2：构建热电耦合元件CHP机组的模型，其表达式为：
[0025][0026][0027]其中，P
CHP,t
，H
CHP,τ
为CHP机组输出的电功率与热功率，K
e
与K
h
分别是CHP机组的发电效率与制热效率，τ与t分别为电力系统与热力系统的时间序列；
[0028]步骤2.3：构建配电网交流潮流二阶锥模型，其表达式为：
[0029][0030][0031][0032][0033]其中，P
PG,i,t
与Q
PG,i,t
分别表示节点i上的电机在时间t的有功功率与无功功率，P
L,i,t
与Q
L,i,t
分别表示节点i上的负载在时间t消耗的有功功率与无功功率，P
ij,t
与Q
ij,t
分别为从节点i流向节点j的有功与无功功率。l
ij,t
为线路ij电流的平方，v
i,t
为节点i电压的平方，r
ij
与x
ij
分别表示线路ij的电阻与电抗；为线路中所有节点的集合，m和i均为中节点；
[0034]配电网的电流、电压范围、平衡节点约束分别为：
[0035][0036][0037][0038]其中，v
o,t
为平衡节点o处电压的平方，v
min
与v
max
分别为电压平方的下限与上限，l
max
为电流平方的上限；
[0039]步骤2.4：构建热管网暂态微元管网模型，该模型包括：保温层的径向散热微元温度公式、热管网内的水温公式、管线处的流量混合与温度混合公式、换热站与负载处的换热公式和温度约束公式；
[0040]其中保温层的径向散热微元温度公式为：
[0041][0042]其中c
u
为保温层比热容本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种综合能源供应商与终端用户低碳协同调度方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：通过阶梯碳排放配额和综合能源系统的碳排放量建立阶梯碳排放交易机制模型；步骤2：建立综合能源供应商的低碳经济调度模型：利用阶梯碳排放交易机制模型构建使综合能源系统的总能源成本与总碳成本最低的目标函数，再结合热电耦合元件CHP机组的模型、配电网交流潮流二阶锥模型和热管网暂态微元管网模型建立综合能源供应商的低碳经济调度模型；步骤3：将碳排放收益根据各个园区用户负荷的比例分摊至园区中的用户，建立Shapley的能
‑
碳价格分摊模型，计算得到刚性负荷与柔性负荷的能源价格和碳排放价格；步骤4：根据最终的能源价格和碳排放价格建立下层园区用户响应上层综合能源供应商发布的能
‑
碳价格的综合负荷响应模型；综合负荷响应模型包括：使得总能源成本、碳成本和用户参与负荷响应导致的惩罚系数之和最小的目标函数、电负荷约束模型和热负荷约束模型；步骤5：创建复制变量，将综合能源供应商与用户的耦合点，即电能和热能的交互功率进行解耦，分别构建综合能源供应商与园区用户拉格朗日增广形式的目标函数，构建拉格朗日乘子更新公式和惩罚因子更新公式，利用可变惩罚因子ADMM法实现分布式协同优化调度。2.根据权利要求1所述的一种综合能源供应商与终端用户低碳协同调度方法，其特征在于，所述步骤1中，建立阶梯碳排放交易机制模型包括以下步骤：步骤1.1：碳交易主管部门通过综合能源系统的历史碳排放量或行业基准，预分配免费碳配额；当综合能源系统实际产生的碳排放量低于分配的配额时，多余的配额能够在碳交易市场上进行出售；否则在碳排放市场中购买超额的碳排放；步骤1.2：将碳排放划分为若干个区间，各区间对应不同的碳交易价格，阶梯碳排放配额的公式如下：E
trade
＝E
system
‑
E
quota
综合能源供应商的阶梯碳价格的计算公式为：其中为上层综合能源供应商支付的碳价格，E
trade
，E
quota
，E
system
分别为参与碳市场的碳排放、碳交易主管部门分配的碳排放份额和系统的总碳排放，λ1，λ2，λ3分别为各碳排区间的价格且λ3＞λ2＞λ1，σ1，σ2分别为各碳排放区间的分割点，且σ1＞σ1；步骤1.3：计算综合能源系统的碳排放量；计算综合能源系统能源供应侧的碳排放，各机组具有一定的碳排放强度，将所有机组的碳排放强度乘以各个机组的出力累加起来，即为综合能源系统的碳排放量，其中综合能源系统的碳排放量计算公式为：
