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专利号: 2021109368574
申请人: 南京师范大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-08-18
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.双层协同架构下考虑碳减排的综合能源服务商合作运行优化方法,其特征在于,包括如下步骤:S1:利用搭建好的双层协同优化运行架构中的顶层集中监管中心,设置总碳排放限额和经济惩罚系数,并且分配给综合能源服务商;

S2:在双层协同优化运行架构下,提出控制器的虚实部署策略,底层综合能源服务商自治协同,构建包含碳排放限额和惩罚系数的综合能源服务商合作优化模型;

S3:在双层协同优化运行架构下,根据综合能源服务商合作优化模型,基于Nash议价理论构建合作博弈模型,并等效分解为效益最大化子问题和能源交易支付子问题;

S4:采用自适应ADMM算法按顺序求解效益最大化子问题和能源交易支付子问题,得到各个主体合作优化后的碳排放量和运行成本;

所述步骤S2中综合能源服务商合作优化模型的目标函数如下:式中:Ci为综合能源服务商i的总运行成本,Cbuy,i、Csell,i为购能成本和售能收益,Cload,i为需求响应成本;Cij为综合能源服务商i的交易成本, 为交易过网费,由交易双方共同承担, 为t时刻的购电价格和购气价格; 为t时刻的购电量和购气量,为t时刻的售电价格和售电量; 为可转移电负荷和热负荷的转移量,为可削减电负荷和热负荷的削减量, 和 为可转移负荷和可削减负荷的单位惩罚系数, 为第i个综合能源服务商和第j个综合能源服务商在t时刻的交易电价和热价, 为相应的交易电量和热量, 分别为单位电能和热能的过网传输成本;

所述步骤S2中综合能源服务商合作优化模型的约束条件包含CHP机组约束、储能约束、风电光伏约束、柔性负荷约束、端对端交易模式下的功率平衡约束和交易量约束;

所述步骤S2中综合能源服务商合作优化模型的约束条件具体如下:CHP机组约束:

式中: 为燃气轮机i在t时刻的耗气量, 为燃气轮机的输出电功率,ηGT,i为燃气轮机的转化效率, 为燃气轮机有功出力的最小值和最大值,LHVNG为天然气热3

值,取值LHVNG=8500kcal/m。 为第i台余热锅炉在t时刻的输出热功率,ηRB,i为余热锅炉的转化效率, 为燃气轮机的爬坡率;

储能约束:

电储能设备的运行约束包括容量约束、始末电量平衡约束、充放电约束,具体表示如下:式中:Pc,i,t‑1、Pd,i,t‑1为电储能充电和放电功率,Pc,i,max、Pd,i,max、Pc,i,min、Pd,i,min分别为储能充放功率的上下限,Ei,t为t时刻的储能容量,εi、ηc,i、ηd,i分别为储能自损耗率和充放能效率,Ei,max、Ei,min为储能容量的上下限,Uc,i,t、Ud,i,t为储能充放电的标志;

风电、光伏约束:

式中:τsw,i、τspv,i分别为sw,i场景、spv,i场景的概率, 分别为sw,i场景、spv,i场景下风电和光伏在t时刻的最大有功出力, 为各个场景下实际消纳的有功功率,为风电和光伏实际消纳的总有功功率;

柔性负荷约束:

包含可转移电、热负荷,以及可削减电、热负荷:

式中: 为可转移电负荷和热负荷的占比, 为可转移电负荷和热负荷的占比;

P2P交易模式下的功率平衡约束、交易量不等式约束:式中: 分别为电、热能交易功率的上限;

所述步骤S4具体包括如下步骤:

A1:迭代求解效益最大化子问题

对于综合能源服务商i,以下简称主体i,效益最大化子问题的增广拉格朗日函数Li,1可以表示为式中:Ui为不包含交易成本的主体i的运行成本,j为与主体i进行交易的主体索引号,qij为主体i与主体j交易电量 和交易热量 的泛化表达,λij,1为主体i与主体j交易量耦合约束的对偶变量,ρij,1为惩罚参数;

基于自适应ADMM算法,各个主体重复执行公式(12)所示的步骤,直到所有主体均满足收敛条件;

收敛条件为

此问题求得的最优解为 最优决策变量集合为 将此问题求解得到的结果代入能源交易支付子问题继续求解电、热交易价格;

A2:迭代求解能源交易支付子问题

对于主体i,能源交易支付子问题的增广拉格朗日函数Li,2可以表示为式中, 为谈判破裂点,即不考虑电、热交易时主体i的运行成本; 为不包含交易成本的主体i的最优运行成本,即效益最大化子问题的最优解;pij为主体i与主体j交易电价 和交易热价 的泛化表达,λij,2为主体i与主体j价格耦合约束的对偶变量,ρij,2为惩罚参数;

各个主体重复执行的迭代步骤及收敛条件依据公式(12)和公式(13),通过求解该子问题得到各个主体之间的电、热交易价格,进而得到各个主体参与合作运行之后的总运行成本和碳排放量。

2.根据权利要求1所述的双层协同架构下考虑碳减排的综合能源服务商合作运行优化方法,其特征在于,所述步骤S1中顶层集中监管中心根据底层各个综合能源服务商的日前预测电负荷和热负荷量分配每一个主体的碳排放限额,参考碳交易市场的碳权价格设置超额排放的经济惩罚系数。

3.根据权利要求2所述的双层协同架构下考虑碳减排的综合能源服务商合作运行优化方法,其特征在于,所述碳排放限额的按比例分配公式如下:式中: 为综合能源服务商i分配到的碳排放限额, 为整个受监管区域的总碳排放限额, 为综合能源服务商在t时刻的预测电负荷和热负荷,θ为电、热负荷的等效比。

4.根据权利要求3所述的双层协同架构下考虑碳减排的综合能源服务商合作运行优化方法,其特征在于,在顶层集中监管中心的碳监管情况下,各个综合能服务商的碳排放成本如下:式中: 为碳排放成本;ω、 为集中监管中心设定的惩罚系数和碳排放限额,γ为上级能源网中燃煤火力发电的占比,α为褐煤发电的碳排放强度中值,β为天然气发电的碳排放强度中值。

5.根据权利要求1所述的双层协同架构下考虑碳减排的综合能源服务商合作运行优化方法,其特征在于,所述步骤S3中效益最大化子问题的目标函数为:根据公式(9)得到各主体间的交易量;

能源交易支付子问题的目标函数为:

其中, 和 为已知的常数,且各主体之间的交易量已知,求解此问题后可得到个主体间的交易电价和热价。