本發(fā)明涉及多能源協(xié)同發(fā)電運(yùn)營，尤其涉及一種考慮發(fā)電權(quán)共享的多能聯(lián)盟協(xié)同優(yōu)化運(yùn)營方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，隨著全球能源轉(zhuǎn)型和低碳發(fā)展進(jìn)程的推進(jìn)，多能互補(bǔ)、電碳交易機(jī)制已經(jīng)發(fā)展成為提高能源系統(tǒng)效率、促進(jìn)可再生能源消納的重要手段。但是在實(shí)際運(yùn)營中，仍面臨著多種能源系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)以及市場機(jī)制優(yōu)化等諸多挑戰(zhàn)。深入研究多能互補(bǔ)系統(tǒng)與碳市場機(jī)制的協(xié)同優(yōu)化問題，對于實(shí)現(xiàn)能源系統(tǒng)低碳、高效運(yùn)營具有重要意義。

2、目前在國內(nèi)外的相關(guān)研究中，主要側(cè)重以下兩個(gè)方面：

3、一是圍繞終端用戶的多樣化用能需求，結(jié)合傳統(tǒng)能源與新能源互補(bǔ)特性，優(yōu)化能源供需平衡結(jié)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)資源的高效配置。如：以天然氣、熱、電、冷等多級聯(lián)供或能源集成系統(tǒng)等方式，實(shí)現(xiàn)多能源協(xié)同供應(yīng)與能源梯級利用。例如：li?peng,wang?zixuan,wangjiahao等在《a?multi-time-space?scale?optimal?operation?strategy?for?adistributed?integrated?energy?system》中提出了基于日前、日內(nèi)和實(shí)時(shí)三個(gè)層次的多時(shí)空尺度能源供需平衡方法。lu?qing,guo?qisheng,zeng?wei在《optimizationscheduling?of?integrated?energy?service?systemin?community:a?bi-layeroptimization?model?considering?multi-energy?demand?response?and?usersatisfaction》中，以及王新剛,趙舫,朱文君在《基于綜合能源計(jì)量數(shù)據(jù)的區(qū)域用能特性分析》中公開了對社區(qū)用戶多能需求響應(yīng)的分析，通過優(yōu)化用戶能源消費(fèi)行為，提高了綜合用能的經(jīng)濟(jì)性和用戶的滿意度。劉沆,趙海彭,文明等在《考慮負(fù)荷靈活分配的綜合能源系統(tǒng)站-網(wǎng)-荷協(xié)同規(guī)劃方法》中，以及趙海彭,苗世洪,李超等在《考慮冷熱電需求耦合響應(yīng)特性的園區(qū)綜合能源系統(tǒng)優(yōu)化運(yùn)行策略研究》中構(gòu)建了綜合能源或源-網(wǎng)-荷模式下協(xié)同優(yōu)化規(guī)劃模型，通過案例研究了所提方法可有效減少系統(tǒng)投資或系統(tǒng)傳輸能耗。同時(shí)現(xiàn)有關(guān)于多能互補(bǔ)經(jīng)濟(jì)優(yōu)化調(diào)度的研究主要側(cè)重于模型構(gòu)建、各主體發(fā)電優(yōu)化組合以及各主體的效益補(bǔ)償機(jī)制等方面。

4、可知，上述研究在降低系統(tǒng)運(yùn)行成本、促進(jìn)清潔能源消納方面取得了成效，但在如何激勵各主體長期協(xié)作和利益共享機(jī)制方面研究不夠深入。

5、二是關(guān)于多級市場機(jī)制設(shè)計(jì)及協(xié)同耦合等方面；例如：李炳陽,李新利,楊國田等在《風(fēng)光火儲聯(lián)合供應(yīng)火電廠廠用電系統(tǒng)優(yōu)化調(diào)度》中，以及l(fā)i?x,tan?z,shen?j等在《research?on?the?operation?strategy?of?joint?wind-photovoltaic-hydropower-pumped?storage?participation?in?electricity?market?based?on?nash?negotiation》中進(jìn)一步探討了多能發(fā)電系統(tǒng)在電能市場和輔助服務(wù)市場中的聯(lián)合優(yōu)化。王榮茂,劉淼,張曄等在《基于碳交易與碳捕捉均衡成本的風(fēng)光火儲系統(tǒng)低碳調(diào)度技術(shù)》中構(gòu)建了單一碳價(jià)下的多能源系統(tǒng)調(diào)度模型，探討了碳交易機(jī)制對碳減排的引導(dǎo)作用。但是現(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)單一碳價(jià)機(jī)制有助于建立碳市場框架，但其無法有效反映市場供需動態(tài)，階梯式碳價(jià)機(jī)制可以彌補(bǔ)單一碳價(jià)機(jī)制的不足，即通過設(shè)定不同的碳配額價(jià)格機(jī)制，可有效激勵高碳排放企業(yè)實(shí)施節(jié)能減排，該機(jī)制還可反映在參與市場交易主體的實(shí)時(shí)供需關(guān)系。

