一种电转气虚拟电厂降碳运行优化方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种电转气虚拟电厂降碳运行优化方法及系统，方法包括以下步骤：采集虚拟电厂数据；基于所述虚拟电厂数据，计算初始碳排放权配额、实际碳排放量以及虚拟电厂成本；基于初始碳排放权配额、实际碳排放量以及碳交易机制，构建阶梯型碳交易成本模型；基于电转气参与碳市场交易的激励机制，优化阶梯型碳交易成本模型；基于优化后的阶梯型碳交易成本模型以及虚拟电厂成本，构建降碳经济调度模型；基于降碳经济调度模型以及实际碳排放量，获得虚拟电厂电转气降碳最优经济调度。本发明专利技术充分挖掘了电转气的节能减排潜力，实现了虚拟电厂内多余电量的有效消纳，验证了其在低碳经济调度方面的有效性。济调度方面的有效性。济调度方面的有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种电转气虚拟电厂降碳运行优化方法及系统


[0001]本专利技术属于电力能源系统优化
，具体涉及一种电转气虚拟电厂降碳运行优化方法及系统。

技术介绍

[0002]随着全球碳中和发展形势，从“源
‑
荷
‑
储”多环节挖掘节能减排潜力成为趋势。虚拟电厂作为一种聚合主体，将可再生能源、可控负荷以及储能整合在一起，是统筹协调区域能源供给、实现碳减排目标的重要载体。随着可再生能源占比日益提高，具有碳中和技术和消纳新能源发电的电转气技术在电力系统调度中发挥重要作用，在虚拟电厂中引入电转气设备，在该设备电解氢气的基础上，利用二氧化碳和氢气在高温高压环境下反应生成天然气，为降碳提供了可行路径。然而目前大多数研究在虚拟电厂的经济调度方面缺乏对于电转气的考虑，对碳交易市场的实际运行情况考虑过于简单，且对总排放量的控制也较为宽松，难以鼓励虚拟电厂进行自主节能减排。所以，有必要考虑在电力系统调度中引入电转气技术，对降低碳排放强度提供可行路径。

