考虑柔性负荷的综合能源系统低碳经济优化调度【复现】

随着低碳发展进程的不断推进，综合能源系统（IES）逐渐成为实现减排目标的重要支撑技术。 基于能 源集线器概念，结合需求侧柔性负荷的可平移、可转移、可削减特性，构建了含风光储、燃气轮机、柔性负荷等 在内的 IES 模型。 综合考虑了系统运行成本和碳交易成本，建立了以总成本最低为优化目标的 IES 低碳经济 调度模型，采用鲸鱼优化算法对算例进行求解。 通过场景对比，分析了碳交易因素对能源调度的影响，以及在 碳交易体系之下，柔性负荷的合理调度对 IES 进一步减少碳排放、降低系统成本可发挥的作用。 研究结果表 明，在碳交易体系下，柔性负荷参与调度能有效地提高系统的经济环境综合效益。

部分代码

%定义机组变量
P_pv=sdpvar(1,24,'full');%光伏电输出功率
P_wt=sdpvar(1,24,'full');%风机电输出功率
P_mt=sdpvar(1,24,'full');%燃气轮机电输出功率
P_GB=sdpvar(1,24,'full');%燃气锅炉输出热功率


Pbuy=sdpvar(1,24,'full');%从电网购电电量
Psell=sdpvar(1,24,'full');%向电网售电电量
Pnet=sdpvar(1,24,'full');%与电网交换功率
Temp_net=binvar(1,24,'full'); % 购|售电标志


Pcharge=sdpvar(1,24,'full');%充电功率
UPcharge=binvar(1,24,'full');%充电标志  
Pdischarge=sdpvar(1,24,'full');%放电功率
UPdischarge=binvar(1,24,'full');%放电标志  
B=sdpvar(1,24,'full');%电储能余量


Hcharge=sdpvar(1,24,'full');%储热系统充热
Hdischarge=sdpvar(1,24,'full');%储热系统放热
UHcharge=binvar(1,24,'full'); %储热系统充热标志
UHdischarge=binvar(1,24,'full'); %储热系统放热标志
H=sdpvar(1,24,'full'); %热储能余量





%% 燃料成本
C_fuel=0;
for i=1:24
 C_fuel=C_fuel+2.5*P_GB(i)/9.7+2.5*P_mt(i)/0.45/9.7;%耗气成本
end
%% 储能运行成本
C_storge=0;
for i=1:24
 C_storge=C_storge+0.5*(Pcharge(i)+Pdischarge(i)+Hcharge(i)+Hdischarge(i));%储能运行成本
end


%% 补偿成本
C_L=0;
for i=1:24
    C_L=C_L+0.2*(PPshift1(i)+PPshift2(i))+0.1*HHshift(i)+0.3*PPtran(i)+0.4*PPcut(i)+0.2*HHcut(i);
end
%% 碳交易成本


Q_carbon=0;%碳排放量-碳配额量(克)
for i=1:24
    Q_carbon=Q_carbon+(((1303-798)*(Pbuy(i)+abs(Psell(i)))+(564.7-424)*(P_GB(i)/9.7+P_mt(i)/0.45/9.7)+...
        (43-78)*P_wt(i)+(154.5-78)*P_pv(i)+91.3*(Pcharge(i)+Pdischarge(i))));
end


E_v=sdpvar(1,5);%每段区间内的长度,分为5段,每段长度是2000
lamda=0.15*10^(-3);%碳交易基价
Constraints=[Constraints,
   Q_carbon==sum(E_v),%总长度等于Q_carbon
   0<=E_v(1:4)<=120000,%除了最后一段，每段区间长度小于等于120000g
   0<=E_v(5),
  ];
%碳交易成本
C_CO2=0;
for v=1:5
    C_CO2=C_CO2+(lamda+(v-1)*0.25*lamda)*E_v(v);
end




F= C_OM+C_fuel+C_gridbuy+C_gridsell+C_storge+C_L+C_CO2;
ops = sdpsettings('solver','cplex', 'verbose', 2);%参数指定程序用cplex求解器
optimize(Constraints,F,ops)
% ops=sdpsettings('solver','cplex');%设置求解方式
% [model,recoveryalmip,diagnostic,internalmodel]=export(Constraints,F,ops);%转为cplex模型
% milpt=Cplex('milp for htc');
% milpt.Model.sense='minimize';
% milpt.Model.obj=model.f;
% milpt.Model.lb=model.lb;
% milpt.Model.ub=model.ub;
% milpt.Model.A=[model.Aineq;model.Aeq];
% milpt.Model.lhs=[-inf*ones(size(model.bineq,1),1);model.beq];
% milpt.Model.rhs=[model.bineq;model.beq];
% milpt.Model.ctype=model.ctype;
% milpt.writeModel('ab.lp');%输出cplex模型（注意大小写）
% milpt.solve();%模型求解


