一种考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法与流程

1.本发明属于电网运行管理领域，尤其涉及一种考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法。


背景技术：

[0002][0003]
区域综合能源系统作为一种低碳技术正在迅速发展。
[0004]
早期的工业园区综合能源系统优化方案大多数关注多种能景的协调运用及稳定供给，随着研究的深入，特别是风电及光伏发电这类新能源引入到工业园区综合能源系统规划问题中，其所需的各类能源数据的不确定性引发了学者的思考。如：多种能源求的不确定性和装机容量的增长、能源耦合装置和负荷増长的不确定性、污染物排放和环境保护等因素所造成的不确定性等，这些不稳定因素在一定程度上影响了工业园区综合能源系统优化结果的合理性和科学性，因此，考虑不确定条件下的工业园区综合能源系统优化成为学者们关注的一个重点问题，已有大量研究对工业园区综合能源系统的不确定性问题开展研究。
[0005]
从常用的优化模型来看，基于系统工程及运筹学，借助计算机辅助的情况下，出现了层次分析法、不确定多目标规划等针对综合能源系统优化较为成熟的算法。当求解工业园区综合能源系统电源优优化这样的高维数、多变量问题时，动态多目标规划算法难以获得在不同条件下的最优解。
[0006]
而随着人工智能技术的飞速发展，通过机器学习、神经网络、模糊理论和遗传算法等智能算法解决工业园区综合能源系统优化问题得到了巨大收获。han g将模糊理论应用在综合能源系统优化中rong a使用专家系统法进行综合能源系统优化；omu a将模糊理论引入综合能源系统运行优化问题中；yang y提出用遗传算法进行综合能源系统可再生能源消纳优化。
[0007]
对于综合能源系统的研究重点主要包括：系统规划、市场交易、分布式能源站运行、系统调度四个部分。系统规划主要研究各类供能设备装机容量与储能装机容量比例，优化储冷、储热、储电、储气等配比获得各类分布式能源接入位置与容量，供冷、供热、供气、配电等管网的规划方法，提高区域能源综合利用效率和可靠性。市场交易主要研究包含底层用户/分布式供能，区域中间协调层和顶层配用能调度/交易中心的综合能源系统分层互动架构，分析用户与用户之间、用户与发电之间、用户与园区之间可能存在的合作/非合作模式，设计含多参与主体的综合能源系统典型互动机制。分布式能源站运行主要研究分布式能源站层面规范化信息模型和开放式服务接口的建立方法，研究冷/热/电制取、存储及释放效率的优化控制技术，实现多冷/热/电源的节能控制及能效管理。系统调度主要研究建立源-网-荷-储各个环节的系统调度模型，研究基于模型驱动和数据驱动相结合的方法评估综合能源系统的运行态势和可行域，提出多维风险评估方法。基于递阶模型预测控制，将
综合能源系统优化调度分解为日前计划、日内滚动、实时校正三部分，分别提出计及多重随机场景风险约束的日前计划决策方法、计及预测误差的日内鲁棒滚动调度方法，以及兼顾安全和效率的实时校正方法和网络重构策略。研究可有效整合园区内可调控资源的分布式一致性算法与合作博弈方法，以及有效协同分布式资源的虚拟能源站调度策略，响应上级供能网络的调峰等辅助服务需求。
[0008]
综上，目前国内外关于工业园区综合能源系统优化的研究，关注点主要集中在多能互补、能源供给可靠性、安全性、多能耦合、系统经济性等方面。
[0009]
当前，我国已有的工业园区综合能源系统电源还是以煤电为主，风电及光伏发电等新能源为辅。对工业园区综合能源系统展开低碳优化运行的研究对降低碳排放，改善环境问题有着十分重要的作用。
[0010]
由于ries在提高能源系统的经济性和清洁度方面发挥了重要作用，因此被认为是节约能源和减少排放的最有效措施之一。
[0011]
在ries中，多种能量耦合并相互转换，如电能、天然气和热能。以往研究中，虽然考虑了区域综合能源系统的运行和调度问题，在兼顾环保的同时实现了经济优化，但并没有详细考虑区域综合能源系统对市场的影响，忽略了碳排放对电力市场出清价格的影响，也没有合理的市场机制来促进碳排放的减少。


技术实现要素：

[0012]
本发明所要解决的技术问题是提供一种考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法。其通过建立双层的区域综合能源系统低碳优化策略运行模型；上层模型采用以包含碳交易成本的区域综合能源系统总运营成本最小作为目标函数来控制碳排放总量；下层模型为电力市场出清模型，区域综合能源系统以市场出清价格从上游能源市场购买电力，以固定价格购买天然气。该方法能在保证碳排放减少的前提下，有效实现区域综合能源系统的最优经济运行。
