目前綜合能源系統(tǒng)低碳調(diào)度側(cè)重源側(cè)減碳手段，而忽略荷側(cè)低碳潛力以及源荷協(xié)同的降碳能力。以耦合電-熱-氣的微能源網(wǎng)為研究對(duì)象，提出基于能碳耦合模型的異質(zhì)能流系統(tǒng)源荷協(xié)同的優(yōu)化調(diào)度方法，搭建基于源荷協(xié)同過(guò)程的日前-日內(nèi)兩階段優(yōu)化調(diào)度框架。源側(cè)采用可調(diào)熱電比的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組耦合電制熱設(shè)備供能，并考慮能源站中各機(jī)組的動(dòng)態(tài)碳排特性;網(wǎng)側(cè)利用碳排放流理論建立電-熱兩種能源的能碳耦合模型，并將獲得的碳勢(shì)分布傳遞給荷側(cè);荷側(cè)依據(jù)碳信息并考慮分時(shí)能價(jià)影響，引導(dǎo)負(fù)荷實(shí)時(shí)調(diào)整用能行為進(jìn)行低碳需求響應(yīng)，并將更新后的負(fù)荷反饋給源側(cè)重新優(yōu)化各機(jī)組出力，從而實(shí)現(xiàn)源荷協(xié)同。通過(guò)對(duì)改進(jìn)的IEEE 33節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)和Barry島32節(jié)點(diǎn)熱網(wǎng)組成的微能源網(wǎng)進(jìn)行算例分析，驗(yàn)證所提方法的有效性。

　　關(guān)鍵詞：能碳耦合模型;微能源網(wǎng);源荷協(xié)同;優(yōu)化調(diào)度;可調(diào)熱電比;動(dòng)態(tài)碳排特性;低碳需求響應(yīng)

　　論文《基于能碳耦合模型的微能源網(wǎng)源荷協(xié)同優(yōu)化調(diào)度研究》發(fā)表在《中國(guó)電力》，版權(quán)歸《中國(guó)電力》所有。本文來(lái)自網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，僅供參考。

　　0 引言

　　溫室氣體的加速排放使全球陷入氣候變暖的劣勢(shì)局面，低碳發(fā)展成為世界各國(guó)應(yīng)對(duì)環(huán)境問(wèn)題的必由之路^{[1]}。目前全球約70%的碳排放來(lái)自能源部門^{[2]}，作為節(jié)能減排的主力軍，亟須尋找新的契機(jī)變革傳統(tǒng)能源體系。耦合日益緊密的綜合能源系統(tǒng)具有多能集成互補(bǔ)與能量梯級(jí)利用等優(yōu)點(diǎn)^{[3]}，是能源行業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色轉(zhuǎn)型的重要形式，因此深入研究靈活高效的綜合能源系統(tǒng)低碳優(yōu)化調(diào)度策略成為“雙碳”目標(biāo)背景下的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題之一。

　　為此，多數(shù)研究在保證優(yōu)化調(diào)度模型經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，考慮火電機(jī)組加入碳排放捕獲利用技術(shù)^{[4]}，或者在目標(biāo)函數(shù)和約束條件中加入低碳要素來(lái)降低源側(cè)的碳排放量。文獻(xiàn)[5-6]構(gòu)建碳捕集系統(tǒng)與電制氣裝置的協(xié)同運(yùn)行框架，實(shí)現(xiàn)二氧化碳高效循環(huán)利用的同時(shí)，促進(jìn)可再生能源消納，保證系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)低碳性。文獻(xiàn)[7-8]引入碳交易機(jī)制，利用不同形式的碳價(jià)約束目標(biāo)函數(shù)中的碳交易成本，發(fā)現(xiàn)階梯碳價(jià)能夠更有效地限制系統(tǒng)的碳排放量。然而上述研究存在注重源側(cè)減碳策略、忽略荷側(cè)低碳潛力以及源荷兩側(cè)缺乏有效互動(dòng)的短板，不足以支撐新型能源體系的要求。

