考虑“源-荷”协同的光储直柔园区低碳运行优化方法及系统与流程

本发明涉及电网运行优化，尤其涉及一种考虑“源-荷”协同的光储直柔园区低碳运行优化方法及系统。

背景技术：

1、“光储直柔”工业园区在承担密集工业生产活动的同时还会产生大量的碳排放量。典型的“光储直柔”工业园区需要精确计量碳数据，完成碳足迹的可视化才能实现节能减碳与低碳转型。电力系统碳排放流理论从空间角度处理碳排放与系统潮流之间的关系，可以得到特定时间点或时间段的碳排放，对系统各节点进行实时、准确、全面的监测。

2、值得注意的是，不管是电力，还是热能和冷能，碳排放主要由源侧产生，而碳排放的最终驱动力在于负荷侧。需求响应作为负荷侧资源的调节手段，在节能、减碳和提高系统安全方面将发挥关键作用。工业作为高耗能行业，通过园区内用户的需求响应实现节能减排具有重要意义。

3、在现有的“光储直柔”工业园区低碳调度方案中，通常是以园区源侧碳排放为计算基础，以降低园区总体碳排放为目标；却忽略了负荷侧的调节潜力对于园区碳减排的重要影响。因此，仅从源端降低碳排放是远远不够的，这难以对园区碳排放进行精确核算，园区碳减排难以满足实际要求。

技术实现思路

1、本发明提供了一种考虑“源-荷”协同的光储直柔园区低碳运行优化方法及系统，解决了现有的“光储直柔”工业园区低碳调度方案仅从源端降低碳排放，难以对园区碳排放进行精确核算，园区碳减排难以满足实际要求的技术问题。

2、有鉴于此，本发明第一方面提供了一种考虑“源-荷”协同的光储直柔园区低碳运行优化方法，包括以下步骤：

3、以光储直柔园区的总运行成本最小为目标函数，设置第一约束条件，构建上层园区经济运行优化模型，并对所述上层园区经济运行优化模型优化求解，得出光储直柔园区的各设备出力；

4、根据所述光储直柔园区的各设备出力对各节点进行碳排放流分析，得到各节点的节点碳势；

5、基于所述各节点的节点碳势进行需求响应调节用户负荷，以光储直柔园区内用户碳排放成本与需求响应收益构成的用户综合成本最小为目标函数，设置第二约束条件，构建下层园区用户需求响应调控模型，对所述下层园区用户需求响应调控模型优化求解，得出用户参与电价激励的需求响应后的负荷需求；

6、根据所述用户参与电价激励的需求响应后的负荷需求更新至所述上层园区经济运行优化模型中，通过对所述上层园区经济运行优化模型和所述下层园区用户需求响应调控模型进行交互求解，并迭代输出光储直柔园区的最优设备运行结果以及最优用户需求响应结果。

7、优选地，本方法还包括：

8、基于光储直柔园区的能源系统架构，建立碳排放流分析模型，所述碳排放流分析模型用于计算光储直柔园区的能源系统内各节点的节点碳势，所述各节点的节点碳势包括电负荷节点碳势、热负荷节点碳势和冷负荷节点碳势。

9、优选地，所述上层园区经济运行优化模型的目标函数为：

10、

11、式中，表示园区运行的总成本；表示园区从外部电网主网购电的成本；表示园区购买天然气的成本；表示蓄能装置充放能过程中所产生的维护成本；

12、其中，

13、式中，表示主网分时电价；表示时段园区从主网购电的功率；为一个优化周期；为时间间隔；

14、

15、式中，表示天然气价格；表示天然气的热值；表示燃气轮机的发电效率；为时段燃气轮机的发电功率；

16、<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mi>c</mi><mi>ns</mi></msub><mi>=</mi><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>x</mi><mi>∈</mi><mi>x</mi></mrow></munder><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>t</mi><mi>=</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></munderover><mrow><msubsup><mi>c</mi><mi>x</mi><mi>om</mi></msubsup><mi>⋅</mi><mi>[</mi><msubsup><mi>p</mi><mi>x</mi><mi>c</mi></msubsup><mi>(</mi><mi>t</mi><mi>)</mi><mo>+</mo><msubsup><mi>p</mi><mi>x</mi><mi>d</mi></msubsup><mi>(</mi><mi>t</mi><mi>)]</mi><mi>⋅</mi><mi>δ</mi><mi>t</mi></mrow></mstyle></mstyle></mstyle>

17、式中，表示蓄能装置索引，表示蓄能装置，表示蓄电池，表示蓄热装置；表示蓄冷装置；表示蓄能装置的单位运行维护费用；和分别表示时段蓄能装置的储能功率和放能功率；

18、

19、式中，表示发电设备索引，表示发电设备集合，表示燃气轮机，表示光伏机组，表示换热器，表示电锅炉，表示电制冷机，表示吸收式制冷机；表示发电设备的单位运行维护费用；表示时段发电设备的运行功率。

