基于纳什议价的多微网综合能源系统分布式低碳优化运行策略

针对当前多微网能源交易中未充分考虑供能侧与需求侧的互动关系,且随着碳交易市场的全面发展,多主体在碳交易机制下能源交易时的利益交互关系需深入挖掘等问题,提出一种基于纳什议价的多微网综合能源系统分布式低碳优化运行策略。首先,综合考虑多微网综合能源系统能源交易中各微网运营商以及用户的利益诉求,基于纳什议价理论构建碳交易机制下多个微网运营商与代表整个多微网用户侧利益的负荷聚合商的合作运行模型。其次,在证明所提纳什议价模型可以最大化社会效益的基础上,将原问题转化为易于求解的两个子问题,运用交替方向乘子法先后对两个子问题进行分布式求解,在交互有限信息的基础上达到博弈均衡,充分保证了各交易主体的信息隐私。最后,通过算例对比证明了所提方法在减少碳排放、提升个体效益和社会效益上的有效性,并深入分析了在碳交易机制下多主体合作运行减少碳排放的综合原因。     

园区多微网P2P电-碳耦合交易市场设计

针对园区多微网交易多以单纯经济性为导向而忽略碳排放效益的问题，设计了端对端(peer-to-peer,P2P)能量交易与碳交易的耦合市场，以期进一步实现园区低碳运营。首先，基于电力系统在配电网节点处的边际碳排放因子，提出了分布式可再生能源发电低碳贡献的度量方法，构建了各微网基于电-碳交易的收益度量模型。其次，运用基于博弈的P2P交易机制，设计了完全竞争条件下保障各微网能够根据实时电-碳价格灵活调整发用电行为与购售角色的日前电-碳联动市场，并证明了所设计市场博弈均衡点的存在性。再次，基于电能和碳配额的供求关系，推导了电价与碳价的表达式，并提出了可有效保证用户隐私的迭代优化算法。最后，通过算例验证了所设计市场可以有力支撑园区多微网交易中经济效益和低碳效益的融合。     

考虑电碳绿证市场耦合的园区综合能源系统日前优化调度

园区综合能源系统(park-integrated energy system, PIES)是能源系统优化升级、电力行业减碳的重点，园区如何通过制定交易策略参与电碳绿证市场，提高整体效益并降低系统碳排放，是未来开放市场环境下园区快速发展的关键。基于园区三方主体非合作博弈模式，构建绿电日前市场、常规能源日前市场、实时市场的电力市场运行框架，并引入绿证-碳排等价抵消机制以实现绿证交易和碳交易的衔接，提出一种考虑电碳绿证市场耦合的园区综合能源系统日前优化调度模型。最后，采用改进粒子群算法和交替方向乘子法对非线性模型进行求解，并在上海市某典型园区进行验证。结果表明，所提方法可以有效减少园区碳排放量，园区绿电在电力消费总量占比提高6.4%。     

计及两级碳交易和需求响应的多微网合作运行优化策略

随着碳交易市场的逐步发展,多微网(multi-microgrids, MMG)系统的多主体交易机制和需求侧互动潜力需进一步挖掘。为此,提出一种计及两级碳交易和需求响应的MMG合作运行优化策略。首先,给出了含两级碳交易的MMG合作运行架构;其次,建立了计及两级碳交易和多类型需求响应的MMG合作运行优化模型;然后,将模型转化为基于纳什议价理论的合作博弈运行优化模型,并将非凸非线性的纳什议价问题转化为易于求解的两个子问题;最后,采用基于预测-校正的交替方向乘子法进行分布式优化求解。改进的园区型微网仿真结果表明:所提模型能有效促进碳排放配额和电能共享,降低MMG总运行成本和总碳排放量,同时分布式求解能保证微网间交易策略公平合理。     

基于阶梯碳交易的多微网电能合作运行优化策略

针对多微网系统,提出一种基于阶梯碳交易的多微网电能合作运行优化策略。首先,建立多能源形式协调的微电网模型,在建立的模型中加入碳捕集和电制氢装置组成的低碳装置,并且加入阶梯碳交易模型对多微网碳排放进行约束,然后建立多微网电能合作模型;策略分为日前和日内调度阶段,在日前调度阶段,多微网采用改进交替方向乘子法,实现运营成本最小化的目标;在日内调度阶段,采用滚动优化策略,优化设备调整和采购能源调整的运行成本和惩罚成本。最后,仿真验证所提出策略,结果表明：策略在降低成本和碳排放方面是有效的,并且分析阶梯碳交易参数对多微网低碳性和经济性的影响。     

