CN113095580A - 一种园区综合能源系统的运行优化方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种园区综合能源系统的运行优化方法，先根据系统内设备的约束条件，获取初始运行优化模型；接着，获取园区内的配额目标电量、参与交易的绿色证书的配额约束条件及价格约束条件，并根据上述条件，获取园区内参与交易的绿色证书数量及绿色证书的售出价格或购买价格，建立绿色证书运行机制及交易模型，进而获取基于绿色证书的园区综合能源系统的最终优化模型，求解得最佳优化方案。利用上述方法解决了由于目前的园区综合能源系统对可再生能源的利用率低，从而无法实现综合能源系统的最佳优化方案，进而降低总运行成本的技术问题，园区综合能源系统侧扮演了绿证交易买卖的“双重角色”，进一步加深用户的市场参与度，降低总运行成本。
Description
技术领域
本申请涉及综合能源系统运行优化技术领域，尤其涉及一种园区综合能源系统的运行优化方法。
背景技术
园区综合能源系统是指在一定区域内利用先进的物理信息技术和创新管理模式，与电网连接，以电力系统为核心，整合本区域内煤炭、石油、天然气、电能、热能等多种化石能源及可再生能源，再通过燃气设备、蓄电设备、制冷设备、制热设备、储热设备、光伏发电设备及风力发电设备实现多种能源之间的优化运行并降低运行成本。然而，由于风光资源分布不均衡、电网投资运维成本高、市场交易机制不完善等因素，我国的可再生能源处在利用效率低、投资效益不足、市场竞争力弱的困境中，这也导致了目前的园区综合能源系统对可再生能源的利用率低，从而无法实现综合能源系统的最佳优化方案，进而降低总运行成本。
近年来，为缓解可再生能源电力面临的困境，可再生能源配额制度(简称配额制)和可交易绿色证书制度(简称绿色证书)相继提出，配额制是指通过立法手段,明确可再生能源电力在全部能源消费中的比例,并将这一责任强制性地落实到能源供应商或能源销售商,达不到比例要求,就必须到社会上购买相应数量的可再生能源电力,或向政府支付一定数量的罚金,再由政府购买相应数量的可再生能源，这就产生了可再生能源的交易。而绿色证书就是保证配额制有效贯彻的配套措施，可再生能源电力就像常规电力一样以市场价格出售，而因生产可再生能源电力所带来的高于常规电力的成本费用则由绿色证书的销售额抵补。这两项制度可有效将可再生能源电力的政府直补转化为市场化的补贴方式，更好引导可再生能源电力市场的良性发展，实现综合能源系统的最优化运行，降低总运行成本。
基于此，本申请提供一种园区综合能源系统的运行优化方法，用于解决由于目前的园区综合能源系统对可再生能源的利用率低，从而无法实现综合能源系统的最佳优化方案，进而降低总运行成本的技术问题。
发明内容
为了解决由于目前的园区综合能源系统对可再生能源的利用率低，从而无法实现综合能源系统的最佳优化方案，进而降低总运行成本的技术问题，本申请通过以下实施例公开了一种园区综合能源系统的运行优化方法。
本申请公开了一种园区综合能源系统的运行优化方法，包括：
获取园区综合能源系统的结构模型，所述结构模型包括燃气设备、蓄电设备、制冷设备、制热设备、储热设备、光伏发电设备及风力发电设备；
获取所述结构模型中每个设备的成本约束条件；
获取所述结构模型中每个设备的运行约束条件；
根据所述每个设备的成本约束条件及所述每个设备的运行约束条件，获取所述园区综合能源系统的初始运行优化模型；
获取所述园区综合能源系统的配额目标电量；
获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书的配额约束条件；
根据所述绿色证书的配额约束条件，获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量；
获取所述绿色证书的价格约束条件；
根据所述绿色证书的价格约束条件、所述配额目标电量及所述绿色证书数量，获取所述绿色证书的售出价格或购买价格；
根据所述配额目标电量、所述绿色证书数量及所述绿色证书的售出价格或购买价格，获取绿色证书运行机制及交易模型；
根据所述初始运行优化模型及所述绿色证书运行机制及交易模型，获取基于绿色证书的园区综合能源系统的最终优化模型；
获取所述最终优化模型的解，所述最终优化模型的解为所述园区综合能源系统的最佳优化方案。
可选的，所述获取园区综合能源系统的结构模型，包括：
获取所述园区综合能源系统的结构模型，所述结构模型包括燃气设备、蓄电设备、制冷设备、制热设备、储热设备、光伏发电设备及风力发电设备，所述燃气设备包括微型燃气轮机及燃气锅炉，所述蓄电设备包括蓄电池，所述制冷设备包括电制冷机及吸收式制冷机，所述制热设备包括热交换器，所述储热设备包括余热回收锅炉及蓄热槽。
可选的，所述获取所述结构模型中每个设备的成本约束条件，包括：
通过如下公式获取购买天然气的成本约束条件：
其中，Cgas购买天然气的成本，t表示某一时刻，h表示t的最大值，cgas表示天然气单位热值价格，PGT,t表示t时刻微型燃气轮机的发电功率，QGB,t表示燃气锅炉的产热功率，ηGT表示微型燃气轮机的效率，ηGB表示燃气锅炉的效率，Δt表示调度时长；
通过如下公式获取购买电能的成本约束条件：
其中，Cg表示购买电能的成本，cgrid,t表示t时刻园区综合能源系统的购买电能价格，Pgrid,t表示t时刻园区综合能源系统与电网之间交换功率；
