多能源微网低碳经济调度方法、装置、设备和存储介质

技术领域

本发明涉及多能源微网经济调度技术领域，特别是涉及一种多能源微网低碳经济调度方法、装置、设备和存储介质。

背景技术

充分利用可再生能源，发展先进的综合能源利用技术，是我国实现双碳目标的关键一招。国际能源署预测可再生能源在全球发电量中的占比将从当前的约25％攀升至2050年的86％。我国风电、光伏技术总体处于国际先进水平，风机、光伏电池产量和装机规模位居世界第一。充分利用风能、太阳能等可再生能源发电，构建多能源微网能够提升可再生能源消纳水平、改善能源利用效率、减少温室气体排放量，是助力我国实现“双碳”目标的可行性方案。

目前基于碳交易机制的多能源微网低碳经济调度方法，只考虑到微网运行过程中实际碳排放量，未将包括设备生产、运输以及拆除回收等其他环节在内的多能源微网全寿命周期产生的碳足迹考虑在优化调度方案中。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多能源微网低碳经济调度方法、装置、设备和存储介质，使多能源微网更具经济性和低碳性。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多能源微网低碳经济调度方法，包括以下步骤：

对多能源微网中可再生能源发电设备进行全寿命周期的碳足迹评估，得到单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹；

基于所述单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹，构建计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的碳交易机制模型，并根据所述碳交易机制模型得到多能源微网的碳交易成本；

基于多能源微网的购能成本、碳交易成本和设备运维成本构建多能源微网低碳经济调度模型的目标函数，并设定约束条件；

通过预设算法对所述目标函数进行求解，得到多能源微网低碳经济的调度方案，并根据所述调度方案进行调度。

所述对多能源微网中可再生能源发电设备进行全寿命周期的碳足迹评估，得到可再生能源发电设备的全寿命周期产生碳足迹，包括：

计算可再生能源发电设备生产环节和拆除回收环节产生的碳足迹；

基于所述可再生能源发电设备生产环节产生的碳足迹和拆除回收环节产生的碳足迹，计算可再生能源发电设备全寿命周期产生的碳足迹；

根据所述可再生能源发电设备全寿命周期产生的碳足迹，计算单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹。

所述可再生能源发电设备生产环节的碳足迹通过CF

所述可再生能源发电设备全寿命周期产生的碳足迹通过CF

所述单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹通过

所述基于所述单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹，构建计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的碳交易机制模型，并根据所述碳交易机制模型得到多能源微网的碳交易成本，包括：

基于所述单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹确定计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的初始碳排放额；

根据所述多能源微网中碳排放源的二氧化碳排放量和所述计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的初始碳排放额的关系，构建计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的碳交易机制模型；

采用所述计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的碳交易机制模型计算所述多能源微网的碳交易成本。

所述计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的初始碳排放额通过

所述计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的碳交易机制模型C

所述基于购能成本、碳交易成本和设备运维成本构建的多能源微网低碳经济调度模型的目标函数为：

所述约束条件为

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种多能源微网低碳经济调度装置，包括：

碳足迹评估模块，用于对多能源微网中可再生能源发电设备进行全寿命周期的碳足迹评估，得到单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹；

碳交易机制模型构建模块，用于基于所述单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹，构建计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的碳交易机制模型，并根据所述碳交易机制模型得到多能源微网的碳交易成本；

目标函数构建模块，用于基于多能源微网的购能成本、碳交易成本和设备运维成本构建多能源微网低碳经济调度模型的目标函数，并设定约束条件；

调度模块，用于通过预设算法对所述目标函数进行求解，得到多能源微网低碳经济的调度方案，并根据所述调度方案进行调度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述多能源微网低碳经济调度方法的步骤。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述多能源微网低碳经济调度方法的步骤。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明以燃料电池、燃气锅炉、风电发电机、光伏电池和蓄电池等机组各时段输出功率为决策变量，以微网总运行成本为目标函数，同时兼顾各子系统实际运行约束，建立了计及设备全寿命周期碳足迹的多能源微网低碳经济调度模型，并采用基于随机模拟的PSO算法对该模型进行寻优求解。本发明在构建的计及碳足迹的多能源微网低碳经济调度模型中，将微网中各设备生产、运输、运行和拆除回收等各环节产生的碳足迹考虑在内，基于碳交易机制，使多能源微网更具经济性和低碳行。

