考虑碳排放的电、热、气转换优化运行配置方法和存储介质与流程

1.本发明属于综合能源技术领域，涉及一种考虑碳排放的电、热、气转换优化运行配置方法和存储介质。


背景技术：

2.传统能源系统运行、规划局限于电、气、热(冷)等单一能源形式系统，无法充分发挥它们之间互补优势和协同效益。能源互联网是将信息网络与能源各个环节相结合的新型能源产业发展形式。能源互联网在信息网络的基础之上，将电力网络与天然气网络、供热网络连接起来，最终实现电、热、气等多种能源互补的新型能源系统。电
‑
热
‑
气综合能源系统的发展对促进我国能源新格局的建设、提高可再生能源在发电中的占比具有重要意义，有利于促进煤炭、原油等能源的清洁高效利用。电
‑
热
‑
气综合能源系统包括了电力系统网络，热力网络和天然气网络，在网络的终端，各类能源耦合单元将不同的能源网络连接起来，实现了不同能量形式的相互转化。通过研究电
‑
热
‑
气的转换优化运行配置方法能够提高多能源系统效率，同时降低运营成本、增加多能源系统稳定性以及减少碳排放量，对能源危机以及环境危机都具有重大意义。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种考虑碳排放的电、热、气转换优化运行配置方法和存储介质，将不同的能源网络连接起来，实现了不同能量形式的相互转化，提高多能源系统效率，同时减少碳排放量以应对能源危机以及环境危机。
4.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种考虑碳排放的电、热、气转换优化运行配置方法，包括：
5.建立电
‑
热
‑
气转换组件的数学模型、运营成本估算模型以及碳排放量模型；
6.根据建立的电
‑
热
‑
气转换组件的数学模型、运营成本估算模型以及碳排放量模型，构建目标函数并建立约束条件；
7.根据目标函数和约束条件，求解计算得到电、热、气的最优配置方案。
8.进一步的，电
‑
热
‑
气转换组件的数学模型，包括：
9.交流电网的数学模型包括：
10.母线电压和电路节点导纳矩阵为：
11.v
i
＝|v
i
|∠θ
i
＝|v
i
|(cosθ
i
+jsinθ
i
)
12.y
ij
＝|y
ij
|∠θ
ij
＝|y
ij
|(cosθ
ij
+jsinθ
ij
)＝g
ij
+jb
ij
13.式中：v
i
表示母线i上的电压，y
ij
表示电路节点i和电路节点j之间的互导纳，θ
ij
＝θ
i
‑
θ
j
，θ
i
表示母线i的电压向量角，θ
j
表示母线j的电压向量角，g
ij
表示电路节点i和电路节点j之间的电导，b
ij
表示电路节点i和电路节点j之间的电纳；
14.不同母线上的注入的有功功率和无功功率为：
[0015][0016][0017]
式中：p
i
表示电路节点i的有功功率，q
i
表示电路节点i的无功功率，v
j
表示母线j上的电压，n为电路节点总个数；
[0018]
电路节点功率平衡方程为：
[0019][0020][0021]
式中：p
g,i
和p
d,i
分别表示母线i上的发电量的有功功率和耗电量的有功功率，
△
p
i
表示母线i上发出的有功功率和消耗的有功功率之差，q
g,i
和q
d,i
分别表示母线i上的发电量的无功功率和耗电量的无功功率，
△
q
i
表示母线i上发出的无功功率和消耗的无功功率之差；
[0022]
供热系统的数学模型包括：
[0023]
流动连续性表示为：
[0024]
a
×
m
pipe
＝m
node
[0025]
式中：m
pipe
是表示每根管道内的质量流速的向量，m
node
表示通过的每个热网节点的质量流速的向量，a表示热网节点关联矩阵；
[0026]
hp＝c
p
m
node
(t
s
‑
t
o
)
[0027]
式中：hp表示热功率，c
p
代表水的比热容，t
s
和t
o
分别代表供应温度和出口温度；
[0028]
天然气系统的数学模型包括：
[0029][0030]
式中：q
mn
表示天然气节点m和天然气节点n的气体流，k
mn
表示天然气特性因子，p
m
和p
n
表示天然气节点m和天然气节点n的压强。
[0031]
进一步的，运营成本估算模型包括：
[0032]
电网发电机组的运营成本为：
[0033][0034]