通过如下公式获取蓄电设备每次完全充放电的成本约束条件：
其中，cr表示蓄电设备每次完全充放电的成本，Cpurchase表示蓄电设备的购买成本，Mcycle表示蓄电设备在无损坏情况下使用次数；
通过如下公式获取蓄电设备的运维成本约束条件：
其中，CES表示蓄电设备的运维成本，Ccapacity表示蓄电设备的容量，PES,C,t表示t时刻蓄电设备的充电功率，PES,D,t表示t时刻蓄电设备的放电功率；
通过如下公式获取储热设备的运维成本约束条件：
其中，CHS表示储热设备的运维成本，QES,C,t表示t时刻储热设备的充热功率，QES,D,t表示t时刻储热设备的放热功率。
可选的，所述获取所述结构模型中每个设备的运行约束条件，包括：
通过如下公式获取电能功率平衡的约束条件：
其中，Pgrid,t表示t时刻园区综合能源系统与电网之间交换功率，PGT,t表示t时刻微型燃气轮机的发电功率，PPV,t表示t时刻光伏发电设备的发电功率，PWT,t表示t时刻风力发电设备的发电出力，PES,D,t表示t时刻蓄电设备的放电功率，LE,t表示电负荷的功率，PER,t表示t时刻电制冷机的功率，PES,t表示t时刻蓄电设备的充电功率；
通过如下公式获取热能功率平衡的约束条件：
ηHX·QHX,t＝LH,t；
其中，ηHX表示燃气锅炉的效率，QHX,t表示t时刻余热回收锅炉的功率；LH,t表示t时刻热负荷的功率；
通过如下公式获取冷能功率平衡的约束条件：
ηEC·PEC,t+ηAC·HAC,t＝LC,t；
其中，ηEC表示电制冷机的制冷系数，PEC,t表示t时刻电制冷机的功率，ηAC表示吸附式制冷机的制冷系数，PAC,t表示t时刻吸附式制冷机的功率，LC,t表示t时刻的冷负荷功率；
通过如下公式获取天然气功率平衡的约束条件：
ηWH·QWH,t+QGB,t+QHS,D,t＝QHX,t+QHS,C,t；
其中，ηGT表示微型燃气轮机的发电效率，FMT,t表示t时刻微型燃气轮机输入的燃料燃耗量，PGT,t表示t时刻微型燃气轮机的出力，UGT,t表示微型燃气轮机开停机标记位，UGT,t为0时表示停机，UGT,t为1表示开机，Pmax GT,t表示微型燃气轮机功率的上限，Pmin GT,t表示微型燃气轮机功率的下限；
通过如下公式获取蓄电设备的运行约束条件：
其中，
表示蓄电池充电功率的上限，
表示蓄电池充电功率的下限；
表示蓄电池放电功率的上限，
表示蓄电池放电功率的上下限；UES,C,t、UES,D,t分别表示蓄电池充、放电状态标记位，为0时表示停止充、放电，为1表示进行充、放电；WES,t表示蓄电池在t时刻储存的电能；σES表示蓄电池自放电率；ηES,C表示蓄电池的充电效率，ηES,D表示蓄电池的放电效率；PES,C,t蓄电池t时刻的充电功率，PES,D,t表示蓄电池t时刻的放电功率；
表示蓄电池储能的上限、
表示蓄电池储能的下限；
通过如下公式获取购电功率的运行约束条件：
其中，Pgrid,t表示t时刻向电网购电功率，
表示园区综合能源系统向电网购电的上限值；通过如下公式获取储热设备的运行约束条件：
其中，
表示储热设备充热功率的上限，
表示储热设备充热功率的下限；
表示储热设备放热功率的上限，
表示储热设备放热功率的下限；UHS,C,t、UHS,D,t分别表示储热设备充、放热状态标记位，为0时表示停止充、放热，为1表示进行充、放热；WHS,t表示储热设备在t时刻储存的电能；σHS表示储热设备自放热率；ηHS,C表示储热设备的充热效率，ηHS,D表示储热设备的放热效率；PHS,C,t表示储热设备t时刻的充热功率，PHS,D,t表示储热设备t时刻的放热功率；
表示储热设备储热功率的上限，
表示储热设备储热功率的下限；
通过如下公式获取光伏发电设备及风力发电设备的出力约束条件：
其中，PPV,t表示光伏发电设备t时刻时的实际出力，PWT,t表示风力发电设备t时刻时的实际出力，
表示光伏发电设备的预测出力，
表示风力发电设备的预测出力。
可选的，所述获取所述园区综合能源系统的配额目标电量，包括：
通过如下公式获取所述园区综合能源系统的配额目标电量：
其中，PRES表示所述园区综合能源系统的配额目标电量，
表示t时段园区内可再生能源发电的预测消纳量，
表示t时段园区内的用电量总预测值，
为园区内第i个可再生能源发电商t时段内发电预测值。
可选的，获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书的配额约束条件，包括：
通过如下公式获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书的配额约束条件：
其中，G为量化系数，表示生产可再生能源可获得的绿色证书数量，αi表示第i个可再生能源发电设备在给定时间内的可再生发电占比，所述可再生能源发电设备包括光伏发电设备及风力发电设备，ηi表示第i个可再生能源发电设备的初始分配电量，Ggre表示绿证数量，Pi表示第i个可再生能源发电设备的实际发电量，Pi0表示第i个可再生能源发电设备的初始分配电量。
可选的，所述根据所述绿色证书的配额约束条件，获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量，包括：
通过如下公式获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量：