　　碳排放流理論的出現(xiàn)成為厘清用戶碳排放責(zé)任的重要技術(shù)^{[9]}，越來(lái)越多的學(xué)者開始聚焦于碳視角^{[10]}下的荷側(cè)需求分析，挖掘用戶用能行為對(duì)系統(tǒng)節(jié)能減排的顯著影響。文獻(xiàn)[11]詳細(xì)解釋電力系統(tǒng)碳排放流的基本概念、理論架構(gòu)及計(jì)算方法，為后續(xù)低碳優(yōu)化調(diào)度研究提供新的分析工具。文獻(xiàn)[12]則不再拘泥于價(jià)格激勵(lì)方式的需求側(cè)資源互動(dòng)，利用電力碳流理論提出一種新型低碳需求響應(yīng)機(jī)制，利用節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)為信號(hào)引導(dǎo)用戶調(diào)節(jié)用電行為達(dá)到減碳目的。文獻(xiàn)[13]進(jìn)一步將電力碳流理論拓展至多能源系統(tǒng)，成功實(shí)現(xiàn)電-熱-氣3種網(wǎng)絡(luò)的碳軌跡精確追蹤。文獻(xiàn)[14]分析多元靈活性資源響應(yīng)對(duì)電-熱綜合能源系統(tǒng)效益，并通過(guò)拓?fù)渲庇^顯示電-熱碳排放流動(dòng)過(guò)程，為低碳環(huán)境下的優(yōu)化運(yùn)行提供輔助決策。文獻(xiàn)[15]研究電-熱-氣綜合能源系統(tǒng)的低碳優(yōu)化策略，在源側(cè)引入碳交易機(jī)制的同時(shí)考慮荷側(cè)低碳需求響應(yīng)，采用主從博弈模型聯(lián)動(dòng)源荷兩側(cè)得到合理有效的低碳定價(jià)方案。

　　上述優(yōu)化調(diào)度方法中熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組(combined heat and power, CHP)均采用固定熱電比模型，須額外補(bǔ)充儲(chǔ)能裝置導(dǎo)致其靈活性有限;忽略能源站機(jī)組出力與碳排放強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)關(guān)系，影響網(wǎng)側(cè)節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)的計(jì)算精度;荷側(cè)進(jìn)行低碳需求響應(yīng)時(shí)，未綜合分析能價(jià)與碳勢(shì)對(duì)負(fù)荷調(diào)整的影響。針對(duì)上述問(wèn)題，本文以耦合電-熱-氣的微能源網(wǎng)為研究對(duì)象，提出基于能碳耦合模型的異質(zhì)能流系統(tǒng)源荷協(xié)同的優(yōu)化調(diào)度方法，搭建基于源荷協(xié)同過(guò)程的日前-日內(nèi)兩階段優(yōu)化調(diào)度框架。源側(cè)采用可調(diào)熱電比的熱電聯(lián)產(chǎn)耦合電制熱設(shè)備供能，并考慮能源站中各機(jī)組的動(dòng)態(tài)碳排特性;網(wǎng)側(cè)利用碳排放流理論建立電-熱2種能源的能碳耦合模型，并將獲得的碳勢(shì)分布傳遞給荷側(cè);荷側(cè)依據(jù)碳信息并考慮分時(shí)能價(jià)影響，引導(dǎo)負(fù)荷實(shí)時(shí)調(diào)整用能行為進(jìn)行低碳需求響應(yīng)，并將更新后的負(fù)荷反饋給源側(cè)重新優(yōu)化各機(jī)組出力，從而實(shí)現(xiàn)源荷協(xié)同流程。通過(guò)對(duì)改進(jìn)的IEEE 33節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)和Barry島32節(jié)點(diǎn)熱網(wǎng)組成的微能源網(wǎng)進(jìn)行算例分析，驗(yàn)證所提方法的有效性。

　　1 系統(tǒng)框架

　　本文研究框架是一個(gè)包含源-網(wǎng)-荷的電-熱-氣耦合的微能源網(wǎng)系統(tǒng)。源側(cè)由多種供能機(jī)組構(gòu)成，包括風(fēng)電機(jī)組(wind turbine, WT)、光伏機(jī)組(photovoltaics, PV)及提供異質(zhì)能量轉(zhuǎn)化的能源站。在實(shí)際工程中，由于熱泵(heat pump, HP)與電鍋爐(electric boiler, EB)這兩類電制熱設(shè)備(power to heat, P2H)的投資成本高、靈活性差，與CHP聯(lián)合運(yùn)行可以顯著降本增效^{[16]}。因此系統(tǒng)建模中能源站由能源樞紐(energy hub, EH)和燃?xì)忮仩t(gas boiler, GB)組成，其中CHP_1耦合HP構(gòu)成EH_1，CHP_2耦合EB構(gòu)成EH_2;荷側(cè)計(jì)及電-熱2種類型的負(fù)荷，且2種負(fù)荷的數(shù)量級(jí)處在同一水平;網(wǎng)側(cè)由輸電線路和供回水管道組成，聯(lián)系并保持源荷兩側(cè)的電-熱平衡。為考慮碳排放在源-網(wǎng)-荷之間的流動(dòng)與轉(zhuǎn)移，本文對(duì)源側(cè)的能源站機(jī)組能量(電-熱-氣)輸入端與輸出端的碳排放強(qiáng)度進(jìn)行定義，利用碳排放流理論在網(wǎng)側(cè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)的分布，再將碳勢(shì)信息傳遞給荷側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)源-網(wǎng)-荷的碳排放信息的互動(dòng)。