附图说明

图1是本发明第一实施方式多能源微网低碳经济调度方法的流程图；

图2是采用本发明第一实施方式的仿真验证数据图；

图3是四种情景下的电负荷比较图；

图4是四种情境下的热负荷比较图；

图5是第三种情景和第四种情景下的碳排放比较图；

图6是本发明第二实施方式多能源微网低碳经济调度装置的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的第一实施方式涉及一种多能源微网低碳经济调度方法，该方法在对多能源微网全寿命周期碳足迹综合评估后，在传统的碳交易机制的基础上计及微网全寿命碳足迹，提出了计及全寿命周期碳足迹的多能源微网低碳经济调度方法，使多能源微网更具经济性和低碳性，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1，对多能源微网中可再生能源发电设备进行全寿命周期的碳足迹评估，得到单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹。

多能源微网中风力发电机、光伏电池和蓄电池等设备的碳足迹主要来自于生产、运输以及拆除回收等环节。对于燃料电池、燃气锅炉等设备，其运行过程中产生的碳足迹远大于全生命周期内其他环节，因此主要考虑此类设备运行过程中实际碳排放。可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹可分为生产环节与拆除回收环节两部分，可再生能源发电设备生产环节的碳足迹表示为：

CF

其中，CF

可再生能源发电设备回收环节的碳足迹表示为：

CF

其中，CF

综上，可再生能源发电设备全寿命周期产生碳足迹为：

CF

其中，CF

为方便计算，本实施方式对可再生能源发电设备全寿命周期产生碳足迹进行处理，得到在可再生能源发电设备全寿命周期内，每输出1kW·h电能等价产生的碳足迹。处理后的可再生能源发电设备全寿命周期产生碳足迹为：

式中：GHG

步骤2，基于所述单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹，构建计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的碳交易机制模型，并根据所述碳交易机制模型得到多能源微网的碳交易成本。

碳交易机制中，碳排放权作为一种可以在碳交易市场进行自由交易的商品，各碳排放源成为碳交易市场的交易主体，监管部门一般为各碳排放源无偿分配初始碳排放额。本实施方式计及多能源微电网全寿命周期碳足迹，对微网碳交易机制初始碳排放额模型进行改进，计及设备全寿命周期碳足迹的初始碳排放额为：

其中，

多能源微网运行过程中产生的碳足迹主要来自于化石燃料的燃烧。燃料电池和燃气锅炉实际碳排放额可近似视为与其输出功率相关的二次函数，燃料电池和燃气锅炉实际碳排放额为：

式中：E

当碳排放源二氧化碳排放量高于其初始碳排放额时，该碳排放源需要在碳交易市场购入额外碳排放权。反之，当碳排放源二氧化碳排放量低于其初始碳排放额时，该碳排放源可通过碳交易市场出售剩余碳排放权获取收益。计及设备全寿命周期碳足迹的碳交易机制模型为：

式中，

步骤3，基于多能源微网的购能成本、碳交易成本和设备运维成本构建多能源微网低碳经济调度模型的目标函数，并设定约束条件。

本实施方式构建的多能源微网低碳经济调度模型的目标函数包含三部分，分别为购能成本、碳交易成本和设备运维成本，表示为：

其中，C

多能源微网内燃料电池和燃气锅炉等机组，需要购入天然气维持其正常运行。此外，微网存在与外部电网双向交易，发电量不足时能够从上级电网购入电能，当发电量存在盈余时能够向上级电网出售电能获取收益，因此微网购能成本表示为：

其中，p

一个调度周期内碳交易成本为减去出售盈余碳排放权后，微网购入额外碳排放权所需净成本，因此微网碳交易成本表示为：

设备运维成本可以表示为：

其中，Ω

多能源微网中电网运行约束主要包括电功率平衡约束、机组出力约束、蓄电池余量约束和机组爬坡约束等，表示为：

式中，P

多能源微网中热网运行约束主要包括供热功率平衡约束和机组出力约束等，表示为：

其中，H

步骤4，通过预设算法对所述目标函数进行求解，得到多能源微网低碳经济的调度方案，并根据调度方案进行调度。为实现多能源微网低碳清洁、安全高效地调度，本实施方式以燃料电池、燃气锅炉、风电发电机、光伏电池和蓄电池等机组各时段输出功率为决策变量，以微网总运行成本为目标函数，同时兼顾各子系统实际运行约束，建立了计及设备全寿命周期碳足迹的多能源微网低碳经济调度模型，在对该模型进行求解时，本实施方式采用基于随机模拟的PSO算法对该模型进行寻优求解，得到多能源微网低碳经济的调度方案，并根据调度方案进行调度。