其中，Ggre表示园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量，Pi表示第i个可再生能源发电设备的实际发电量，Δt表示调度时长，n表示可再生能源发电设备的总数量。
可选的，所述获取所述绿色证书的价格约束条件，包括：
通过如下公式获取所述绿色证书的价格约束条件：
其中，si表示第i种绿色证书的上网电价，c表示微型燃气轮机的标杆电价，ri表示第i种可再生能源的折现率，hi表示第i种可再生能源的电价附加资金补贴结算周期，di表示第i种可再生能源的电价附加资金补贴金额延期支付周期。
可选的，所述根据所述绿色证书的售价约束条件、所述配额目标电量及所述绿色证书数量，获取所述绿色证书的售出价格或购买价格，包括：
通过如下公式获取所述绿色证书的售出价格或购买价格：
其中，cgre表示所述绿色证书的售出价格或购买价格，cgre,b表示购买绿色证书的价格，cgre,s表示出售绿色证书的价格，Ggre表示园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量，PRES表示所述园区综合能源系统的配额目标电量，PW表示所述园区综合能源系统的实际消纳量，Cp表示惩罚系数。
优选的，在所述获取所述最终优化模型的解后，还包括：
根据所述最终优化模型的解，在综合能源区域链、绿证交易中继链及可再生能源区域链三条区域链上进行跨链交易绿色证书。
本申请公开了一种园区综合能源系统的运行优化方法，首先获取园区综合能源系统的结构模型及所述结构模型中每个设备的成本约束条件和运行约束条件，并根据所述每个设备的成本约束条件及所述每个设备的运行约束条件，获取所述园区综合能源系统的初始运行优化模型；接着，获取所述园区综合能源系统的配额目标电量、参与交易的绿色证书的配额约束条件及价格约束条件，根据所述绿色证书的配额约束条件，获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量，根据所述绿色证书的价格约束条件、所述配额目标电量及所述绿色证书数量，获取所述绿色证书的售出价格或购买价格；最后根据所述配额目标电量、所述绿色证书数量及所述绿色证书的售出价格或购买价格，获取绿色证书运行机制及交易模型，再根据所述初始运行优化模型及所述绿色证书运行机制及交易模型，获取基于绿色证书的园区综合能源系统的最终优化模型，所述最终优化模型的解为所述园区综合能源系统的最佳优化方案。
利用上述一种园区综合能源系统的运行优化方法解决了由于目前的园区综合能源系统对可再生能源的利用率低，从而无法实现综合能源系统的最佳优化方案，进而降低总运行成本的技术问题，本申请的方法利用配额制和绿色证书政策相互配合，使得含风电、光伏的园区综合能源系统优先消纳可再生能源，既完成了配额目标，又通过消纳可再生能源获得额外的绿证收益，使得总运行成本降低，园区综合能源系统侧扮演了绿证交易买、卖方的“双重角色”，进一步加深用户侧的市场参与度。另外，本申请的方法基于跨链交易技术的应用，促进了绿色证书交易在数据存证、交易信息审核等方面的数字化转型，有利于行政部门对绿色证书市场的监管治理，提高交易的公开透明度，在园区综合能源系统中运用区块链交易技术，降低交易成本，提高交易效率，交易过程简单易操作，具有很高的经济性和可行性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例公开的一种园区综合能源系统的运行优化方法的工作流程示意图；
图2为本申请实施例公开的一种园区综合能源系统的运行优化方法的结构模型的结构示意图；
图3为本申请实施例公开的一种园区综合能源系统的运行优化方法的结构模型中示例的仿真中分时电价。
具体实施方式
为了解决由于目前的园区综合能源系统对可再生能源的利用率低，从而无法实现综合能源系统的最佳优化方案，进而降低总运行成本的技术问题，本申请通过以下实施例公开了一种园区综合能源系统的运行优化方法。
本申请公开了一种园区综合能源系统的运行优化方法，参见图1所示，包括：
步骤S1、获取园区综合能源系统的结构模型，所述结构模型包括燃气设备、蓄电设备、制冷设备、制热设备、储热设备、光伏发电设备及风力发电设备。
进一步的，参见图2所示，所述获取园区综合能源系统的结构模型，包括：
获取所述园区综合能源系统的结构模型，所述结构模型包括燃气设备、蓄电设备、制冷设备、制热设备、储热设备、光伏发电设备及风力发电设备，所述燃气设备包括微型燃气轮机及燃气锅炉，所述蓄电设备包括蓄电池，所述制冷设备包括电制冷机及吸收式制冷机，所述制热设备包括热交换器，所述储热设备包括余热回收锅炉及蓄热槽。
具体的，所述结构模型还与外部的大电网连接，所述结构模型还包括电气母线、蒸汽母线、空气母线，大电网、光伏发电设备及风力发电设备中的电能均进入电气母线，蓄电池可以向蒸汽母线中获取或者传输电能；系统将天然气传输给微型燃气轮机及燃气锅炉，其中，微型燃气轮机将天然气转换成电能及热能，电能送入电气母线，热能送入余热回收炉进行回收，余热回收炉再将热能送入蒸汽母线，燃气锅炉也将天然气转换成热能并送入蒸汽母线，蓄热槽可以向蒸汽母线中获取或者传输热能；吸收式制冷机及热交换器获取蒸汽母线中的热能，其中，吸收式制冷机将热能转换成冷能并送入空气母线，热交换器将热能转换成热负荷，进行供能；电制冷机获取电气母线中的电能，将电能转换成冷能并送入空气母线，空气母线中的冷能转换成冷负荷，进行供能；电气母线中的电能转换成电负荷，进行供能。