[0013]
本发明的技术方案是：提供一种考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法，包括区域综合能源系统的运行管理，其特征是：
[0014]
1)考虑区域综合能源系统的碳交易成本，构建区域综合能源系统低碳优化运行模型，对区域综合能源系统内的设备进行稳态建模，并考虑系统内的能源平衡；
[0015]
2)考虑电力市场出清流程，构建以社会福利最大化为目标，考虑电力供需平衡、线路传输容量约束以及燃气机组和燃煤机组的出力上下限约束的电力市场出清模型；
[0016]
3)通过kkt条件将下层电力市场出清模型转化为上层区域综合能源系统低碳优化运行的约束条件，从而将区域综合能源系统双层低碳优化问题转化成为单层策略问题；
[0017]
4)求解上述步骤中转化的区域综合能源系统单层策略运行模型，得到电力市场的出清结果和区域综合能源系统的最优运行计划，按照计划调节园区内各设备的出力，并调整园区在电力市场和天然气市场中的能源购买计划。
[0018]
具体的，所述系统内的能源平衡，包括：电能平衡、热能平衡、天然气平衡、风电机组、光伏、燃气轮机、燃气锅炉、热电联产机组。
[0019]
进一步的，在所述步骤1)中，上层模型为区域综合能源系统低碳优化运行模型，上层模型的目标函数为系统运行总成本的最小化，其中包括在电力和天然气市场购买电力和
天然气的成本、设备的运行和维护成本、放弃风电的惩罚成本和碳交易的成本；
[0020]
其目标函数为：
[0021]
minc
total
＝c
purchase
+c
operation
+c
cur
+c
carb
on
ꢀꢀ
(1)
[0022]
区域综合能源系统从电力市场和天然气市场购买电力和天然气的成本c
purchase
为：
[0023][0024]
式中：c
purchase,ele
和c
purchase,gas
分别为购买电力和天然气的成本；为区域综合能源系统与主网连接处的节点边际电价；α为固定的天然气价格；
[0025]
各种设备的运行和维护费用c
operation
为：
[0026][0027]
式中：r
op,i
为不同设备的运行和维护成本系数；ω
eq
为设备集合；
[0028]
弃风的惩罚成本c
cur
为：
[0029][0030]
式中：c
cur,p
为风机p的惩罚系数；δ
p,t
为弃风惩罚系数；为风机发电可用出力；
[0031]
碳交易成本c
carbon
为：
[0032][0033][0034]
式中：e
re
为区域综合能源系统的实际碳排放量；e0区域综合能源系统的初始碳配额；为碳价；ρe和ρg为电力和天然气的碳排放计算系数；ρ0为免费的碳排放配额系数；
[0035]
关于区域综合能源系统的约束条件有能源平衡约束：
[0036][0037]
式中：p
te
为区域综合能源系统从上游市场购买的电量；p
twt
,p
tpv
,p
tchp
和p
tgt
分别为wt、pv、chp、gt等机组在t时刻的发电量；p
tload
为区域综合能源系统中的电负荷；
[0038][0039]
式中：和分别为chp和gb机组的产热量；为区域综合能源系统中的热负荷；
[0040][0041][0042]
式中：和分别为chp、gt和gb机组的天然气消耗量；η
chp_e
、η
chp_h
、η
gt
和η
gb
为不同设备的能源转化系数；
[0043]
区域综合能源系统中各设备的运行约束有：
[0044]
[0045][0046]
式中：p
iwt,min
和p
iwt,max
分别为wt的最大出力和最小出力；p
ipv,min
和p
ipv,max
分别为pv的最大出力和最小出力；ω
wt
和ω
pv
为wt和pv集合；
[0047][0048][0049]
式中：p
igt,min
和p
igt,max
为gt输出功率的最大值和最小值；和为gt的向上和向下爬坡限制；
[0050][0051]
式中：和为分别为gb的最大和最小产热量；
[0052][0053][0054][0055]
式中：为热输出转化为功率输出的总输出功率；k为热电比；p
ichp,min
和p
ichp,max
为第i个chp机组的最小和最大输出电量；和为第i个chp机组的最小和最大热输出。
[0056]
