CN118278571A - 一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策方法，包括：园区综合能源运营商基于电网分时电价和园区平均碳价及碳排因子生成电碳耦合价格，并下发至园区用能侧；园区用户根据能源运营商发布的电碳耦合价格，以含用能效益、用能成本和储能成本等总效用收益最大为目标构建用能模型，并向上传递用能需求；园区运营商根据用户上传的用能曲线，以园区运营收益最大为目标构建园区电碳耦合价格模型，优化电碳耦合价格并下发；园区能源供需双方基于用能价格进行多次磋商，直至求出最优电碳耦合价格和最优用能需求。该方案基于定价策略实现园区综合能源的低碳优化，促进了碳价值向园区用户靶向传递，激发了园区用户的低碳属性。
Description
技术领域
本发明涉及综合能源交易领域，尤其涉及计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策方法。
背景技术
能源与环境问题的日益突出促进了人类能源消费方式的变革，如何提高能源利用效率、减少环境污染、实现能源可持续发展是当今共同关注的话题。具有多能互补、梯级利用等优势的园区综合能源系统将电网电能、天然气能源与分布式能源进行统一调度，在满足多种负荷需求的同时，提高了能源系统的经济效益与环境效益，已成为能源行业低碳转型的重要解决方案。
碳市场是以降低二氧化碳为主的温室气体排放为导向的低碳经济模式下产生的市场行为总和，是通过控制温室气体排放实现低碳发展并最终促进可持续发展的全新市场。基于环境经济学理论思想，温室气体经过确权后，其所具有的稀缺性、商品性、排他性、竞争性和交易性等市场特征明显，具备进入交易市场的条件，碳交易市场应运而生。碳市场的不断发展壮大，首先会对高排放园区造成更大压力，促进园区提高能源利用效率，实现节能减排。其次将加速非化石能源的开发利用，推动风电、光伏、生物质等可再生能源的发展，促进更多消费者使用绿色能源，助力我国新型电力系统建设，最终全面推动我国能源转型。
现有研究中将碳市场对园区综合能源运行的影响以统一或阶梯碳价下的碳交易成本表征，未能实现碳价值向底层用户的精准、动态传递，导致相对单一的碳价格对底层用户引导性不够，无法发挥用户互动能力在园区减碳中的积极作用。因此，如何更好设计电碳价格耦合机制，在园区优化过程中实现碳价值的动态精准传递是一个值得研究的问题。
发明内容
本发明交易方法提出了一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策方法及系统，所提电碳耦合价格决策方法提出的基于浮动碳价的电碳耦合价格定价机制，通过浮动碳价机制进一步引导居民用能调整从高碳时段向中低时段转变，实现了碳价值向园区用户靶向传递，激发了园区用户的低碳属性，通过建立计及园区运营收益和用户能效收益的上下层模型，以电碳耦合价格为变量，引导用能定价和用能定量的动态平衡，使园区运营商在经济效益和环境效益上均有所提升，同时用户侧效益也同步上涨，实现园区能源供需双方的共赢。
本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：
本发明提供了一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：基于电网分时电价、园区平均碳价及碳排因子建立电碳耦合价格模型。
步骤2：建立以电碳耦合价格为传递量的园区综合能源双层优化模型，其中上层模型是以运行收益最优为目标的园区用能价格优化决策模型，下层模型是为以用能效用最优为目标的用户用能优化模型。
步骤3：采用结合粒子群与CPLEX求解模型，得到最优电碳耦合价格及园区综合能源系统优化结果。
进一步地，步骤1中，基于电网分时电价、园区平均碳价及碳排因子建立电碳耦合价格模型，包括：
以动态碳排因子表征碳价趋势，提出一种考虑浮动碳价的电碳耦合价格模型，其中电价为现货市场的分时电价，碳价是基于碳排因子的浮动碳价，其组成如式(1)所示。