　　基于上述物理信息系統(tǒng)提出的源荷協(xié)同優(yōu)化調(diào)度框架是一個(gè)兩階段優(yōu)化流程，如圖1所示。在日前階段，源側(cè)根據(jù)日前用戶預(yù)測(cè)負(fù)荷進(jìn)行預(yù)調(diào)度，安排各機(jī)組出力使供能總成本最小，利用能碳耦合模型計(jì)算網(wǎng)側(cè)的節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)，并將其作為碳信息傳遞給荷側(cè)，荷側(cè)通過(guò)調(diào)整用戶的用能行為來(lái)最小化用能總成本。在日內(nèi)階段，荷側(cè)將修正后的日內(nèi)用戶實(shí)際負(fù)荷反饋給源側(cè)，源側(cè)依據(jù)此信息進(jìn)行再調(diào)度重新優(yōu)化各機(jī)組出力，以完成源荷兩側(cè)協(xié)同流程。

　　2 源側(cè)優(yōu)化調(diào)度模型

　　2.1 目標(biāo)函數(shù)

　　源側(cè)考慮能源站機(jī)組燃料成本和風(fēng)光機(jī)組發(fā)電成本的同時(shí)，引入碳交易機(jī)制^{[17]}來(lái)限制系統(tǒng)的碳排放量，因此源側(cè)的總成本為

　　min F_1 = C_G + C_{WP} + C_{WP}^{AB} + C_{CE} ag{1}

　　式中：F_1為源側(cè)總成本;C_G為燃?xì)鈾C(jī)組買氣成本;C_{WP}為風(fēng)光機(jī)組運(yùn)行成本;C_{WP}^{AB}為棄風(fēng)棄光懲罰成本;C_{CE}為碳交易成本^{[17]}。

　　egin{cases}

　　C_G = sum_{t=1}^T chi_{ ext{gas}} left( sum_{i=1}^{N_{ ext{CHP}}} G_{i,t}^{ ext{CHP}} + G_t^{ ext{GB}} ight) \

　　C_{WP} = sum_{t=1}^T left( varepsilon_{ ext{wt}} P_t^{ ext{WT}} + varepsilon_{ ext{pv}} P_t^{ ext{PV}} ight) \

　　C_{WP}^{AB} = sum_{t=1}^T varepsilon_{ ext{wt}}^{ab} left( P_{t,pr}^{ ext{WT}} - P_t^{ ext{WT}} ight) + varepsilon_{ ext{pv}}^{ab} left( P_{t,pr}^{ ext{PV}} - P_t^{ ext{PV}} ight) \

　　C_{CE} = omega left( E_A - E_Q ight)

　　end{cases} ag{2}

　　式中：T為優(yōu)化調(diào)度時(shí)間周期;chi_{ ext{gas}}為燃?xì)鈾C(jī)組買氣價(jià)格;N_{ ext{CHP}}為CHP的臺(tái)數(shù);G_{i,t}^{ ext{CHP}}、G_t^{ ext{GB}}分別為t時(shí)刻輸入第i臺(tái)CHP、GB的氣功率;varepsilon_{ ext{wt}}、varepsilon_{ ext{pv}}分別為WT、PV的發(fā)電成本系數(shù);P_t^{ ext{WT}}、P_t^{ ext{PV}}分別為t時(shí)刻WT、PV的電出力;varepsilon_{ ext{wt}}^{ab}、varepsilon_{ ext{pv}}^{ab}分別為WT、PV的懲罰成本系數(shù);P_{t,pr}^{ ext{WT}}、P_{t,pr}^{ ext{PV}}分別為t時(shí)刻WT、PV的預(yù)測(cè)出力;omega為碳交易價(jià)格;E_A、E_Q分別為燃?xì)鈾C(jī)組的碳排放量、碳排放配額。

　　E_A、E_Q分別為

　　egin{cases}

　　E_A = sum_{t=1}^T sum_{i=1}^{N_{ ext{CHP}}} ho_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{gas}} G_{i,t}^{ ext{CHP}} + ho_{ ext{GB},t}^{ ext{gas}} G_t^{ ext{GB}} \

　　E_Q = sum_{t=1}^T sigma_{ ext{gas}} left( sum_{i=1}^{N_{ ext{CHP}}} G_{i,t}^{ ext{CHP}} + G_t^{ ext{GB}} ight)

　　end{cases} ag{3}

　　式中： ho_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{gas}}、 ho_{ ext{GB},t}^{ ext{gas}}分別為t時(shí)刻第i臺(tái)CHP、GB的氣輸入端碳排放強(qiáng)度;sigma_{ ext{gas}}為燃?xì)鈾C(jī)組的碳排放配額系數(shù)。

