一种考虑电网动态碳排放水平的智能楼宇低碳调度方法

本发明涉及了一种智能楼宇低碳调度方法，涉及电力系统调度与规划领域，具体涉及一种考虑电网动态碳排放水平的智能楼宇低碳调度方法。

背景技术：

1、近年来，随着能源互联网技术不断发展，各类具有多能特征的集合体逐渐产生。智能楼宇作为一种典型的综合能源系统，涵盖了电，气，热，冷等各种能源网络。各类网络互相耦合交叉，但又各具特点，这导致了系统的调度需要考虑各类能源系统的特征及其相互耦合关系。节能减碳重要性日渐显著。智能楼宇作为重要的产碳单元，其产生的碳排放同样是重要的监测指标。研究智能楼宇的综合能源调度，以及考虑智能楼宇的动态碳排放，对于合理科学规划智能楼宇的调度与节能减碳具有重要意义。

技术实现思路

1、为了解决背景技术中存在的问题，本发明所提供一种考虑电网动态碳排放水平的智能楼宇低碳调度方法。

2、本发明采用的技术方案是：

3、本发明的考虑电网动态碳排放水平的智能楼宇低碳调度方法，包括：

4、步骤1)建立考虑智能楼宇多能系统的切负荷约束、能量枢纽运行约束和能量枢纽耦合约束的多能系统调度模型。

5、步骤2)将智能楼宇多能系统的电网动态碳排放系数输入多能系统调度模型中，多能系统调度模型输出各个多能系统调度值，根据各个多能系统调度值对智能楼宇多能系统进行低碳调度。通过yalmip调用gurobi求解器计算多能系统调度模型从而得出多能系统配置方案，即各个多能系统调度值的配置方案。

6、所述的步骤1)中，智能楼宇多能系统包括各个热电联产机组chp、电锅炉ehp、燃气锅炉ghp、空调ac和变压器，各个热电联产机组chp、电锅炉ehp、燃气锅炉ghp、空调ac和变压器及其相互之间的能源的流向与耦合关系构建为智能楼宇多能系统的能量枢纽(energyhub，eh)，电力系统将电力通过能量枢纽的电力经电锅炉ehp、空调ac和变压器转化后输入需求侧，天然气系统将天然气经能量枢纽的热电联产机组chp和燃气锅炉ghp转化后输入需求侧；电锅炉ehp将转化的热能输入至需求侧的热负荷，空调ac将转化的冷能输入至需求侧的冷负荷，变压器将转化的电能输入至需求侧的电负荷，热电联产机组chp将转化的热能和电能分别输入至需求侧的热负荷和电负荷，燃气锅炉ghp将转化的热能输入至需求侧的热负荷；电力系统包括火力机组j、光伏机组pv和风电机组w。

7、所述的多能系统调度模型具体如下：

8、minf＝fope+fcut+fcarbon

9、其中，f为智能楼宇多能系统的总代价，fope、fcut和fcarbon分别为智能楼宇多能系统的运行代价、负荷切除代价和碳排放代价。

10、所述的各个多能系统调度值中包括智能楼宇多能系统的运行代价fope、负荷切除代价fcut和碳排放代价fcarbon。

11、本发明所述的代价通常可以以电网输入电量、气网输入气量或碳排放量衡量。

12、建立多能系统调度模型时考虑了智能楼宇多能系统不同设备的运行特性和用能特性，考虑了热电联产机组、电锅炉、燃气锅炉、空调等多能转化特征，考虑了各能量系统的耦合关系，考虑了上级电网中发电侧对电网用电碳排因数的影响，依据了用电侧用电峰谷平时段划分用电高低碳排时间段以及电网各能源机组出力占比。

13、所述的智能楼宇多能系统的运行代价fope具体如下：

14、

15、其中，δt为时间间隔；mg(t)和me(t)分别为t时刻智能楼宇多能系统的天然气与电能量的代价参数；c、g、a、e和d分别为智能楼宇多能系统中的各个热电联产机组chp、燃气锅炉ghp、空调ac、电锅炉ehp和变压器的集合；和分别为t时刻天然气系统输送至每个热电联产机组chp和燃气锅炉ghp的天然气功率；和分别为t时刻电力系统输送至每个空调ac、电锅炉ehp和变压器的电能功率。一部分的电能量直接通过变压器供给电能负荷。