式中，为t时刻电碳耦合价格，t∈T，T为一天的总时段数，为t时刻园区分时电价和浮动碳价，为现货市场分时电价，ρc为日前平均碳价，为碳排因子影响系数，ξt为t时刻碳排因子为碳排因子阈值，λ为分时电价系数，C+和C-为浮动碳价系数。
其中，园区分时电价由现货市场分时电价决定，浮动碳价是园区日前碳交易成本计算所得，由平均碳价和碳排因子(为已知值)共同决定。
具体地，园区平均碳价ρc计算思路如下：
1)假设园区用能需求波动不大，对上一日园区碳排量进行测算，碳排测算考虑园区电网购电碳排量、燃气轮机碳排量和燃气锅炉碳排量，计算如下：。
式中，EPIES为园区碳排；和为t时刻燃气轮机和燃气锅炉碳排量；Pt GRID为t时刻园区从电网购买的电量。
2)根据碳市场规则，采用阶梯碳价[22]来核算园区碳排成本，阶梯碳价ρN和碳排成本CC计算如下：
式中，ρ为初始碳交易价格；σ为碳价增长率，EC为园区碳配额；w为碳排放量区间长度(kg)；N为区间数目；将EPIES-EC设置为初始0区间E0，在这一区间内，碳排放量小于碳排放分配额，此时获得收益，En表示第n段碳排放量区间长度。
3)基于平均思想计算园区平均碳价。由阶梯碳价可知平均碳价ρc为：
进一步地，步骤2中，建立以电碳耦合价格为传递量的园区综合能源双层优化模型，其中上层模型是以运行收益最优为目标的园区用能价格优化决策模型，下层模型是为以用能效用最优为目标的用户用能优化模型，还包括：上层模型为园区用能价格优化决策模型，决策者为园区能源运营商，以园区运营收益最大为目标，考虑电气购能成本、运维成本和碳交易成本，优化电碳耦合价格，具体如下：
1)目标函数
CIN＝CDM-CEG-CMT-CC (6)
式中，CIN为园区运营利润；CDM为园区售能收益，CEG为园区外部市场购能成本；CMT为园区设备运维成本；CC为园区碳交易成本。
售能收益
园区售能收益与电碳耦合价格和售电量相关，
式中，Pt LOAD和为t时刻园区电负荷和热负荷；为园区热能售卖价格。
园区购能成本
式中，CGAS为园区购电成本和购气成本；为电网分时电价；为t时刻天然气售价，Pt GRID、分别为t时刻购电量和购气量。
园区运行维护运行成本：
式中，表示t时刻设备x的运行状态；为启动状态；为停止状态；Cu,x、Cd,x为设备x的启动成本和停止成本；ax为设备x单位耗能成本系数；Pt,x为t时刻设备x能耗。
2)约束条件
GT和GB出力约束。燃气轮机和燃气锅炉出力存在限值，如下所示：
式中，PGT,min和PGT,max为燃气机组出力的功率最小值和最大值；QGB,min和QGB,max为燃气锅炉出力的功率最小值和最大值；。
P2G出力约束。
式中，ηMR为P2G设备氢气转天然气效率；ηEL为P2G设备电制氢效率；Pt P2G、为t时刻P2G设备消耗功率和产气量；为t时刻P2G产生的余热；ηQ为P2G设备余热回收效率。
电碳耦合价格约束。为限制浮动碳价的极端波动，浮动碳价的均值需由平均碳价约束。
购能约束。
式中：PGRID,max和GGRID,max为购电、购气功率上限。
进一步地，建立以电碳耦合价格为传递量的园区综合能源双层优化模型，下层模型是为以用能效用最优为目标的用户用能优化模型，还包括：
下层模型为用户用能优化模型，决策者为园区用户，以用能效用最优为目标，考虑储能约束、可调负荷约束等约束优化自身用能行为，具体如下所示：
1)目标函数
式中，fEF、fEC分别为用户用能效益和用能成本；fES为储能运维成本；α1、α2为电负荷用能偏好系数；β1、β2为热负荷用能偏好系数；为用户侧储能y单位运行维护价格；和为t时刻储能y的充放电功率；ψ为储能设备y启动变量。
2)约束条件
储能运行约束
式中，St,y为t时刻储能设备y容量；ηchr,y和ηdis,y为储能设备y的充放电效率；和为储能设备y容量下限和上限；和为储能设备y充放电功率最大值；S0,y和Send,y为调度前后储能容量状态,负荷可调约束
负荷可调约束
式中εij为时刻i对时刻j的电量-电价弹性系数；ΔPi为i时刻电负荷变化量；Pi INIT为i时刻初始电负荷；为j时刻电碳耦合价格变化量；E为价格需求弹性矩阵。