进一步的，在所述步骤2)中，建立的考虑区域综合能源系统参与的电力市场出清模型以社会福利最大为目标函数，也可以描述为电力系统总发电成本最小化问题，是一个线性规划问题：
[0057][0058]
式中：火电机组的预估发行价；为火电机组的出清输出功率；为燃气机组的预估发行价；为天然气机组的出清输出功率；ω
ff
和ω
gf
分别为火电机组和天然气机组的集合；
[0059]
电力市场出清模型可采用直流最优潮流问题，因此相关约束条件如下：
[0060]
在电力系统中，平衡节点的电压角为零：
[0061]
θ
bal
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)
[0062]
电网中的能源供需平衡方程为：
[0063][0064]
式中：是节点a的电负荷；为区域综合能源系统的电力需求；b
l
为传输线的电纳；θ为节点的相位角；
[0065]
传输线容量的限制为：
[0066]-p
lmax
≤b
l
·
(θ
la,t-θ
lb,t
)≤p
lmax
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)
[0067]
式中：p
lmax
为传输线的最大容量；
[0068]
火力发电机组和燃气发电机组的发电限制为：
[0069][0070][0071]
式中：p
iff,min
和p
iff,max
火电机组的最小和最大输出功率；p
igf,min
和p
igf,max
燃气机组的最小和最大输出功率。
[0072]
具体的，所构建的策略运行模型是一个非凸的双层模型，上层建立区域综合能源系统的最优低碳经济运行模型，下层考虑电力市场出清问题；
[0073]
将电力市场出清模型替换为其kkt条件，使该双层模型转化为具有平衡约束的数学问题：
[0074][0075][0076][0077][0078][0079][0080][0081][0082][0083]
式中：σi、ρi、和为kkt条件的乘子。
[0084]
进一步的，在所述步骤4)中，将所有的网络拓扑参数、机组运行参数等数据带入转化后的单层区域综合能源系统低碳策略运行模型，用商业求解器直接求解，得到区域综合能源系统的最优运行策略和电力市场的出清结果，进行园区内各设备出力的调节和区域综合能源系统向上级能源市场的购能计划。
[0085]
本发明技术方案所述考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法，通过建立双层的区域综合能源系统低碳优化策略运行模型；上层模型采用以包含碳交易成本的区域综合能源系统总运营成本最小作为目标函数来控制碳排放总量；下层模型为电力市场出清模型，区域综合能源系统以市场出清价格从上游能源市场购买电力，以固定价格购买天然气，能够在保证碳排放减少的前提下，有效实现区域综合能源系统的最优经济运行。
[0086]
与现有技术比较，本发明的优点是：
[0087]
1、本发明技术方案提出的一种在电力市场中的区域综合能源系统双层策略优化运行模型。首先，在上层区域综合能源系统低碳优化运行模型中，考虑碳交易机制以降低园区的碳排放量；随后，在下层模型中构建电力市场出清模型，考虑区域综合能源系统运行状态对电力市场出清的影响；最后，通过kkt条件将下层的电力市场出清模型转化为上层模型的约束条件，将非凸的双层问题转化成为可用商业求解器求解的具有平衡约束的数据问题。
[0088]
2、本发明的技术方案，能在保证区域综合能源系统碳排放减少的前提下，有效实现区域综合能源系统的最优经济运行。
附图说明
[0089]
图1为本发明涉及的区域综合能源系统能量流动图。
[0090]
图2为本发明涉及的电力系统拓扑图。
[0091]
图3为本发明考虑或不考虑碳交易的区域综合能源系统节点边际电价情况。
[0092]
图4为本发明考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳优化运行方法方框示意图。
具体实施方式
[0093]
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
[0094]
本发明所采用的区域综合能源系统能量流动图如图1所示，电力市场网架结构拓扑图如图2所示。
[0095]
本发明中的电力系统包含4个火电机组、1个燃气机组、4个电力负荷、6条传输线和1个区域综合能源系统与4号节点相连。区域综合能源系统包含1台热电联产机组(chp)、1台燃气轮机(gt)、1台燃气锅炉(gb)、1台风力机(wt)和1台光伏机组(pv)。