式中：c
g
是电网发电机的运营成本，a
g
，b
g
和c
g
都是电网发电机的成本系数， g
g
和e
g
代表电网发电机的阀点负载效应的系数，表示是公用电网在t时刻处的电能交换量，表示公用电网电能交换量的最小值；
[0035]
燃气发电机成本函数为：
[0036][0037]
式中：c
gf
是燃气发电机的运营成本，a
gf
，b
gf
和c
gf
都是燃气发电机的成本系数， g
gf
和e
gf
是代表燃气发电机的阀点负载效应的系数，表示是燃气发电机在t时刻处的电能交
换量，是燃气发电机电能交换量的最小值；
[0038]
天然气供应成本函数为：
[0039][0040]
式中：c
gs
表示天然气供应总成本，表示第v台天然气供应设备的成本系数，表示第v台天然气供应设备在t时刻的供应量；
[0041]
风力发电的成本为：
[0042][0043]
式中：表示第w台风力发电的总成本，表示第w台风力发电机计划风力发电的成本系数，表示第w台风力发电机在t时刻产生的有功功率，表示第w台风力涡轮机功率的惩罚成本，表示第w个风电场在t时刻产生的可用功率，表示第w台风力涡轮机的备用成本；
[0044]
光伏发电机的运营成本为：
[0045][0046]
式中：c
pv
表示光伏发电总成本，表示第q台光伏发电机发电系数，pv
q,t
表示第q台光伏发电机在t时刻的有功功率，表示第q台光伏发电机功率的惩罚成本，表示第q台光伏发电机在t时刻产生的可用功率，表示第q台光伏发电机的备用成本；
[0047]
储能设备的成本为：
[0048][0049]
式中：c
sd
表示储能设备总成本，c
sdd
，c
sdc
分别表示第sdd台充电设备的充电成本和第sdc台放电设备的放电成本，和分别表示第r台储能设备在t 时刻的充、放电功率，n
sdd
，n
sdc
分别表示充、放电设备数量；
[0050]
供热单元总成本函数为：
[0051][0052]
式中：c
hou
表示供热单元的总运营成本，均表示第x个供热单元的成本系数，表示第x个供热单元在t时刻的热功率；
[0053]
热电联产机组chp成本为：
[0054][0055]
式中：c
chp
表示chp发电机总成本，和均是第y台chp 发电机成本系数，表示第y台chp发电机t时刻发电的有功功率，表示第y台chp发电机t时刻发电的热功率；
[0056]
电转气p2g装置成本为：
[0057][0058]
式中：c
p2g
表示p2g装置的总运营成本，c
p2g
是p2g装置的成本系数，表示第z个p2g装置中t时刻电能到天然气的转化量，表示第z个p2g装置中 t时刻电能到天然气的转化的有功功率，表示第z个p2g装置中电能到天然气的转化系数。
[0059]
进一步的，碳排放量模型为：
[0060][0061]
式中：e
g
表示总污染排放量，a
e
，b
e
，d
e
，γ
e
，δ
e
是火电机组的排放系数。
[0062]
进一步的，目标函数f为：
[0063]
f＝sw
‑
c
e
[0064]
sw＝r
d
‑
cost
[0065]
r
d
＝λ
e
p
d
+λ
heat
p
heat
+λ
gas
p
gas
[0066][0067]
cost＝c
g
+c
gf
+c
gs
+c
pw
+c
pv
+c
sd
+c
hou
+c
chp
+c
p2g
[0068]
sw
max
为社会效益的最大值，为碳排放量的最大值，λ
e
是消耗的电能成本，λ
heat
是消耗热能的成本，λ
gas
是消耗气体能源的成本，p
d
，p
heat
和p
gas
分别表示电能需求、热能需求和天然气需求。
[0069]
进一步的，约束条件包括：
[0070]
有功功率平衡：
[0071][0072]
式中：表示第f台燃气发电机t时刻的有功功率，n
g
表示燃气发电机的台数，表示第v台天然气供应设备t时刻的有功功率，n
gf
表示天然气供应设备的台数，表示第w台风力发电机t时刻的有功功率，n
w
表示风力发电机的台数，pv
q,t
表示第q台光伏发电机t时刻的有功功率，n
pv
表示光伏发电机的台数，表示第y台chp装置t时刻的有功功率，n
chp
表示chp 装置的台数，表示第r台储能设备t时刻的有功功率，n
b