满意度约束
为保证园区用户的用能舒适度，园区用户负荷调整应保障其用能满意度。
式中，为t时刻用能满意度；为t时刻用电、用热满意度；ΔQt为t时刻热负荷变化量；为t时刻初始热负荷δ1、δ2为电、热负荷调节用能满意度比例；分别为t时刻用电满意度和用热满意度最小值。
负荷平衡约束
式中，Pt EHP为t时刻电制热消耗功率；为t时刻园区燃气轮机输出功率、燃气锅炉输出功率、电制热输出功率、P2G余热功率、储热设备输出功率、储热设备消耗功率；和为t时刻燃气轮机和燃气锅炉天然气消耗量。
进一步地，步骤3中，采用结合粒子群与CPLEX求解模型，得到最优电碳耦合价格及园区综合能源系统优化结果，还包括：
在园区资源优化调度过程中，园区运营商以优化运行收益最优为目标，用户以用能效益为目标，则整体目标函数如下：
约束条件包括：设备出力约束、负荷平衡约束、满意度约束等如式(10)-(13)和式(15)-(20)所示。决策变量：浮动碳价系数和用能需求。
所建立模型中具有大量等式约束条件且在用户层面充分考虑需求侧响应随机性特点，属于大规模复杂优化问题，利用YALMIP工具箱中的CPLEX求解器可以有效解决大规模复杂问题，可以有效解决PSO启发式搜索算法随机性的缺点，故采用一种结合粒子群与CPLEX的求解方法，模型求解分为两部分，上层运营收益求解和下层用能能效求解，其中上层模型采用粒子群算法求解，下层模型采用CPLEX求解器求解，求解步骤如下：
1)设置粒子群数量与迭代次数；
2)初始化粒子群算法参数，上层模型生成初始电碳耦合价格，并下发至下层模型；
3)下层模型根据电碳耦合价格利用CPLEX求解用户最优用能行为曲线并传递至上层模型；
4)上层模型根据用能曲线，计算和保存当前电碳耦合价格下运营收益，并更新及下发电碳耦合价格；
5)判断是否达到迭代次数，达到迭代次数，输出最优结果。
一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策系统，用于实现园区综合能源优化决策方法，所述系统包括园区运营商模块和园区用户模块，
所述系统还包括：电碳耦合价格计算模块，上下层模型求解模块，迭代控制模块；
电碳耦合价格计算模块，用于根据电网分时电价、园区平均碳价和碳排因子构建初始电碳耦合价格，还用于以园区运营商运营收益最大和园区用户用能能效收益最大为目标，优化电碳耦合价格，经多次迭代后得出最优电碳耦合价格；
上下层求解模块，用于用能价格优化决策模型，在购能约束和出力约束下建立园区能源运营商收益最大目标，用户用能优化模型，在负荷可调约束、满意度约束下建立园区用户用能效益最大目标；以能源运营商收益最大目标和园区用户效用最大目标构建园区能源交易上下层优化模型，并求解出园区运营商运营收益和园区用户用能曲线；迭代控制模块，用于调用电碳耦合价格计算模块和上下层求解模块进行园区能源运营商电碳耦合价格、园区用户用能曲线的迭代计算，当满足设定的最大迭代次数或满足园区能源运营商收益和园区用户效用均最优的约束时，控制上下层求解模块输出碳聚合商运营收益、园区用户用能曲线，控制电碳耦合价格计算模块输出园区能源交易价格；
一种终端，包括处理器及存储介质，所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行园区综合能源优化决策方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现园区综合能源优化决策方法的步骤。
本发明的有益效果如下：
所提电碳耦合价格决策方法提出的基于浮动碳价的电碳耦合价格定价机制，通过浮动碳价机制进一步引导居民用能调整从高碳时段向中低时段转变，实现了碳价值向园区用户靶向传递，激发了园区用户的低碳属性，以电碳耦合价格为变量，引导用能定价和用能定量的动态平衡，使园区运营商和用户侧实现园区购售能的共赢。园区运营商方面，通过采用所提电碳耦合价格决策方法进行优化调度，与传统电碳价格相比，园区运营商在经济效益和环境效益上均有所提升，分别提升了1.97％和4.44％，具有更优越的经济属性和低碳属性。园区用户方面，通过电碳耦合价格的引导效应，进一步优化用能时段，降低了高碳时段碳价给用户带来的用能体验下降的影响，与传统电碳价格相比，用户侧效益整体提升了3.97％，具有更优越的用能效益属性。
