基于鲁棒碳交易的园区级综合能源系统运行方法及系统与流程

本发明属于综合能源系统优化调度领域，具体地，涉及基于鲁棒碳交易的园区级综合能源系统运行方法及系统。

背景技术：

1、在低碳发展的背景下，电力系统面临一次全面变革。利用多能耦合互补特性，旨在提高能源利用效率的综合能源系统受到广泛关注。综合能源系统打破传统的单一能源系统单独规划、独立运行的既有模式，将供气、供热、供电、供冷等进行统一规划，可实现系统源、网、荷多环节的协调优化，是实现“双碳”的有效途径。随着碳排放问题的日益升温，在电力系统中引入碳排放权交易制度得到广泛关注。企业由政策制定者分配碳排放额度，高碳排企业需为超额碳排放购买额度，低碳排放企业可以通过出售未使用的额度获取利润。因此，在电力系统中引入碳交易制度有利于企业的低碳转型和双碳目标的实现。

2、现有技术中，实现园区级综合能源系统参与碳交易下的优化调度技术还存在诸多问题。首先，电力、供热系统在生产、传输、分配和利用等多个环节均存在耦合关系，在园区内多能系统之间的协同互补效率不高，使得园区级综合能源利用效率较低。其次，在园区内风电、光伏等分布式可再生能源发电设备的渗透率随着碳达峰、碳中和进程不断提升，可再生能源发电设备出力预测的不确定性对园区级综合能源系统的运行调度带来的影响不容忽视。最后，园区级综合能源系统的运行成本与碳排放之间存在一定矛盾，系统碳排放的减少必然带来总成本的增加，尚无确定的园区级综合能源系统参与碳交易的机制，能够在降低园区级综合能源系统的碳排放的同时，还降低综合能源系统的总成本，并且应对系统中分布式可再生能源发电设备的出力不确定影响。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于鲁棒碳交易的园区级综合能源系统运行方法及系统，基于阶梯式碳交易模型引导综合能源系统控制碳排放，提出鲁棒运行优化调度方案，实现综合考虑不确定因素、运行成本与碳交易成本下的园区级综合能源系统的高效低碳鲁棒调度，在提升综合能源系统运行经济性与鲁棒性的同时，实现综合能源系统的碳减排。

2、本发明采用如下的技术方案。

3、一种基于鲁棒碳交易的园区级综合能源系统运行方法，园区级综合能源系统包括确定出力机组，包括：在园区级综合能源系统中，基于两阶段自适应鲁棒方法，以确定出力机组的启停状态决策变量作为第一阶段事前决策变量，以除第一阶段事前决策变量以外的所有机组的出力决策变量作为第二阶段自适应补偿变量，基于第一阶段事前决策变量获得第一阶段机组启停成本，基于第一阶段事前决策变量和第二阶段自适应补偿变量获得第二阶段自适应补偿成本；按照两阶段三层模型拓扑结构，利用第一阶段机组启停成本和第二阶段自适应补偿成本联合构成运行优化模型，根据运行优化模型的解确定园区级综合能源系统的运行方案。

