017文章解读与程序——电力建设北大核心《碳交易机制下考虑需求响应的综合能源系统优化运行》已提供下载资源

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摘 要: 综合能源系统是实现“双碳”目标的有效途径，为进一步挖掘其需求侧可调节潜力对碳减排的作用，提出了一 种碳交易机制下考虑需求响应的综合能源系统优化运行模型。首先，根据负荷响应特性将需求响应分为价格型和替代 型 2 类，分别建立了基于价格弹性矩阵的价格型需求响应模型，及考虑用能侧电能和热能相互转换的替代型需求响应 模型; 其次，采用基准线法为系统无偿分配碳排放配额，并考虑燃气轮机和燃气锅炉的实际碳排放量，构建一种面向综 合能源系统的碳交易机制; 最后，以购能成本、碳交易成本及运维成本之和最小为目标函数，建立综合能源系统低碳优 化运行模型，并通过 4 类典型场景对所提模型的有效性进行了验证。通过对需求响应灵敏度、燃气轮机热分配比例和 不同碳交易价格下系统的运行状态分析发现，合理分配价格型和替代型需求响应及燃气轮机产热比例有利于提高系统 运行经济性，制定合理的碳交易价格可以实现系统经济性和低碳性协同。

这段摘要描述了一种在碳交易机制下考虑需求响应的综合能源系统优化运行模型。以下是对摘要的详细解读：

1. 背景和目的：

   • 综合能源系统被认为是实现“双碳”目标（即碳减排和碳交易）的有效途径。为了更好地发挥需求侧可调节潜力对碳减排的作用，提出了一种考虑需求响应的优化运行模型。

2. 需求响应分类和建模：

   • 首先，将需求响应分为价格型和替代型两类，分别建立了基于价格弹性矩阵的价格型需求响应模型和考虑用能侧电能和热能相互转换的替代型需求响应模型。这表明研究者细致地考虑了需求侧在面对不同类型的价格和能源替代时的响应行为。

3. 碳交易机制设计：

   • 采用基准线法为系统无偿分配碳排放配额，考虑了燃气轮机和燃气锅炉的实际碳排放量，构建了一种面向综合能源系统的碳交易机制。这意味着研究者综合考虑了碳排放的实际情况，为系统内不同设备的碳交易提供了基准。

4. 目标函数和模型建立：

   • 以购能成本、碳交易成本及运维成本之和最小为目标函数，建立了综合能源系统低碳优化运行模型。这表明研究者在优化模型中综合考虑了购能成本、碳交易成本和运维成本等多个因素。

5. 验证和分析：

   • 通过对4类典型场景的验证，研究者分析了模型的有效性。通过对需求响应灵敏度、燃气轮机热分配比例和不同碳交易价格下系统的运行状态进行分析，发现了合理分配不同类型的需求响应和燃气轮机产热比例对提高系统运行经济性的有利因素。

6. 结论：

   • 摘要最后得出结论，即通过合理分配需求响应和燃气轮机产热比例，并制定合理的碳交易价格，可以实现系统经济性和低碳性的协同。这强调了在综合能源系统中考虑需求响应和碳交易的重要性。

总体而言，这项研究提供了一个综合性的方法，考虑了多个因素，以优化综合能源系统的运行，达到经济性和低碳性的协同目标。

部分代码展示：

%% 碳交易机制下考虑需求响应的综合能源系统优化运行——魏震波
%场景 3: 仅考虑需求响应;


clc;clear;close all;% 程序初始化
%% 读取数据
shuju=xlsread('carbon+DR数据.xlsx'); %把一天划分为24小时
load_e=shuju(2,:); %初始电负荷
load_h=shuju(3,:); %初始热负荷
P_PV=shuju(4,:);    %光电预测
P_WT=shuju(5,:);    %风电预测
pe_b=shuju(6,:); %需求响应前电价
pe_a=shuju(7,:); %需求响应电价
ph_b=shuju(8,:); %需求响应前热价
ph_a=shuju(9,:); %需求响应热价

%% 需求侧定义变量
Z=zeros(24,24); %需求弹性矩阵
e_W1=0.5;e_W2=0.3;e_W3=0.15;e_W4=0.05;%约束：固定、可转移、可消减、可替代负荷占比50%，30%，15%，5% %这里进行4. 2. 2 需求响应灵敏度分析
h_W1=0.5;h_W2=0.2;h_W3=0.2;h_W4=0.1;%约束：固定、可转移、可消减、可替代负荷占比50%，30%，15%，5%  %这里进行4. 2. 2 需求响应灵敏度分析
Psl_e=zeros(1,24);%转移电负荷量
Pcl_e=zeros(1,24);%消减电负荷量
Prl_e=zeros(1,24);%电负荷被替代量
Psl_h=zeros(1,24);%转移热负荷量
Pcl_h=zeros(1,24);%消减热负荷量
Prl_h=zeros(1,24);%热负荷被替代量
P2H=1.83; %电转热系数
OP_load_e=zeros(1,24);%优化后的电负荷
OP_load_h=zeros(1,24);%优化后的热负荷
%% IES电网交互电价
price_buy_grid=shuju(7,:); %向电网购电价
price_sell_grid=shuju(10,:); %向电网售电价
%% 供应测定义机组变量
%CHP
P_GT=sdpvar(1,24,'full');%燃气轮机输出功率
e_GT=0.3;%燃气轮机供电效率
h_GT=0.4;%燃气轮机供热效率
P_WHB=sdpvar(1,24,'full');%余热锅炉输出功率
r_WHB=0.80;%热回收效率
P_ORC=sdpvar(1,24,'full');%ORC输出功率
r_ORC=0.80;%ORC效率