附图说明
图1为根据本发明实施例的一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策方法的流程图；
图2为根据本发明实施例提供的电碳耦合价格组成图；
图3为根据本发明实施例提供的园区用能曲线；
图4为根据本发明实施例提供的动态碳排因子曲线；
图5为根据本发明实施例提供的电碳耦合价格优化曲线；
图6为根据本发明实施例提供的电负荷优化曲线；
图7为根据本发明实施例提供的热负荷优化曲线。
具体实施方式
为了加深对本发明的认识和理解，下面结合附图和实施例详细的介绍该方案。
实施例1：一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1：基于电网分时电价、园区平均碳价及碳排因子建立电碳耦合价格模型。
步骤2：建立以电碳耦合价格为传递量的园区综合能源双层优化模型，其中上层模型是以运行收益最优为目标的园区用能价格优化决策模型，下层模型是为以用能效用最优为目标的用户用能优化模型。
步骤3：采用结合粒子群与CPLEX求解模型，得到最优电碳耦合价格及园区综合能源系统优化结果。
进一步地，步骤1中，基于电网分时电价、园区平均碳价及碳排因子建立电碳耦合价格模型，包括：
以动态碳排因子表征碳价趋势，提出一种考虑浮动碳价的电碳耦合价格模型，其中电价为现货市场的分时电价，碳价是基于碳排因子的浮动碳价，其组成如式(1)所示。
式中，为t时刻电碳耦合价格，t∈T，T为一天的总时段数，为t时刻园区分时电价和浮动碳价，为现货市场分时电价，ρc为日前平均碳价，为碳排因子影响系数，ξt为t时刻碳排因子为碳排因子阈值，λ为分时电价系数，C+和C-为浮动碳价系数。
其中，园区分时电价由现货市场分时电价决定，浮动碳价是园区日前碳交易成本计算所得，由平均碳价和碳排因子(为已知值)共同决定。
具体地，园区平均碳价ρc计算思路如下：
1)假设园区用能需求波动不大，对上一日园区碳排量进行测算，碳排测算考虑园区电网购电碳排量、燃气轮机碳排量和燃气锅炉碳排量，计算如下：。
式中，EPIES为园区碳排；和为t时刻燃气轮机和燃气锅炉碳排量；Pt GRID为t时刻园区从电网购买的电量。
2)根据碳市场规则，采用阶梯碳价来核算园区碳排成本，阶梯碳价ρN和碳排成本CC计算如下：
式中，ρ为初始碳交易价格；σ为碳价增长率，EC为园区碳配额；w为碳排放量区间长度(kg)；N为区间数目；将EPIES-EC设置为初始0区间E0，在这一区间内，碳排放量小于碳排放分配额，此时获得收益，En表示第n段碳排放量区间长度。
3)基于平均思想计算园区平均碳价。由阶梯碳价可知平均碳价ρc为：
进一步地，步骤2中，建立以电碳耦合价格为传递量的园区综合能源双层优化模型，其中上层模型是以运行收益最优为目标的园区用能价格优化决策模型，下层模型是为以用能效用最优为目标的用户用能优化模型，还包括：上层模型为园区用能价格优化决策模型，决策者为园区能源运营商，以园区运营收益最大为目标，考虑电气购能成本、运维成本和碳交易成本，优化电碳耦合价格，具体如下：
1)目标函数
CIN＝CDM-CEG-CMT-CC (6)
式中，CIN为园区运营利润；CDM为园区售能收益，CEG为园区外部市场购能成本；CMT为园区设备运维成本；CC为园区碳交易成本。
售能收益
园区售能收益与电碳耦合价格和售电量相关，
式中，Pt LOAD和为t时刻园区电负荷和热负荷；为园区热能售卖价格。
园区购能成本
式中，CGAS为园区购电成本和购气成本；为电网分时电价；为t时刻天然气售价，Pt GRID、分别为t时刻购电量和购气量。
园区运行维护运行成本：
式中，表示t时刻设备x的运行状态；为启动状态；为停止状态；Cu,x、Cd,x为设备x的启动成本和停止成本；ax为设备x单位耗能成本系数；Pt,x为t时刻设备x能耗。