20、优选地，所述第一约束条件包括园区向主网购电约束、园区内各设备出力约束、能源供需平衡约束和园区配电网潮流约束。

21、优选地，所述下层园区用户需求响应调控模型的目标函数为：

22、

23、式中，表示园区内用户综合成本；表示园区内用户碳排放成本；表示用户需求响应收益；

24、其中，<mstyle displaystyle="true" mathcolor="#000000"><msub><mi>c</mi><mi>car</mi></msub><mi>=</mi><msub><mi>c</mi><mi>car</mi></msub><mi>⋅</mi><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>z</mi><mi>∈</mi><mi>z</mi></mrow></munder><mstyle displaystyle="true"><munder><mo>∑</mo><mrow><mi>j</mi><mi>∈</mi><mi>l</mi></mrow></munder><mstyle displaystyle="true"><munderover><mo>∑</mo><mrow><mi>t</mi><mi>=</mi><mn>1</mn></mrow><mi>t</mi></munderover><mrow><mi>[</mi><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>j</mi><mi>,</mi><mi>z</mi></mrow><mi>base</mi></msubsup><mi>(</mi><mi>t</mi><mi>)</mi><mo>+</mo><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>j</mi><mi>,</mi><mi>z</mi></mrow><mi>tra</mi></msubsup><mi>(</mi><mi>t</mi><mi>)</mi><mo>+</mo><msubsup><mi>p</mi><mrow><mi>j</mi><mi>,</mi><mi>z</mi></mrow><mi>cua</mi></msubsup><mi>(</mi><mi>t</mi><mi>)]</mi><mi>⋅</mi><msub><mi>e</mi><mrow><mi>j</mi><mi>,</mi><mi>z</mi></mrow></msub></mrow></mstyle></mstyle></mstyle></mstyle>

25、式中，表示碳排放成本系数；表示负荷索引；表示负荷集合，表示电负荷，表示热负荷，表示冷负荷；表示负荷节点索引；表示负荷节点集合；表示时段在负荷节点的基础负荷；表示时段在负荷节点转移后的负荷；表示时段在负荷节点削减后的负荷；表示负荷节点的负荷碳势；

26、

27、式中，表示时段在负荷节点的负荷转移后的补偿费用；表示时段在负荷节点的负荷削减后的补偿费用。

28、优选地，所述第二约束条件包括可转移负荷功率约束、可转移负荷特性约束、可削减负荷功率约束和可削减负荷特性约束。

29、优选地，所述根据所述用户参与电价激励的需求响应后的负荷需求更新至所述上层园区经济运行优化模型中，通过对所述上层园区经济运行优化模型和所述下层园区用户需求响应调控模型进行交互求解，并迭代输出光储直柔园区的最优设备运行结果以及最优用户需求响应结果的步骤，具体包括：

30、根据所述用户参与电价激励的需求响应后的负荷需求更新园区的负荷曲线；

31、将更新后的园区的负荷曲线传递至所述上层园区经济运行优化模型，迭代次数加1，并转至所述以光储直柔园区的总运行成本最小为目标函数，设置第一约束条件，构建上层园区经济运行优化模型，并对所述上层园区经济运行优化模型优化求解，得出光储直柔园区的各设备出力的步骤进行循环迭代；

32、判断所述各节点的节点碳势是否发生变化；

33、若判断所述各节点的节点碳势发生变化，则继续进行循环迭代，直至判断所述各节点的节点碳势不再发生变化，迭代停止，并输出光储直柔园区的最优设备运行结果以及最优用户需求响应结果。

34、第二方面，本发明还提供了一种考虑“源-荷”协同的光储直柔园区低碳运行优化系统，包括：

35、上层模型构建模块，用于以光储直柔园区的总运行成本最小为目标函数，设置第一约束条件，构建上层园区经济运行优化模型，并对所述上层园区经济运行优化模型优化求解，得出光储直柔园区的各设备出力；

36、节点碳势分析模块，用于根据所述光储直柔园区的各设备出力对各节点进行碳排放流分析，得到各节点的节点碳势；

37、下层模型构建模块，用于基于所述各节点的节点碳势进行需求响应调节用户负荷，以光储直柔园区内用户碳排放成本与需求响应收益构成的用户综合成本最小为目标函数，设置第二约束条件，构建下层园区用户需求响应调控模型，对所述下层园区用户需求响应调控模型优化求解，得出用户参与电价激励的需求响应后的负荷需求；

38、交互优化模块，用于根据所述用户参与电价激励的需求响应后的负荷需求更新至所述上层园区经济运行优化模型中，通过对所述上层园区经济运行优化模型和所述下层园区用户需求响应调控模型进行交互求解，并迭代输出光储直柔园区的最优设备运行结果以及最优用户需求响应结果。

39、第三方面，本发明还提供了一种电子设备，所述电子设备包括存储器和处理器；

40、所述存储器用于存储程序；

41、所述处理器执行所述程序实现上述的考虑“源-荷”协同的光储直柔园区低碳运行优化方法。

42、第四方面，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的考虑“源-荷”协同的光储直柔园区低碳运行优化方法。

43、从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：

44、本发明通过以光储直柔园区的总运行成本最小为目标函数，构建上层园区经济运行优化模型，并通过求解得出的光储直柔园区的各设备出力对各节点进行碳排放流分析，得到各节点的节点碳势，并通过各节点的节点碳势进行需求响应调节用户负荷，从而考虑园区内负荷侧的调节潜力对于园区碳减排的重要影响，并以光储直柔园区内用户碳排放成本与需求响应收益构成的用户综合成本最小为目标函数，求解得出用户参与电价激励的需求响应后的负荷需求，从而以价格激励引导园区内用户调整自身的用能行为，在保证园区的低碳运行的情况下，降低了园区的低碳运行成本。