考虑双层奖惩型碳交易机制的源网荷分布协同低碳经济调度

在“双碳”目标下,设计合理的碳交易机制使源网荷共同参与碳市场,对节能减排具有重要意义。在此背景下,提出了考虑双层奖惩型碳交易机制的源网荷分布协同低碳经济调度策略。首先,建立双层奖惩型碳交易机制下综合能源供应商-园区协同的低碳调度模型,综合能源供应商直接参与外部奖惩型阶梯碳交易市场,园区通过向综合能源供应商支付碳费用或获取碳收益间接参与碳市场,从而激发各主体积极参与节能减排。其次,建立奖惩型阶梯碳价格模型,并提出奖惩型阶梯碳价格机制下综合能源供应商-多园区的碳成本/收益分摊方法,保证了碳成本/收益分摊的有效性与合理性。再次,分别构建综合能源供应商与多园区低碳调度模型,并基于纳什协商刻画园区间的合作博弈,通过各园区间功率互济降低碳排放并提高社会效益。然后,提出了基于自适应调节机制的嵌套交替方向乘子法的双层分布式求解方法。最后,以IEEE 14节点配电网与12线路热管网组成的源网荷综合能源系统为例,验证了所提模型和方法的有效性。     

考虑氢能多元利用的多重博弈综合能源系统低碳经济优化调度

在综合能源系统背景下,考虑氢能多元利用的多主体交互博弈在提高能源市场交易灵活性和解决碳排放等方面具有显著的效益。针对能源市场多主体博弈和环境污染,单向主从博弈结构难以解决“源-荷-储”交易灵活性和低碳性问题。因此,提出一种考虑两阶段P2G和燃气掺氢的多重博弈综合能源系统低碳优化调度模型。首先,为提升系统低碳性,将碳交易机制引入综合能源系统,并在供能侧引入两阶段P2G、碳捕集和燃气掺氢等氢能多元利用模型进一步限制碳排放量。其次,分别对综合能源销售商、负荷聚合商和广义储能共享商建立运行优化模型。之后,构建考虑主体作为领导者和博弈者双重性的多主体博弈能源低碳优化调度模型。最后,通过算例验证所提方法能够权衡各主体利益,增加系统整体经济效益和环境效益。     

考虑碳排权供求关系的多区域综合能源系统联合优化运行

随着全国碳排放权交易市场的开放,研究碳交易对于多区域综合能源系统的低碳经济运行具有重要意义。首先,针对目前碳交易成本计算既没有计及碳排权购买量约束,也没有考虑区域综合能源系统之间碳排权供求互动的问题,提出一种考虑碳排权供求关系的碳交易成本联合计算方法;然后,计及区域综合能源系统之间的功率交互,建立了基于纳什谈判的多区域综合能源系统合作博弈模型;接着,将合作博弈问题分解成两个子问题分步求解,并采用控制变量法分析了碳交易成本联合计算与区域综合能源系统之间功率交互对系统的影响;最后,通过三区域综合能源系统仿真算例进行多场景对比分析,结果表明所提模型在显著降低经济成本的同时能够避免碳排放超标。     

基于非对称纳什谈判的多微网电能共享运行优化策略

推进可再生能源高效利用,实现电力系统低碳化运行成为电力系统改革的重要方向。该文首先构建了包含电热气多能协同的微电网模型,考虑了含有碳配额和碳交易的优化运行机制,并在热电联产机组模型中改进加入了碳捕集系统和电转气装置,以降低碳排放。然后,基于纳什谈判理论建立了多微网电能共享合作运行模型,进而将其分解为微网联盟效益最大化子问题和合作收益分配子问题,选择交替方向乘子法分布式求解,从而有效保护各主体隐私。在合作收益分配子问题中,提出以非线性能量映射函数量化各参与主体贡献大小的非对称议价方法,各微网分别以其在合作中的电能贡献大小为议价能力相互谈判,以实现合作收益的公平分配。最后,仿真结果验证了所提方法的有效性。结果表明,通过所提的多微网电能共享方法,微网联盟收益实现最大化;并且,微网联盟的合作收益基于各微网的能量贡献大小实现了公平分配;在碳排放方面,结果证明了碳捕集联合电转气系统,以及微网间的能量共享方法,都能够有效减少微电网运行过程中的碳排放量。     