2)约束条件
GT和GB出力约束。燃气轮机和燃气锅炉出力存在限值，如下所示：
式中，PGT,min和PGT,max为燃气机组出力的功率最小值和最大值；QGB,min和QGB,max为燃气锅炉出力的功率最小值和最大值；。
P2G出力约束。
式中，ηMR为P2G设备氢气转天然气效率；ηEL为P2G设备电制氢效率；Pt P2G、为t时刻P2G设备消耗功率和产气量；为t时刻P2G产生的余热；ηQ为P2G设备余热回收效率。
电碳耦合价格约束。为限值浮动碳价的极端波动，浮动碳价的均值需由平均碳价约束。
购能约束。
式中：PGRID,max和GGRID,max为购电、购气功率上限。
进一步地，建立以电碳耦合价格为传递量的园区综合能源双层优化模型，下层模型是为以用能效用最优为目标的用户用能优化模型，还包括：
下层模型为用户用能优化模型，决策者为园区用户，以用能效用最优为目标，考虑储能约束、可调负荷约束等约束优化自身用能行为，具体如下所示：
1)目标函数
式中，fEF、fEC分别为用户用能效益和用能成本；fES为储能运维成本；α1、α2为电负荷用能偏好系数；β1、β2为热负荷用能偏好系数；为用户侧储能y单位运行维护价格；和为t时刻储能y的充放电功率；ψ为储能设备y启动变量。
2)约束条件
储能运行约束
式中，St,y为t时刻储能设备y容量；ηchr,y和ηdis,y为储能设备y的充放电效率；和为储能设备y容量下限和上限；和为储能设备y充放电功率最大值；S0,y和Send,y为调度前后储能容量状态,
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满意度约束
为保证园区用户的用能舒适度，园区用户负荷调整应保障其用能满意度。
式中，为t时刻用能满意度；为t时刻用电、用热满意度；ΔQt为t时刻热负荷变化量；为t时刻初始热负荷δ1、δ2为电、热负荷调节用能满意度比例；分别为t时刻用电满意度和用热满意度最小值。
负荷平衡约束
式中，Pt EHP为t时刻电制热消耗功率；为t时刻园区燃气轮机输出功率、燃气锅炉输出功率、电制热输出功率、P2G余热功率、储热设备输出功率、储热设备消耗功率；和Gt GB为t时刻燃气轮机和燃气锅炉天然气消耗量。
进一步地，步骤3中，采用结合粒子群与CPLEX求解模型，得到最优电碳耦合价格及园区综合能源系统优化结果，还包括：
在园区资源优化调度过程中，园区运营商以优化运行收益最优为目标，用户以用能效益为目标，则整体目标函数如下：
约束条件包括：设备出力约束、负荷平衡约束、满意度约束等如式(10)-(13)和式(15)-(20)所示。决策变量：浮动碳价系数和用能需求。
所建立模型中具有大量等式约束条件且在用户层面充分考虑需求侧响应随机性特点，属于大规模复杂优化问题，利用YALMIP工具箱中的CPLEX求解器可以有效解决大规模复杂问题，可以有效解决PSO启发式搜索算法随机性的缺点，故采用一种结合粒子群与CPLEX的求解方法，模型求解分为两部分，上层运营收益求解和下层用能能效求解，其中上层模型采用粒子群算法求解，下层模型采用CPLEX求解器求解，求解步骤如下：
1)设置粒子群数量与迭代次数；
2)初始化粒子群算法参数，上层模型生成初始电碳耦合价格，并下发至下层模型；
3)下层模型根据电碳耦合价格利用CPLEX求解用户最优用能行为曲线并传递至上层模型；
4)上层模型根据用能曲线，计算和保存当前电碳耦合价格下运营收益，并更新及下发电碳耦合价格；
5)判断是否达到迭代次数，达到迭代次数，输出最优结果。
实施例2：一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策系统，用于实现园区综合能源优化决策方法，所述系统包括园区运营商模块和园区用户模块，
所述系统还包括：电碳耦合价格计算模块，上下层模型求解模块，迭代控制模块；
电碳耦合价格计算模块，用于根据电网分时电价、园区平均碳价和碳排因子构建初始电碳耦合价格，还用于以园区运营商运营收益最大和园区用户用能能效收益最大为目标，优化电碳耦合价格，经多次迭代后得出最优电碳耦合价格；