6、王坤,徐程煒,文福拴在《綠色證書交易下可再生能源參與現(xiàn)貨市場的過渡機(jī)制》中提出新能源發(fā)電企業(yè)在綠色證書交易體系中參與電力現(xiàn)貨市場的策略，并通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方案提升新能源發(fā)電商收入的可行性，為其減少對政府補(bǔ)貼的依賴提供了新的思路。張虹,孟慶堯,馬鴻君等在《面向提升綠證需求的跨區(qū)互聯(lián)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)低碳調(diào)度策略》中進(jìn)一步研究了考慮綠證需求的電力系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)低碳調(diào)度策略，并提出了基于供需關(guān)系的綠證價(jià)格制定機(jī)制。劉可真,代瑩皓,趙慶麗等在《考慮碳-綠色證書交易機(jī)制的新能源跨省交易模型》中建立了綜合考慮碳交易和綠證交易的新能源運(yùn)營商跨省交易模型，通過引入上述兩種機(jī)制，顯著降低了風(fēng)電、光伏能源棄風(fēng)棄光率。

7、可知，上述研究雖對于電-碳-綠證機(jī)制發(fā)展、系統(tǒng)碳減排和經(jīng)濟(jì)效益提升等方面起到了促進(jìn)作用，但對于電-碳-綠證市場機(jī)制的協(xié)同作用效果缺乏深入探討，同時(shí)關(guān)于多能互補(bǔ)系統(tǒng)參與多級市場機(jī)制的內(nèi)部協(xié)同低碳優(yōu)化問題尚需進(jìn)一步研究。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種考慮發(fā)電權(quán)共享的多能聯(lián)盟協(xié)同優(yōu)化運(yùn)營方法，解決上述技術(shù)問題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種考慮發(fā)電權(quán)共享的多能聯(lián)盟協(xié)同優(yōu)化運(yùn)營方法，包括以下步驟：

3、s1、確定參與電力現(xiàn)貨市場交易的多種類型的發(fā)電主體，并基于確定的多種類型的發(fā)電主體建立信息共享的多能聯(lián)盟；

4、s2、根據(jù)步驟s1所述的電力現(xiàn)貨市場交易的出清結(jié)果，確定多能聯(lián)盟的總出力，以確保多能聯(lián)盟總出力與市場需求保持一致；

5、s3、設(shè)定研究假設(shè)條件，其中研究假設(shè)條件包括利益分配合理、電能交易自由、多能聯(lián)盟作為整體參與電力現(xiàn)貨市場交易以及發(fā)電權(quán)共享機(jī)制在市場交易規(guī)則和各發(fā)電主體物理約束的雙重影響下采用虛擬共享模式；

6、s4、在步驟s3設(shè)定的研究假設(shè)條件下，引入發(fā)電權(quán)共享機(jī)制，并以多能聯(lián)盟收益最大化為目標(biāo)，構(gòu)建考慮電-碳-綠證市場交易機(jī)制的多能協(xié)同優(yōu)化模型；

7、s5、基于步驟s4所述的多能協(xié)同優(yōu)化模型，在步驟s2所述的多能聯(lián)盟的總出力保持不變的條件下，對各個(gè)發(fā)電主體進(jìn)行碳配額共享匹配；

8、s6、根據(jù)經(jīng)步驟s5確定的碳配額共享匹配結(jié)果，確定多能聯(lián)盟的申報(bào)出力計(jì)劃；

9、s7、電力現(xiàn)貨市場根據(jù)步驟s6確定的多能聯(lián)盟的申報(bào)出力計(jì)劃進(jìn)行出清。

10、優(yōu)選的，在步驟s1中，多種類型的發(fā)電主體包括風(fēng)電、火電、水電和光伏發(fā)電，且風(fēng)電、火電、水電和光伏發(fā)電之間進(jìn)行信息共享；

11、在步驟s2中，由調(diào)度中心監(jiān)控出清結(jié)果。

12、優(yōu)選的，步驟s3所述的利益分配合理包括個(gè)體合理性、聯(lián)盟合理性以及群體合理性，其中個(gè)體合理性表示發(fā)電主體在多能聯(lián)盟內(nèi)分配所得利益不低于其獨(dú)立運(yùn)營所能獲得的收益；聯(lián)盟合理性表示發(fā)電主體在當(dāng)前多能聯(lián)盟中分配所得利益不低于其在其他多能聯(lián)盟中的分配收益；群體合理性表示多能聯(lián)盟內(nèi)所有發(fā)電主體的收益分配滿足分配優(yōu)化均衡；

