CN115759666A - 电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电‑气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法，该方法包括：步骤S1、基于能源系统各能源站之间的动态特性，采用基于数据驱动的子空间辨识法构建各能源站的能量转换动态特性模型；步骤S2、基于能源站的能量转换动态特性模型，采用电、气传输节点的功率平衡方程构建各互联能源站之间的耦合关系模型；步骤S3、构建能源系统碳排放和碳交易机制，并基于各互联能源站之间的耦合关系模型，以能源系统成本最小为优化目标，建立电‑气耦合分布式互联综合能源系统低碳经济运行优化调度模型，对能源系统的运行参数进行优化求解。与现有技术相比，本发明能够在提升系统整体运行经济效益的同时，减少碳排放。

Description

电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法

技术领域

本发明涉及综合能源系统优化领域，尤其是涉及一种电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法。

背景技术

如何深度推进能源系统低碳转型，实现经济目标和环境目标的兼顾，已成为能源行业发展的重要课题。在二氧化碳减排措施方面，采用市场调控的经济手段是一种行之有效的方法。低碳综合能源系统可充分调动各个能源环节的灵活性资源，在提升能源转换效率的同时减少系统碳排放，在国际能源领域已成为一个重要的战略方向。

同一区域内，为满足不同空间、不同类型用户的冷、热、电负荷需求，实现能量的梯级利用，通常会规划设计多个分布式多联供综合能源站。随着区域内分布式多联供综合能源站数量增多，终端能源站之间的能量互济对于提升区域整体供能稳定性和运行灵活性具有重要意义。电力和天然气作为传统能量传输介质，具有传输距离远、损失少的优点。因此，以电力和天然气传输实现系统内能源站间能量互济的电-气耦合分布式互联综合能源系统是未来区域综合能源系统重要发展方向。

然而，电-气耦合分布式互联综合能源系统运行优化不但受各终端能源站的能量转换动态特性的影响，还与站间能量传输介质的拓扑结构和特性参数有关，整体上系统能量耦合关系复杂多变，运行优化难度较大。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供了一种电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法，该方法在系统能量耦合关系模型描述方面，相比以往的静态关系模型，采用数据驱动方法辨识获取系统内各终端能源站的能量转换动态特性模型，并通过电、气传输节点的功率平衡方程构建站间耦合关系模型，为系统经济低碳运行优化提供了模型基础；在系统运行优化目标函数中引入碳交易成本，通过优化问题求解可在提高系统运行经济效益的同时，减少二氧化碳排放。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

根据本发明的第一方面，提供了一种电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1、基于能源系统各能源站之间的动态特性，采用基于数据驱动的子空间辨识法构建各能源站的能量转换动态特性模型；

步骤S2、基于能源站的能量转换动态特性模型，采用电、气传输节点的功率平衡方程构建各互联能源站之间的耦合关系模型；

步骤S3、构建能源系统碳排放和碳交易机制，并基于各互联能源站之间的耦合关系模型，以能源系统成本最小为优化目标，建立电-气耦合分布式互联综合能源系统低碳经济运行优化调度模型，对能源系统的运行参数进行优化求解。

优选地，所述步骤S1具体为：基于能源系统各能源站之间的动态特性，采用基于数据驱动的子空间辨识法构建各能源站的能量转换动态特性模型，数学表达式为：

X(k+1)＝AX(k)+BU(k)

Y(k)＝CX(k)+DU(k)

式中，U为能源站输入向量，包括净电输入功率

和净天然气输入功率

Y为能源站输出向量，包括电负荷L_e,i和热负荷L_h,i；X为系统状态向量；A、B、C、D为系统模型的参数矩阵，由子空间辨识方法获取。

优选地，所述步骤S2中各互联能源站之间的耦合关系模型包括基于传输节点功率平衡的站间电功率和天然气流量传输模型，具体为：

式中，S_m(k)为节点m处注入的复功率；S_mn(k)为节点m中所有相邻节点n的功率流，归纳为集合N_m；F_m(k)为注入到节点m的体积流量；F_mn(k)为节点m与n之间的线流；R_m为节点m的相邻节点集，即通过管道连接到节点m的节点。