上下层求解模块，用于用能价格优化决策模型，在购能约束和出力约束下建立园区能源运营商收益最大目标，用户用能优化模型，在负荷可调约束、满意度约束下建立园区用户用能效益最大目标；以能源运营商收益最大目标和园区用户效用最大目标构建园区能源交易上下层优化模型，并求解出园区运营商运营收益和园区用户用能曲线；迭代控制模块，用于调用电碳耦合价格计算模块和上下层求解模块进行园区能源运营商电碳耦合价格、园区用户用能曲线的迭代计算，当满足设定的最大迭代次数或满足园区能源运营商收益和园区用户效用均最优的约束时，控制上下层求解模块输出碳聚合商运营收益、园区用户用能曲线，控制电碳耦合价格计算模块输出园区能源交易价格。
实施例3：基于某园区数据进行仿真分析，园区用能曲线如图3所示，电网侧分时电价如表1所示，综合考量欧洲碳市场和国内碳市场碳价，选取平均碳价为0.1元/kg，园区初始碳排配额为0kg。动态碳排因子曲线如图4所示，高碳排时段为4点-10点和15点-23点，其余时段为低碳排时段。
表1分时电价：
| 时刻/t | 0-6时 | 7-9时 | 10-20时 | 21-23时 |
| 价格/元/kWh | 0.38 | 0.65 | 0.95 | 0.65 |
为验证本文所提电碳耦合价格机制的有效性和经济性，设置两类场景：场景1：本文所提模型，即分时电价叠加浮动碳价；场景2：传统电碳价格，即分时电价叠加平均碳价。下面从园区经济性和负荷变化等角度分析进行分析。
经优化，场景1和2的园区运行成本和收益如表2所示，场景1和2的优化价格曲线如图5所示。相较于场景2，场景1在低碳时段(0-3、11-15)价格相对较低，降低率为6.04％-25.56％，而在高碳时段(4-10、15-23)时段，场景1价格上升，升高率最高达21.45％。总的来说，场景1电碳耦合价格与动态碳排因子趋势一致，有着更明显的价格峰谷差，能很好引导用户在高碳时段削减或转移负荷，在实现各时段碳市场成本在用户侧精准传递的同时，促使园区碳排成本实现一定程度下降。
表2园区/用户收益和成本：
通过表2可知，较于场景2，场景1园区能源运营商运营收益和售能收益增加302.48元和584.21元，这是由于在电碳耦合价格引导下用户将部分峰时负荷削减或转移至谷时，负荷削减量和转移量分别为4.37％和9.38％。可以看出，因场景1价格峰谷差更大，用户更倾向于转移负荷，尽可能满足用户用能需求。同时，较于场景2，场景1碳排成本降低77.66元，碳排成本下降4.44％，这是因为场景1高碳时段平均价格高出5.13％，引导部分负荷从高碳时段转移到低碳时段，从而减小了园区整体碳排放量。对于园区用户而言，场景1电碳耦合价格其有更宽裕的负荷互动空间，整体效益上升3.97％。
经优化，场景1和2的电、热负荷曲线分别如图6和7所示。在电负荷方面，较于场景2，场景1负荷转移趋势更明显，17-19时刻场景1负荷下降比例达到25.69％，可见该时段场景1电碳耦合价格更高对用户侧有着更强的引导能力。
在热负荷方面，场景1和场景2的热负荷变化趋势大致相同；13点场景1和场景2负荷转移存在矛盾点，这是由于该时刻碳排因子低，场景1用能价格低，热负荷更趋向于维持原状。
需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。
Claims (8)
1.一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1：基于电网分时电价、园区平均碳价及碳排因子建立电碳耦合价格模型，
步骤2：建立以电碳耦合价格为传递量的园区综合能源双层优化模型，其中上层模型是以运行收益最优为目标的园区用能价格优化决策模型，下层模型是为以用能效用最优为目标的用户用能优化模型，
步骤3：采用结合粒子群与CPLEX求解模型，得到最优电碳耦合价格及园区综合能源系统优化结果。
2.根据权利要求1所述的一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策方法，其特征在于，步骤1中，所述基于电网分时电价、园区平均碳价及碳排因子建立电碳耦合价格模型，具体如下：