以我国北方某多能源微网为研究对象，以该微网冬季某日的气象数据和负荷数据为基础，对所提计及碳足迹的多能源微网源低碳经济调度方法进行仿真验证，对应的数据如图 2所示。

根据表1所给出的分布式电源参数，设置了未考虑碳税与碳交易机制的多能源微网经济调度、基于征收碳税的多能源微网低碳经济调度、基于碳交易机制的多能源微网低碳经济调度和基于计及碳足迹的碳交易机制的多能源微网低碳经济调度等4种多能源微网调度方案，基于随机模拟的PSO算法求解，获得4种方案各自优化调度结果，见表2以及表3。

表1微网运行参数

表2各情景总成本以及实际碳排放量

表3各情景各部分成本以及具体CO

由表2可知，情景2中征收碳税后，微网运行总成本增加10.22％，但实际CO

由表3可知，与情景1相比，情景2中微网增加的成本主要为碳税，其他各部分成本以及各机组CO

在表3中，与情景3相比，情景4中微网燃料成本降低1.09％，微网在碳交易机制中产生碳排放成本，其他各部分成本基本持平。情景3相比，情景4中燃料电池运行产生的 CO2排放量降低10.32％，燃气锅炉运行产生的CO

由图5可知，引入计及碳足迹的碳交易机制后，情景4中各时段初始碳排放额普遍低于情景3中初始碳排放额，二者在t＝13时达到最大差值，即42.55kg。此时情景4中初始碳排放额的降低的主要原因为蓄电池处于储能状态，其储能功率大于情景3中蓄电池储能功率，因此产生更多等价碳足迹。由于情景4中初始碳排放额普遍较低，情景4中碳交易机制主要用于购入碳排放权，产生额外的碳排放成本。更低的初始碳排放额使得情景4中燃料电池和燃气锅炉各时段按输出功率更加均匀，微网总体碳排放水平进一步降低。

由此可见，对微网实际CO

本发明第二实施方式涉及一种多能源微网低碳经济调度装置，如图6所示，包括：

碳足迹评估模块，用于对多能源微网中可再生能源发电设备进行全寿命周期的碳足迹评估，得到单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹；

碳交易机制模型构建模块，用于基于所述单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹，构建计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的碳交易机制模型，并根据所述碳交易机制模型得到多能源微网的碳交易成本；

目标函数构建模块，用于基于多能源微网的购能成本、碳交易成本和设备运维成本构建多能源微网低碳经济调度模型的目标函数，并设定约束条件；

调度模块，用于通过预设算法对所述目标函数进行求解，得到多能源微网低碳经济的调度方案，并根据所述调度方案进行调度。

所述碳足迹评估模块包括：

第一计算单元，用于计算可再生能源发电设备生产环节和拆除回收环节产生的碳足迹；

第二计算单元，用于基于所述可再生能源发电设备生产环节产生的碳足迹和拆除回收环节产生的碳足迹，计算可再生能源发电设备全寿命周期产生的碳足迹；

第三计算单元，用于根据所述可再生能源发电设备全寿命周期产生的碳足迹，计算单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹。

所述第一计算单元通过CF

所述第二计算单元通过CF

所述第三计算单元通过

所述碳交易机制模型构建模块包括：

确定单元，用于基于所述单位输出功率下可再生能源设备产生的碳足迹确定计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的初始碳排放额；

构建单元，用于根据所述多能源微网中碳排放源的二氧化碳排放量和所述计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的初始碳排放额的关系，构建计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的碳交易机制模型；

碳交易成本计算单元，用于采用所述计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的碳交易机制模型计算所述多能源微网的碳交易成本。

所述确定单元通过

所述计及可再生能源发电设备全寿命周期碳足迹的碳交易机制模型C

所述目标函数构建模块构建的多能源微网低碳经济调度模型的目标函数为：

所述约束条件为

本发明的第三实施方式涉及一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现第一实施方式中的多能源微网低碳经济调度方法的步骤。

本发明的第四实施方式涉及一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现第一实施方式中的多能源微网低碳经济调度方法的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。