16、所述的智能楼宇多能系统的负荷切除代价fcut具体如下：

17、

18、其中，δt为时间间隔；和分别为t时刻热负荷、电负荷和冷负荷切除的单位代价参数；和分别为t时刻切除的热负荷、电负荷和冷负荷。

19、切除负荷量可由t时刻终端用电侧的需求与能量枢纽的输出功率之差求得。

20、所述的智能楼宇多能系统的碳排放代价fcarbon具体如下：

21、

22、carbonall(t)＝carboni(t)+carbonb(t)

23、其中，mcarbon(t)为t时刻的碳排放代价参数；carbonall(t)为t时刻的智能楼宇多能系统的总碳排放量；carboni(t)和carbonb(t)分别为电力系统将电力输入后智能楼宇多能系统产生的碳排放量以及天然气系统将天然气输入后智能楼宇多能系统产生的碳排放量。

24、所述的电力系统将电力输入后智能楼宇多能系统产生的碳排放量carboni(t)以及天然气系统将天然气输入后智能楼宇多能系统产生的碳排放量carbonb(t)具体如下：

25、

26、

27、

28、其中，分别为一天中的预设第一、第二和第三时间段的输电碳排放系数；和分别为t时刻电力系统输送至每个空调ac和电锅炉ehp的电能功率，t∈i；和分别为t时刻天然气系统输送至每个热电联产机组chp和燃气锅炉ghp的气功率；δt为时间间隔；ηi表示输气碳排放系数；分别为在一天中的预设第一、第二和第三时间段中，火力机组j、光伏机组pv和风电机组w的输出功率占电力系统总功率的占比；ηj、ηpv和ηw分别为电力系统的火力机组j、光伏机组pv和风电机组w的单位碳排放系数。

29、所述的智能楼宇多能系统的电网动态碳排放系数包括一天中的预设第一、第二和第三时间段的输电碳排放系数以及输气碳排放系数ηi。

30、所述的切负荷约束具体如下：

31、

32、

33、

34、其中，为智能楼宇多能系统为ω类型能源的总切负荷量；为t时刻智能楼宇多能系统为ω类型能源的切负荷量，ω类型能源包括热能、电能和冷能；为智能楼宇多能系统为ω类型能源的总切负荷量的期望切负荷量指标预设最大值。

35、所述的能量枢纽运行约束具体如下：

36、a)热电联产机组chp的电、热出力的上下限约束：

37、

38、

39、

40、

41、

42、

43、其中，和为t时刻和t-1时刻热电联产机组chp输出的电能，为t时刻热电联产机组chp输出的热能功率；和分别为热电联产机组chp输出电功率的上下限；和分别为热电联产机组chp爬坡电功率的上下限；和分别为热电联产机组chp输出热功率的上下限；和分别为热电联产机组chp爬坡热功率的上下限；λk2p和λk2h分别为热电联产机组chp将天然气转换为电能和热能的转换效率；为t时刻输入热电联产机组chp的天然气功率。

44、背压型热电联产机组的供电功率和发热功率的关系可以近似看作线性，供电功率为供热功率乘热电系数加一常数。

45、b)电热锅ehp的热出力的上下限约束：

46、

47、

48、

49、其中，和分别为t时刻和t-1时刻电锅炉ehp输出的热功率；和分别为电热锅ehp输出功率的上下限；和分别为电热锅ehp爬坡功率的上下限；λe2h,ehp为电热锅ehp电能转热能的能量转换率；为t时刻输入电热锅ehp的电功率。

50、c)燃气锅炉ghp热出力的上下限约束：

51、

52、

53、

54、其中，和分别为t时刻和t-1时刻燃气锅炉ghp输出的热功率；和分别为燃气锅炉ghp输出功率的上下限；和分别为燃气锅炉ghp爬坡功率的上下限；λk2h,ghp为燃气锅炉ghp天然气转热能的能量转换率；为t时刻输入燃气锅炉ghp的天然气功率。