表示储能设备的台数，表示第z台p2g装置t时刻的有功功率，n
p2g
表示p2g装置的台数，p
dt
表示t时刻的总电力需求，p
loss
表示功率损耗；
[0073][0074]
母线电压和支路潮流约束：
[0075][0076]
式中：v
imax
，v
imin
表示第i条母线电压最大值和最小值，s
flow,i
表示第i条支路上的潮流分布，表示第i条支路上的潮流分布的最大值；
[0077]
风力发电机的爬坡率约束：
[0078][0079]
式中：ur和dr分别表示任意一台风力发电机机组的上升速率约束和下降速率约束，p
w,t
表示第w台风力发电机机组在t时刻的功率；
[0080]
输出功率约束：
[0081][0082]
式中：分别表示第f台燃气发电机输出功率的最大值和最小值，表示第f台燃气发电机在t时刻的输出功率，分别表示第y台热电联产发电机输出功率的最大值和最小值，表示风力发电机产生有功功率的最大值，表示第z台p2g装置输出功率的最大值，p
wmax
表示第w台风力发电机的功率最大值，pv
max
表示第q台光伏发电机的功率最大值；
[0083]
热节点平衡约束：
[0084][0085]
式中：表示第y台chp装置t时刻的热功率，n
chp
表示chp装置的台数，表示第x台供热单元t时刻的热功率，n
hou
表示供热单元的台数，表示第s台其他设备t时刻的热功率，n
hs
表示其他设备的台数，h
dt
表示t时刻的热需求，h
loss
表示热损耗；
[0086]
热电联产和供热单元的热量约束：
[0087][0088]
式中：表示第y台热电联产发电机产热量的最大值和最小值，表示第x台供热单元机组产热量的最大值和最小值；
[0089]
气体节点平衡约束：
[0090][0091]
式中：表示第z台p2g设备在t时刻的气体输出量，表示第v台天然气设备在t时刻的气体输出量，表示第y台chp设备在t时刻的气体消耗量，表示第f台燃气发电机设备在t时刻的气体消耗量，q
d.t
表示t时刻的气体需求量，q
loss
表示气体损耗量；
[0092]
压强和气流约束：
[0093][0094]
式中：表示天然气节点m和天然气节点n间压强的最大值和最小值；表示天然气设备t时刻天然气节点m和天然气节点n间压强；
[0095]
充放电功率约束：
[0096][0097]
式中：e
max
表示不同存储类型的最大储能设备容量，
△
t表示时间差；
[0098]
储能设备中能量约束：
[0099][0100]
式中：表示第r个储能设备中能量的最大值和最小值，表示第 r台储能设备的初始能量。
[0101]
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据上述考虑碳排放的电、热、气转换优化运行配置方法中的任一方法。
[0102]
一种计算设备，包括，一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据上述考虑碳排放的电、热、气转换优化运行配置方法中的任一方法的指令。
[0103]
本有益效果：
[0104]
通过优化电
‑
热
‑
气能量的转换配置，实现社会效益最大化且碳排放最小化的目标，提高能源系统的利用效率，减少碳排放量以应对能源危机以及环境危机，缓解当前能源不足以及环境恶化等现实问题。
附图说明
[0105]
图1是考虑碳排放的电
‑
热
‑
气转换优化运行配置方法流程图；
[0106]
图2是电
‑
热
‑
气能量转换示意图；
[0107]
图3是ieee 69节点标准测试系统示意图；
[0108]
图4是供热系统配置示意图；
[0109]
图5是天然气系统配置示意图；
[0110]
图6是电能出力示意图；
[0111]
图7是热能出力示意图；
[0112]
图8是天然气出力示意图。
具体实施方式
[0113]
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
[0114]
实施例1：
[0115]
如图1所示，一种考虑碳排放的电、热、气转换优化运行配置方法，包括步骤：
[0116]
步骤1，建立电
‑
热
‑
气转换组件的数学模型、运营成本估算模型以及碳排放量模型：
[0117]
转换组件指交流电网、供热系统等电
‑
热
‑