其中，c为各个机组的单位功率的碳排放系数，P为各个机组的有功功率，G为CHP机组的燃气消耗量，下标g、b、CHP、w分别表示火电机组、大电网、CHP机组、风机，t表示电力系统的时间序列，为调度的时间集合，Δt表示调度的时间尺度。3.根据权利要求1所述的一种综合能源供应商与终端用户低碳协同调度方法，其特征在于，所述步骤2中，包括以下步骤：步骤2.1：构建综合能源供应商的目标函数，即使得综合能源系统的总能源成本与总碳成本最低，其优化目标函数为：成本最低，其优化目标函数为：其中C
I
、与分别表示综合能源供应商的总成本、能源成本与碳成本；p表示各个机组单位功率的价格，p
curtail
表示弃风成本，与P
wind
分别表示风电功率的预测值与调度的风电有功功率，g、b、CHP分别表示火电机组、大电网、CHP机组，t表示电力系统的时间序列，为调度的时间集合；步骤2.2：构建热电耦合元件CHP机组的模型，其表达式为：步骤2.2：构建热电耦合元件CHP机组的模型，其表达式为：其中，P
CHP,t
，H
CHP,τ
为CHP机组输出的电功率与热功率，K
e
与K
h
分别是CHP机组的发电效率与制热效率，τ与t分别为电力系统与热力系统的时间序列；步骤2.3：构建配电网交流潮流二阶锥模型，其表达式为：步骤2.3：构建配电网交流潮流二阶锥模型，其表达式为：步骤2.3：构建配电网交流潮流二阶锥模型，其表达式为：步骤2.3：构建配电网交流潮流二阶锥模型，其表达式为：其中，P
PG,i,t
与Q
PG,i,t
分别表示节点i上的电机在时间t的有功功率与无功功率，P
L,i,t
与Q
L,i,t
分别表示节点i上的负载在时间t消耗的有功功率与无功功率，P
ij,t
与Q
ij,t
分别为从节点i流向节点j的有功与无功功率；l
ij,t
为线路ij电流的平方，v
i,t
为节点i电压的平方，r
ij
与x
ij
分别表示线路ij的电阻与电抗；为线路中所有节点的集合，m和i均为中节点；配电网的电流、电压范围、平衡节点约束分别为：
其中，v
o,t
为平衡节点o处电压的平方，v
min
与v
max
分别为电压平方的下限与上限，l
max
为电流平方的上限；步骤2.4：构建热管网暂态微元管网模型，该模型包括：保温层的径向散热微元温度公式、热管网内的水温公式、管线处的流量混合与温度混合公式、换热站与负载处的换热公式和温度约束公式；其中保温层的径向散热微元温度公式为：其中c
u
为保温层比热容，D
out
与D
in
分别为管道的外径与内径，Δx为管线微元长度，Δτ为热网时间微元，ρ
u
为保温层密度，R
ru
与R
us
分别热水与保温层、保温层与热水之间的热阻，T
u,l,k,τ
与T
r,l,k,τ
分别为保温层与热水在线路l的第k段τ时刻的温度，T
s
为土壤温度，为管线l的分段集合，为所有管线的集合；热管网内的水温公式为：其中M
l
为管线l的流量，ρ
r
为热水的密度，c
r
为热水的比热容；在管线处的流量混合与温度混合公式为：在管线处的流量混合与温度混合公式为：其中，与分别表示流入/流出节点a的管线集合，if与of分别表示流入与流出节点a的管线，T
r,of,1,τ
表示流出管线a第1段微元在τ时刻的热水温度；在换热站与负载处的换热公式为：
其中，下标p与q分别表示换热站与负载，H
q,τ
表示负荷节点q处的时刻τ消耗的热功率，η
ex
与η
load
分别表示CHP机组与负荷的热交换效率；热管网中水温需要保持在一定温度区间内，温度约束公式如下：在一个调度周期内，负荷入水口处的温度差需要保持在一定温度差内：其中，与分别表示负荷节点r入水口管线的最后一段微元在调度的初始时刻与最后时刻的水温。4.根据权利要求1所述的一种综合能源供应商与终端用户低碳协同调度方法，其特征在于，所述步骤3中，包括以下步骤：步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘睿捷，孙云方，何志松，陆建伟，吕施霖，包哲静，朱汉波，张莹颖，龚运，潘敏，谢文儒，于淼，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：