步骤S2、获取所述结构模型中每个设备的成本约束条件。
进一步的，所述获取所述结构模型中每个设备的成本约束条件，包括：
通过如下公式获取购买天然气的成本约束条件：
其中，Cgas购买天然气的成本，t表示某一时刻，h表示t的最大值，cgas表示天然气单位热值价格，PGT,t表示t时刻微型燃气轮机的发电功率，QGB,t表示燃气锅炉的产热功率，ηGT表示微型燃气轮机的效率，ηGB表示燃气锅炉的效率，Δt表示调度时长。
通过如下公式获取购买电能的成本约束条件：
其中，Cg表示购买电能的成本，cgrid,t表示t时刻园区综合能源系统的购买电能价格，Pgrid,t表示t时刻园区综合能源系统与电网之间交换功率。
通过如下公式获取蓄电设备每次完全充放电的成本约束条件：
其中，cr表示蓄电设备每次完全充放电的成本，Cpurchase表示蓄电设备的购买成本，Mcycle表示蓄电设备在无损坏情况下使用次数。
通过如下公式获取蓄电设备的运维成本约束条件：
其中，CES表示蓄电设备的运维成本，Ccapacity表示蓄电设备的容量，PES,C,t表示t时刻蓄电设备的充电功率，PES,D,t表示t时刻蓄电设备的放电功率；
通过如下公式获取储热设备的运维成本约束条件：
其中，CHS表示储热设备的运维成本，QES,C,t表示t时刻储热设备的充热功率，QES,D,t表示t时刻储热设备的放热功率。
步骤S3、获取所述结构模型中每个设备的运行约束条件。
进一步的，所述获取所述结构模型中每个设备的运行约束条件，包括：
通过如下公式获取电能功率平衡的约束条件：
其中，Pgrid,t表示t时刻园区综合能源系统与电网之间交换功率，PGT,t表示t时刻微型燃气轮机的发电功率，PPV,t表示t时刻光伏发电设备的发电功率，PWT,t表示t时刻风力发电设备的发电出力，PES,D,t表示t时刻蓄电设备的放电功率，LE,t表示电负荷的功率，PER,t表示t时刻电制冷机的功率，PES,t表示t时刻蓄电设备的充电功率。
通过如下公式获取热能功率平衡的约束条件：
ηHX·QHX,t＝LH,t；
其中，ηHX表示燃气锅炉的效率，QHX,t表示t时刻余热回收锅炉的功率；LH,t表示t时刻热负荷的功率。
通过如下公式获取冷能功率平衡的约束条件：
ηEC·PEC,t+ηAC·HAC,t＝LC,t；
其中，ηEC表示电制冷机的制冷系数，PEC,t表示t时刻电制冷机的功率，ηAC表示吸附式制冷机的制冷系数，PAC,t表示t时刻吸附式制冷机的功率，LC,t表示t时刻的冷负荷功率。
通过如下公式获取天然气功率平衡的约束条件：
ηWH·QWH,t+QGB,t+QHS,D,t＝QHX,t+QHS,C,t；
其中，ηGT表示微型燃气轮机的发电效率，FMT,t表示t时刻微型燃气轮机输入的燃料燃耗量，PGT,t表示t时刻微型燃气轮机的出力，UGT,t表示微型燃气轮机开停机标记位，UGT,t为0时表示停机，UGT,t为1表示开机，Pmax GT,t表示微型燃气轮机功率的上限，Pmin GT,t表示微型燃气轮机功率的下限。
通过如下公式获取蓄电设备的运行约束条件：
其中，
表示蓄电池充电功率的上限，
表示蓄电池充电功率的下限；
表示蓄电池放电功率的上限，
表示蓄电池放电功率的上下限；UES,C,t、UES,D,t分别表示蓄电池充、放电状态标记位，为0时表示停止充、放电，为1表示进行充、放电；WES,t表示蓄电池在t时刻储存的电能；σES表示蓄电池自放电率；ηES,C表示蓄电池的充电效率，ηES,D表示蓄电池的放电效率；PES,C,t蓄电池t时刻的充电功率，PES,D,t表示蓄电池t时刻的放电功率；
表示蓄电池储能的上限、
表示蓄电池储能的下限。
通过如下公式获取购电功率的运行约束条件：
其中，Pgrid,t表示t时刻向电网购电功率，
表示园区综合能源系统向电网购电的上限值。
通过如下公式获取储热设备的运行约束条件：
其中，
表示储热设备充热功率的上限，
表示储热设备充热功率的下限；
表示储热设备放热功率的上限，
表示储热设备放热功率的下限；UHS,C,t、UHS,D,t分别表示储热设备充、放热状态标记位，为0时表示停止充、放热，为1表示进行充、放热；WHS,t表示储热设备在t时刻储存的电能；σHS表示储热设备自放热率；ηHS,C表示储热设备的充热效率，ηHS,D表示储热设备的放热效率；PHS,C,t表示储热设备t时刻的充热功率，PHS,D,t表示储热设备t时刻的放热功率；
表示储热设备储热功率的上限，
表示储热设备储热功率的下限。
通过如下公式获取光伏发电设备及风力发电设备的出力约束条件：
其中，PPV,t表示光伏发电设备t时刻时的实际出力，PWT,t表示风力发电设备t时刻时的实际出力，
表示光伏发电设备的预测出力，
表示风力发电设备的预测出力。
步骤S4、根据所述每个设备的成本约束条件及所述每个设备的运行约束条件，获取所述园区综合能源系统的初始运行优化模型。
具体的，将所述每个设备的成本约束条件及所述每个设备的运行约束条件合并起来就构成了所述园区综合能源系统的初始运行优化模型，所以，所述园区综合能源系统的初始运行优化模型满足所述每个设备的成本约束条件及所述每个设备的运行约束条件中的所有条件。