　　2.2 約束條件

　　2.2.1 供能機(jī)組能碳約束

　　1) 供能機(jī)組能流約束

　　WT與PV的潮流約束為

　　egin{cases}

　　0 leqslant P_t^{ ext{WT}} leqslant P_{t,pr}^{ ext{WT}} \

　　0 leqslant P_t^{ ext{PV}} leqslant P_{t,pr}^{極速賽車群 PV}}

　　end{cases} ag{4}

　　GB的能流約束為

　　egin{cases}

　　0 leqslant G_t^{ ext{GB}} leqslant G_{max}^{ ext{GB}} \

　　-mu_{ ext{do}}^{ ext{GB}} G_{max}^{ ext{GB}} leqslant G_t^{ ext{GB}} - G_{t-1}^{ ext{GB}} leqslant mu_{ ext{up}}^{ ext{極速賽車群 GB}} G_{max}^{ ext{GB}} \

　　H_t^{ ext{GB}} = G_t^{ ext{GB}} eta_{ ext{GB}}

　　end{cases} ag{5}

　　式中：G_{max}^{ ext{GB}}為GB氣功率的上限;mu_{ ext{up}}^{ ext{GB}}、mu_{ ext{do}}^{ ext{GB}}分別為GB氣功率的最大爬坡率、滑坡率;H_t^{ ext{GB}}為t時(shí)刻GB的熱出力;eta_{ ext{GB}}為GB的效率。

　　CHP的能極速賽車群流約束為

　　egin{cases}

　　0 leqslant G_{i,t}^{ ext{CHP}} leqslant G_{i,max}^{ ext{CHP}} \

　　-mu_{i, ext{do}}^{ ext{CHP}} G_{i,max}^{ ext{CHP}} leqslant G_{i,t}^{ ext{CHP}} - G_{i,t-1}^{ ext{CHP}} leqslant mu_{i, ext{up}}^{ ext{CHP}} G_{i,max}^{ ext{CHP}} \

　　P_{i,t}^{ ext{CHP}} = G_{i,t}^{ ext{CHP}} eta_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{power}} \

　　H_{i,t}^{ ext{CH極速賽車群 P}} = G_{i,t}^{ ext{CHP}} eta_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{heat}} \

　　eta_{ ext{CHP},i,min}^{ ext{power}} leqslant eta_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{power}} leqslant eta_{ ext{CHP},i,max}^{ ext{power}} \

　　eta_{ ext{CHP},i,min}^{ ext{heat}} leqslant eta_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{heat}} leqslant eta_{ ext{CHP},i,max}^{ ext{heat}} \

　　eta_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{power}} psi_{i,t}^{ ext{CHP}} = eta_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{heat}}

　　end{cases} ag{6}

　　式中：G_{i,max}^{ ext{CHP}}為第i臺(tái)CHP氣功率的上限;mu_{i, ext{up}}^{ ext{CHP}}、mu_{i, ext{do}}^{ ext{CHP}}分別為第i臺(tái)CHP氣功率的最大爬坡率、滑坡率;P_{i,t}^{ ext{CHP}}、H_{極速賽車群 i,t}^{ ext{CHP}}分別為t時(shí)刻第i臺(tái)CHP的電、熱出力;eta_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{power}}、eta_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{heat}}分別為t時(shí)刻第i臺(tái)CHP的電、熱效率;eta_{ ext{CHP},i,max}^{ ext{power}}、eta_{ ext{CHP},i,min}^{ ext{power}}分別為第i臺(tái)CHP電效率的上下限;eta_{ ext{CHP},i,max}^{ ext{heat}}、eta_{ ext{CHP},i,min}^{ ext{heat}}分別為第i臺(tái)CHP熱效率的上下限;psi_{i,t}^{ ext{CHP}}為t時(shí)刻第i臺(tái)CHP的熱電比。

　　HP和EB這兩類P2H的能流約束為

　　egin{cases}

　　H_{i,t}^{ ext{P2H}} = y_{i,t}^{ ext{P2H}} P_{i,t}^{ ext{CHP}} eta_i^{ ext{P2H}} \

