申请/专利权人：沈阳工业大学

申请日：2024-03-21

公开（公告）日：2024-05-14

公开（公告）号：CN118037487A

主分类号：G06Q50/06

分类号：G06Q50/06;G06F30/20;G06F111/10

优先权：

专利状态码：在审-实质审查的生效

法律状态：2024.05.31#实质审查的生效;2024.05.14#公开

摘要：本发明提供一种考虑熵权法碳配额与跨季节储气的电‑热‑气多能耦合系统季节性优化控制方法。该方法包括：构建电热气多能耦合系统设备模型，建立电热气供需匹配模型；构建天然气储能模型，分析该耦合系统能源供应和负荷需求的季节特性，根据分析结果构建跨季节储气利用模型；计算该耦合系统内各排碳设备的实际碳排放量；进行初次碳排放配额分配；得到各设备初次出力计划，初次评估该耦合系统的碳排放量和综合运行成本；得到各设备的第二次出力计划，第二次评估所述碳排放量和综合运行成本，并将第二次评估的碳排放量和综合运行成本与初次评估的碳排放量和综合运行成本进行对比，以得到对比结果；根据该对比结果调整二次碳排放配额情况下该耦合系统内的设备出力，筛选出低碳性和经济性更优的出力组合。本发明的控制方法，实现碳配额的季节性分配和储气的季节性互补，进而实现对电‑热‑气多能耦合系统的季节性优化控制，最终提高电‑热‑气多能耦合系统的低碳性和经济性。