步骤S5、获取所述园区综合能源系统的配额目标电量。
进一步的，所述获取所述园区综合能源系统的配额目标电量，包括：
通过如下公式获取所述园区综合能源系统的配额目标电量：
其中，PRES表示所述园区综合能源系统的配额目标电量，
表示t时段园区内可再生能源发电的预测消纳量，
表示t时段园区内的用电量总预测值，
为园区内第i个可再生能源发电商t时段内发电预测值。
步骤S6、获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书的配额约束条件。
进一步的，获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书的配额约束条件，包括：
通过如下公式获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书的配额约束条件：
其中，G为量化系数，表示生产可再生能源可获得的绿色证书数量，αi表示第i个可再生能源发电设备在给定时间内的可再生发电占比，所述可再生能源发电设备包括光伏发电设备及风力发电设备，ηi表示第i个可再生能源发电设备的初始分配电量，Ggre表示绿证数量，Pi表示第i个可再生能源发电设备的实际发电量，Pi0表示第i个可再生能源发电设备的初始分配电量。
步骤S7、根据所述绿色证书的配额约束条件，获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量。
进一步的，所述根据所述绿色证书的配额约束条件，获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量，包括：
通过如下公式获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量：
其中，Ggre表示园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量，Pi表示第i个可再生能源发电设备的实际发电量，Δt表示调度时长，n表示可再生能源发电设备的总数量。
步骤S8、获取所述绿色证书的价格约束条件。
进一步的，所述获取所述绿色证书的价格约束条件，包括：
通过如下公式获取所述绿色证书的价格约束条件：
其中，si表示第i种绿色证书的上网电价，c表示微型燃气轮机的标杆电价，ri表示第i种可再生能源的折现率，hi表示第i种可再生能源的电价附加资金补贴结算周期，di表示第i种可再生能源的电价附加资金补贴金额延期支付周期。
步骤S9、根据所述绿色证书的价格约束条件、所述配额目标电量及所述绿色证书数量，获取所述绿色证书的售出价格或购买价格。
进一步的，所述根据所述绿色证书的售价约束条件、所述配额目标电量及所述绿色证书数量，获取所述绿色证书的售出价格或购买价格，包括：
通过如下公式获取所述绿色证书的售出价格或购买价格：
其中，cgre表示所述绿色证书的售出价格或购买价格，cgre,b表示购买绿色证书的价格，cgre,s表示出售绿色证书的价格，Ggre表示园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量，PRES表示所述园区综合能源系统的配额目标电量，PW表示所述园区综合能源系统的实际消纳量，Cp表示惩罚系数。
步骤S10、根据所述配额目标电量、所述绿色证书数量及所述绿色证书的售出价格或购买价格，获取绿色证书运行机制及交易模型。
具体的，将满足所述配额目标电量的目标函数、所述绿色证书数量的目标函数及所述绿色证书的售出价格或购买价格的目标函数结合起来，就构成了所述绿色证书运行机制及交易模型。
由于建立了绿色证书运行机制及交易模型，含风电、光伏的园区综合能源系统优先消纳可再生能源，既完成了配额目标，又通过消纳可再生能源获得额外的绿证收益，使得总运行成本降低，该模型的提出，园区综合能源系统侧扮演了绿证交易买、卖方的“双重角色”，进一步加深用户侧的市场参与度。
步骤S11、根据所述初始运行优化模型及所述绿色证书运行机制及交易模型，获取基于绿色证书的园区综合能源系统的最终优化模型。
具体的，所述绿色证书运行机制及交易模型放入所述初始运行优化模型中，就构成了基于绿色证书的园区综合能源系统的最终优化模型。
步骤S12、获取所述最终优化模型的解，所述最终优化模型的解为所述园区综合能源系统的最佳优化方案。
进一步的，在所述获取所述最终优化模型的解后，还包括：
根据所述最终优化模型的解，在综合能源区域链、绿证交易中继链及可再生能源区域链三条区域链上进行跨链交易绿色证书。
具体的，区块链作为一种新的交易方法，无需物理机构认证，只要在相应平台如以太坊、EOS上实现。简化交易程序，提高交易效率，适用于区域综合能源系统规模小且交易频繁的场所。绿色证书交易需要第三方中间交易机构，然而可再生能源交易具有参与者海量、单笔小额、位置分散等特点，交易中心与其他部门是一个个信息孤岛，数据联通困难，协同效率低下，其将大大增加交易中心的处理难度，进而提高中心的运行成本，并存在资金结转不及时、交易信息不透明等缺点。针对该问题，区块链作为一种新兴的交易技术，具有去中心化、无需信任积累、不可篡改等特点，学术界对该技术在能源行业和电力市场方面的应用高度关注。例如，区块链在电力批发和零售市场、分布式发电交易、源-网-荷互动电力交易、辅助服务市场中的应用。但区块链技术在配额制和绿证交易方面的应用罕有研究，区块链在推动开再生能源配额制和绿证交易数字化升级和管理方面潜力有待发掘。