　　0 leqslant y_{i,t}^{ ext{P2H}} leqslant y_{i,max}^{ ext{P2H}} \

　　 ext{P2H} in { ext{HP}, ext{EB}}

　　end{cases} ag{7}

　　式中：H_{i,t}^{ ext{P2H}}為t時(shí)刻第i臺(tái)P2H的熱出力;y_{i,t}^{ ext{P2H}}為t時(shí)刻第i臺(tái)CHP與第i臺(tái)P2H的耦合系數(shù);eta_i^{ ext{P2H}}為第i臺(tái)P2H的效率;y_{i,max}^{ ext{P2H}}為第i臺(tái)CHP與第i臺(tái)P2H耦合系數(shù)的上限。

　　結(jié)合式(6)(7)，可以得出EH的能流約束為

　　egin{cases}

　　P_{i,t}^{ ext{EH}} = left( 1 - y_{i,t}^{ ext{P2H}} ight) P_{i,t}^{ ext{CHP}} \

　　H_{i,t}^{ ext{EH}} = H_{i,t}^{ ext{CHP}} + H_{i,t}^{ ext{P2H}} \

　　left( 1 - y_{i,t}^{ ext{P極速賽車群 2H}} ight) psi_{i,t}^{ ext{EH}} = psi_{i,t}^{ ext{CHP}} + y_{i,t}^{ ext{P2H}} eta_i^{ ext{P2H}}

　　end{cases} ag{8}

　　式中：P_{i,t}^{ ext{EH}}、H_{i,t}^{ ext{EH}}分別為t時(shí)刻第i臺(tái)EH的電、熱出力;psi_{i,t}^{ ext{EH}}為t時(shí)刻第i臺(tái)EH的等效熱電比^{[18]}。

　　2) 能源站機(jī)組碳流約束

　　目前大部分源側(cè)碳排計(jì)量模型采用固定碳排放強(qiáng)度的形式，該方法過(guò)于宏觀粗放且難以保證精確性^{[19]}。由于燃?xì)鈾C(jī)組的瞬時(shí)碳排放強(qiáng)度關(guān)于負(fù)荷率可以近似擬合成一個(gè)線性降低的等式關(guān)系^{[20]}，本文將CHP和GB的氣輸入端碳排放強(qiáng)度設(shè)置成隨氣功率線性降低的等式約束，并借助文獻(xiàn)[21]推導(dǎo)出的供能設(shè)備端口的碳排放流模型，以確保能源站機(jī)組具有動(dòng)態(tài)碳排特性。GB的碳流約束為

　　egin{cases}

　　 ho_{ ext{GB},t}^{ ext{gas}} = -kappa_{ ext{gas}} G_t^{ ext{GB}} + zeta_{ ext{gas}} \

　　 ho_{ ext{GB},t}^{ ext{gas}} = ho_{ ext{GB},t}^{ ext{heat}} eta_{ ext{GB}}

　　end{cases} ag{9}

　　式中：kappa_{ ext{gas}}、zeta_{ ext{gas}}分別為燃?xì)鈾C(jī)組氣輸入端碳排放強(qiáng)度的下降率、初始值; ho_{ ext{GB},t}^{ ext{heat}}為t時(shí)刻GB的熱輸出端碳排放強(qiáng)度。

　　CHP的碳流約束為

　　egin{cases}

　　 ho_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{gas}} = -kappa_{ ext{gas}} G_{i,t}^{ ext{CHP}} + zeta_{ ext{gas}} \

　　 ho_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{gas}} = 2 ho_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{power}} eta_{ ext{CHP},極速賽車群 i,t}^{ ext{power}} \

　　 ho_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{gas}} = 2 ho_{ ext極速賽車群 {CHP},i,t}^{ ext{heat}} eta_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{heat}}

　　end{cases} ag{10}

　　式中： ho_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{power}}、 ho_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{heat}}分別為t時(shí)刻第極速賽車群 i臺(tái)CHP的電輸出端、熱輸出端碳排放強(qiáng)度。

　　HP和EB的碳流約束為

　　 ho_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{power}} = ho_{ ext{P2H},i,t}^{ ext{heat}} eta_i^{ ext{P2H}} ag{11}

　　式中： ho_{ ext{P2H},i,t}^{ ext{heat}}為t時(shí)刻第i臺(tái)P2H的熱輸出端碳排放強(qiáng)度。

　　結(jié)合式(10)(11)，可以得出EH的碳流約束為

　　egin{cases}

　　 ho_{ ext{EH},i,t}^{ ext{power}} = ho_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{power}} \

　　H_{i,t}^{ ext{EH}} ho_{ ext{EH},i,t}^{ ext{heat}} = H_{i,t}^{ ext{CHP}} ho_{ ext{CHP},i,t}^{ ext{heat}} + H_{i,t}^{ ext{P2H}} ho_{ ext{P2H},i,t}^{ ext{heat}}

　　end{cases} ag{12}

　　式中： ho_{ ext{E極速賽車群 H},i,t}^{ ext{power}}、 ho_{ ext{EH},i,t}^{ ext{heat}}分別為t時(shí)刻第i臺(tái)EH的電輸出端、熱輸出端碳排放強(qiáng)度。