区块链技术下考虑风电不确定性的微网群鲁棒博弈交易模式

微网群电能交易可以提高多微网系统整体经济性,促进可再生能源消纳并缓解配电网运行压力。然而风电出力不确定性严重影响了单个微网运行调控行为,进而影响微网群电能交易的经济性和可靠性。同时,可再生能源出力不确定性和微网群规模的扩大使传统集中式交易模式在处理微网群电能交易产生的海量、复杂、实时的微网数据时,存在交易信息不透明、可靠性低等问题。因此,考虑风电出力不确定性,引入具备数据透明性和可靠性的区块链技术,提出区块链技术下的多微网电能交易两阶段鲁棒博弈竞标调度模型。首先,对区块链技术与多微网电能交易非合作博弈模型的契合度进行分析,并给出基于区块链技术的多微网电能交易架构;其次,采用两阶段可调鲁棒优化模型和非合作博弈理论构建多微网鲁棒博弈竞标调度模型;再次,采用二进制扩充法、对偶理论、大M法、列和约束生成(column and constraint generation,C&CG)算法对该模型进行求解,得到各个微网的最优经济调度策略以及竞标策略;最后,通过算例验证了所提方法可以实现多微网系统分布式交易,提高整体经济性,并有效应对风电出力不确定性。     

考虑碳排放分摊的综合能源服务商交易策略

为寻求在满足用户用能需求的同时降低系统碳排放的有效途径,提出了一种考虑碳排放分摊的多综合能源服务商能源交易策略。基于网络流模型实现碳流追踪并联合Shapley理论建立了综合能源服务商碳排放成本计算模型。应用Nash议价理论构建了多综合能源服务商合作博弈运行模型,将综合能源服务商碳排放成本引入优化目标函数,并利用分布式算法求解最优能源交易量和交易费用。基于由修改的IEEE 39节点电网和12节点气网构成的多综合能源服务商系统进行仿真分析,验证了所提模型和方法的有效性。     

考虑风电不确定性和碳交易成本的多能源微网日前鲁棒经济调度模型

在低碳背景下,含热电联产(Combined Heating And Power, CHP)及电转气(Power to Gas, P2G)技术的多能源微网系统可以实现多种能源清洁低碳化供应,提高能源综合利用效率。然而,风电强烈的随机性与波动性严重影响多能源微网运行的安全性与经济性。基于此,采用可调鲁棒优化方法应对风电出力不确定性;并根据P2G低碳特性和碳交易市场机制建立阶梯型碳交易模型,综合考虑常规机组的运行成本、电量交易成本、弃风惩罚成本以及碳交易成本,构建多能源微网日前双层可调鲁棒经济调度模型。最后,对系统不同场景的调度结果进行对比分析,结果表明：引入阶梯型碳价后,可以有效提升含P2G的热-电联产型多能源微网低碳运行的经济性,可调鲁棒方法能使多能源微网在经济性和保守性上得以平衡。     

碳交易与综合需求响应下的微能源网优化调度

“双碳”目标推动我国能源领域向绿色、低碳、安全、高效方向发展。为提升风光等可再生能源的渗透率,平抑用户侧多元化负荷波动,提高能源利用效率,发展安全、低碳的清洁能源,构建了基于碳交易机制下考虑综合需求响应微能源网（MEG）优化运行模型,利用CPLEX求解工具箱对模型在不同场景下求解。结果显示,未考虑碳交易与综合需求响应的MEG系统运行成本为18 853.30元,而考虑碳交易与综合需求响应后的MEG系统运行成本为15 540.57元,成本下降了3 312.73元,同时用户侧电、热、冷、气负荷峰谷差分别下降了5.9%,3.4%,10%,9.13%。结果表明,所建立MEG优化运行模型能够进一步提高系统运行经济性,并有效降低系统碳排放量。     

考虑碳捕集与综合需求响应互补的综合能源系统优化调度

能源产业是当前碳排放的主要来源,实现“双碳”目标亟需能源产业提高碳减排力度。基于此背景,提出一种阶梯型碳交易机制下源荷低碳互补的综合能源系统优化调度方法。分析源侧碳捕集与负荷侧综合需求响应的低碳互补机理;引入阶梯型碳交易机制,以综合能源系统运行总成本最小为目标建立源荷低碳互补的优化调度模型;求解模型时,为应对风力发电的不确定性,采用序列运算理论将风电的概率分布离散化,将机会约束转化为确定性约束。通过算例分析验证了所提调度模型在不同碳交易机制下都能优化电热负荷曲线,提高风电消纳水平和减少碳排放量,并且该模型在阶梯型碳交易机制下具有更好的低碳经济性。     

低碳导向的区域综合能源服务市场交易机制设计

在当前世界各国不断倡导节能减排、低碳环保、深化电力体制改革并出台新型能源交易政策的背景下,针对当前多能源耦合的综合能源服务市场研究未考虑供给与需求侧的多能源替代特性以及碳排放因素等问题,提出了一种低碳导向的区域综合能源服务市场架构体系与交易机制。首先,以区域综合能源系统作为物理主体架构,并结合不同能源子系统的市场参与主体,构建了低碳导向的综合能源服务市场架构;其次,结合不同能源在运行环节的碳排放因子,分别构建了区域综合能源服务市场内电力、燃气、热力市场的具体模型,并提出了低碳导向的区域综合能源服务市场联合出清机制。通过算例仿真分析表明,构建的综合能源服务市场与相应提出的交易机制在对不同能源市场合理定价及降低碳排放等方面均具有良好的导向作用,进而助力碳达峰、碳中和目标的达成。     