本申请公开了一种园区综合能源系统的运行优化方法，首先获取园区综合能源系统的结构模型及所述结构模型中每个设备的成本约束条件和运行约束条件，并根据所述每个设备的成本约束条件及所述每个设备的运行约束条件，获取所述园区综合能源系统的初始运行优化模型；接着，获取所述园区综合能源系统的配额目标电量、参与交易的绿色证书的配额约束条件及价格约束条件，根据所述绿色证书的配额约束条件，获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量，根据所述绿色证书的价格约束条件、所述配额目标电量及所述绿色证书数量，获取所述绿色证书的售出价格或购买价格；最后根据所述配额目标电量、所述绿色证书数量及所述绿色证书的售出价格或购买价格，获取绿色证书运行机制及交易模型，再根据所述初始运行优化模型及所述绿色证书运行机制及交易模型，获取基于绿色证书的园区综合能源系统的最终优化模型，所述最终优化模型的解为所述园区综合能源系统的最佳优化方案。
利用上述一种园区综合能源系统的运行优化方法解决了由于目前的园区综合能源系统对可再生能源的利用率低，从而无法实现综合能源系统的最佳优化方案，进而降低总运行成本的技术问题，本申请的方法利用配额制和绿色证书政策相互配合，使得含风电、光伏的园区综合能源系统优先消纳可再生能源，既完成了配额目标，又通过消纳可再生能源获得额外的绿证收益，使得总运行成本降低，园区综合能源系统侧扮演了绿证交易买、卖方的“双重角色”，进一步加深用户侧的市场参与度。另外，本申请的方法基于跨链交易技术的应用，促进了绿色证书交易在数据存证、交易信息审核等方面的数字化转型，有利于行政部门对绿色证书市场的监管治理，提高交易的公开透明度，在园区综合能源系统中运用区块链交易技术，降低交易成本，提高交易效率，交易过程简单易操作，具有很高的经济性和可行性。
本申请将区块链和绿色证书交易制度引入综合能源系统中，并与传统综合能源系统运行优化方法进行对比，对引入区块链和绿色证书交易制度后系统运行成本进行分析，验证本申请的方法对降低系统运行成本的有效性。以下通过简单示例对上述实施例公开的内容进行解释，首先选取某区域含可再生能源发电的园区综合能源系统作为仿真对象，其结构图如图2所示。系统内包含风电、光伏设备，燃气锅炉，储电/储热设备和3台微型燃气轮机等，其中天然气价格为3.45元/m3，折算为单位热值价格为0.349元/(kW·h)，储电设备购买成本为67.2万元，无损情况下充放电次数为6000次，系统与电网断开后可保证重要负荷不间断运行2h，系统中各个设备的最大容量和参数如表1所示，仿真中分时电价如图3所示。
表1
为验证园区综合能源系统中考虑绿证交易优化后的优势，设置2个案例来对比有无绿证交易情况下园区综合能源系统调度优化结果。
案例一：不考虑绿证交易机制，园区综合能源系统按照以热定电的耦合方式运行。
案例二：考虑绿证交易机制，园区综合能源系统电负荷优先以可再生能源供应，消纳的可再生能源电量换算为绿色证书后参与绿证市场交易，为验证绿证交易在综合能源系统中的作用，拟定绿证价格为50元，60元，70元。
两种运行方式下园区综合能源系统的运行成本如表2所示。案例1中园区综合能源系统不参加绿证交易，考虑到可再生能源的波动性，系统内电负荷优先以微燃机供应，消纳的可再生能源电量较少，系统总的运行成本较高。案例2中园区综合能源系统优先消纳可再生能源，由不同绿证价格可以看出，随着绿证价格的增加，可再生能源的消纳量增多，价格为70元时，已实现可再生能源100％消纳，效益明显。
表2
考虑绿证交易后，园区综合能源系统优先消纳可再生能源。案例一情况下，综合能源系统能量来源多为传统发电设备，在晚间19:00-24:00和凌晨1:00-6:00时段，负荷较低，可再生能源消纳量急剧下降；案例二情况下，由于消纳可再生能源可以带来额外的绿证收益，系统优先消纳风、光发电，在绿证价格为70元时，可再生能源消纳率达到100％，大大提高了可再生能源的消纳率。由此可知，绿证交易机制的实施激励园区综合能源系统消纳可再生能源，有效促进可再生能源发电由政府直补方式到市场化补贴方式的转变。
根据园区综合能源系统消纳可再生能源获得的绿证数量，按绿色证书单价70元每本在综合能源区域链、绿证交易中继链和可再生能源区域链三条链上进行跨链交易。每单交易被唯一的哈希值(TxHash)记录，交易的代币Token、交易链码是基于Go语言开发的。此外，显示了交易状态，6笔交易均有效，网络中的Org1MSP为每单交易进行信任背书。GT1、GT2、WP、PV、Wind power和Photovoltaic generator都向同一个Hash(i83c7d4573b9478090ea4cdbd7813d1dedd3dbddd)地址转入Token，该地址即为绿证交易中继链上的地址，费用经确认后转入绿证卖方账户，绿证交易结算周期缩短到日内。区块链作为一种新的交易方法，无需物理机构认证，只要在相应平台如以太坊、EOS上实现。简化交易程序，提高交易效率，适用于区域综合能源系统规模小且交易频繁的场所。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本申请进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本申请的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本申请精神和范围的情况下，可以对本申请技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本申请的范围内。本申请的保护范围以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种园区综合能源系统的运行优化方法，其特征在于，包括：