优选地，所述节点m中所有相邻节点n的功率流S_mn(k)的计算表达式为：

式中，V(k)、θ(k)分别为线路节点电压大小和角度；y_mn、b_mn分别为线路串联导纳和并联电阻，上标*为当前值的共轭，上标sh表示并联；

所述节点m与n之间的线流F_mn(k)的计算表达式为：

管道设置有压缩机，压缩机由燃气轮机驱动，该燃气轮机被建模附加气流F_com(k)：

式中，p_m、p_n分别表示管道上下游的压力；k_mn表示管线常数；k_com为压缩常数；p_inc为压缩机的压力；

体积流量对应于功率流，关系表达式为：

P_g,mn(k)＝c_GHVF_mn(k)

式中，P_g,mn(k)为节点m与n之间气体的功率流，F_mn(k)为节点m与n之间的线流，c_GHV为流体的总热值。

优选地，所述步骤S3具体为：以系统日运行综合成本最小为优化目标，建立电-气耦合分布式互联综合能源系统低碳经济运行优化调度模型，求解得到各能源站购电量、购气量以及耗电量和耗气量的最优值：

目标函数：

式中，

分别表示能源站i从外部电网和外部天然气网购买时的单价；

分别表达能源站i从外部电网获得的功率、能源站i从外部天然气获得的功率，

为碳交易机制对应的总碳交易成本；

约束条件：包括负荷功率平衡约束、传输耦合约束、节点和压力约束、外部电网输出功率和外部气网输出流量限制约束。

优选地，所述步骤S3中碳交易机制对应的总碳交易成本

的表达式为：

式中，

为单位碳排放交易价格；

为碳排放量；

为无偿碳排放额分配的初始配额；

所述碳排放量

包括天然气燃烧碳排放量和外购电碳排放量，表达式分别为：

式中，

为天然气燃烧碳排放量，N为能源站个数；N_t为运行总小时数，取N_t＝24；

是能源站i在t时从气网购买的天然气功率；

为天然气碳排放因子；

为外购电力碳排放量，

为电网基准线排放因子；

是能源站i在t时从电网购买的电功率；

所述无偿碳排放额分配的初始配额

为：

式中，ε_e为单位电量的排放配额系数；ε_h为单位热力的排放配额系数；L_e,i(t),L_h,i(t)分别为能源站i在t时的电力负荷和热力负荷。

优选地，所述约束条件包括负荷功率平衡约束、传输耦合约束、节点和压力约束、外部电网输出功率和外部气网输出流量限制约束，具体为：

1)负荷功率平衡约束条件：

式中，P_Le,i、P_Lh,i分别表示各能源站电、热负荷功率；

分别表示各能源站CHP转换的电、热功率；

分别表示各能源站电、热功率的损耗；P_gh,i表示各能源站燃烧天然气所产生的热功率；

2)传输耦合约束条件：

式中，P_mn表示电气节点m与相邻的节点n之间的功率；F_mn表示天然气节点m与相邻节点n之间的功率；F_com,mn表示天然气节点m与相邻节点n之间压缩机的功率；

3)节点和压力约束条件：

0≤V_i≤V_i ^max

式中，V_i、V_i ^max分别表示电气节点的电压幅值、电压幅值上限；p_i、

分别表示气体节点的压力、压力上限；p_inc,i表示两台压缩机的压缩变量，

表示两台压缩机的压缩变量的下限、上限；

4)外部气网输出和外部气网流量限制约束条件：

式中，

为能源站i从外部电网获得的功率、功率上限；

为第i个能源站从外部气网获得的流量、流量上限。

优选地，所述电-气耦合分布式互联综合能源系统低碳经济运行优化调度模型的简化表达式为：

s.t.

x(k+1)＝f(x(k),u(k))

g(x(k),u(k))＝0

h(x(k),u(k))≤0

式中，x(k+1)表示系统的动态过程，g(·)表示系统中传输的静态、瞬时关系h(·)不等式表示包括对参数的限制。

根据本发明的第二方面，提供了一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现任一项所述的方法。

根据本发明的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现任一项所述的方法。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1)本发明对于区域内多个分布式综合能源站可以考虑统一规划，通过连接电、气等能量传输管道，在更大范围内优化能量的转化、储存和梯级利用，实现站间互供互助，提高整体经济效益；