考虑碳交易的社区综合能源主从博弈运行优化策略

在我国双碳目标背景下,低碳化用能与能源革命迫在眉睫。在考虑社区综合能源发电商与用户竞价博弈的同时加入阶梯型碳交易机制,可满足经济性与低碳性要求。首先介绍了阶梯型碳交易机制和主从博弈模型,然后建立阶梯型碳交易的主从博弈模型,最后通过实际算例,利用CPLEX求解器和粒子群算法对模型进行求解,验证了在主从博弈模型中合理的引入阶梯型碳交易机制可以有效降低碳排放。上述研究为发电商和用户的低碳经济运行提供了参考。     

考虑阶梯式碳交易机制与电制氢的综合能源系统热电优化

"双碳"背景下,为提高能源利用率,优化设备的运行灵活性,进一步降低综合能源系统(IES)的碳排放水平,提出一种IES低碳经济运行策略.首先考虑IES参与到碳交易市场,引入阶梯式碳交易机制引导IES控制碳排放;接着细化电转气(P2G)的两阶段运行过程,引入电解槽、甲烷反应器、氢燃料电池(HFC)替换传统的P2G,研究氢能的多方面效益;最后提出热电比可调的热电联产、HFC运行策略,进一步提高IES的低碳性与经济性.基于此,构建以购能成本、碳排放成本、弃风成本最小的低碳经济运行目标,将原问题转化为混合整数线性问题,运用CPLEX商业求解器进行求解,通过设置多个运行情景,对比验证了所提策略的有效性.     

基于主从博弈的配电网与多微网双层优化研究

针对配电网与多微网系统（multi-microgrids,MMG）间的电能交互和能源协调问题,提出了一种配电网运营商（distribution system operator,DSO）设定电能交互价格的方法,以协调MMG系统的能量交易。构建了DSO与MMG的电能交易框架,分析了两者的主从博弈关系,并引进P2G与CCS联合装置（P2G-CCS）改进传统CHP机组,以降低碳排放;建立了基于Stackelberg理论的DSO与MMG主从博弈优化模型,通过上层DSO设定电能交互价格,引导下层MMG系统运行优化,使其对DSO的决策进行响应;利用二分法分布式优化算法结合CPLEX求解器对所建立模型进行求解。结果表明,该文提出的博弈模型有效地协调了MMG的优化运行,在碳排放方面,证明了CCS-P2G的引入,有效减少了微网运行过程中的碳排放量。     

计及碳配额与电量协同的双链耦合交易模型

电力系统低碳转型要求“多线出击”,仅依靠消纳高比例新能源难度日益增大，只有做到电、碳多元发展，才能实现全链条优化。在综合考虑碳配额与电量之间的关联度、匹配度和相对自由度等协同关系的基础上，研究“源网荷”各环节的各主体参与碳配额和电量的协同交易模式，构建碳配额与电量的双因素交易场景模型；结合具备弱中心化、分布式交易等特征的区块链技术与电碳市场构建的天然吻合性，研究碳配额交易链与电量交易链的耦合交易模型；以源端火力发电厂和清洁能源电厂为例，提出了双链下省级区域内各电厂间碳配额和发电量指标的交易模型架构。通过智能合约，将基于粒子群算法的多目标搜索优化算法进行程序化的脚本运行，实现对发电量指标交易模型的仿真和验证，同时对碳配额交易模型进行可行性分析，证实了所提交易方案的适应性和有效性，为电碳市场的构建提供参考。     

基于阶梯碳交易的电转气虚拟电厂低碳经济调度

为兼顾虚拟电厂运营过程中的经济性和低碳性,提出一种基于阶梯碳交易的电转气虚拟电厂低碳经济调度模型。首先,将碳交易机制引入虚拟电厂中,构建划分碳排放区间的阶梯型碳交易计算模型;然后,考虑电转气接入后的吸碳特性,提出电转气参与碳市场交易的激励机制,从而完善实际的碳排放模型;接着,综合考虑运行成本、能源成本及碳交易成本,建立适用于虚拟电厂的低碳经济调度模型;最后,通过设置多个调度场景进行分析,验证了本文所提出的碳交易机制在虚拟电厂低碳经济运行方面的有效性。