考虑源荷碳势耦合的电力系统双层低碳经济调度

针对目前低碳调度中负荷侧低碳手段单一且源荷两侧减碳方法相对独立缺乏联动的问题,在利用碳排放流引导多类型负荷需求响应模型的基础上,提出考虑利用碳势耦合源荷多降碳手段的电力系统双层低碳经济调度模型。上层模型基于阶梯碳交易市场,计算源侧的碳市场交易成本,并按照负荷分类进行针对性区域碳排约束,建立考虑源-荷碳势约束的电力系统低碳经济调度模型,求解机组初始调度方案;下层模型利用碳排放流理论,基于上层模型的调度方案计算负荷侧各节点碳势指标和碳排责任分摊量,建立负荷侧多类型需求响应模型,利用用户侧调节能力优化负荷分布进一步实现系统低碳效益。最后在考虑风电不确定性建模的前提下,基于改进的IEEE 30节点系统进行算例分析,结果表明所提调度方法能够有效促进风电消纳,降低碳排放量。     

基于改进碳排放流理论的电力系统动态低碳调度方法

目前,电力系统面临较大减排压力,随着智能电网发展,需求侧资源参与电力系统调度可进一步降低电力系统碳排放。提出了一种日前市场考虑需求响应的低碳动态两阶段优化调度方法。第一阶段,基于机组动态碳排放计量模型,计算发电侧的碳市场交易成本,建立电力系统低碳经济调度优化模型,求解初始调度方案。第二阶段,基于改进的电力系统碳排放流理论,计算用户侧实时碳排量和碳排放成本,考虑以碳价为信号的需求响应,建立低碳经济优化调度模型,优化负荷分布以进一步降低系统碳排放量,并求解获得最终调度方案。最后以改进的IEEE 14节点为例对系统碳排放量和总运行成本进行计算分析,结果表明：所提模型和方法可以降低系统碳排量,验证了其可行性和合理性。     

基于碳排放流理论的电力系统源-荷协调低碳优化调度

在低碳电力的背景下,需求侧资源逐渐参与电力系统调度,为降低电力系统碳排放提供了新思路。建立了一种考虑碳排放流理论和以碳价为价格信号的需求响应电力系统两阶段低碳优化调度模型。首先,以电力系统经济调度为一阶段优化模型。其次,基于Shapley值碳责任分摊方法,计算出各负荷侧碳责任合理范围并由此提出阶梯碳价定制方法,然后基于碳排放流理论计算出负荷侧碳排放责任情况及碳排放成本。再次,构建以碳价为信号的需求响应低碳优化调度为二阶段优化模型,利用负荷侧调节能力降低总碳排放量,从而降低负荷侧碳排放成本。最后,基于改进的PJM-5节点系统分别对全火电机组场景和含风电机组场景进行算例分析,通过仿真算例对不同场景下系统的碳排放量以及碳排放成本进行了分析。同时,在IEEE-118节点系统中进行验证,结果表明所提出模型合理计算了碳排放责任,有效降低了系统碳排放量,验证了所提模型的合理性和可行性。     

基于深度强化学习的微电网源-荷低碳调度优化研究

提升可再生能源在能源供给中的比例成为实现低碳经济的重要举措之一。为减少碳排放量并降低用电成本,提出了一种基于深度强化学习的微电网低碳经济优化调度模型。首先,介绍了碳排放流理论并基于此构建了碳计量模型以及阶梯碳价模型;其次,将低碳经济优化问题转换为一个马尔科夫决策;最后,利用深度强化学习对该多目标优化问题求解。实验结果表明,所提方法通过控制发电机组的出力以及负荷的转移,有效地提升了系统经济性并降低了碳排放量。     

基于碳流追踪的电力系统源网荷低碳经济调度

在传统的电力系统低碳调度中,将发电厂视为唯一碳排放责任承担者对发电侧极不公平。追踪碳排放的来源,公平地将碳排放分摊到发电侧和用户侧并引导用户环保用电意义重大。针对已有碳流追踪方法因复功率运算导致追踪结果出现负碳排的问题,提出了一种基于碳排放流的碳流追踪方法,在碳流计算的基础上对系统碳流进行直接追踪;基于追踪结果,构建了由发电厂和用户共同承担的碳排放责任分摊模型;进而提出了基于碳流追踪的电力系统源网荷低碳经济调度方法,该方法在一阶段以发电成本和发电侧碳排放成本最小为目标对机组组合进行优化;二阶段以需求响应成本和用户碳排放成本最小化优化负荷分布。算例分析表明：相比于已有追踪方法,所提碳流追踪方法能够避免负碳排的出现;所提低碳经济调度方法可以兼顾系统的经济性和环保性,同时引导用户主动响应并降低系统的碳排放量。     