2)本发明通过将碳排放交易模型引入电气耦合分布式互联综合能源系统优化运行模型中，构建系统低碳经济运行动态耦合优化问题，可以提升系统运行经济效益的同时，有效减少系统碳排放。

附图说明

图1为本发明流程示意图；

图2为本发明的系统示意图；

图3为本发明系统内各能源站分时电价、天然气价格示意图；

图4为本发明系统内所有分布式能源站的日内电、热负荷需求示意图；

图5为本发明系统日内逐时购电、购气变化曲线示意图；

图6为本发明系统能源站EH1的电功率变化曲线示意图；

图7为本发明系统能源站EH3与EH1、EH2的天然气交互曲线示意图；

图8为本发明系统系统在互联和解耦两种模式下的耗电量、耗气量示意图；

图9为本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

如图9所示，本实施例给出了一种电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1、基于能源系统各能源站之间的动态特性，采用基于数据驱动的子空间辨识法构建各能源站的能量转换动态特性模型，数学表达式为：

X(k+1)＝AX(k)+BU(k)

Y(k)＝CX(k)+DU(k)

式中，U为能源站输入向量，包括净电输入功率

和净天然气输入功率

单位为MW；Y为能源站输出向量，包括电负荷L_e,i和热负荷L_h,i，单位为MW；X为系统状态向量，这里不考虑各状态量的实际含义；A、B、C、D为系统模型的参数矩阵，由子空间辨识方法获取。

步骤S2、基于能源站的能量转换动态特性模型，采用电、气传输节点的功率平衡方程构建各互联能源站之间的耦合关系模型，包括基于传输节点功率平衡的站间电功率和天然气流量传输模型，具体为：

式中，S_m(k)为节点m处注入的复功率，单位为MW；S_mn(k)为节点m中所有相邻节点n的功率流，归纳为集合N_m；F_m(k)为注入到节点m的体积流量，单位为m³/h；F_mn(k)为节点m与n之间的线流，单位为m³/h；R_m为节点m的相邻节点集，即通过管道连接到节点m的节点；

所述节点m中所有相邻节点n的功率流S_mn(k)的计算表达式为：

式中，V(k)、θ(k)分别为线路节点电压大小，KV，和角度，rad；y_mn、b_mn分别为线路串联导纳S，和并联电阻，Ω，上标*为当前值的共轭，上标sh表示并联；

其中，节点m与n之间的线流F_mn(k)的计算表达式为：

为保持一定的压力，需要在管道内加入压缩机，压缩机由燃气轮机驱动，该燃气轮机被建模附加气流F_com(k)：

式中，p_m、p_n分别表示管道上下游的压力，单位为KPa；k_mn表示管线常数；k_com为压缩常数；p_inc为压缩机的压力，单位为KPa；体积流量对应于功率流，关系表达式为：

P_g,mn(k)＝c_GHVF_mn(k)

式中，P_g,mn(k)为节点m与n之间气体的功率流，F_mn(k)为节点m与n之间的线流，c_GHV为流体的总热值。

步骤S3、构建能源系统碳排放和碳交易机制，并基于各互联能源站之间的耦合关系模型，以能源系统成本最小为优化目标，建立电-气耦合分布式互联综合能源系统低碳经济运行优化调度模型，对能源系统的运行参数进行优化求解，得到各能源站购电量、购气量以及耗电量和耗气量的最优值，具体为：

目标函数：

式中，

分别表示能源站i从外部电网和外部天然气网购买时的单价，单位为元；

分别表达能源站i从外部电网获得的功率、能源站i从外部天然气获得的功率，

为碳交易机制对应的总碳交易成本；

约束条件：包括负荷功率平衡约束、传输耦合约束、节点和压力约束、外部电网输出功率和外部气网输出流量限制约束。

其中，碳交易机制对应的总碳交易成本

的表达式为：

式中，

为单位碳排放交易价格，单位为元；

为碳排放量；

为无偿碳排放额分配的初始配额；碳排放量

包括天然气燃烧碳排放量和外购电碳排放量，表达式分别为：

式中，

为天然气燃烧碳排放量，N为能源站个数；N_t为运行总小时数，取N_t＝24；

是能源站i在t时从气网购买的天然气功率，单位为MW；

为天然气碳排放因子，本实施例中取为16.2×10^-6kg/kJ；

为外购电力碳排放量，

为电网基准线排放因子，本实施例中取为0.8244kg/kWh；

是能源站i在t时从电网购买的电功率；

无偿碳排放额分配的初始配额

为：

式中，ε_e为单位电量的排放配额系数，本实施例中取为0.7567kg/kWh；ε_h为单位热力的排放配额系数，本实施例中取为0.385kg/kWh；L_e,i(t),L_h,i(t)分别为能源站i在t时的电力负荷和热力负荷，单位为MW。