获取园区综合能源系统的结构模型，所述结构模型包括燃气设备、蓄电设备、制冷设备、制热设备、储热设备、光伏发电设备及风力发电设备；
获取所述结构模型中每个设备的成本约束条件；
获取所述结构模型中每个设备的运行约束条件；
根据所述每个设备的成本约束条件及所述每个设备的运行约束条件，获取所述园区综合能源系统的初始运行优化模型；
获取所述园区综合能源系统的配额目标电量；
获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书的配额约束条件；
根据所述绿色证书的配额约束条件，获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量；
获取所述绿色证书的价格约束条件；
根据所述绿色证书的价格约束条件、所述配额目标电量及所述绿色证书数量，获取所述绿色证书的售出价格或购买价格；
根据所述配额目标电量、所述绿色证书数量及所述绿色证书的售出价格或购买价格，获取绿色证书运行机制及交易模型；
根据所述初始运行优化模型及所述绿色证书运行机制及交易模型，获取基于绿色证书的园区综合能源系统的最终优化模型；
获取所述最终优化模型的解，所述最终优化模型的解为所述园区综合能源系统的最佳优化方案。
2.根据权利要求1所述的一种园区综合能源系统的运行优化方法，其特征在于，所述获取园区综合能源系统的结构模型，包括：
获取所述园区综合能源系统的结构模型，所述结构模型包括燃气设备、蓄电设备、制冷设备、制热设备、储热设备、光伏发电设备及风力发电设备，所述燃气设备包括微型燃气轮机及燃气锅炉，所述蓄电设备包括蓄电池，所述制冷设备包括电制冷机及吸收式制冷机，所述制热设备包括热交换器，所述储热设备包括余热回收锅炉及蓄热槽。
3.根据权利要求2所述的一种园区综合能源系统的运行优化方法，其特征在于，所述获取所述结构模型中每个设备的成本约束条件，包括：
通过如下公式获取购买天然气的成本约束条件：
其中，Cgas购买天然气的成本，t表示某一时刻，h表示t的最大值，cgas表示天然气单位热值价格，PGT,t表示t时刻微型燃气轮机的发电功率，QGB,t表示燃气锅炉的产热功率，ηGT表示微型燃气轮机的效率，ηGB表示燃气锅炉的效率，Δt表示调度时长；
通过如下公式获取购买电能的成本约束条件：
其中，Cg表示购买电能的成本，cgrid,t表示t时刻园区综合能源系统的购买电能价格，Pgrid,t表示t时刻园区综合能源系统与电网之间交换功率；
通过如下公式获取蓄电设备每次完全充放电的成本约束条件：
其中，cr表示蓄电设备每次完全充放电的成本，Cpurchase表示蓄电设备的购买成本，Mcycle表示蓄电设备在无损坏情况下使用次数；
通过如下公式获取蓄电设备的运维成本约束条件：
其中，CES表示蓄电设备的运维成本，Ccapacity表示蓄电设备的容量，PES,C,t表示t时刻蓄电设备的充电功率，PES,D,t表示t时刻蓄电设备的放电功率；
通过如下公式获取储热设备的运维成本约束条件：
其中，CHS表示储热设备的运维成本，QES,C,t表示t时刻储热设备的充热功率，QES,D,t表示t时刻储热设备的放热功率。
4.根据权利要求3所述的一种园区综合能源系统的运行优化方法，其特征在于，所述获取所述结构模型中每个设备的运行约束条件，包括：
通过如下公式获取电能功率平衡的约束条件：
其中，Pgrid,t表示t时刻园区综合能源系统与电网之间交换功率，PGT,t表示t时刻微型燃气轮机的发电功率，PPV,t表示t时刻光伏发电设备的发电功率，PWT,t表示t时刻风力发电设备的发电出力，PES,D,t表示t时刻蓄电设备的放电功率，LE,t表示电负荷的功率，PER,t表示t时刻电制冷机的功率，PES,t表示t时刻蓄电设备的充电功率；
通过如下公式获取热能功率平衡的约束条件：
ηHX·QHX,t＝LH,t；
其中，ηHX表示燃气锅炉的效率，QHX,t表示t时刻余热回收锅炉的功率；LH,t表示t时刻热负荷的功率；
通过如下公式获取冷能功率平衡的约束条件：
ηEC·PEC,t+ηAC·HAC,t＝LC,t；
其中，ηEC表示电制冷机的制冷系数，PEC,t表示t时刻电制冷机的功率，ηAC表示吸附式制冷机的制冷系数，PAC,t表示t时刻吸附式制冷机的功率，LC,t表示t时刻的冷负荷功率；
通过如下公式获取天然气功率平衡的约束条件：
ηWH·QWH,t+QGB,t+QHS,D,t＝QHX,t+QHS,C,t；
其中，ηGT表示微型燃气轮机的发电效率，FMT,t表示t时刻微型燃气轮机输入的燃料燃耗量，PGT,t表示t时刻微型燃气轮机的出力，UGT,t表示微型燃气轮机开停机标记位，UGT,t为0时表示停机，UGT,t为1表示开机，Pmax GT,t表示微型燃气轮机功率的上限，Pmin GT,t表示微型燃气轮机功率的下限；