[0096]
如图4中所示，本发明的技术方案提供的一种考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳优化运行方法，包括以下步骤：
[0097]
1)考虑区域综合能源系统的碳交易成本，构建区域综合能源系统低碳优化运行模型，对区域综合能源系统内的设备进行稳态建模，并考虑系统内的能源平衡，包括：电能平衡、热能平衡、天然气平衡、风电机组、光伏、燃气轮机、燃气锅炉、热电联产机组；
[0098]
2)考虑电力市场出清流程，构建以社会福利最大化为目标，考虑电力供需平衡、线路传输容量约束以及燃气机组和燃煤机组的出力上下限约束的电力市场出清模型；
[0099]
3)通过kkt(karush-kuhn-tucher)条件将下层电力市场出清模型转化为上层区域综合能源系统低碳优化运行的约束条件，从而将区域综合能源系统双层低碳优化问题转化成为单层策略问题；
[0100]
4)求解上述步骤中转化的区域综合能源系统单层策略运行模型，得到电力市场的出清结果和区域综合能源系统的最优运行计划，按照计划调节园区内各设备的出力，并调整园区在电力市场和天然气市场中的能源购买计划。
[0101]
所述步骤1)中，多种能源在区域综合能源系统中相互耦合，如电力、热能及天然气等。
[0102]
本发明构建了一个双层低碳策略优化模型，该模型的目标是使上层区域综合能源系统的总运行成本和碳交易成本最小，引入碳交易机制可以约束园区的总碳排放量。区域综合能源系统以节点边际电价从电力市场购买电能，同时也可以以固定价格从天然气市场购买天然气，区域综合能源系统对不同能源的需求也会影响能源的价格。假设区域综合能源系统内设有燃气轮机(gt)、风机(wt)、光伏发电(pv)提供电力，燃气锅炉(gb)提供热能，热电联产(chp)作为一种流行的能源耦合装置提供热和电。
[0103]
上层模型的目标函数为系统运行总成本的最小化，其中包括在电力和天然气市场
购买电力和天然气的成本、设备的运行和维护成本、放弃风电的惩罚成本和碳交易的成本。目标函数为：
[0104]
minc
total
＝c
purchase
+c
operation
+c
cur
+c
carbon
ꢀꢀ
(34)
[0105]
区域综合能源系统从电力市场和天然气市场购买电力和天然气的成本c
purchase
为：
[0106][0107]
式中：c
purchase,ele
和c
purchase,gas
分别为购买电力和天然气的成本；为区域综合能源系统与主网连接处的节点边际电价；α为固定的天然气价格。
[0108]
各种设备的运行和维护费用c
operation
为：
[0109][0110]
式中：r
op,i
为不同设备的运行和维护成本系数；ω
eq
为设备集合。
[0111]
弃风的惩罚成本c
cur
为：
[0112][0113]
式中：c
cur,p
为风机p的惩罚系数；δ
p,t
为弃风惩罚系数；为风机发电可用出力。
[0114]
碳交易成本c
carbon
为：
[0115][0116][0117]
式中：e
re
为区域综合能源系统的实际碳排放量；e0区域综合能源系统的初始碳配额；为碳价；ρe和ρg为电力和天然气的碳排放计算系数；ρ0为免费的碳排放配额系数。
[0118]
关于区域综合能源系统的约束条件有能源平衡约束：
[0119][0120]
式中：p
te
为区域综合能源系统从上游市场购买的电量；p
twt
,p
tpv
,p
tchp
和p
tgt
分别为wt、pv、chp、gt等机组在t时刻的发电量；p
tload
为区域综合能源系统中的电负荷。
[0121][0122]
式中：和h
tgb
分别为chp和gb机组的产热量；为区域综合能源系统中的热负荷。
[0123][0124][0125]
式中：q
tchp
、q
tgt
和q
tgb
分别为chp、gt和gb机组的天然气消耗量；η
chp_e
、η
chp_h
、η
gt
和η
gb
为不同设备的能源转化系数。
[0126]
区域综合能源系统中各设备的运行约束有：
[0127]
[0128][0129]
式中：p
iwt,min
和p
iwt,max
分别为wt的最大出力和最小出力；p
ipv,min
和p
ipv,max
分别为pv的最大出力和最小出力；ω
wt
和ω
pv
为wt和pv集合。
[0130][0131][0132]
式中：p
igt,min
和p
igt,max
为gt输出功率的最大值和最小值；和为gt的向上和向下爬坡限制。