具体地，约束条件包括负荷功率平衡约束、传输耦合约束、节点和压力约束、外部电网输出功率和外部气网输出流量限制约束，具体为：

1)负荷功率平衡约束条件：

式中，P_Le,i、P_Lh,i分别表示各能源站电、热负荷功率，单位为MW；

分别表示各能源站CHP转换的电、热功率，单位为MW；

分别表示各能源站电、热功率的损耗，单位为MW；P_gh,i表示各能源站燃烧天然气所产生的热功率，单位为MW；

2)传输耦合约束条件：

式中，P_mn表示电气节点m与相邻的节点n之间的功率，单位为MW；F_mn表示天然气节点m与相邻节点n之间的功率，单位为MW；F_com,mn表示天然气节点m与相邻节点n之间压缩机的功率，单位为MW；

3)节点和压力约束条件：

0≤V_i≤V_i ^max

式中，V_i、V_i ^max分别表示电气节点的电压幅值、电压幅值上限，单位为KV；p_i、

分别表示气体节点的压力、压力上限，单位为KPa；p_inc,i表示两台压缩机的压缩变量，

表示两台压缩机的压缩变量的下限、上限；

4)外部气网输出和外部气网流量限制约束条件：

式中，

为能源站i从外部电网获得的功率、功率上限，单位为MW；

为第i个能源站从外部气网获得的流量、流量上限，单位为kg/s。

电-气耦合分布式互联综合能源系统低碳经济运行优化调度模型的简化表达式为：

s.t.

x(k+1)＝f(x(k),u(k))

g(x(k),u(k))＝0

h(x(k),u(k))≤0

式中，x(k+1)表示系统的动态过程，g(·)表示系统中传输的静态、瞬时关系h(·)不等式表示包括对参数的限制。

接下来，结合具体应用实例对本发明的方法进行详细介绍。

如图1所示，一种电-气耦合分布式互联综合能源系统低碳经济运行优化策略的流程图，具体做法是在系统建模方面采用数据驱动方法构建能源站的动态数学模型，并采用节点功率平衡方程进行系统内各互联能源站之间耦合性的刻画。在系统优化策略设计时在传统运行成本目标的基础上引入碳排放和碳交易成本目标，最终构建电-气耦合分布式互联综合能源系统低碳经济运行优化调度模型。

如图2所示，一种电-气耦合分布式互联综合能源系统低碳经济运行优化策略的系统图中，能源站EH1面向住宅区提供电、热等综合供能服务，分别从外部电网G1和天然气网N1的购电量和购气量记为

和

MW；能源站EH2与EH1类似面向住宅区提供电、热等综合供能服务，分别从外部电网G2和天然气网N2购电量和购气量分别记为

和

MW；能源站EH3面向商业区提供电、热等综合供能服务，从外部电网G1的购电量为

MW。

如图3所示，某个典型日各能源站的能源价格已知，天然气价格为2.2元/m³，换算成单位热值价格为0.22元/kW·h。

如图4所示，某冬季典型日两个住宅区的电、热负荷一致，而商业区电、热负荷需求与住宅区不同。

如图5所示，通过对系统进行日内运行优化，在满足各能源站动态需求下得到系统各能源站逐时外购电和逐时外购气的演变过程的最优结果。各能源站购电量总体较少且波动较大，而天然气购入量相对于购电量较大。这是因为天然气价格整体保持在较低的水平且无波动，电价较高且分时段波动。因此系统在电价较高且电负荷需求大的几个时段更多的是通过增加使用天然气由CHP转化发电来满足电负荷的需求。