以动态碳排因子表征碳价趋势，提出一种考虑浮动碳价的电碳耦合价格模型，其中电价为现货市场的分时电价，碳价是基于碳排因子的浮动碳价，其组成如式(1)所示,
式中，为t时刻电碳耦合价格，t∈T，T为一天的总时段数，为t时刻园区分时电价和浮动碳价，为现货市场分时电价，ρc为日前平均碳价，为碳排因子影响系数，ξt为t时刻碳排因子，为碳排因子阈值，λ为分时电价系数，C+和C-为浮动碳价系数，
具体如下，园区平均碳价ρc计算思路如下：
1)设园区用能需求波动不大，对上一日园区碳排量进行测算，碳排测算考虑园区电网购电碳排量、燃气轮机碳排量和燃气锅炉碳排量，计算如下：
式中，EPIES为园区碳排；和为t时刻燃气轮机和燃气锅炉碳排量；Pt GRID为t时刻园区从电网购买的电量，
2)根据碳市场规则，采用阶梯碳价来核算园区碳排成本，阶梯碳价ρN和碳排成本CC计算如下：
式中，ρ为初始碳交易价格；σ为碳价增长率，EC为园区碳配额；w为碳排放量区间长度(kg)；N为区间数目；将EPIES-EC设置为初始0区间E0，在这一区间内，碳排放量小于碳排放分配额，此时获得收益，En表示第n段碳排放量区间长度，
3)基于平均思想计算园区平均碳价，由阶梯碳价可知平均碳价ρc为：
3.根据权利要求1所述的一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策方法，其特征在于，步骤2中，建立以电碳耦合价格为传递量的园区综合能源双层优化模型，其中上层模型是以运行收益最优为目标的园区用能价格优化决策模型，具体如下：
上层模型为园区用能价格优化决策模型，决策者为园区能源运营商，以园区运营收益最大为目标，考虑电气购能成本、运维成本和碳交易成本，优化电碳耦合价格，具体如下：
1)目标函数
CIN＝ CDM- CEG-CMT-CC (6)
式中，CIN为园区运营利润；CDM为园区售能收益，CEG为园区外部市场购能成本；CMT为园区设备运维成本；CC为园区碳交易成本，
售能收益
园区售能收益与电碳耦合价格和售电量相关，
式中，Pt LOAD和为t时刻园区电负荷和热负荷；ρt Q为园区热能售卖价格，
园区购能成本，
式中，CGAS为园区购电成本和购气成本；ρt GRID为电网分时电价；ρt GAS为t时刻天然气售价，Pt GRID、Gt GRID分别为t时刻购电量和购气量，
园区运行维护运行成本：
式中，表示t时刻设备x的运行状态；为启动状态；为停止状态；Cu,x、Cd,x为设备x的启动成本和停止成本；ax为设备x单位耗能成本系数；Pt,x为t时刻设备x能耗，
2)约束条件
GT和GB出力约束，
燃气轮机和燃气锅炉出力存在限值，如下所示：
式中，PGT,min和PGT,max为燃气机组出力的功率最小值和最大值；QGB,min和QGB,max为燃气锅炉出力的功率最小值和最大值；
P2G出力约束，
式中，ηMR为P2G设备氢气转天然气效率；ηEL为P2G设备电制氢效率；Pt P2G、为t时刻P2G设备消耗功率和产气量；为t时刻P2G产生的余热；ηQ为P2G设备余热回收效率,
电碳耦合价格约束，为限制浮动碳价的极端波动，浮动碳价的均值需由平均碳价约束,
购能约束，
式中：PGRID,max和GGRID,max为购电、购气功率上限。
4.根据权利要求1所述的一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策方法，其特征在于,步骤2中，建立以电碳耦合价格为传递量的园区综合能源双层优化模型，下层模型是为以用能效用最优为目标的用户用能优化模型，具体如下：
下层模型为用户用能优化模型，决策者为园区用户，以用能效用最优为目标，考虑储能约束、可调负荷约束等约束优化自身用能行为，具体如下所示：
1)目标函数
式中，fEF、fEC分别为用户用能效益和用能成本；fES为储能运维成本；α1、α2为电负荷用能偏好系数；β1、β2为热负荷用能偏好系数；为用户侧储能y单位运行维护价格；和为t时刻储能y的充放电功率；ψ为储能设备y启动变量,