技术实现思路

[0003]本专利技术旨在解决现有技术的不足，提出一种电转气虚拟电厂降碳运行优化方法及系统，充分考虑虚拟电厂内可调度单元互补调节潜力、激励机制、运行架构等，确定电转气虚拟电厂的降碳运行优化方法。
[0004]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0005]一种电转气虚拟电厂降碳运行优化方法，包括以下步骤：
[0006]采集虚拟电厂数据；
[0007]基于所述虚拟电厂数据，计算初始碳排放权配额、实际碳排放量以及虚拟电厂成本；
[0008]基于所述初始碳排放权配额、所述实际碳排放量以及碳交易机制，构建阶梯型碳交易成本模型；
[0009]基于电转气参与碳市场交易的激励机制，优化所述阶梯型碳交易成本模型；
[0010]基于优化后的所述阶梯型碳交易成本模型以及所述虚拟电厂成本，构建降碳经济调度模型；
[0011]基于所述降碳经济调度模型以及所述实际碳排放量，获得虚拟电厂电转气降碳最优经济调度。
[0012]所述虚拟电厂数据，包括：
[0013]各组碳排放配额、机组内碳排放量、燃气轮机发电成本、外购电量以及储能设备、储气罐、可控负荷内部相关数据。
[0014]所述虚拟电厂成本，包括：
[0015]燃气轮机机组运行成本、电转气设备运营成本、储能设备运行维护成本、储气罐运
行维护成本、需求相应成本以及新能源机组运行成本。
[0016]所述初始碳排放权配额的计算公式为：
[0017][0018]式中D
G
表示监管部门为虚拟电厂制定的无偿碳排放配额；α表示生产单位电功率碳排放权配额；V
e,t
表示在t时刻的外购电量；V
gt,t
表示在t时刻燃气轮机的出力值；Δt表示时间段。
[0019]所述实际碳排放量的计算公式为：
[0020][0021]式中D
A
表示虚拟电厂内实际碳排放量；x1、y1、z1为火电机组的实际碳排放系数；x2、y2、z2为燃气轮机的实际碳排放系数。
[0022]所述阶梯型碳交易成本模型的公式：
[0023][0024]式中E
C
表示需要支付的碳交易费用；θ表示碳排放基准价格；d为每个碳排放量的区间长度；β为阶梯碳交易价格增长率；当D
A
<D
G
时，表示虚拟电厂实际碳排放量低于免费碳排放额，超出的部分按照碳市场基准价格进行出售。
[0025]优化所述阶梯型碳交易成本模型的方法为：
[0026]计算考虑电转气激励机制额收益：
[0027]基于所述考虑电转气激励机制额收益，获得虚拟电厂完整的碳交易成本，实现对所述阶梯型碳交易成本模型的优化。
[0028]所述考虑电转气激励机制额收益的计算公式：
[0029][0030]式中E
T
表示虚拟电厂出售碳排放所获收益；q
t,p2g
为电转气设备消耗单元电量所需的二氧化碳质量；q
b,p2g
表示监管机构对电转气分配的碳排放配额；V
p2g,t
表示电转气设备在t时刻消耗的电量。
[0031]所述虚拟电厂完整的碳交易成本的计算公式：
[0032]E
total
＝E
C
‑
E
T
。
[0033]本申请还提供一种电转气虚拟电厂降碳运行优化系统，包括：采集模块、计算模块、成本模型构建模块、优化模块、调度模型构建模块以及最优经济调度实现模块；
[0034]所述采集模块，用于采集虚拟电厂数据；
[0035]所述计算模块，用于基于所述虚拟电厂数据，计算初始碳排放权配额、实际碳排放量以及虚拟电厂成本；
[0036]所述成本模型构建模块，用于基于所述初始碳排放权配额、所述实际碳排放量以及碳交易机制，构建阶梯型碳交易成本模型；
[0037]所述优化模块，用于基于电转气参与碳市场交易的激励机制，优化所述阶梯型碳交易成本模型；
[0038]所述调度模型构建模块，用于基于优化后的所述阶梯型碳交易成本模型以及所述虚拟电厂成本，构建降碳经济调度模型；
[0039]所述最优经济调度实现模块，用于基于所述降碳经济调度模型以及所述实际碳排放量，获得虚拟电厂电转气降碳最优经济调度。
[0040]与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：电力系统调度中引入电转气技术，充分考虑虚拟电厂内可调度单元互补调节潜力、激励机制、运行架构等，确定电转气虚拟电厂的降碳运行优化方法，为降碳提供了可行路径，完善碳交易市场，鼓励虚拟电厂进行自主节能减排。充分挖掘了电转气的节能减排潜力，实现了虚拟电厂内多余电量的有效消纳，验证了其在低碳经济调度方面的有效性。
附图说明
[0041]为了更清楚地说明本专利技术的技术方案，下面对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0042]图1为本专利技术实施例一电转气虚拟电厂降碳运行优化方法流程图。
具体实施方式
[0043]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0044]为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。
[0045]实施例一
[0046]如图1所示，一种电转气虚拟电厂降碳运行优化方法，具体包括以下步骤：
[0047]采集虚拟电厂数据；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电转气虚拟电厂降碳运行优化方法，其特征在于，包括以下步骤：采集虚拟电厂数据；基于所述虚拟电厂数据，计算初始碳排放权配额、实际碳排放量以及虚拟电厂成本；基于所述初始碳排放权配额、所述实际碳排放量以及碳交易机制，构建阶梯型碳交易成本模型；基于电转气参与碳市场交易的激励机制，优化所述阶梯型碳交易成本模型；基于优化后的所述阶梯型碳交易成本模型以及所述虚拟电厂成本，构建降碳经济调度模型；基于所述降碳经济调度模型以及所述实际碳排放量，获得虚拟电厂电转气降碳最优经济调度。2.根据权利要求1所述的电转气虚拟电厂降碳运行优化方法，其特征在于，所述虚拟电厂数据，包括：各组碳排放配额、机组内碳排放量、燃气轮机发电成本、外购电量以及储能设备、储气罐、可控负荷内部相关数据。3.根据权利要求1所述的电转气虚拟电厂降碳运行优化方法，其特征在于，所述虚拟电厂成本，包括：燃气轮机机组运行成本、电转气设备运营成本、储能设备运行维护成本、储气罐运行维护成本、需求相应成本以及新能源机组运行成本。4.根据权利要求1所述的电转气虚拟电厂降碳运行优化方法，其特征在于，所述初始碳排放权配额的计算公式为：式中D
G
表示监管部门为虚拟电厂制定的无偿碳排放配额；α表示生产单位电功率碳排放权配额；V
e,t
表示在t时刻的外购电量；V
gt,t
表示在t时刻燃气轮机的出力值；Δt表示时间段。5.根据权利要求1所述的电转气虚拟电厂降碳运行优化方法，其特征在于，所述实际碳排放量的计算公式为：式中D
A
表示虚拟电厂内实际碳排放量；x1、y1、z1为火电机组的实际碳排放系数；x2、y2、z2为燃气轮机的实际碳排放系数。6.根据权利要求1所述的电转气虚拟电厂降碳运行优化方法，其特征在于，所述阶梯型碳交易成本模型的公式：
式中E
C
表示需要支付的碳交易费用；θ表示碳排放基准价格；d为每个碳排放量的区间长度；β为阶梯碳交易价格增长率；当D<...

【专利技术属性】
技术研发人员：宁文元，邢劲，王小路，张浩，韦仲康，刘蓁，刘敦楠，张涵，加鹤萍，
申请(专利权)人：北京华电能源互联网研究院有限公司华北电力大学，
类型：发明
国别省市：