基于碳排放流理论的园区综合能源系统低碳经济调度

在园区综合能源系统(park integrated energy system,PIES)的低碳经济调度研究中,从外网购电所带来的碳排放量难以准确估计,给PIES低碳经济调度的准确性带来了严峻的挑战。因此,文章利用外网电能的碳流密度对其隐含碳排放进行精确核算,并建立了PIES低碳经济调度双层优化模型,最后在一个典型PIES中进行了算例分析。结果表明:相比于单一的PIES经济调度,所提优化模型可以在只提高4.82%运行成本的前提下,降低PIES约21.37%的碳排放量。同时,通过所提模型可以对PIES的碳流分布进行优化,消除系统的碳薄弱环节,提高PIES的环保性。     

基于碳排放流理论的园区综合能源系统低碳经济调度

在园区综合能源系统(park integrated energy system,PIES)的低碳经济调度研究中,从外网购电所带来的碳排放量难以准确估计,给PIES低碳经济调度的准确性带来了严峻的挑战。因此,文章利用外网电能的碳流密度对其隐含碳排放进行精确核算,并建立了PIES低碳经济调度双层优化模型,最后在一个典型PIES中进行了算例分析。结果表明:相比于单一的PIES经济调度,所提优化模型可以在只提高4.82%运行成本的前提下,降低PIES约21.37%的碳排放量。同时,通过所提模型可以对PIES的碳流分布进行优化,消除系统的碳薄弱环节,提高PIES的环保性。     

计及氢能多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统优化运行

为充分利用综合能源系统的多能耦合特性和高比例新能源的特点，提出一种计及氢能精细化多元利用和绿证-碳联合交易的综合能源系统低碳经济优化调度策略。针对氢能的低碳清洁特性，建立含电解制氢、氢转电热、氢制甲烷以及热电掺氢的氢能多元利用模型，并考虑氢能利用过程中产生的余热，在氢能多元利用模型中引入热回收装置，提出氢能精细化多元利用结构；为提升新能源消纳能力以及降低系统碳排放量，分别建立碳交易机制和绿证交易机制，并针对两者之间的关联性提出绿证-碳联合交易机制；兼顾综合能源系统的经济性和环保性，建立以绿证交易成本、购能成本、碳交易成本、运行维护成本和弃风成本之和最低为目标的综合能源系统低碳经济调度模型。算例结果表明，所提模型能够提高新能源消纳能力，显著降低碳排放量，实现了能源的高效利用和综合能源系统的低碳经济运行。     

基于节点碳势需求响应的电力系统双层优化调度

为实现电力系统低碳排放、助力经济提升,在建立碳势引导多元柔性负荷模型的基础上,提出一种基于节点碳势需求响应的双层优化调度策略。首先,利用比例共享原则追踪碳排放流,搭建碳排放流模型,从时空维度感知各节点的碳势变化规律。其次,将碳流分析纳入负荷侧需求响应机制中,利用节点碳势建立负荷聚合商需求响应碳排放模型,并厘清不同碳势强度下负荷聚合商调度差异,构建基于节点碳势需求响应的电力系统双层优化调度模型。模型上层为电网运营商最优经济调度,模型下层为负荷聚合商需求响应经济调度。最后,以改进IEEE 30节点系统为例,验证了所提方法的有效性。     

计及碳抵消-碳交易下天然气管网压力能发电的IES低碳经济优化调度北大核心CSCD

为控制能源消耗产生的碳排放,响应实现碳达峰、碳中和目标,提出计及碳抵消的阶梯式碳交易机制。考虑天然气管网压力能发电所具有的经济效益和环境效益,根据电、热、气多种能源互补特性及能源梯级利用原则,构建电-热-气联供的综合能源系统低碳经济优化调度模型,并进行算例分析。首先,建立包含碳抵消的碳交易机制,将环境成本纳入系统经济优化目标中。根据[火用]分析法建立天然气管网压力能发电模型,结合系统中其他机组出力模型及能量传输网络模型,确定相关约束条件。以最优系统运行成本和最低碳排放量为目标,构建综合能源系统整体框架,依据算例进行低碳经济优化调度,实现降低系统运行成本,减少能源消耗碳排放量,并避免电力负荷波动对上游电网产生不利影响。     