主权项：1.一种考虑熵权法碳配额与跨季节储气的电-热-气多能耦合系统季节性优化控制方法，其特征在于，包括：步骤S1：构建电-热-气多能耦合系统设备模型，建立电-热-气供需匹配模型；所述电-热-气多能耦合系统设备模型包括能量转换侧设备数学模型和碳捕集火电厂数学模型；所述步骤S1，具体包括：步骤S1.1：构建能量转换侧设备数学模型；所述能量转换侧设备数学模型的表达式为： 公式1中，Pgt,t、Pgb,t分别为燃气轮机、燃气锅炉消耗的气功率；Pgte,t为燃气轮机输出的电功率；Pgth,t为燃气轮机输出的热功率；Pgbh,t为燃气锅炉输出的热功率；Pp2g,t为电转气设备消耗的电功率；Pp2gg,t为电转气设备生产天然气的功率；ξgte为燃气轮机的气-电转化效率；ξgth为燃气轮机的气-热转化效率；ξgbh为燃气锅炉的气-热转化效率；ξp2g为电转气设备的电-气转化效率；t为每日第几个小时数；步骤S1.2：构建碳捕集火电厂数学模型；所述碳捕集火电厂数学模型的表达式为： 公式2中，EG,t为碳捕集火电厂的总碳排放量；EGb,t为碳捕集火电厂进入碳捕集设备的碳排放量；EGp,t为碳捕集火电厂直排大气的碳排放量；EGTb,t为燃气轮机烟气分流进入碳捕集设备的碳排放量；EGBb,t为燃气锅炉烟气分流进入碳捕集设备的碳排放量；Mcc,t为碳捕集量；Mccp,t为超出碳捕集水平的CO2量；k2、l2、m2为火电机组碳排放的计算系数；为碳捕集火电厂的烟气分流系数；γ为碳捕集水平；ω为碳捕集设备能耗水平；Poper,t为碳捕集设备的运行功率；Pccp,t为碳捕集火电厂的总输出功率；Pstat为碳捕集火电厂的固有功率；步骤S1.3：基于公式1和公式2，得到电、热、气能量平衡关系等式： 公式3中，Pwt,t为风电输出功率；Ppv,t为光伏输出功率；Pj,t为碳捕集火电厂的净输出功率；Pnet,t为电网输出功率；Pg,t为天然气管网输出气功率；分别为储电、储热、储气的储能功率；分别为储电、储热、储气的放能功率；Pel,t、Phl,t、Pgl,t分别为电、热、气负荷功率值；步骤S2：构建天然气储能模型，分析电-热-气多能耦合系统能源供应和负荷需求的季节特性，根据分析结果构建跨季节储气利用模型；所述步骤S2，具体包括：步骤S2.1：构建天然气储能模型；所述天然气储能模型的表达式为： 式4中，Rgsto,t代表某一季节典型日下天然气储能的实时容量；为天然气储能对应的充能效率；为天然气储能对应的能量释放效率；Rgsto,min、Rgsto,max分别对应天然气储能容量的下限和上限；bchagsto,t、bdisgsto,t分别为天然气储能注入能量和释放能量的二进制标识变量；步骤S2.2：分析电-热-气多能耦合系统能源供应和负荷需求的季节特性，得到分析结果；所述分析结果为所选地域的春季、秋季为可再生能源高发的季节，夏、冬季为用电高峰的季节；步骤S2.3：根据分析结果，利用电转气将天然气跨季节存储，形成春-夏、秋-冬两对供能组合，以构建跨季节储气模型；所述跨季节储气模型的表达式为： 公式5中，Rgsto,fal,24为秋季典型日天然气储能24h的容量；Rgsto,win,1为冬季典型日天然气储能1h的容量；Rgsto,spr,24为春季典型日天然气储能24h的容量；Rgsto,sum,1为夏季典型日天然气储能1h的容量；步骤S3：计算电-热-气多能耦合系统内各排碳设备的实际碳排放量；所述步骤S3，具体包括：步骤S3.1：计算经过碳捕集分流改进后的天然气机组的碳排放量；所述经过碳捕集分流改进后的天然气机组的碳排放量的表达式为： 公式6中，EGT,t、EGB,t分别为燃气轮机、燃气锅炉的总碳排放量；EGTp,t、EGBp,t分别为燃气轮机、燃气锅炉烟气分流排入大气的碳排放量；分别为燃气轮机、燃气锅炉的烟气分流系数；k1、l1、m1为天然气机组碳排放计算系数；步骤S3.2：计算电网购电量对应的碳排放量；所述电网购电量对应的碳排放量的表达式为： 公式7中，Enet,t为电网购电等效碳排放量；k2、l2、m2为火电机组碳排放的计算系数；Pnet,t为电网输出功率；步骤S3.3：计算电-热-气多能耦合系统参与碳交易机制的总碳排放量；所述电-热-气多能耦合系统参与碳交易机制的总碳排放量的表达式为： 公式8中，Esum,t为电-热-气多能耦合系统的实际碳排放量；步骤S4：以排碳设备的实际输出功率水平为依据，进行初次碳排放配额分配；在初次排放配额分配的基础上对电-热-气多能耦合系统进行优化控制，得到各设备的初次出力计划，初次评估电-热-气多能耦合系统的碳排放量和综合运行成本；所述步骤S4，具体包括：步骤S4.1：以排碳设备的实际输出功率水平为依据，进行初次碳排放配额分配；所述初次碳排放配额分配的表达式为： 公式9中，Vh,t、Ve,t分别为t时刻热、电实际输出功率的配额值；vh、ve分别为单位热、电实际输出功率配额值；步骤S4.2：计算初次碳排放配额后的一个典型日内的总碳排放配额量；所述总碳排放配额量的表达式为： 公式10中，Vi,day为总碳排放配额量；i为季节，i∈{1,2,3,4}分别对应春、夏、秋、冬；步骤S4.3：计算实际参与碳交易机制计算的碳交易量；所述实际参与碳交易机制计算的碳交易量的表达式为：Et＝Esum,t-Vi,day11公式11中，Et为实际参与碳交易机制计算的碳交易量；步骤S4.4：计算阶梯式碳交易成本；所述阶梯式碳交易成本的表达式为： 公式12中，Fct为阶梯式碳交易成本；σ为碳交易基价；δ为补偿系数；θ为碳价增长系数；d为碳交易区间长度；步骤S4.5：电-热-气多能耦合系统综合运行成本；所述电-热-气多能耦合系统综合运行成本的表达式为：Fall＝minFene+Foper+Fct13公式13中，Fall为电-热-气多能耦合系统综合运行成本；Fene为供能侧成本；Foper为运行侧成本；步骤S5：基于所述步骤1、步骤3、和步骤4，确立各季节碳配额需求度指标项目，建立起利用熵权法对碳配额按照需求度权重二次分配的碳交易制度，以所述综合运行成本最低为目标对电-热-气多能耦合系统进行优化控制，得到各设备的第二次出力计划，第二次评估电-热-气多能耦合系统的碳排放量和综合运行成本，并将第二次评估的所述碳排放量和综合运行成本与步骤S4中的初次评估的所述碳排放量和综合运行成本分别进行对比，以得到对比结果；所述步骤S5，具体包括：步骤S5.1：构建碳排放配额需求度的指标评价体系；所述指标评价体系如下表所示： 其中，指标性质意味着其对应的指标对于碳配额需求的影响，“+”意味着促进作用，“-”意味着抑制作用；步骤S5.2：构建四个季节典型日风电总预测出力A1、光伏总预测出力A2、总电负荷A3、总热负荷A4的对象初始评价矩阵A；所述对象初始评价矩阵A的表达式为： 公式14中，aij为评价对象；j代表评价指标；j∈{1,2,3,4}分别对应A1至A4；步骤S5.3：对所述评价对象进行熵权法数据标准化计算；对所述评价对象进行熵权法数据标准化计算的表达式为： 公式15中，ai'j为标准化后的评价对象；j∈[1,2]时对应于负向指标；j∈[3,4]时对应于正向指标；步骤S5.4：计算碳配额分配评价指标；所述碳配额分配评价指标的表达式为： 公式16中，Bij为i季节的第j个评价指标数值占全年的比重；εj为信息熵；τj为指标权重；Wi为季节碳配额需求度综合指标；步骤S5.5：依据熵权法计算得到各个季节Wi占全年Wi总和的比重fi，拟定全年额外碳配额分配量Vex,sum，并将Vex,sum按四个季节进行二次优化分配；所述比重fi、Vex,i和总碳排放配额量Vi,day的表达式分别如下所示： 公式17中，Vex,i为某一季节典型日的调节性碳配额总量；步骤S6：根据步骤S5中的所述对比结果调整二次碳排放配额情况下电-热-气多能耦合系统内的设备出力，筛选出低碳性和经济性更优的出力组合，以实现考虑熵权法碳配额与跨季节储气的电-热-气多能耦合系统季节性优化控制。

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百度查询： 沈阳工业大学 考虑熵权法碳配额与跨季节储气的电-热-气多能耦合系统季节性优化控制方法

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