如图6所示，由于各能源站之间的能量可以进行交互，当某个能源站电力、天然气短缺或过剩时，可以通过输电线路或传输管道向其他能源站寻求能源支持。图5为能源站EH1电能的消纳、发电量以及可与其余能源站进行交互的多余电量。在6:00-20:00电负荷、电价高峰期，能源站EH1对于购买电能的消纳小于价格较为便宜的天然气能。天然气供应在满足热负荷的同时还要满足电负荷，所以该时段内天然气的购入量也大大增加，电能不会剩余太多，高峰时期的电能剩余可以通过蓄电池进行存储以备超负荷运行的情况发生或者来和其余能源站进行交互协调。

如图7所示，由于系统设置的是对于能源站EH3无外部天然气网连接，故其热负荷的满足只能通过与能源站EH1、EH2的交互实现。能源站EH1、EH2不仅要满足自身的电、热负荷需求，多余的能量均通过天然气传输管道进行传输。图中稍大于能源站EH3热负荷的部分是因为能量转换设备的效率达不到1。

如图8所示，系统在解耦模式下(即各能源站独立运行时)各能源站耗电量、耗气量明显超于互联模式。这是因为系统在互联运行时，由于能源站间的能量能够交互，运行时若有多余能量时可以被使用时，它可通过联络管道对其他能源站提供支持，会使这些能量得到充分的梯级利用，不会造成大量能源的浪费。因此整体的购电量和购气量相对与独立运行时明显减少。在互联模式下系统的碳排放量以及成本相对于独立运行大大减少。其中，电气耦合分布式互联综合能源系统的碳排放量下降15.29％，碳交易成本下降15.29％，能源成本下降38.4％。综上，电-气耦合分布式互联综合能源系统对降低碳排放总量具有一定优势，不仅能够实现系统合理的运行调度安排，还能有效减少系统的运行能源成本，能够实现系统低碳经济性的理念。

本发明电子设备包括中央处理单元(CPU)，其可以根据存储在只读存储器(ROM)中的计算机程序指令或者从存储单元加载到随机访问存储器(RAM)中的计算机程序指令，来执行各种适当的动作和处理。在RAM中，还可以存储设备操作所需的各种程序和数据。CPU、ROM以及RAM通过总线彼此相连。输入/输出(I/O)接口也连接至总线。

设备中的多个部件连接至I/O接口，包括：输入单元，例如键盘、鼠标等；输出单元，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元，例如磁盘、光盘等；以及通信单元，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元允许设备通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

处理单元执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法S1～S2。例如，在一些实施例中，方法S1～S2可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM和/或通信单元而被载入和/或安装到设备上。当计算机程序加载到RAM并由CPU执行时，可以执行上文描述的方法S1～S2的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，CPU可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法S1～S2。

本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)等等。

用于实施本发明的方法的程序代码可以采用一种或多种编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本发明的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的的半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S1、基于能源系统各能源站之间的动态特性，采用基于数据驱动的子空间辨识法构建各能源站的能量转换动态特性模型；

步骤S2、基于能源站的能量转换动态特性模型，采用电、气传输节点的功率平衡方程构建各互联能源站之间的耦合关系模型；

步骤S3、构建能源系统碳排放和碳交易机制，并基于各互联能源站之间的耦合关系模型，以能源系统成本最小为优化目标，建立电-气耦合分布式互联综合能源系统低碳经济运行优化调度模型，对能源系统的运行参数进行优化求解。

2.根据权利要求1所述的一种电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：基于能源系统各能源站之间的动态特性，采用基于数据驱动的子空间辨识法构建各能源站的能量转换动态特性模型，数学表达式为：

X(k+1)＝AX(k)+BU(k)

Y(k)＝CX(k)+DU(k)

式中，U为能源站输入向量，包括净电输入功率

和净天然气输入功率

Y为能源站输出向量，包括电负荷L_e,i和热负荷L_h,i；X为系统状态向量；A、B、C、D为系统模型的参数矩阵，由子空间辨识方法获取。

3.根据权利要求1所述的一种电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法，其特征在于，所述步骤S2中各互联能源站之间的耦合关系模型包括基于传输节点功率平衡的站间电功率和天然气流量传输模型，具体为：

式中，S_m(k)为节点m处注入的复功率；S_mn(k)为节点m中所有相邻节点n的功率流，归纳为集合N_m；F_m(k)为注入到节点m的体积流量；F_mn(k)为节点m与n之间的线流；R_m为节点m的相邻节点集，即通过管道连接到节点m的节点。