F=value(F)%成本
P_pv=value(P_pv);
P_wt=value(P_wt);
P_mt=value(P_mt);
P_GB=value(P_GB);
Pcharge=value(Pcharge);
Pdischarge=value(Pdischarge);
Hcharge=value(Hcharge);
Hdischarge=value(Hdischarge);
Pbuy=value(Pbuy);
Psell=value(Psell);
PPshift1=value(PPshift1);
PPshift2=value(PPshift2);
PPtran=value(PPtran);
PPcut=value(PPcut);
HHshift=value(HHshift);
HHcut=value(HHcut);


%% 画图


figure
ee=value([Pfix;Pcut;Pshift1;Pshift2;Ptran]);
bar(ee',1,'stack')
hold on
plot(Pfix+Pcut+Pshift1+Pshift2+Ptran,'g-*','linewidth',2)
hold on 
plot(Pfix,'y-*','linewidth',2)
xlabel('时间/h');
ylabel('电负荷功率/kW');
legend('基础电负荷','可消减电负荷','可平移电负荷1','可平移电负荷2','可转移电负荷','等效负荷','固定负荷');
title('优化前用户侧柔性电负荷分布');




figure
hh=value([Hfix;Hcut;Hshift]);
bar(hh',1,'stack');
hold on
plot(Hfix+Hcut+Hshift,'c-*','linewidth',2)
hold on 
plot(Hfix,'y-*','linewidth',2)
legend('基础热负荷','可消减热负荷','可平移热负荷','等效热负荷','基础热负荷');
xlabel('时间/h');
ylabel('热负荷功率/kW');
title('优化前用户侧柔性热负荷分布');


for i=1:24
    op_e_load(i)=Pfix(i)+Pcut(i)+PPshift1(i)+PPshift2(i)+PPtran(i)-PPcut(i);
end
x=1:24;


figure
bar(e_load-op_e_load,'b');
hold on
xlabel('时间/h');
ylabel('电负荷/kW');
yyaxis right
plot(buy_price,'r--*','linewidth',2);
xlabel('时间/h');
ylabel('电价');
title('需求响应前后电负荷曲线');
legend('响应电负荷','市场电价');


figure
bar(e_load,'r');
hold on
plot(op_e_load,'g-*','linewidth',2);
xlabel('时间/h');
ylabel('电负荷/kW');
title('需求响应前后电负荷曲线');
legend('优化前电负荷','优化后电负荷');


E_v=value(E_v);
figure
bar(E_v,0.5)
xlabel('时间/h');
ylabel('碳交易量');
yyaxis right
ecc=(lamda+(v-1)*0.25*lamda)*E_v;
plot(ecc,'r-*','linewidth',2)
ylabel('碳交易成本');
ylim([24 50]);
legend('阶梯式碳交易量','阶梯式碳交易成本');


figure
s=(((1303-798)*(Pbuy+abs(Psell))+(564.7-424)*(P_GB/9.7+P_mt/0.45/9.7)+...
        (43-78)*P_wt+(154.5-78)*P_pv+91.3*(Pcharge+Pdischarge)));
bar(s,0.5,'g')
hold on
yyaxis right
plot(buy_price,'r-*','linewidth',2);
xlabel('时间/h');
ylabel('电价');
title('碳交易总量');
legend('碳交易总量','市场电价');


for i=1:24
    op_h_load(i)=Hfix(i)+Hcut(i)+HHshift(i)-HHcut(i);
end
x=1:24;
figure
bar(h_load,'r');
hold on
plot(op_h_load,'g-*','linewidth',2);
xlabel('时间/h');
ylabel('热负荷/kW');
title('需求响应前后热负荷曲线');
legend('优化前热负荷','优化后热负荷');


figure
bar(h_load-op_h_load,'r');
hold on
xlabel('时间/h');
ylabel('热负荷/kW');
yyaxis right
plot(buy_price,'g--*','linewidth',2);
xlabel('时间/h');
ylabel('电价');
title('需求响应前后热负荷曲线');
legend('响应热负荷','市场电价');

完整代码