考虑阶梯碳交易与网络拓扑重构的多能互补系统配置方法与流程

本发明涉及园区综合能源系统规划的，尤其是涉及一种考虑阶梯碳交易与网络拓扑重构的园区多能互补系统优化配置方法。

背景技术：

1、随着能源种类不断增加，如何在保留各能源特征情形下，在系统中建立能量生产、转换、分配、存储的模型一直是人们关注的焦点。为理清综合能源系统中不同能源类型的耦合关系，瑞士提出的能量枢纽概念将综合能源系统抽象成一个多输入-多输出的多能源网络。

2、目前有关能量枢纽的建模可分为“从无到有”的规划优化和对已有系统的优化运行，在设备容量规划或选型方面，一部分研究者引入了0-1变量来说明候选设备的选型与否，另一类研究者将候选设备容量看为连续变量或定步长的离散变量。此外，需求侧响应是提升系统灵活性的重要措施，然而，目前有关综合需求响应的研究倾向于对系统运行优化的影响，较少有文献将综合需求响应特性与能量枢纽和上级能源网络协同规划联系起来。

3、尽管围绕园区综合能源系统的规划设计方法已发展了多种方案，但现有方案的模型中缺乏网络拓扑分析，属于宏观上的能量关系模型，适用于小型园区系统规划，在较大规模的园区系统规划中难以应用。为考虑多能网络传输至用户端过程的影响，协同规划能量枢纽内的系统元件和能源网络的扩建策略是非常重要的。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种考虑阶梯碳交易与网络拓扑重构的园区多能互补系统优化配置方法。

2、本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

3、一种考虑阶梯碳交易与网络拓扑重构的多能互补系统配置方法，所述方法步骤包括：

4、构建多能互补系统模型，包括多能源网络输运拓扑模型和考虑多能源网络耦合与内部设备特征的能量枢纽模型；

5、建立参与综合需求响应的可调度负荷的模型，所述可调度负荷包括可削减负荷、可平移负荷和可转移负荷；

6、基于无偿分配方法建立碳排放配额模型，并考虑外购天然气及外购电力的实际碳排放构建奖惩阶梯型碳交易模型；

7、根据所建立的多能互补系统模型、可调度负荷模型以及奖惩阶梯型碳交易模型，以多能互补系统的经济性最优和二氧化碳量排放最低为目标进行多目标优化，得到多能互补系统的最优配置。

8、进一步的，所述多能源网络包括配电网和配气网，所述多能源网络输运拓扑模型包括：

9、配电网潮流模型：

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11、

12、

13、式中：为与电源相连的节点功率，当ie≠se,为0；aie为节点的节点-支路关联矩阵；为现有输电线路的传输功率；为候选输电线路的传输功率；为能量枢纽电负荷；为配电网其他节点负荷；θie,t,θje,t为传输线起始节点ie和终点je的相位角；ycel为该线路是否需要新建的0-1变量；we为一个大的正实数，以确保非建成线路上功率为零；beel，bcel为现有和候选线路的电纳；

14、配气网潮流模型：

15、

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17、

18、

19、式中：为配气网中天然气源节点功率；aig为节点-管道关联矩阵；为现有天然气管道的传输功率；为候选天然气管道的传输功率；为能量枢纽气负荷需求；为配气网其它节点气负荷需求；ψig,t，ψjg,t为起点ig和终点jg的节点压力；cf为管道与管长、管径、工作温度、附近节点压差的关系系数；ycgl为候选供气管道是否安装的0-1变量，wg为一个较大正实数，以确保非建成线路上功率为零。

20、进一步的，所述能量枢纽模型考虑内部设备模型特征，包括热电联产的能耗模型、电热泵的能耗模型、吸收式制冷机的能耗模型、光伏模型、风机模型、电制冷机的能耗模型以及储电、储热与蓄冷模型。

21、进一步的，所述可削减负荷模型为：

22、

23、

24、式中：locut,t为t时段可削减负荷的负荷量；为可削减负荷的开始状态的0-1变量；为t时段可削减负荷上限；tkp为削减的时长；为连续削减时长的上限值；

25、所述可平移负荷模型为：

26、

27、

28、

29、

30、式中：loshift,t,loshift,r分别为可平移负荷后的功率值和初始额定功率；为可平移负荷的开始状态的0-1个变量；q1分别为可平移负荷的开始时间、结束时间和持续时间；