通过如下公式获取蓄电设备的运行约束条件：
其中，
表示蓄电池充电功率的上限，
表示蓄电池充电功率的下限；
表示蓄电池放电功率的上限，
表示蓄电池放电功率的上下限；UES,C,t、UES,D,t分别表示蓄电池充、放电状态标记位，为0时表示停止充、放电，为1表示进行充、放电；WES,t表示蓄电池在t时刻储存的电能；σES表示蓄电池自放电率；ηES,C表示蓄电池的充电效率，ηES,D表示蓄电池的放电效率；PES,C,t蓄电池t时刻的充电功率，PES,D,t表示蓄电池t时刻的放电功率；
表示蓄电池储能的上限、
表示蓄电池储能的下限；
通过如下公式获取购电功率的运行约束条件：
其中，Pgrid,t表示t时刻向电网购电功率，
表示园区综合能源系统向电网购电的上限值；
通过如下公式获取储热设备的运行约束条件：
其中，
表示储热设备充热功率的上限，
表示储热设备充热功率的下限；
表示储热设备放热功率的上限，
表示储热设备放热功率的下限；UHS,C,t、UHS,D,t分别表示储热设备充、放热状态标记位，为0时表示停止充、放热，为1表示进行充、放热；WHS,t表示储热设备在t时刻储存的电能；σHS表示储热设备自放热率；ηHS,C表示储热设备的充热效率，ηHS,D表示储热设备的放热效率；PHS,C,t表示储热设备t时刻的充热功率，PHS,D,t表示储热设备t时刻的放热功率；
表示储热设备储热功率的上限，
表示储热设备储热功率的下限；
通过如下公式获取光伏发电设备及风力发电设备的出力约束条件：
其中，PPV,t表示光伏发电设备t时刻时的实际出力，PWT,t表示风力发电设备t时刻时的实际出力，
表示光伏发电设备的预测出力，
表示风力发电设备的预测出力。
5.根据权利要求4所述的一种园区综合能源系统的运行优化方法，其特征在于，所述获取所述园区综合能源系统的配额目标电量，包括：
通过如下公式获取所述园区综合能源系统的配额目标电量：
其中，PRES表示所述园区综合能源系统的配额目标电量，
表示t时段园区内可再生能源发电的预测消纳量，
表示t时段园区内的用电量总预测值，
为园区内第i个可再生能源发电商t时段内发电预测值。
6.根据权利要求5所述的一种园区综合能源系统的运行优化方法，其特征在于，获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书的配额约束条件，包括：
通过如下公式获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书的配额约束条件：
其中，G为量化系数，表示生产可再生能源可获得的绿色证书数量，αi表示第i个可再生能源发电设备在给定时间内的可再生发电占比，所述可再生能源发电设备包括光伏发电设备及风力发电设备，ηi表示第i个可再生能源发电设备的初始分配电量，Ggre表示绿证数量，Pi表示第i个可再生能源发电设备的实际发电量，Pi0表示第i个可再生能源发电设备的初始分配电量。
7.根据权利要求6所述的一种园区综合能源系统的运行优化方法，其特征在于，所述根据所述绿色证书的配额约束条件，获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量，包括：
通过如下公式获取所述园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量：
其中，Ggre表示园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量，Pi表示第i个可再生能源发电设备的实际发电量，Δt表示调度时长，n表示可再生能源发电设备的总数量。
8.根据权利要求7所述的一种园区综合能源系统的运行优化方法，其特征在于，所述获取所述绿色证书的价格约束条件，包括：
通过如下公式获取所述绿色证书的价格约束条件：
其中，si表示第i种绿色证书的上网电价，c表示微型燃气轮机的标杆电价，ri表示第i种可再生能源的折现率，hi表示第i种可再生能源的电价附加资金补贴结算周期，di表示第i种可再生能源的电价附加资金补贴金额延期支付周期。
9.根据权利要求8所述的一种园区综合能源系统的运行优化方法，其特征在于，所述根据所述绿色证书的售价约束条件、所述配额目标电量及所述绿色证书数量，获取所述绿色证书的售出价格或购买价格，包括：
通过如下公式获取所述绿色证书的售出价格或购买价格：
其中，cgre表示所述绿色证书的售出价格或购买价格，cgre,b表示购买绿色证书的价格，cgre,s表示出售绿色证书的价格，Ggre表示园区综合能源系统内参与交易的绿色证书数量，PRES表示所述园区综合能源系统的配额目标电量，PW表示所述园区综合能源系统的实际消纳量，Cp表示惩罚系数。
10.根据权利要求9所述的一种园区综合能源系统的运行优化方法，其特征在于，在所述获取所述最终优化模型的解后，还包括：
根据所述最终优化模型的解，在综合能源区域链、绿证交易中继链及可再生能源区域链三条区域链上进行跨链交易绿色证书。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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