13、電能交易自由表示多能聯(lián)盟內(nèi)各發(fā)電主體之間自由進(jìn)行電能交易，以滿足功率供需平衡。

14、優(yōu)選的，步驟s4所述的發(fā)電權(quán)共享機(jī)制匹配目標(biāo)函數(shù)如下所示：

15、

16、pij≥0???(2)；

17、式中，pij為共享方與接收方的共享的發(fā)電權(quán)，αgre為綠證市場的交易價(jià)格；

18、參與共享的發(fā)電主體集合φ＝{nsha,nrec}，其中nsha為發(fā)電權(quán)共享方，nrec為發(fā)電權(quán)接收方；并根據(jù)發(fā)電權(quán)共享方和發(fā)電權(quán)接收方的類型確定匹配類型，當(dāng)發(fā)電權(quán)共享方是火電，發(fā)電權(quán)接收方是新能源時(shí)，新能源為風(fēng)電或者光伏發(fā)電，實(shí)現(xiàn)新能源優(yōu)先消納，匹配集合如下：

19、nsha＝{pcar,w,αcar,w,fcar,w}???(3)；

20、nrec＝{pgre,v,αgre,v,fgre,v}???(4)；

21、式中，pcar,w為共享方申報(bào)的發(fā)電權(quán)可共享量，αcar,w為發(fā)電權(quán)可共享量對應(yīng)的電價(jià)，fcar,w為發(fā)電權(quán)共享方接收后獲得的收益，pgre,v為發(fā)電權(quán)接收方申報(bào)的發(fā)電權(quán)，αgre,v為發(fā)電權(quán)接收方接收的發(fā)電權(quán)對應(yīng)的綠證價(jià)格，fgre,v為發(fā)電權(quán)接收方接收發(fā)電權(quán)后獲得的綠證收益；

22、當(dāng)發(fā)電權(quán)共享方是火電，發(fā)電權(quán)接收方是水電時(shí)，匹配集合如下：

23、nrec＝{ppum,v,αpum,v,fpum,v}???(5)；

24、式中，ppum,v為發(fā)電權(quán)接收方申報(bào)的發(fā)電權(quán)，αpum,v為發(fā)電權(quán)接收方接收的發(fā)電權(quán)對應(yīng)的電價(jià)，fpum,v為發(fā)電權(quán)接收方接收發(fā)電權(quán)后獲得的增發(fā)電量收益；

25、發(fā)電權(quán)共享機(jī)制的共享匹配規(guī)則包括：(1)最大化需求匹配：在每次發(fā)電權(quán)共享匹配過程中，共享方和接收方優(yōu)先達(dá)成最大交易額；(2)火電發(fā)電權(quán)全部轉(zhuǎn)讓，僅保留其最小出力對應(yīng)的發(fā)電量，保障系統(tǒng)的基本運(yùn)行需求；(3)假設(shè)白天時(shí)段為7:00-19:00，白天發(fā)電權(quán)接收順序?yàn)椋汗夥L(fēng)電、水電；假設(shè)夜間時(shí)段為20:00-次日6:00，夜間發(fā)電權(quán)接收順序調(diào)整為：風(fēng)電、水電；

26、以多能聯(lián)盟收益最大化為目標(biāo)的目標(biāo)函數(shù)表達(dá)式如下：

27、max?fall＝fele+fcar+fgre???(6)；

28、式中，fall為多能聯(lián)盟總收益，fele、fcar和fgre分別為多能聯(lián)盟參與電力現(xiàn)貨市場、碳排放權(quán)市場和綠證市場的收益；

29、其中，

30、

31、fcar＝αcarrcar???(8)；

32、fgre＝αgrepgre???(9)；

33、式中，為t時(shí)段多能聯(lián)盟在電力現(xiàn)貨市場的出清結(jié)算價(jià)格，為時(shí)段t時(shí)段多能聯(lián)盟在電力現(xiàn)貨市場的出清電量，αcar和rcar分別為碳排放權(quán)市場的交易價(jià)格和多能聯(lián)盟出售的碳配額數(shù)量，pgre為多能聯(lián)盟內(nèi)交易綠證的數(shù)量；

34、電力出清模型表達(dá)式如下：

35、

36、式中，m表示發(fā)電主體總數(shù)，ai,bid表示第i個(gè)發(fā)電主體報(bào)價(jià)，al,bid為購電單位成本，pit和分別表示t時(shí)段發(fā)電主體i的出清功率和負(fù)荷值；

37、多能協(xié)同優(yōu)化模型約束條件包括功率平衡約束、各發(fā)電主體功率上下限約束、各發(fā)電主體啟停約束和各發(fā)電主體爬坡約束，其中，功率平衡約束表達(dá)式如下：