4、第一阶段事前决策变量包括：热电联产机组启停状态决策变量及燃气锅炉启停状态决策变量。

5、基于综合能源系统碳排放模型控制园区级综合能源系统的热出力和电出力，根据热出力和电出力建立园区级综合能源系统的运行成本模型。

6、综合能源系统碳排放模型如下：

7、

8、式中，为电网运行碳排放，为热网运行碳排放，为向上级电网买电等效碳排放。

9、综合能源系统运行成本模型如下：

10、

11、式中，为购电成本，为设备维护成本，为设备运行成本。

12、获取园区级综合能源系统实际参与碳交易的碳排放权交易额，基于阶梯式碳交易价格，建立阶梯式碳交易成本模型。

13、阶梯式碳交易成本模型如下：

14、

15、式中，为园区级综合能源系统实际参与碳交易的碳排放权交易额，为碳交易价格，为碳交易价格增长百分比，为碳排放区间长度。

16、基于运行成本模型，利用第一阶段事前决策变量获得第一阶段机组启停成本；

17、基于运行成本模型，利用第二阶段自适应补偿变量获得第二阶段自适应补偿运行成本；

18、基于阶梯式碳交易成本模型，利用第二阶段自适应补偿变量获得第二阶段自适应补偿阶梯式碳交易成本；

19、从第二阶段自适应补偿运行成本与第二阶段自适应补偿阶梯式碳交易成本中减去第一阶段机组启停成本，得到第二阶段自适应补偿成本。

20、运行优化模型如下：

21、

22、式中，

23、为第一阶段事前决策变量，

24、为第一阶段机组启停成本，

25、为第二阶段自适应补偿变量，

26、为第二阶段自适应补偿运行成本，

27、为第二阶段自适应补偿阶梯式碳交易成本，

28、构成第二阶段自适应补偿成本，

29、代表光伏出力的向上波动和向下波动不确定变量与，

30、为光伏出力的不确定集，

31、构成不确定场景，

32、为已知第一阶段机组启停决策变量与已知不确定场景所决定的第二阶段自适应补偿变量的可行域。

33、光伏出力的不确定集满足如下关系式：

34、

35、式中，

36、为时刻光伏的实际输出功率上限；

37、为时刻光伏的预测输出功率上限；

38、为时刻光伏出力预测的最大偏差系数；

39、、分别为时刻光伏出力的向上波动和向下波动不确定变量；

40、为光伏的不确定预算，

41、为模型优化调度的时间周期。

42、运行优化模型的约束包括：

43、

44、

45、

46、

47、

48、式中，

49、、分别为热电联产机组和燃气锅炉运行的启停成本系数，

50、代表只与第一阶段事前决策变量相关的约束，为第一常数矩阵，为第一系数矩阵，

51、代表只与第二阶段自适应补偿变量相关的约束，表示第二系数矩阵，为第二常数矩阵，

52、、、分别为、、之间的关联系数矩阵，

53、为热电联产机组启停状态决策变量，为0时表示停止状态，为1时表示启动状态，

54、为燃气锅炉启停状态决策变量，为0时表示停止状态，为1时表示启动状态，

55、为第一阶段机组启停决策变量与，即时刻热电联产机组和燃气锅炉的启停状态。

56、对运行优化模型进行鲁棒对等转化，然后使用列和约束生成算法进行求解。

57、一种基于鲁棒碳交易的园区级综合能源系统运行系统，包括：采集模块，模型构建模块，模型求解模块;

58、采集模块，用于获取园区级综合能源系统中确定出力机组的启停状态决策变量和所有机组的出力决策变量；

59、模型构建模块，用于基于两阶段自适应鲁棒方法，以确定出力机组的启停状态决策变量作为第一阶段事前决策变量，以除第一阶段事前决策变量以外的所有机组的出力决策变量作为第二阶段自适应补偿变量，基于第一阶段事前决策变量获得第一阶段机组启停成本，基于第一阶段事前决策变量和第二阶段自适应补偿变量获得第二阶段自适应补偿成本；按照两阶段三层模型拓扑结构，利用第一阶段机组启停成本和第二阶段自适应补偿成本联合构成运行优化模型；

60、模型求解模块，用于对运行优化模型进行鲁棒对等转化，然后使用列和约束生成算法进行求解，根据运行优化模型的解确定园区级综合能源系统的运行方案。

61、一种终端，包括处理器及存储介质；所述存储介质用于存储指令；所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行所述方法的步骤。

62、计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现所述方法的步骤。

63、本发明的有益效果在于，与现有技术相比，本发明根据园区级综合能源系统的运行特性以及多能系统之间的互补耦合特性，建立园区级综合能源系统参与碳交易的机制，包括碳配额与阶梯式碳交易。提高能源利用效率，实现综合能源系统的低碳运行。

64、本发明考虑了可再生能源出力预测的不确定性对园区级综合能源系统运行带来的影响，对园区级综合能源系统的运行调度方案进行了鲁棒优化，在一定程度上提高系统运行的稳定性。适用于风电、光伏等分布式可再生能源发电设备的渗透率逐步提升的应用场景。

65、本发明将碳交易转化为目标函数成本的一部分，建立两阶段三层的基于鲁棒碳交易策略的园区级综合能源系统运行优化模型，并进行模型求解与算例分析。不仅可以实现综合能源系统运行成本与碳排放之间的协同优化，还能同时考虑到系统在新能源渗透下的不确定性影响，实现参与碳交易下的园区级综合能源系统鲁棒优化调度，在降低系统的碳排放的同时，降低综合能源系统总成本。