气能量枢纽的组成部分。
[0118]
(1)电
‑
热
‑
气转换组件的数学模型包括：
[0119]
1)交流电网
[0120]
本发明用极坐标形式给出了系统的母线电压v和电路节点导纳矩阵y，如下式所示：
[0121]
v
i
＝|v
i
|∠θ
i
＝|v
i
|(cosθ
i
+jsinθ
i
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0122]
y
ij
＝|y
ij
|∠θ
ij
＝|y
ij
|(cosθ
ij
+jsinθ
ij
)＝g
ij
+jb
ij
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0123]
式中：母线和电路节点是一一对应关系，总个数相同，v
i
表示母线 i上的电压，y
ij
表示电路节点i和电路节点j之间的互导纳，θ
ij
＝θ
i
‑
θ
j
，θ
i
表示母线i的电压向量角，θ
j
表示母线j的电压向量角，g
ij
表示电路节点i和电路节点j之间的电导，b
ij
表示电路节点i和电路节点j之间的电纳。
[0124]
不同母线上的注入的有功功率和无功功率可表示为：
[0125][0126][0127]
式中：p
i
表示电路节点i的有功功率，q
i
表示电路节点i的无功功率，
[0128]
v
j
表示母线j上的电压，n为电路节点总个数。
[0129]
电路节点功率平衡方程可表示如下：
[0130][0131][0132]
式中：p
g,i
和p
d,i
分别表示母线i上的发电量的有功功率和耗电量的有功功率。
△
p
i
表示母线i上发出的有功功率和消耗的有功功率之差。q
g,i
和q
d,i
分别表示母线 i上的发电量的无功功率和耗电量的无功功率。
△
q
i
表示母线i上发出的无功功率和消耗的无功功率之差。
[0133]
2)供热系统
[0134]
任何热网节点周围的质量流量等于进入热网节点的质量流量、离开热网节点的质
量流量和热网节点处的流量消耗之和。流动连续性表示为：
[0135]
a
×
m
pipe
＝m
node
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0136]
式中：m
pipe
是表示每根管道内的质量流速(kg/s)的向量，m
node
表示通过的每个热网节点的质量流速(kg/s)的向量，a表示热网节点关联矩阵。管道中的水头损失是由于管道摩擦引起的管道压力(以米为单位)的变化。
[0137]
热功率可以由下式计算：
[0138]
hp＝c
p
m
node
(t
s
‑
t
o
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0139]
式中：hp表示热功率，c
p
代表水的比热容(j/kg℃)，t
s
和t
o
分别代表供应温度和出口温度(℃)。
[0140]
3)天然气系统
[0141]
天然气系统的建模类似于供热系统的分析，有以下两个假设：(1)假设气体管道的温度没有变化，所以气体流动温度保持不变。(2)忽略管道高度的差异，即两点管道为水平管道。本发明给出了天然气通过任意管道的流动方程，如下式所示：
[0142][0143]
式中：q
mn
表示天然气节点m和天然气节点n的气体流(m3/h)，k
mn
表示天然气特性因子，p
m
和p
n
表示天然气节点m和天然气节点n的压强(psia)。
[0144]
(2)运行成本估算模型包括：
[0145]
1)电网成本
[0146]
电网发电机组的运营成本可以表示为：
[0147][0148]
式中：c
g
是电网发电机的运营成本，a
g
，b
g
和c
g
都是电网发电机的成本系数， g
g
和e
g
代表电网发电机的阀点负载效应的系数，表示是公用电网在t时刻处的电能交换量，表示公用电网电能交换量的最小值。
[0149]
2)燃气发电机成本
[0150]
燃气发电机成本函数可以表示为：
[0151][0152]
式中：c
gf
是燃气发电机的运营成本，a
gf
，b
gf
和c
gf
都是燃气发电机的成本系数，g
gf
和e
gf
是代表燃气发电机的阀点负载效应的系数，表示是燃气发电机在t 时刻处的电能交换量，即有功功率，是燃气发电机电能交换量的最小值。
