考虑阶梯式碳交易的互联综合能源系统分散协调调度

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综合能源系统通过多种异质能源子系统之间的协调规划、优化运行、交互响应和互补互济,在协调配置区域资源、提高能源利用效率、提高可再生能源渗透率和能源系统灵活性上起到了巨大的推进作用,是实现我国2060“碳中和”宏伟目标的重要途径。但单一区域综合能源系统的减排和新能源消纳能力有限,而随着区域间联络线的发展,各区域电网的联络也更加紧密,多区互联综合能源系统在协同减排、消纳新能源方面有巨大潜力。因此,本文研究多区域互联综合能源系统的分散协调调度方法,在考虑各区域综合能源系统信息保密及调度独立性的前提下,充分利用多区域互联综合能源系统的众多控制与调节资源来最大化消纳弃风、降低碳排放量。具体研究内容如下:首先,建立了综合能源系统的数学模型,包括电力、热力、天然气子系统模型、机组模型和耦合元件模型等,介绍了碳交易机制,建立了碳排放权配额模型、机组实际碳排放计算模型、碳交易市场模型和碳交易定价机制。其次,研究了大区级互联综合能源系统分散协调低碳经济调度问题。建立了大区级互联综合能源系统和柔性直流联络线的模型,计及电转气过程中的碳消耗,并引入阶梯式碳交易机制,基于目标级联法建立了以燃料成本、碳交易成本、联络线费用、弃风惩罚成本之和最小为目标函数的区域互联综合能源系统分散协调调度模型,研究了分散协调模型的求解方法。通过算例仿真分析了区域互联、碳交易参数、区域负荷特性、电转气容量对系统碳排放量和风电消纳率的影响,结果表明,区域互联有利于提高能源利用率、降低碳排放量,合理选择碳交易参数、配置电转气设备以及选择与热电机组占比较低、负荷特性相差较大的区域互联能够更加有效地控制系统碳排放量,促进系统的风电消纳。最后,研究了省际互联综合能源系统低碳经济调度问题。建立了省际互联综合能源系统和交流联络线的模型以及分散协调低碳经济调度模型,研究了多协调变量的目标级联法。算例仿真表明:在省际互联综合能源系统中引入碳交易机制同样能够降低系统碳排放量,合理选择阶梯式碳交易参数能够在保证系统经济性的前提下有效降低系统的碳排放量,受端区域配置更大容量的电转气设备有利于送端区域的风电消纳、降低系统的碳排放量。
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