4.根据权利要求3所述的一种电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法，其特征在于，所述节点m中所有相邻节点n的功率流S_mn(k)的计算表达式为：

式中，V(k)、θ(k)分别为线路节点电压大小和角度；y_mn、b_mn分别为线路串联导纳和并联电阻，上标*为当前值的共轭，上标sh表示并联；

所述节点m与n之间的线流F_mn(k)的计算表达式为：

管道设置有压缩机，压缩机由燃气轮机驱动，该燃气轮机被建模附加气流F_com(k)：

式中，p_m、p_n分别表示管道上下游的压力；k_mn表示管线常数；k_com为压缩常数；p_inc为压缩机的压力；

体积流量对应于功率流，关系表达式为：

P_g,mn(k)＝c_GHVF_mn(k)

式中，P_g,mn(k)为节点m与n之间气体的功率流，F_mn(k)为节点m与n之间的线流，c_GHV为流体的总热值。

5.根据权利要求1所述的一种电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：以系统日运行综合成本最小为优化目标，建立电-气耦合分布式互联综合能源系统低碳经济运行优化调度模型，求解得到各能源站购电量、购气量以及耗电量和耗气量的最优值：

目标函数：

式中，

分别表示能源站i从外部电网和外部天然气网购买时的单价；

分别表达能源站i从外部电网获得的功率、能源站i从外部天然气获得的功率，

为碳交易机制对应的总碳交易成本；

约束条件：包括负荷功率平衡约束、传输耦合约束、节点和压力约束、外部电网输出功率和外部气网输出流量限制约束。

6.根据权利要求5所述的一种电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法，其特征在于，所述步骤S3中碳交易机制对应的总碳交易成本

的表达式为：

式中，

为单位碳排放交易价格；

为碳排放量；

为无偿碳排放额分配的初始配额；

所述碳排放量

包括天然气燃烧碳排放量和外购电碳排放量，表达式分别为：

式中，

为天然气燃烧碳排放量，N为能源站个数；N_t为运行总小时数，取N_t＝24；

是能源站i在t时从气网购买的天然气功率；

为天然气碳排放因子；

为外购电力碳排放量，

为电网基准线排放因子；

是能源站i在t时从电网购买的电功率；

所述无偿碳排放额分配的初始配额

为：

式中，ε_e为单位电量的排放配额系数；ε_h为单位热力的排放配额系数；L_e,i(t),L_h,i(t)分别为能源站i在t时的电力负荷和热力负荷。

7.根据权利要求5所述的一种电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法，其特征在于，所述约束条件包括负荷功率平衡约束、传输耦合约束、节点和压力约束、外部电网输出功率和外部气网输出流量限制约束，具体为：

1)负荷功率平衡约束条件：

式中，P_Le,i、P_Lh,i分别表示各能源站电、热负荷功率；

分别表示各能源站CHP转换的电、热功率；

分别表示各能源站电、热功率的损耗；P_gh,i表示各能源站燃烧天然气所产生的热功率；

2)传输耦合约束条件：

式中，P_mn表示电气节点m与相邻的节点n之间的功率；F_mn表示天然气节点m与相邻节点n之间的功率；F_com,mn表示天然气节点m与相邻节点n之间压缩机的功率；

3)节点和压力约束条件：

式中，V_i、V_i ^max分别表示电气节点的电压幅值、电压幅值上限；p_i、

分别表示气体节点的压力、压力上限；p_inc,i表示两台压缩机的压缩变量，

表示两台压缩机的压缩变量的下限、上限；

4)外部气网输出和外部气网流量限制约束条件：

式中，

为能源站i从外部电网获得的功率、功率上限；

为第i个能源站从外部气网获得的流量、流量上限。

8.根据权利要求5所述的一种电-气耦合分布式互联能源系统低碳经济运行优化方法，其特征在于，所述电-气耦合分布式互联综合能源系统低碳经济运行优化调度模型的简化表达式为：

s.t.

x(k+1)＝f(x(k),u(k))

g(x(k),u(k))＝0

h(x(k),u(k))≤0

式中，x(k+1)表示系统的动态过程，g(·)表示系统中传输的静态、瞬时关系h(·)不等式表示包括对参数的限制。

9.一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1～8任一项所述的方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述程序被处理器执行时实现如权利要求1～8中任一项所述的方法。

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