　　2.2.2 電力網(wǎng)絡(luò)能碳約束

　　1) 電力網(wǎng)絡(luò)能流約束

　　采用二階錐松弛潮流模型^{[22]}，節(jié)點(diǎn)潮流約束為

　　egin{cases}

　　P_{n,t} = P_{n,t}^{ ext{WT}} + P_{n,t}^{ ext{PV}} + P_{n,t}^{ ext{EH}} - P_{n,t}^{L} = sum_{b in B_{ ext{power}}^{n-}} P_{b,t} - sum_{b in B_{ ext{power}}^{n+}} left( P_{b,t} - r_b l_{b,t} ight) \

　　Q_{n,t} = Q_{n,t}^{ ext{WT}} + Q_{n,t}^{ ext{PV}} + Q_{n,t}^{ ext{EH}} - Q_{n,t}^{L} = sum_{b in B_{ ext{power}}^{n-}} Q_{b,t} - sum_{b in B_{ ext{power}}^{n+}} left( Q_{b,t} - x_b l_{b,t} ight)

　　end{cases} ag{13}

　　式中：P_{n,t}、Q_{n,t}分別為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)n處的有功功率、無(wú)功功率;Q_{n,t}^{ ext{WT}}、Q_{n,t}^{ ext{PV}}、Q_{n,t}^{ ext{EH}}分別為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)n處WT、PV、EH的無(wú)功注入;P_{n,t}^{L}、Q_{n,t}^{L}分別為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)n處的有功負(fù)荷、無(wú)功負(fù)荷;B_{ ext{power}}^{n-}、B_{ ext{power}}^{n+}分別為從節(jié)點(diǎn)n流出功率、向節(jié)點(diǎn)n注入功率的支路集合;P_{b,t}、Q_{b,t}分別為t時(shí)刻支路b的有功功率、無(wú)功功率;r_b、x_b分別為支路b的電阻、電抗;l_{b,t}為t時(shí)刻支路b電流幅值的平方。

　　支路節(jié)點(diǎn)電壓約束為

　　v_{b,t}^{ ext{end}} = v_{b,t}^{ ext{start}} - 2 left( r_b P_{b,t} + x_b Q_{b,t} ight) + left( r_b^2 + x_b^2 ight) l_{b,t} ag{14}

　　式中：v_{b,t}^{ ext{start}}、v_{b極速賽車群 ,t}^{ ext{end}}分別為t時(shí)刻支路b始節(jié)點(diǎn)、末節(jié)點(diǎn)電壓幅值的平方。

　　支路潮流松弛約束為

　　left\begin{bmatrix} 2P_{b,t} & 2Q_{b,t} & l_{b,t} - v_{b,t}^{ ext{start}} end{bmatrix}^T ight

　　_2 leqslant l_{b,t} + v_{b,t}^{ ext{start}} ag{15}

　　電流電壓上下限約束為

　　egin{cases}

　　v_{n,min} leqslant v_{n,t} leqslant v_{n,max} \

　　0 leqslant l_{b,t} leqslant l_{b,max}

　　end{cases} ag{16}

　　式中：v_{n,max}、v_{n,min}分別為節(jié)點(diǎn)n電壓幅值平方的上下限;l_{b,max}為支路b電流幅值平方的上限。

　　支路潮流上下限約束為

　　egin{cases}

　　P_{b,min} leqslant P_{b,t} leqslant P_{b,max} \

　　Q_{b,min} leqslant Q_{b,t} leqslant Q_{b,max}

　　end{cases} ag{17}

　　式中：P_{b,max}、P_{b,min}分別為支路b有功功率的上下限;極速賽車群 Q_{b,max}、Q_{b,min}分別為支路b無(wú)功功率的上下限。

　　2) 電力網(wǎng)絡(luò)碳流約束

　　電力網(wǎng)絡(luò)的碳流分布受到潮流分布影響，節(jié)點(diǎn)碳流約束^{[11]}為

　　egin{aligned}

　　R_{n,t}^{P} = &left{ P_{n,t} + P_{n,t}^{L} + sum_{b in B_{ ext{power}}^{n+}} left( P_{b,t} - r_b l_{b,t} ight) ight} ho_{n,t}^{ ext{power}} = \