[0133][0134]
式中：h
igb,min
和h
igb,max
为分别为gb的最大和最小产热量。
[0135][0136][0137][0138]
式中：为热输出转化为功率输出的总输出功率；k为热电比；p
ichp,min
和p
ichp,max
为第i个chp机组的最小和最大输出电量；和为第i个chp机组的最小和最大热输出。
[0139]
所述步骤2)中，建立的电力市场出清模型以社会福利最大为目标函数，也可以描述为电力系统总发电成本最小化问题，是一个线性规划问题：
[0140][0141]
式中：火电机组的预估发行价；为火电机组的出清输出功率；为燃气机组的预估发行价；为天然气机组的出清输出功率；ω
ff
和ω
gf
分别为火电机组和天然气机组的集合。
[0142]
电力市场出清模型可采用直流最优潮流问题，因此相关约束条件如下：
[0143]
在电力系统中，平衡节点的电压角为零：
[0144]
θ
bal
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(53)
[0145]
电网中的能源供需平衡方程为：
[0146][0147]
式中：是节点a的电负荷；为区域综合能源系统的电力需求；b
l
为传输线的电纳；θ为节点的相位角。
[0148]
传输线容量的限制为：
[0149]-p
lmax
≤b
l
·
(θ
la,t-θ
lb,t
)≤p
lmax
ꢀꢀꢀꢀ
(55)
[0150]
式中：p
lmax
为传输线的最大容量。
[0151]
火力发电机组和燃气发电机组的发电限制为：
[0152]
[0153][0154]
式中：p
iff,min
和p
iff,max
火电机组的最小和最大输出功率；p
igf,min
和p
igf,max
燃气机组的最小和最大输出功率。
[0155]
在所述步骤3)中，该发明构建的策略运行模型是一个非凸的双层模型，上层建立区域综合能源系统的最优低碳经济运行模型，下层考虑电力市场出清问题。因此，将电力市场出清模型替换为其kkt(karush-kuhn-tucher，卡罗需-库恩-塔克条件)条件，使该双层模型转化为具有平衡约束的数学问题(mpec)。
[0156][0157][0158][0159][0160][0161][0162][0163][0164][0165]
式中：σi、ρi、和为kkt条件的乘子。
[0166]
在所述步骤4)中，假设碳价格和天然气价格为常数，分别为10美元/吨和4.5美元/kcf，并将所有的网络拓扑参数、机组运行参数等数据带入转化后的单层区域综合能源系统低碳策略运行模型，用商业求解器直接求解，得到区域综合能源系统的最优运行策略和电力市场的出清结果，进行园区内各设备出力的调节和区域综合能源系统向上级能源市场的购能计划。
[0167]
为了更清晰地表明本发明的有效性，分析碳交易成本对电价的影响，设置对照场景进行对比：
[0168]
1、区域综合能源系统考虑碳排放成本时参与电力市场；
[0169]
2、区域综合能源系统不考虑碳排放成本时参与电力市场；
[0170]
对本实施案例进行求解，电力市场出清结果如图3所示。为了分析碳交易成本对电价的影响，对比了两种不同场景下与区域综合能源系统相连的节点的出清结果。图3显示了当区域综合能源系统考虑或不考虑碳交易成本时，与区域综合能源系统连接的节点边际电价，并说明考虑碳交易成本会使节点边际电价升高。
[0171]
在考虑碳交易成本后，区域综合能源系统更倾向于购买天然气，因为电力的碳排放强度大于天然气，电力需求较小，节点边际电价较高。从区域综合能源系统的碳排放总量来看，采用碳交易机制后，区域综合能源系统的碳排放总量从38.54万吨下降到35.43万吨。区域综合能源系统的总运行费用在考虑碳交易成本后从275.79k$下降为256.32k$。结果表明，该模型能够实现区域综合能源系统的最优经济运行，并达到预期的碳排放降低效果。
[0172]
本发明的技术方案，通过建立双层的区域综合能源系统低碳优化策略运行模型；上层模型采用以包含碳交易成本的区域综合能源系统总运营成本最小作为目标函数来控制碳排放总量；下层模型为电力市场出清模型，区域综合能源系统以市场出清价格从上游能源市场购买电力，以固定价格购买天然气。该方法能在保证碳排放减少的前提下，有效实现区域综合能源系统的最优经济运行。
[0173]
本发明可广泛用于区域综合能源系统的运行管理领域。

技术特征：