[0153]
3)天然气供应成本
[0154]
天然气供应成本函数可以表示为：
[0155][0156]
式中：c
gs
表示天然气供应总成本，表示第v台天然气供应设备的成本系数，表示第v台天然气供应设备在t时刻的供应量。
[0157]
4)风力发电成本
[0158]
风力发电的成本可以表示为:
[0159][0160]
式中：表示第w台风力发电的总成本，表示第w台风力发电机计划风力发电的成本系数，表示第w台风力发电机在t时刻产生的有功功率，表示第w台风力涡轮机功率的惩罚成本，通常由风电的高估出力、低估出力和惩罚成本系数来量化。表示第w个风电场在t时刻产生的可用功率(mw)，表示第w台风力涡轮机的备用成本。
[0161]
5)光伏发电成本
[0162]
光伏发电机的运营成本表示如下：
[0163][0164]
式中：c
pv
表示光伏发电总成本，表示第q台光伏发电机发电系数，pv
q,t
表示第q台光伏发电机在t时刻的有功功率，表示第q台光伏发电机功率的惩罚成本，表示第q台光伏发电机在t时刻产生的可用功率，表示第q台光伏发电机的备用成本。
[0165]
6)储能设备成本
[0166]
储能设备的成本可以由下式计算得到：
[0167][0168]
式中：c
sd
表示储能设备总成本，c
sdd
，c
sdc
分别表示充电成本和放电成本，和分别表示第r台储能设备在t时刻的充、放电功率，n
sdd
，n
sdc
分别表示充、放电设备数量。
[0169]
7)供热单元成本
[0170]
供热单元(hou)在能量枢纽中的作用主要是为区域供热系统提供了大量能量。在热电联产机组存在的情况下，供热单元通常只在高需求期使用，总成本函数可以表示为：
[0171][0172]
式中：c
hou
表示供热单元的总运营成本，均表示第x个供热单元的成本系数，表示第x个供热单元在t时刻的热功率。
[0173]
8)热电联产机组(chp)成本
[0174]
chp装置有一个凸成本函数，变量为p
chp
和q
chp
，如下式所示：
[0175][0176]
式中：c
chp
表示chp发电机总成本，和均是第y台chp 发电机成本系数，系数大小是根据经验值确定的。表示第y台chp发电机t 时刻发电的有功功率，表示第y台chp发电机t时刻发电的热功率。
[0177]
9)电转气(p2g)装置成本
[0178]
p2g装置的总运营成本包括获得的电力成本减去出售p2g生产的天然气的利润，如下式所示：
[0179][0180]
式中：c
p2g
表示p2g装置的总运营成本，c
p2g
是p2g装置的成本系数，表示第z个p2g装置中t时刻电能到天然气的转化量，表示第z个p2g装置中t时刻电能到天然气的转化的有功功率，表示第z个p2g装置中电能到天然气的转化系数。
[0181]
(3)碳排放量模型
[0182]
总污染排放量可以表示为发电量的函数，如下式所示：
[0183][0184]
式中：e
g
表示总污染排放量，a
e
，b
e
，d
e
，γ
e
，δ
e
是火电机组的排放系数。
[0185]
步骤2，根据建立的电
‑
热
‑
气转换组件的数学模型、运营成本估算模型以及碳排放量模型，构建目标函数并建立约束条件；
[0186]
(1)目标函数
[0187]
系统优化的总体目标是通过减小系统运营总成本来获得更多的社会效益。除此之外，还应将总的碳排放量降至最低。总运营成本函数可以表示为：
[0188]
cost＝c
g
+c
gf
+c
gs
+c
pw
+c
pv
+c
sd
+c
hou
+c
chp
+c
p2g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(23)
[0189]
通过向消费者出售能源而获得的收益可以表示为：
[0190]
r
d
＝λ
e
p
d
+λ
heat
p
heat
+λ
gas
p
gas
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(24)
[0191]
式中：λ
e
是消耗的电能成本，λ
heat
是消耗热能的成本，λ
gas
是消耗气体能源的成本，p
d
，p
heat
和p
gas