　　& P_{n,t}^{ ext{EH}} ho_{ ext{EH},n,t}^{ ext{power}} + sum_{b in B_{ ext{power}}^{n+}} left( P_{b,t} - r_b l_{b,t} ight) ho_{b,t}^{ ext{power}}

　　end{aligned} ag{18}

　　式中：R_{n,t}^{P}為t時(shí)刻電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)n處的碳流率; ho_{n,t}^{ ext{power}}為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)n的碳勢(shì); ho_{b,t}^{ ext{power}}為t時(shí)刻支路b的碳流密度。

　　從節(jié)點(diǎn)流出潮流的支路碳流密度等于該節(jié)點(diǎn)的碳勢(shì)^{[23]}，即

　　 ho_{b,t}^{ ext{power}} = ho_{n,t}^{ ext{power}}, quad b in B_{ ext{power}}^{n-} ag{19}

　　2.2.3 熱力網(wǎng)絡(luò)能碳約束

　　1) 熱力網(wǎng)絡(luò)能流約束

　　采用質(zhì)調(diào)節(jié)熱流模型^{[24]}，源荷熱流約束為

　　H_{n,t}^{ ext{EH}} + H_{n,t}^{ ext{GB}} + H_{n,t}^{L} = c_p m_{n,t}^{S} left( T_{n,t}^{S} - T_{n,t}^{R} ight) ag{20}

　　式中：c_p為水的比熱容;m_{極速賽車群 n,t}^{S}為t時(shí)刻供水管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)n的質(zhì)量流率;T_{n,t}^{S}、T_{n,t}^{R}分別為t時(shí)刻供水管網(wǎng)、回水管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)n的溫度;H_{n,t}^{L}為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)n處的熱負(fù)荷。

　　管道溫降約束為

　　T_{b,t}^{ ext{out}} = left( T_{b,t}^{ ext{in}} - T_t^{ ext{am}} ight) e^{ -lambda_b L_b / left( c_p m_{b,t} ight) } + T_t^{ ext{am}} ag{21}

　　式中：T_{b,t}^{ ext{in}}、T_{b,t}^{ ext{out}}分別為t時(shí)刻管道b的進(jìn)口溫度、出口溫度;T_t^{ ext{am}}為t時(shí)刻管道的環(huán)境溫度;lambda_b、L_b、m_{b,t}分別為管道b的熱傳導(dǎo)系數(shù)、長(zhǎng)度、t時(shí)刻的質(zhì)量流率。

　　節(jié)點(diǎn)熱流約束為

　　egin{cases}

　　sum_{b in B_{ ext{heat}}^{n+}} m_{b,t} T_{b,t}^{ ext{out}} = left( sum_{b in B_{ ext{heat}}^{n+}} m_{b,t} ight) T_{n,t}^{ ext{mix}} \

　　T_{n,t}^{ ext{mix}} = T_{b,t}^{ ext{in}}, quad b in B_{ ext{heat}}^{n-}

　　end{cases} ag{22}

　　式中：B_{ ext{heat}}^{n+}、B_{ ext{heat}}^{n-}分別為向節(jié)點(diǎn)n注入熱水、從節(jié)點(diǎn)n流出熱水的管道集合;T_{n,t}^{ ext{mix}}為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)n的混合溫度。

　　節(jié)點(diǎn)溫度上下限約束為

　　egin{cases}

　　T_{n,min}^{S} leqslant T_{n,t}^{S} leqslant T_{n,max}^{S} \

　　T_{n,min}^{R} leqslant T_{n,t}^{R} leqslant T_{n,max}^{R}

　　end{cases} ag{23}

　　式中：T_{n,max}^{S}、T_{n,min}^{S}分別為供水管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)n溫度的上下限;T_{n,max}^{R}、T_{n,min}^{R}分別為回水管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)n溫度的上下限。

　　2) 熱力網(wǎng)絡(luò)碳流約束

　　熱力網(wǎng)絡(luò)的碳流分布同時(shí)受到供回水管網(wǎng)的熱流分布影響，節(jié)點(diǎn)碳流約束^{[13]}為

　　egin{cases}

　　left( sum_{b in B_{ ext{heat}}^{S,n+}} m_{b,t}^{S} T_{b,t}^{S, ext{out}} ight) ho_{S,n,t}^{ ext{heat}} = sum_{b in B_{ ext{heat}}^{S,n+}} m_{b,t}^{S} T_{b,t}^{S, ext{out}} ho_{S,b,t}^{ ext{heat}} \

　　left( sum_{b in B_{ ext{heat}}^{R,n極速賽車群 +}} m_{極速賽車群 b,t}^{R} T_{b,t}^{R, ext{out}} ight) ho_{R,n,t}^{ ext{heat}} = sum_{b in B_{ ext{heat}}^{R,n+}} m_{b,t}^{R} T_{b,t}^{R, ext{out}} ho_{R,b,t}^{ ext{heat}} \