P_GB=sdpvar(1,24,'full');%燃气锅炉输出功率
h_GB=0.9;%燃气锅炉供热效率

P_HP=sdpvar(1,24,'full');%热泵输入功率
COP_HP=4.4;%电制冷机冷系数

 B_grid=sdpvar(1,24,'full');%购电电量
 S_grid=sdpvar(1,24,'full');%售电电量
 B_grid_sign=binvar(1,24,'full'); %购电标志

ES_char=sdpvar(1,24,'full');%储电系统充电
ES_dischar=sdpvar(1,24,'full');%储电系统放电
ES_char_sign=binvar(1,24,'full');%储电系统充电标志
ES_max=400; ES_loss=0.01;ES_c_char=0.95;ES_c_discharge=0.9;%电储能最大容量；自损系数；充、放能效率

HS_char=intvar(1,24,'full');%储热系统充热
HS_dischar=intvar(1,24,'full');%储热系统放热
HS_char_sign=binvar(1,24,'full'); %储热系统充热标志
HS_max=400; HS_loss=0.01;HS_c_char=0.95;HS_c_discharge=0.9;%热储能最大容量；自损系数；充、放能效率;原文0.8
%% DR-需求侧响应优化
Z_e=ElasticityMatrix(pe_a); %电价需求弹性矩阵
Z_e_CL=diag(diag(Z_e)); %消减电负荷弹性矩阵,对角阵
Z_e_SL=Z_e-Z_e_CL; %转移电负荷弹性矩阵

Z_h=ElasticityMatrix(ph_a); %热价需求弹性矩阵
Z_h_CL=diag(diag(Z_h)); %消减热负荷弹性矩阵,对角阵
Z_h_SL=Z_h-Z_h_CL; %转移热负荷弹性矩阵

%价格型需求响应
[Psl_e,Pcl_e]=IBDR(Z_e_SL,Z_e_CL,load_e,pe_a,pe_b,e_W2,e_W3);
[Psl_h,Pcl_h]=IBDR(Z_h_SL,Z_h_CL,load_h,ph_a,ph_b,h_W2,h_W3);
%替代型需求响应
[Prl_e,Prl_h]=RBDR(pe_a,ph_a,e_W4,h_W4);

OP_load_e=load_e+Psl_e+Pcl_e-Prl_e+Prl_h/P2H;%优化后的电负荷
OP_load_h=load_h+Psl_h+Pcl_h-Prl_h+Prl_e*P2H;%优化后的热负荷
%%  IES供应侧储能约束     
ES_start=80;
HS_start=50;  %电储能和热储能的初始能量
for i=1:24
    ES(1,i)=ES_start+ES_char(1,i)*ES_c_char-ES_dischar(1,i)/ES_c_discharge; %储电初始容量约束
    ES_start=ES(1,i);
end
for i=1:23
    ES(1,i+1)= ES(1,i)*(1-ES_loss)+ES_char(1,i)*(1-ES_c_char)-ES_dischar(1,i)/ES_c_discharge; %储电容量约束
end
ES_start=ES(1,24);

for i=1:24
    EH(1,i)=HS_start+HS_char(1,i)*(1-HS_c_char)-HS_dischar(1,i)/HS_c_discharge; %储热初始容量约束
    HS_start=EH(1,i);
end
for i=1:23
    EH(1,i+1)= EH(1,i)*(1-HS_loss)+HS_char(1,i)*HS_c_char-HS_dischar(1,i)/HS_c_discharge; %储热容量约束
end
HS_start=EH(1,24);

%% IES供应侧优化
% 约束条件
C=[];
%%电储能设备运行约束
 for i=1:24  %运行约束
     C=[C,0<=ES_char(1,i)<=250*ES_char_sign(1,i)];
     C=[C,0<=ES_dischar(1,i)<=250*(1-ES_char_sign(1,i))];
 end
 
 for i=1:24 %余量约束
     C=[C,0<=ES(1,i)<=400];
 end
     
 %热储能设备运行约束
 for i=1:24  %运行约束
     C=[C,0<=HS_char(1,i)<=250*HS_char_sign(1,i)];
     C=[C,0<=HS_dischar(1,i)<=250*(1-HS_char_sign(1,i))];
 end
 for i=1:24 %余量约束
     C=[C,0<=EH(1,i)<=400];
 end

效果展示：

四个场景：

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