38、

39、各發(fā)電主體功率上下限約束表達(dá)式如下：

40、

41、式中，pimin和pimax分別表示t時(shí)段發(fā)電主體i出清功率的下限和上限；

42、各發(fā)電主體啟停約束表達(dá)式如下：

43、

44、式中，pi表示發(fā)電主體i的出清功率，xi表示發(fā)電主體i的啟停狀態(tài)，且xi＝0,1，當(dāng)xi＝1時(shí)表示啟動，當(dāng)xi＝0時(shí)表示停止；

45、各發(fā)電主體爬坡約束表達(dá)式如下：

46、

47、式中，pit-1表示t-1時(shí)段發(fā)電主體i的出清功率，piup和pidown分別表示發(fā)電主體i爬坡速率的上限和下限；

48、多能協(xié)同優(yōu)化模型的求解方法為先采用kkt最優(yōu)條件重新表述，再利用大m法求解。

49、優(yōu)選的，碳排放權(quán)市場的交易價(jià)格αcar表達(dá)式如下：

50、

51、式中，為碳交易基準(zhǔn)價(jià)格，d為碳交易區(qū)間；δ為碳價(jià)增長率。

52、優(yōu)選的，大m法求解步驟如下：

53、第一步、采用kkt最優(yōu)條件重新表述多能協(xié)同優(yōu)化模型：根據(jù)kkt條件將電力出清模型整合為約束條件，并引入拉格朗日乘子將公式(10)-公式(14)所示的約束條件與公式(6)所示的目標(biāo)函數(shù)結(jié)合，形成拉格朗日函數(shù)：

54、

55、式中，λb為功率平衡約束的拉格朗日乘子；和分別為發(fā)電主體i的功率上下限約束的拉格朗日乘子，和為發(fā)電主體i的爬坡速率下限和上限約束的拉格朗日乘子；

56、第二步、利用大m法將重新表述后的多能協(xié)同優(yōu)化模型線性化，求解線性規(guī)劃算法，其中，電力出清模型的決策變量為參與電力現(xiàn)貨市場報(bào)價(jià)風(fēng)電、光伏發(fā)電、水電和火電出力值分別為發(fā)電權(quán)共享模型的決策變量為rcar和pij。

57、優(yōu)選的，步驟s5具體包括以下步驟：

58、s51、獲取各個(gè)發(fā)電主體的二氧化碳排放量；

59、s52、根據(jù)碳排放標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算剩余配額；

60、s53、實(shí)施配額交換：基于發(fā)電權(quán)共享機(jī)制，允許擁有剩余配額的發(fā)電主體將其出售至缺少配額的發(fā)電主體。

61、因此，本發(fā)明采用上述一種考慮發(fā)電權(quán)共享的多能聯(lián)盟協(xié)同優(yōu)化運(yùn)營方法，具有的有益效果為：

62、1、提升經(jīng)濟(jì)效益：通過合理的利益分配機(jī)制和發(fā)電權(quán)共享機(jī)制，提高了聯(lián)盟內(nèi)部的資金流轉(zhuǎn)效率，促進(jìn)了各方的合作共贏；

63、2、促進(jìn)清潔能源發(fā)展：特別強(qiáng)調(diào)了新能源優(yōu)先消納的原則，有助于加速清潔能源的發(fā)展進(jìn)程；

64、3、應(yīng)對氣候變化：通過碳配額共享匹配及碳排放權(quán)市場的引入，直接支持了碳減排目標(biāo)，為應(yīng)對氣候變化做出了貢獻(xiàn)；

65、4、增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性：允許發(fā)電權(quán)接收順序靈活調(diào)整(光伏-風(fēng)電-水電-火電)，增加了系統(tǒng)的適應(yīng)性和響應(yīng)速度，在面對突發(fā)情況時(shí)能夠快速做出反應(yīng)。

66、綜上，本發(fā)明通過構(gòu)建發(fā)電權(quán)共享平臺，探討了發(fā)電權(quán)在多能聯(lián)盟內(nèi)部的共享機(jī)制，以促進(jìn)碳減排、優(yōu)化經(jīng)濟(jì)效益，并提高新能源的消納能力。同時(shí)，分析了風(fēng)電、光伏、水電及火電等多類異質(zhì)能源之間的協(xié)同效應(yīng)及其對系統(tǒng)整體優(yōu)化目標(biāo)的影響，并驗(yàn)證了發(fā)電權(quán)共享機(jī)制在優(yōu)化過程中的支撐作用；擬為獲得多能聯(lián)盟最優(yōu)發(fā)電組合、高收益運(yùn)營以及提升效率奠定基礎(chǔ)，以期為多能聯(lián)盟參與電-碳-綠證市場提供決策方法。

67、下面通過附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。