电热耦合系统全流程碳排放计量技术

电能和热能作为二次能源,供热和供电系统产生的碳排放基本都来自产能侧。同时,随着综合能源的的发展,电热网络的耦合变得紧密。因此,如何界定产能、传输以及用户侧碳排放责任对碳排放进行计量是促进电力网络和热力网络各个环节低碳发展的重要措施。针对这一问题,为改进现有宏观计量的局限性,提出了基于碳排放流的电热耦合网络考虑网络损耗的全流程碳计量方法。创新地将电热耦合系统作为整体,提出了网络中的碳排放流定义和指标,并建立了电热耦合网络以及耦合设备的全流程碳排放流模型。提出了一种涉及能量传输全流程的碳排放计量架构,所提方法能够有效地对电热耦合网中产能环节、传输环节以及用能环节进行碳排放的计量。文中给出了示例系统,验证了模型与算法的准确性。     

环境约束下含多能园区的新型城镇双层组合优化经济调度

新型城镇生态文明需要考虑实时环境约束,其中多能园区碳排放量对新型城镇的环境影响不可忽视。该文构造了含多能园区的新型城镇环境约束优化调度模型,其上层经济调度将考虑新型城镇实时环境而限定碳排放约束,并按照各多能园区历史排放量分解为各多能园区实时碳排放约束;下层多能园区综合能源优化调度将考虑经济运行最优目标,同时满足实时碳排放约束;不能满足约束或超额满足时,多能园区将通过参加碳交易,进行碳指标买入或卖出。该模型通过新型城镇和多能园区上下层协调优化,以综合能源经济运行为优化目标,考虑了通过碳交易对多能园区进行排放控制的经济性激励,从而满足新型城镇整体环境要求。以序列二次规划法结合原始-对偶路径跟踪内点法求解该非线性、多维度、双层组合优化模型。算例结果表明:该方法能够提高新型城镇多种能源协同运行的经济性和环保性。     

含氢能利用和需求响应的综合能源系统低碳优化

为构建安全高效、低碳清洁的可持续能源系统，提出一种计及氢能利用和综合需求响应的综合能源系统低碳协同优化调度策略。首先，为充分发挥氢能的多方面效益，构建集成氢能耦合的能源设备数学模型。其次，为发挥用户负荷的可调度能力，建立含阶梯型补贴机制的电-热-冷多能负荷的综合需求响应模型。最后，针对综合能源系统的低碳特性，在优化模型中引入奖惩阶梯型碳交易机制，建立低碳经济优化模型，并采用CPLEX对所提模型进行求解。仿真结果表明，所提调度策略能够有效降低系统总成本及碳排放量，实现系统经济、环保及灵活运行。     

考虑碳排放流及需求响应的综合能源系统双层优化调度

针对综合能源系统低碳经济调度问题,将碳排放流理论和需求响应引入到综合能源系统优化调度中。首先,在电-气综合能源系统框架下,利用碳排放流模型,计算出各负荷的碳排放量。其次,将Shapley值法引入到综合能源系统碳交易模型中,并且建立价格型需求响应模型,分析其减排激励作用。最后建立综合能源系统双层调度模型,上层为电网和气网系统,下层为能量枢纽系统,以运行成本最小为目标函数进行低碳经济调度。通过算例验证,该碳交易模型可降低7.06%的碳排放量,结合需求响应,可降低4.37%的系统运行成本。该模型具有提高能源利用率、降低运行成本和减少碳排放的作用,可实现低碳经济运行。     

考虑V2B智慧充电桩群的低碳楼宇优化调度

建筑减排是实现中国碳达峰和碳中和目标的重要途径,而丰富的负荷侧调控手段是新型电力系统的发展趋势和要求.提出了一种高比例光伏接入的低碳楼宇电能管理框架,楼宇可控负荷包含电动汽车智慧充电桩群和温控负荷.考虑用户响应度和楼宇用电最大需量约束,建立了基于电动汽车接入楼宇(V2B)技术的电动汽车智慧充电桩群模型和基于舒适度范围的温控负荷模型,以购电费用与激励费用之和最小为目标,求解楼宇的日发用电计划.基于碳减排量,设计了需求侧的环境友好评估指标,用于衡量楼宇的节能效果.以两部制分时电价为背景,选取夏季高温日的办公楼宇为算例,验证所建模型在极端天气下的电能调控能力.结果表明所建模型能有效降低楼宇的月度需量阈值,同时通过空调节能和光伏利用等措施显著降低了楼宇的碳排放量.     

