[發(fā)明專利]基于梯型碳交易機(jī)制和需求響應(yīng)的能源系統(tǒng)調(diào)度方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202210118585.1
• 申請(qǐng)日: 2022-02-08
• 公開（公告）號(hào): CN114463130B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高立艾;費(fèi)凡;溫鵬;賈宇琛;薛皓;侯晨偉;魏子強(qiáng);郁五岳;霍利民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06Q40/04
• 分類號(hào): G06Q40/04;G06Q10/06;G06Q50/06;G06F30/20;G06F111/04
• 代理公司: 北京圣州專利代理事務(wù)所(普通合伙) 11818
• 代理人: 李春

1.一種基于梯型碳交易機(jī)制和需求響應(yīng)的能源系統(tǒng)調(diào)度方法，綜合能源系統(tǒng)包括供能側(cè)、儲(chǔ)能裝置、回收式制熱裝置、碳捕集設(shè)備和需求側(cè)；供能側(cè)包括熱電聯(lián)供系統(tǒng)中的內(nèi)燃機(jī)組、燃?xì)忮仩t、電網(wǎng)供電，電網(wǎng)供電包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)和光伏發(fā)電機(jī)；儲(chǔ)能裝置包括蓄電裝置、蓄熱罐和儲(chǔ)氣罐；需求側(cè)包括用電負(fù)荷需求、用熱負(fù)荷需求和用氣負(fù)荷需求；用電負(fù)荷包括剛性電負(fù)荷和柔性電負(fù)荷；熱負(fù)荷包括剛性熱負(fù)荷和柔性熱負(fù)荷；碳捕集設(shè)備用來捕獲內(nèi)燃機(jī)組和燃?xì)忮仩t排放出來的二氧化碳，在消耗部分二氧化碳的同時(shí)，還可獲得相應(yīng)碳排放額度；內(nèi)燃機(jī)組在運(yùn)行過程中，產(chǎn)生的電能滿足用電負(fù)荷需求的同時(shí)，發(fā)電余熱部分通過回收式制熱裝置滿足用熱負(fù)荷需求；

其特征在于：包括以下步驟：

步驟1：建立供能模型：

內(nèi)燃機(jī)組的供能模型為：

式中：P_ICE,e(t)、P_ICE,h(t)分別為t時(shí)段內(nèi)燃機(jī)組提供的發(fā)電出力和回收煙氣的余熱量；P_g,ICE(t)為t時(shí)段內(nèi)燃機(jī)組的沼氣輸入功率；η_ICE,e，η_ICE,h分別為內(nèi)燃機(jī)的電效率和內(nèi)燃機(jī)的熱效率；分別為內(nèi)燃機(jī)組的沼氣輸入功率上限和下限；分別為內(nèi)燃機(jī)組的爬坡上限和下限；

燃?xì)忮仩t模型為：

式中：P_GB,h(t)為t時(shí)段燃?xì)忮仩t的輸出熱功率；P_g,GB(t)為t時(shí)段燃?xì)忮仩t的沼氣輸入功率；η_GB為燃?xì)忮仩t的熱效率；分別為燃?xì)忮仩t的輸入功率上限和下限；分別為燃?xì)忮仩t的爬坡上限和下限；

步驟2：建立儲(chǔ)能模型：

式中：為第n種儲(chǔ)能裝置t時(shí)段的儲(chǔ)能容量；為第n種儲(chǔ)能裝置t-1時(shí)段的儲(chǔ)能容量；分別 為第n種儲(chǔ)能裝置t時(shí)段的充能功率和放能功率；分別為第n種儲(chǔ)能裝置的充能效率、放能效率；分別為第n種儲(chǔ)能裝置的最大充能功率和最大放能功率；分別為第n種儲(chǔ)能裝置的充能狀態(tài)控制變量、放能狀態(tài)控制變量；分別為第n種儲(chǔ)能裝置容量的上限和下限；

步驟3：建立需求側(cè)模型：

式中：i表示負(fù)荷類型，i∈{e,h,g}，分別表示用電負(fù)荷、用熱負(fù)荷、用氣負(fù)荷；P_i,load(t)為第i種負(fù)荷t時(shí)段的需求量；為第i種負(fù)荷t時(shí)段的固定型負(fù)荷需求量；為第i種負(fù)荷t時(shí)段的可時(shí)移型負(fù)荷需求量；為第i種負(fù)荷t時(shí)段的可中斷型負(fù)荷需求量；

可時(shí)移型負(fù)荷需求模型為：

式中：和分別為第i種負(fù)荷t時(shí)段可時(shí)移負(fù)荷后和第i種負(fù)荷t時(shí)段可時(shí)移型負(fù)荷參與用戶側(cè)需求響應(yīng)的量；分別為第i種負(fù)荷t時(shí)段可時(shí)移型負(fù)荷需求量的轉(zhuǎn)入系數(shù)和轉(zhuǎn)出系數(shù)；分別為第i種負(fù)荷t時(shí)段可時(shí)移型負(fù)荷需求量的轉(zhuǎn)入功率和轉(zhuǎn)出功率；分別為第i種負(fù)荷各時(shí)段參與用戶側(cè)需求響應(yīng)的上下限；

可中斷型負(fù)荷需求模型為：

式中：和分別為第i種負(fù)荷t時(shí)段可中斷型負(fù)荷需求后和第i種負(fù)荷t時(shí)段可中斷負(fù)荷參與用戶側(cè)需求響應(yīng)量；為第i種負(fù)荷t時(shí)段可中斷型負(fù)荷需求的系數(shù)；為第i種負(fù)荷t時(shí)段可中斷型負(fù)荷需求的功率；為第i種負(fù)荷各時(shí)段參與用戶側(cè)需求響應(yīng)的最大值；