31、所述可转移负荷模型为：

32、

33、

34、

35、式中：lotrans,t、分别为可转移负荷的最小功率和最大功率值；为可转移负荷功率值；为可转移负荷的开始状态的0-1变量；lotrans,t、lotrans,r,t分别为可转移负荷转移后的功率值和转移前功率值；q2分别为可转移负荷转移的开始时间、结束时间和持续时间。

36、进一步的所述基于无偿分配方法建立碳排放配额模型为：

37、

38、

39、

40、式中：为综合能源系统的碳排放权配额；为配电网购电的碳排放权配额；为配气网购气的碳排放权配额；χe、χg分别为配电网侧单位电力消耗、配气网侧单位天然气消耗的碳排放权配额；为t时段系统购电量，为t为t时段系统售电量；为t时段系统购气量；

41、所述奖惩阶梯式碳交易模型如下：

42、

43、

44、式中：cies为碳排放交易量；co2为综合能源系统实际碳排放量；为阶梯碳交易成本；κ为碳交易基价；l为碳排放量区间长度；α为价格增长率。

45、进一步的，所述多目标优化模型经济性最优的目标函数为：

46、cost＝cinv+cfuel+cel+cwh-cidr

47、式中：cinv为能量枢纽内设备安装成本；cfuel为系统年运行成本；cidr为综合需求响应补偿成本；cel为多能源网络内管线扩建成本；cwh为能量枢纽内设备运维成本。

48、进一步的，所述综合需求响应补偿成本cidr表示为：

49、

50、式中：loshift,t,lotrans,t,locut,t分别为时段平移负荷量、转移负荷量和削减负荷量；cshift,t,ctrans,t,ccut,t分别为可平移冷热电负荷、可转移冷热电负荷和可削减冷热电负荷的补偿成本。

51、进一步的，所述多能源网络内管线扩建成本cel表示为：

52、

53、式中：cle,clh,clg分别为候选输电线路、候选供热管道、候选天然气管道的价格，yle,ylg,ylh分别表示待建输电线路、天然气管道和供热管道建设与否的0-1变量；yline为待建设管线的运行寿命。

54、进一步的，所述能量枢纽内设备运维成本cwh表示为：

55、

56、式中：chs,chs,ccs分别为储电，储热，蓄冷设备维护费用；cchp,cehp,cec,cac分别为热电联产，电热泵，电制冷，吸收式制冷机设备维护费用；cpv,cwt分别为光伏，风机维护费用；为t时刻储电充放电能量；为t时刻储热充放热量；为t时刻蓄冷充放冷量；分别为第n个热电联产t时刻的制电量与制热量；为t时刻光伏组件的输出功率；为风机的t时刻的实际功率；为第n个热电联产t时刻制热量；为第n个电制冷t时刻耗电量；为第n个吸收式制冷机t时刻制冷量。

57、进一步的，所述多目标优化模型二氧化碳量排放最低的目标函数为：

58、

59、式中：cgas、cgrid分别为气、热和电的碳排放因子；分别代表电力系统的购电量、售电量和天然气系统的供气量。

60、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

61、1)本发明通过建立综合能源系统多能网络输运拓扑模型和基于综合能源系统耦合与内部设备特征的能量枢纽模型，在多目标优化过程中考虑多能源网络内管线扩建成本，能够考虑多能网络传输至用户端过程的影响，协同规划能量枢纽内的系统元件，并支持能源网络的扩建，能够应用于较大规模的园区综合能源系统规划。

62、2)本发明建立了参与综合需求响应的可调度负荷模型，并在多目标优化过程中考虑综合需求响应补偿成本，将综合需求响应特性与能量枢纽和上级能源网络协同规划联系起来，提升了系统灵活性。

63、3)本发明基于无偿分配方法建立碳排放配额模型，并考虑外购天然气及外购电力的实际碳排放量构建奖惩阶梯型碳交易模型，在降低碳排放的同时提高新能源消纳水平并提高能源利用率。