分别表示电能需求，热能需求和天然气需求。社会效益可由下式计算：
[0192]
sw＝r
d
‑
cost
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(25)
[0193]
通过最高惩罚价格因子h将碳排放量转换为排放成本。因此，在满足负荷需求和运行约束的前提下，通过优化问题求解，使发电厂获得的社会效益最大同时碳排放量最小。最高惩罚价格因子h是社会效益的最大值sw
max
和碳排放量的最大值之间的比值，如下式所示：
[0194][0195]
与碳排放量相对应的成本c
e
可由下式计算：
[0196]
c
e
＝he
g
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(27)
[0197]
总体目标函数f如下；
[0198]
max
→
f＝sw
‑
c
e
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)
[0199]
(2)约束条件包括：
[0200]
1)有功功率平衡：
[0201][0202]
式中：表示第f台燃气发电机t时刻的有功功率，n
g
表示燃气发电机的台数，表示第v台天然气供应设备t时刻的有功功率，n
gf
表示天然气供应设备的台数，表示第w台风力发电机t时刻的有功功率，n
w
表示风力发电机的台数，pv
q,t
表示第q台光伏发电机t时刻的有功功率，n
pv
表示光伏发电机的台数，表示第y台chp装置t时刻的有功功率，n
chp
表示chp装置的台数，表示第r台储能设备t时刻的有功功率，n
b
表示储能设备的台数，表示第z台 p2g装置t时刻的有功功率，n
p2g
表示p2g装置的台数，p
dt
表示t时刻的总电力需求，p
loss
表示功率损耗，p
loss
计算公式如下：
[0203][0204]
式中：g
ij
表示电路节点i和电路节点j之间的电导，v
i
和v
j
分别表示母线i和母线j上的电压，θ
ij
是母线i和j的电压向量角差。
[0205]
2)母线电压和支路潮流约束：
[0206][0207]
式中：v
imax
，v
imin
表示第i条母线电压最大值和最小值，s
flow,i
表示第i条支路上的潮流分布，表示第i条支路上的潮流分布的最大值。母线和支路为一对一关系；
[0208]
3)风力发电机的爬坡率约束：
[0209][0210]
式中：ur和dr分别表示任意一台风力发电机机组的上升速率约束和下降速率约束，p
w,t
表示第w台风力发电机机组在t时刻的功率。
[0211]
4)输出功率约束：
[0212][0213]
式中：分别表示第f台燃气发电机输出功率的最大值和最小值，
分别表示第y台热电联产发电机输出功率的最大值和最小值，表示第 z台p2g装置输出功率的最大值，p
wmax
表示第w台风力发电机的功率最大值， pv
max
表示第q台光伏发电机的功率最大值。
[0214]
5)热节点平衡约束：
[0215][0216]
式中：表示第y台chp装置t时刻的热功率，n
chp
表示chp装置的台数，表示第x台供热单元t时刻的热功率，n
hou
表示供热单元的台数，表示第s台其他设备(燃气、天然气、风力等)t时刻的热功率，n
hs
表示其他设备的台数，h
dt
表示t时刻的热需求，h
loss
表示热损耗。
[0217]
6)热电联产和供热单元的热量约束：
[0218][0219]
式中：表示第y台热电联产发电机产热量的最大值和最小值，表示第x台供热单元机组产热量的最大值和最小值。
[0220]
7)气体节点平衡约束：
[0221][0222]
式中：表示第z台p2g设备在t时刻的气体输出量，表示第v台天然气设备在t时刻的气体输出量，表示第y台chp设备在t时刻的气体消耗量，表示第f台燃气发电机设备在t时刻的气体消耗量，q
d.t
表示t时刻的气体需求量，q
loss
表示气体损耗量。
[0223]
8)压强和气流约束：
[0224][0225]
式中：表示天然气节点m和天然气节点n间压强的最大值和最小值。表示天然气设备t时刻天然气节点m和天然气节点n间压强。
[0226]
9)充放电功率约束：
[0227][0228]
式中：e
max
表示不同存储类型的最大储能设备容量，