步驟4：建立碳交易模型：

系統(tǒng)參與的碳交易量為：

E_t＝E_a-E (7)

式中：E、E_e,buy、E_ICE、E_GB、E_g,load分別為系統(tǒng)、上級(jí)購(gòu)電、內(nèi)燃機(jī)組、燃?xì)忮仩t、厭氧發(fā)酵罐的碳排放權(quán)配額；γ_e、γ_h分別為產(chǎn)生單位電、熱功率的碳排放權(quán)配額；γ_g,load為產(chǎn)生單位沼氣功率的碳排放權(quán)配額；γ_e,h為電、熱功率轉(zhuǎn)換參數(shù)；P_e,buy(t)為t時(shí)段上級(jí)購(gòu)電量；P_g,load(t)為t時(shí)段產(chǎn)生沼氣量，T為調(diào)度周期中的時(shí)段數(shù)；E_a、E_e,buy,a、E_ICEGB,a、E_g,load,a分別為系統(tǒng)、上級(jí)購(gòu)電、內(nèi)燃機(jī)組、燃?xì)忮仩t、厭氧發(fā)酵罐的實(shí)際碳排放量；P_ICEGB(t)為t時(shí)段內(nèi)燃機(jī)組、燃?xì)忮仩t的等效輸出功率，a₁，b₁，c₁為上級(jí)電網(wǎng)的碳排放計(jì)算參數(shù)；a₂，b₂，c₂為耗沼氣型機(jī)組的碳排放計(jì)算參數(shù)；ξ_g為單位沼氣等效碳排放參數(shù)；

碳捕集設(shè)備模型為：

P_T(t)＝C_p(t)υ_pη_p (10)

式中：P_T(t)為碳捕集能耗；C_p(t)為t時(shí)段碳捕集量；υ_p為捕集單位體積二氧化碳所需電能，η_p為碳捕集率；

步驟5：構(gòu)建能源調(diào)度模型：

目標(biāo)函數(shù)為：

F＝min(f_buy-f_sell+f_ICE+f_CO2+f_com) (11)

f_ICE＝δ_ICE,eP_ICE,e(t)+δ_ICE,hP_ICE,h(t) (14)

f_con＝ε_cP_C(t) (16)

式中：P_e,sell(t)為t時(shí)段的售電功率；β_t為t時(shí)段的售電電價(jià)；α_t為t時(shí)段的購(gòu)電電價(jià)；δ_ICE,e、δ_ICE,h分別為內(nèi)燃機(jī)組單位發(fā)電、回收制熱運(yùn)行維護(hù)成本；為碳交易成本；χ為碳交易基價(jià)；ξ為碳排放量區(qū)間長(zhǎng)度；ρ為價(jià)格增長(zhǎng)幅度；P_C(t)為可控負(fù)荷功率；ε_c為單位棄風(fēng)棄光功率懲罰成本；δ_m、δ_b分別為可時(shí)移型負(fù)荷、可中斷負(fù)荷參與用戶側(cè)需求響應(yīng)的單位補(bǔ)償系數(shù)；

約束條件包括：

1)電功率平衡約束

式中：P_e,load(t)為t時(shí)段的用電負(fù)荷；為t時(shí)段可時(shí)移用電負(fù)荷，表示在一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)可時(shí)移電負(fù)荷的總量保持不變；σ_m,e為可時(shí)移用電負(fù)荷調(diào)整系數(shù)；為t時(shí)段可中斷用電負(fù)荷；σ_b為可中斷用電負(fù)荷調(diào)整系數(shù)；分別為儲(chǔ)能裝置充、放電功率；ω_f為儲(chǔ)能裝置的放電效率；分別為購(gòu)電和售電的最大功率值；u₁、u₂分別為購(gòu)電、售電狀態(tài)控制變量。

2)熱功率平衡約束

式中：P_h,load(t)為t時(shí)段的用熱負(fù)荷；為t時(shí)段可時(shí)移用熱負(fù)荷，表示在一個(gè)調(diào)度周期內(nèi)可時(shí)移熱負(fù)荷的總量保持不變；σ_m,h為可時(shí)移用熱負(fù)荷調(diào)整系數(shù)；分別為蓄熱裝置蓄、放熱功率；ζ_ICE、ζ_GB分別為內(nèi)燃機(jī)組和燃?xì)忮仩t的熱系數(shù)；為回收式制熱的最大功率值；

3)沼氣平衡約束

式中：l_d、l_h分別為單位發(fā)電量和單位產(chǎn)熱量所需沼氣量；

4)碳排放量平衡

式中：E_c1(t)、E_c2(t)、E_c3(t)分別為不同階梯區(qū)間的碳排放量；E_c1,max、E_c2,max、E_c3,max分別為各區(qū)間的最大碳排放量；E_ce(t)為t時(shí)段的碳排放量配額；E_ce,max為各時(shí)段最大碳排放量配額；E_ce,set為設(shè)定的系統(tǒng)總碳排放量配額；μ_ICE、μ_GB、μ_T分別為內(nèi)燃機(jī)組、燃?xì)忮仩t、碳捕集設(shè)備的碳排放計(jì)算系數(shù)；P_T,max為最大碳捕集功率；

步驟6：能源調(diào)度：求解所述步驟建立的目標(biāo)函數(shù)，獲得能源調(diào)度最佳方案，對(duì)能源進(jìn)行調(diào)度使用。

2.根基權(quán)利要求1所述的基于梯型碳交易機(jī)制和需求響應(yīng)的能源系統(tǒng)調(diào)度方法，其特征在于：所述蓄電裝置為蓄電池。