1.一种考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法，包括区域综合能源系统的运行管理，其特征是：1)考虑区域综合能源系统的碳交易成本，构建区域综合能源系统低碳优化运行模型，对区域综合能源系统内的设备进行稳态建模，并考虑系统内的能源平衡；2)考虑电力市场出清流程，构建以社会福利最大化为目标，考虑电力供需平衡、线路传输容量约束以及燃气机组和燃煤机组的出力上下限约束的电力市场出清模型；3)通过kkt条件将下层电力市场出清模型转化为上层区域综合能源系统低碳优化运行的约束条件，从而将区域综合能源系统双层低碳优化问题转化成为单层策略问题；4)求解上述步骤中转化的区域综合能源系统单层策略运行模型，得到电力市场的出清结果和区域综合能源系统的最优运行计划，按照计划调节园区内各设备的出力，并调整园区在电力市场和天然气市场中的能源购买计划。2.按照权利要求1所述的考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法，其特征是所述系统内的能源平衡，包括：电能平衡、热能平衡、天然气平衡、风电机组、光伏、燃气轮机、燃气锅炉、热电联产机组。3.按照权利要求1所述的考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法，其特征是在所述步骤1)中，上层模型为区域综合能源系统低碳优化运行模型，上层模型的目标函数为系统运行总成本的最小化，其中包括在电力和天然气市场购买电力和天然气的成本、设备的运行和维护成本、放弃风电的惩罚成本和碳交易的成本；其目标函数为：minc
total
＝c
purchase
+c
operation
+c
cur
+c
carbon
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)区域综合能源系统从电力市场和天然气市场购买电力和天然气的成本c
purchase
为：式中：c
purchase,ele
和c
purchase,gas
分别为购买电力和天然气的成本；为区域综合能源系统与主网连接处的节点边际电价；α为固定的天然气价格；各种设备的运行和维护费用c
operation
为：式中：r
op,i
为不同设备的运行和维护成本系数；ω
eq
为设备集合；弃风的惩罚成本c
cur
为：式中：c
cur,p
为风机p的惩罚系数；δ
p,t
为弃风惩罚系数；为风机发电可用出力；碳交易成本c
carbon
为：为：式中：e
re
为区域综合能源系统的实际碳排放量；e0区域综合能源系统的初始碳配额；
为碳价；ρ
e
和ρ
g
为电力和天然气的碳排放计算系数；ρ0为免费的碳排放配额系数；关于区域综合能源系统的约束条件有能源平衡约束：式中：p
te
为区域综合能源系统从上游市场购买的电量；p
twt
,p
tpv
,p
tchp
和p
tgt
分别为wt、pv、chp、gt等机组在t时刻的发电量；p
tload
为区域综合能源系统中的电负荷；h
tchp
+h
tgb
＝h
tload
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)式中：h
tchp
和h
tgb
分别为chp和gb机组的产热量；h
tload
为区域综合能源系统中的热负荷；为区域综合能源系统中的热负荷；式中：q
tchp
、q
tgt
和q
tgb
分别为chp、gt和gb机组的天然气消耗量；η
chp_e
、η
chp_h
、η
gt
和η
gb
为不同设备的能源转化系数；区域综合能源系统中各设备的运行约束有：区域综合能源系统中各设备的运行约束有：式中：p
iwt,min
和p
iwt,max
分别为wt的最大出力和最小出力；p
ipv,min
和p
ipv,max
分别为pv的最大出力和最小出力；ω
wt
和ω
pv
为wt和pv集合；为wt和pv集合；式中：p
igt,min
和p
igt,max
为gt输出功率的最大值和最小值；r
igt,down
和r
igt,up
为gt的向上和向下爬坡限制；式中：h
igb,min
和h
igb,max
为分别为gb的最大和最小产热量；为分别为gb的最大和最小产热量；为分别为gb的最大和最小产热量；式中：为热输出转化为功率输出的总输出功率；k为热电比；p
ichp,min
和p
ichp,max
为第i个chp机组的最小和最大输出电量；h
ichp,min
和h
ichp,max