2)约束条件
储能运行约束
式中，St,y为t时刻储能设备y容量；ηchr,y和ηdis,y为储能设备y的充放电效率；和为储能设备y容量下限和上限；和为储能设备y充放电功率最大值；S0,y和Send,y为调度前后储能容量状态,
负荷可调约束
式中εij为时刻i对时刻j的电量-电价弹性系数；ΔPi为i时刻电负荷变化量；Pi INIT为i时刻初始电负荷；为j时刻电碳耦合价格变化量；E为价格需求弹性矩阵,
满意度约束
为保证园区用户的用能舒适度，园区用户负荷调整应保障其用能满意度,
式中，为t时刻用能满意度；为t时刻用电、用热满意度；ΔQt为t时刻热负荷变化量；为t时刻初始热负荷δ1、δ2为电、热负荷调节用能满意度比例；分别为t时刻用电满意度和用热满意度最小值，
负荷平衡约束
式中，Pt EHP为t时刻电制热消耗功率；为t时刻园区燃气轮机输出功率、燃气锅炉输出功率、电制热输出功率、P2G余热功率、储热设备输出功率、储热设备消耗功率；和
为t时刻燃气轮机和燃气锅炉天然气消耗量。
5.根据权利要求1所述的一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策方法，其特征在于，步骤3中，采用结合粒子群与CPLEX求解模型，得到最优电碳耦合价格及园区综合能源系统优化结果，
在园区资源优化调度过程中，园区运营商以优化运行收益最优为目标，用户以用能效益为目标，则整体目标函数如下：
约束条件包括：设备出力约束、负荷平衡约束、满意度约束等如式(10)-(13)和式(15)-(20)所示，决策变量：浮动碳价系数和用能需求，
采用一种结合粒子群与CPLEX的求解方法，模型求解分为两部分，上层运营收益求解和下层用能能效求解，其中上层模型采用粒子群算法求解，下层模型采用CPLEX求解器求解，求解步骤如下：
1)设置粒子群数量与迭代次数，
2)初始化粒子群算法参数，上层模型生成初始电碳耦合价格，并下发至下层模型，
3)下层模型根据电碳耦合价格利用CPLEX求解用户最优用能行为曲线并传递至上层模型，
4)上层模型根据用能曲线，计算和保存当前电碳耦合价格下运营收益，并更新及下发电碳耦合价格，
5)判断是否达到迭代次数，达到迭代次数，输出最优结果。
6.一种计及电碳耦合价格的园区综合能源优化决策系统，其特征在于：用于实现权利要求1-5任一项所述的决策方法，所述系统包括园区运营商模块和园区用户模块，
所述系统还包括：电碳耦合价格计算模块，上下层模型求解模块，迭代控制模块；
电碳耦合价格计算模块，用于根据电网分时电价、园区平均碳价和碳排因子构建初始电碳耦合价格，还用于以园区运营商运营收益最大和园区用户用能能效收益最大为目标，优化电碳耦合价格，经多次迭代后得出最优电碳耦合价格；
上下层求解模块，用于用能价格优化决策模型，在购能约束和出力约束下建立园区能源运营商收益最大目标，用户用能优化模型，在负荷可调约束、满意度约束下建立园区用户用能效益最大目标；以能源运营商收益最大目标和园区用户效用最大目标构建园区能源交易上下层优化模型，并求解出园区运营商运营收益和园区用户用能曲线；迭代控制模块，用于调用电碳耦合价格计算模块和上下层求解模块进行园区能源运营商电碳耦合价格、园区用户用能曲线的迭代计算，当满足设定的最大迭代次数或满足园区能源运营商收益和园区用户效用均最优的约束时，控制上下层求解模块输出碳聚合商运营收益、园区用户用能曲线，控制电碳耦合价格计算模块输出园区能源交易价格。
7.一种终端，包括处理器及存储介质；其特征在于：
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求1-5任一项所述方法的步骤。
8.一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，该程序被处理器执行时实现权利要求1-5任一项所述方法的步骤。
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