考虑碳捕集与综合需求响应互补的综合能源系统优化调度

能源产业是当前碳排放的主要来源,实现“双碳”目标亟需能源产业提高碳减排力度。基于此背景,提出一种阶梯型碳交易机制下源荷低碳互补的综合能源系统优化调度方法。分析源侧碳捕集与负荷侧综合需求响应的低碳互补机理;引入阶梯型碳交易机制,以综合能源系统运行总成本最小为目标建立源荷低碳互补的优化调度模型;求解模型时,为应对风力发电的不确定性,采用序列运算理论将风电的概率分布离散化,将机会约束转化为确定性约束。通过算例分析验证了所提调度模型在不同碳交易机制下都能优化电热负荷曲线,提高风电消纳水平和减少碳排放量,并且该模型在阶梯型碳交易机制下具有更好的低碳经济性。     

基于多目标优化的电力-交通系统协同运行分析

电动汽车渗透率的日益提升显著增强了城市交通系统和电力系统的耦合程度。综合考虑电力-交通耦合系统的多主体特性以及在经济成本、碳排放量等多目标上的优化调度需求,提出一种基于多目标优化的电力-交通系统协同运行模型。首先,采用混合用户均衡模型和二阶锥DistFlow模型来描述交通流和电力流的分布情况;其次,建立了描述经济成本和碳排放量的函数模型,并根据不同的利益主体和调度目标分别建立了3组多目标优化调度模型;再次,结合增强epsilon约束法和若干线性化手段高效求解各多目标优化的帕累托前沿,提出了基于公平性的折中解获取方法以平衡各主体利益;最后,基于12节点环形交通网和IEEE 33节点配电网对各组多目标问题的调度结果进行了深入分析。     

考虑碳排放流的电-气互联系统源荷互动低碳经济调度

为应对电力系统存在的弃风、碳排放较高等问题,基于碳排放流理论提出了一种电-气互联系统源荷互动低碳经济调度模型。基于电力系统碳排放流计算方法,推导得到考虑气网动态特性的天然气系统碳排放流计算方法;构建以储液罐装置为主的储碳系统(CSS),CSS与火电机组(TU)、风电机组(WT)、电转气(P2G)设备组成TU-CSS-P2G-WT的联合运行方式;源侧以系统日运行总成本最小计算得到能源网络的碳势时空分布,荷侧根据源侧的碳势信号,基于低碳响应机制建立激励型低碳需求响应模型,合理调整用能行为最小化用户购能总成本;建立源荷互动两阶段低碳经济调度模型,并利用GUROBI进行求解。通过改进由IEEE 39节点和比利时20节点构成的电-气互联系统进行算例分析,验证了所提模型的低碳经济性和灵活性。     

基于碳势-能源价格双响应的综合能源系统低碳经济调度

利用电-气-热多元负荷节点碳势引导需求响应是实现综合能源系统(IES)低碳运行的有效手段。IES中多能流耦合关系复杂、动态特性交织,碳排放特性难以准确表达。文中针对IES中低碳运行潜力挖掘不足的问题进行了研究,提出了一种基于节点碳势-能源价格双响应的经济调度方法,用于IES源-荷协同,实现低碳运行。一方面,通过剖析气、热动态特性对碳排放流的影响机理,引入动态特性等价替换思想,得出计及动态特性的碳排放流模型,进而得到负荷节点的碳势,实现碳排放责任的分摊;另一方面,从碳视角出发,考虑多元负荷的碳排放责任,设计了基于多元负荷节点碳势-能源价格双响应的IES源-荷低碳互动机制,充分挖掘IES中多元负荷的低碳潜力。通过对IES中碳排放产生、传输、消费全过程的追踪与计量,制定兼顾经济性与低碳性的调控策略。以电网14节点-热网6节点-天然气网6节点(E14-H6-G6)和E57-H12-G12测试系统为例,验证了所提模型和方法的有效性。     

计及空气碳捕和电转气的智慧小区微能网优化调度

碳达峰、碳中和背景下，针对绿色低碳智慧小区微能网优化调度难题，提出一种考虑直接空气碳捕(direct air capture, DAC)与电转气(power to gas, P2G)协同效益的微能网优化调度方法。首先，提出小区空气碳捕应用场景新思路，基于CO₂化学吸附原理建立智慧小区DAC碳捕量、碳捕能耗耦合关系的数学模型；进而，在研究P2G-DAC特性的基础上，建立P2G-DAC协同运行模型；然后，在考虑小区微能网系统约束及DAC装置变温吸附循环特性的基础上，以系统综合运行成本最小为目标，构建协同调度模型；最后，利用Yalmip工具箱调用Gurobi求解器对模型进行求解，并基于西南某别墅小区开展仿真验证工作。仿真结果表明，所提智慧小区微能网P2G-DAC协同调度策略能够促使系统综合运行成本下降6.77%、系统碳排量下降75%,在提升微能网运行经济性的同时，能够降低碳排放，产生环境、社会效益。