为第i个chp机组的最小和最大热输出。4.按照权利要求1所述的考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法，其特征是在所述步骤2)中，建立的考虑区域综合能源系统参与的电力市场出清模型以社会福利最大为目标函数，也可以描述为电力系统总发电成本最小化问题，是一个线性规划问题：
式中：火电机组的预估发行价；为火电机组的出清输出功率；为燃气机组的预估发行价；为天然气机组的出清输出功率；ω
ff
和ω
gf
分别为火电机组和天然气机组的集合；电力市场出清模型可采用直流最优潮流问题，因此相关约束条件如下：在电力系统中，平衡节点的电压角为零：θ
bal
＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)电网中的能源供需平衡方程为：式中：是节点a的电负荷；为区域综合能源系统的电力需求；b
l
为传输线的电纳；θ为节点的相位角；传输线容量的限制为：-p
lmax
≤b
l
·
(θ
la,t-θ
lb,t
)≤p
lmax
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)式中：p
lmax
为传输线的最大容量；火力发电机组和燃气发电机组的发电限制为：火力发电机组和燃气发电机组的发电限制为：式中：p
iff,min
和p
iff,max
火电机组的最小和最大输出功率；p
igf,min
和p
igf,max
燃气机组的最小和最大输出功率。5.按照权利要求1所述的考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法，其特征是所构建的策略运行模型是一个非凸的双层模型，上层建立区域综合能源系统的最优低碳经济运行模型，下层考虑电力市场出清问题；将电力市场出清模型替换为其kkt条件，使该双层模型转化为具有平衡约束的数学问题：题：题：τ
lmin
≥0
⊥‑
p
lmax-b
l
(θ
la,t-θ
lb,t
)≤0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)τ
lmax
≥0
⊥
b
l
(θ
la,t-θ
lb,t
)-p
lmax
≤0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(29)(29)(29)(29)式中：σ
i
、ρ
i
、τ
lmin
、τ
lmax
、和为kkt条件的乘子。6.按照权利要求1所述的考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法，
其特征是在所述步骤4)中，将所有的网络拓扑参数、机组运行参数等数据带入转化后的单层区域综合能源系统低碳策略运行模型，用商业求解器直接求解，得到区域综合能源系统的最优运行策略和电力市场的出清结果，进行园区内各设备出力的调节和区域综合能源系统向上级能源市场的购能计划。7.按照权利要求1所述的考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法，其特征是所述考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法，通过建立双层的区域综合能源系统低碳优化策略运行模型；上层模型采用以包含碳交易成本的区域综合能源系统总运营成本最小作为目标函数来控制碳排放总量；下层模型为电力市场出清模型，区域综合能源系统以市场出清价格从上游能源市场购买电力，以固定价格购买天然气，能够在保证碳排放减少的前提下，有效实现区域综合能源系统的最优经济运行。

技术总结
一种考虑电力市场出清的区域综合能源系统低碳策略运行方法，属电网运行管理领域。构建区域综合能源系统低碳优化运行模型，对区域综合能源系统内的设备进行稳态建模；构建电力市场出清模型；通过KKT条件将下层电力市场出清模型转化为上层区域综合能源系统低碳优化运行的约束条件，从而将区域综合能源系统双层低碳优化问题转化成为单层策略问题；求解上述步骤中转化的区域综合能源系统单层策略运行模型，得到电力市场的出清结果和区域综合能源系统的最优运行计划，按照计划调节园区内各设备的出力，并调整园区在电力市场和天然气市场中的能源购买计划。能在保证区域综合能源系统碳排放减少的前提下，有效实现区域综合能源系统的最优经济运行。统的最优经济运行。统的最优经济运行。


技术研发人员：江晶晶 张春雁 沈建忠 窦真兰 韩跃峻 赵敏 陈俊逸
受保护的技术使用者：国网上海市电力公司
技术研发日：2023.03.31
技术公布日：2023/8/23