55、d)空调ac冷出力的上下限约束：

56、

57、

58、

59、其中，和分别为t时刻和t-1时刻空调ac输出的冷功率；和分别为空调ac输出功率的上下限；和分别为空调ac的爬坡功率的上下限；λac为空调制冷效率；为t时刻空调ac输入的电能功率；

60、所述的各个多能系统调度值中包括t时刻热电联产机组chp输出的电能和热能功率电锅炉ehp输出的热功率燃气锅炉ghp输出的热功率以及空调ac输出的冷功率

61、所述的能量枢纽耦合约束具体如下：

62、a)能量枢纽耦合输入能量约束：

63、

64、

65、

66、其中，ineh(t)为t时刻能量枢纽eh输入的总功率；和分别为t时刻能量枢纽eh输入的电能功率和天然气功率；和分别为t时刻电力系统通过能量枢纽eh输入变压器、电热炉ehp和空调ac的电能功率；和分别为t时刻天然气系统通过能量枢纽eh输入热电联产机组chp和燃气锅炉ghp的天然气功率。

67、b)能量枢纽耦合输出能量约束：

68、

69、

70、

71、

72、其中，outeh(t)为t时刻能量枢纽eh输出的总功率；和分别为t时刻能量枢纽eh输出的电能功率、热能功率和冷功率；为t时刻电力系统输出且传递给变压器的电能功率；为t时刻热电联产机组chp输出且传递给变压器的电能功率；和分别为t时刻热电联产机组chp、电锅炉ehp和燃气锅炉ghp传递给变压器的热能功率；为t时刻空调ac输出且传递给变压器的冷能功率。

73、对于热电联产机组的模型，chp输出的电能一份部分供给电负荷，一部分输入给电锅炉，一部分输入给空调；而其输出的热能直接供给于热负荷；输入的气功率直接来源于天然气网。对于电锅炉，ehp输出的热能全都供给热负荷，输入的电能一部分来源于外界电网，一部分来源于chp输出的电能。对于燃气锅炉，ghp输出的热能全都供给热负荷，输入的天然气直接来源于天然气网。对于空调，ac输入的电能一部分来源于chp产出的电能，一部分来源于外界电网；其输出的冷功率直接供给冷负荷。

74、所述的各个多能系统调度值中包括t时刻电力系统通过能量枢纽eh输入变压器的电能功率电热炉ehp的电能功率和空调ac的电能功率天然气系统通过能量枢纽eh输入热电联产机组chp的天然气功率和燃气锅炉ghp的天然气功率能量枢纽eh输出的电能功率热能功率和冷功率电力系统输出且传递给变压器的电能功率热电联产机组chp输出且传递给变压器的电能功率热电联产机组chp、电锅炉ehp和燃气锅炉ghp传递给变压器的热能功率和以及空调ac输出且传递给变压器的冷能功率

75、一种智能楼宇低碳调度系统，包括：

76、数据获取模块，用于获取智能楼宇多能系统的电网动态碳排放系数数据。

77、模型构建模块，用于构建考虑智能楼宇多能系统的切负荷约束、能量枢纽运行约束和能量枢纽耦合约束的多能系统调度模型。

78、低碳调度模块，用于数据获取模块和模型构建模块之间的数据调用处理。

79、所述的智能楼宇低碳调度系统的低碳调度模块用于调用数据获取模块获取的智能楼宇多能系统的电网动态碳排放系数数据并输入模型构建模块的多能系统调度模型中进行处理，并输出各个多能系统调度值对智能楼宇多能系统进行低碳调度。

80、一种计算机可读存储介质，其上存储有程序数据，所述程序数据被处理器执行时实现如上所述的方法。

81、本发明的有益效果是：

82、1)本发明建立了智能楼宇内各类能源器件以及能源枢纽的模型，对其用能特征及耦合关系进行了厘清，保证了后续调度结果的准确。

83、2)本发明充分考虑了由于上级购电电网中发电侧时间性变化产生的动态的碳排放，建立的模型充分体现了碳排放成本波动的影响，符合实际场景，有利于对智能楼宇多能系统进行低碳调度。