△
t表示时间差。
[0229]
10)储能设备中能量约束：
[0230]
[0231]
式中：表示第r个储能设备中能量的最大值和最小值，表示第r台储能设备的初始能量。
[0232]
步骤3，根据目标函数和约束条件，求解计算得到电、热、气的最优配置方案。
[0233]
实施例2：
[0234]
一种存储一个或多个程序的计算机可读存储介质，所述一个或多个程序包括指令，所述指令当由计算设备执行时，使得所述计算设备执行根据实施例1中的考虑碳排放的电、热、气转换优化运行配置方法中的任一方法。
[0235]
一种计算设备，包括，一个或多个处理器、存储器以及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为由所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行根据实施例1中的考虑碳排放的电、热、气转换优化运行配置方法中的任一方法的指令。
[0236]
通过算例验证所提方法的可行性：
[0237]
为了验证所提算法的适用性和有效性，将其应用于ieee 69节点标准测试系统。该系统由9个常规发电机、48个负荷和68条支路(输电线路和变压器)组成，如图3所示。其中设备参数如表1所示。此外，将一个容量为60mwh的储能设备接到节点60上。供热系统由两个chp机组，hou和储热设备组成，其中储热设备为区域热网供热，如图4所示。天然气系统配置结构如图5所示，gf表示燃气轮机。
[0238]
表1设备参数表
[0239][0240]
本发明考虑了5个算例来说明可再生能源、储能设备和p2g装置在能量枢纽运行中的作用。
[0241]
算例1：在不包括任何可再生能源或储能设备的情况下，对原始能量枢纽配置进行研究。
[0242]
算例2：在算例1的基础上加入储能设备进行研究。
[0243]
算例3：能量枢纽中包括可再生能源和p2g装置，但不包含储能设备。
[0244]
算例4：能量枢纽中只包含可再生能源。
[0245]
算例5：能量枢纽中包含所有能源出力。
[0246]
本发明通过分别计算每种算例中总运营成本、碳排放量以及系统损耗。以母线2上电、热、气成本为参考，以各节点的电、热、气成本为指标，考虑损耗的情况下，计算各节点的
电、热、气成本，如表2所示。
[0247]
表2不同能量枢纽配置下的运行结果
[0248][0249][0250]
从表2中可以看出：
[0251]
1.在算例1中，由于天然气价格较低，chp机组是白天供电和供热的主要来源，此外，由于增加了气体系统的进料路径，天然气损耗也随之增加。但是，随着白天负荷的增加，chp不能满足这些负荷，只能向hou购买，因此增加了运行成本和碳排放量。
[0252]
2.在算例2中，随着储能设备的加入，系统性能得到了较大的提高。碳排放量和能耗略有减少。在这种情况下，能量枢纽中多余的能量会被储存起来，以供在能源不足时使用。
[0253]
3.算例3与算例1和算例2相比，由于可再生能源的加入，社会效益，碳排放量以及能耗等方面都得到了明显的改善，但是由于能量枢纽中没有储能设备，损耗也随之增加。
[0254]
4.与算例3相比，算例4的p2g装置的缺失使得其在社会效益，碳排放量和能量损耗方面都有所减少。
[0255]
5.在算例5中，由于可再生能源，储能设备和p2g装置同时运行，从而减少了从电网和火电机组购买的电能。因此，能量枢纽的性能参数以及稳定性都得到了改善。算例5中最优出力的仿真结果如图6～8所示。
[0256]
从算例比较分析的结果中可以看出，当火电机组成为能量枢纽中能量的主要来源时，运营成本和碳排放量都会增加。当储能设备连接到能量枢纽中后，能量枢纽在碳排放量，系统损耗和社会效益方面都得到了改善。同样，当可再生能源加入到能量枢纽中后，系统中的各方面性能也得到很大改善。在没有p2g 机组的情况下，总负载减少，从而提供给电网的功率增加，社会效益，碳排放量和损耗也随之减少。在算例5中，即能量枢纽中包括可再生能源，储能设备和p2g装置时，此时能量枢纽的参数和稳定性都得到了较大改善。算例5中
最优出力的仿真结果如图6～8所示。
[0257]
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。