　　R_{n,t}^{H} = c_p m_{n,t}^{S} T_{n,t}^{S} ho_{S,n,t}^{ ext{heat}} - c_p m_{n,t}^{R} T_{n,t}^{R} ho_{R,n,t}^{ ext{heat}} = H_{n,t}^{ ext{EH}} ho_{ ext{EH},n,t}^{ ext{heat}} + H_{n,t}^{ ext{GB}} ho_{ ext{GB},n,t}^{ ext{heat}}, quad n in Omega_{ ext{heat}}^{U} \

　　 ho_{S,n,t}^{ ext{heat}} = ho_{R,n,t}^{ ext{heat}}, quad n in Omega_{ ext{heat}}^{L}

　　end{cases} ag{24}

　　式中：R_{n,t}^{H}為t時(shí)刻熱網(wǎng)節(jié)點(diǎn)n處的碳流率; ho_{S,n,t}^{ ext{heat}}、 ho_{R,n,t}^{ ext{heat}}分別為t時(shí)刻供水管網(wǎng)、回水管網(wǎng)中節(jié)點(diǎn)n的碳勢(shì); ho_{S,b,t}^{ ext{heat}}、 ho_{R,b,t}^{ ext極速賽車群 {heat}}分別為t時(shí)刻供水管網(wǎng)、回水管網(wǎng)中管道b的碳流密度;Omega_{ ext{heat}}^{U}、Omega_{ ext{heat}}^{L}分別為機(jī)組、負(fù)荷所在的節(jié)點(diǎn)集合。

　　支路碳流約束與電網(wǎng)類似，為

　　egin{cases}

　　 ho_{S,b,t}^{ ext{heat}} = ho_{S,n,t}^{ ext{heat}}, quad b in B_{ ext{heat}}^{S,n-} \

　　 ho_{R,b,t}^{ ext{heat}} = ho_{R,n,t}^{ ext{heat}}, 極速賽車群 quad b in B_{ ext{heat}}^{R,n-}

　　end{cases} ag{25}

　　3 荷側(cè)優(yōu)化調(diào)度模型

　　3.1 目標(biāo)函數(shù)

　　荷側(cè)考慮分時(shí)能價(jià)環(huán)境下用戶購(gòu)電購(gòu)熱成本的同時(shí)，引入低碳需求響應(yīng)機(jī)制^{[12]}來(lái)激勵(lì)用戶通過(guò)需求響應(yīng)調(diào)整負(fù)荷在碳市場(chǎng)上獲取碳減排收益，因此荷側(cè)總成本為

　　min F_2 = C_P - C_M ag{26}

　　式中：F_2為荷側(cè)總成本;C_P為用戶購(gòu)能成本;C_M為減碳激勵(lì)收益。

　　egin{cases}

　　C_P = sum_{t=1}^T chi_t^{ ext{power}} sum_{n=1}^{N_{ ext{power}}} P_{n,t}^{L} + chi_t^{ ext{heat}} sum_{n=1}^{N_{ ext{heat}}} H_{n,t}^{L} \

　　C_M = delta left( Delta E_{ ext{CR,tr}}^{ ext{power}} + Delta E_{ ext{CR,tr}}^{ ext{heat}} ight)

　　end{cases} ag{27}

　　式中：chi_t^{ ext{power}}、chi_t^{ ext{heat}}分別為用戶t時(shí)刻的買電、買熱價(jià)格;N_{ ext{power}}、N_{ ext{heat}}分別為電力網(wǎng)絡(luò)、熱力網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù);delta為減碳激勵(lì)價(jià)格;Delta E_{ ext{CR,tr}}^{ ext{power}}、Delta E_{ ext{CR,tr}}^{ ext{heat}}分別為低碳需求響應(yīng)中可轉(zhuǎn)移電負(fù)荷、熱負(fù)荷帶來(lái)的減碳量。

　　由低碳需求響應(yīng)機(jī)制^{[12]}可知，荷側(cè)以節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)作為碳信號(hào)，合理引導(dǎo)用戶將負(fù)荷從碳勢(shì)較高的時(shí)段轉(zhuǎn)移到碳勢(shì)較低的時(shí)段，實(shí)現(xiàn)在用能總量不變的前提下降低用能產(chǎn)生的碳排放。通過(guò)比較響應(yīng)前和響應(yīng)后的用能碳排放量，得到低碳需求響應(yīng)帶來(lái)的減碳量，并根據(jù)碳市場(chǎng)提供的激勵(lì)價(jià)格將其販賣以獲取減碳激勵(lì)收益，最終實(shí)現(xiàn)低碳用能的效果。因此Delta E_{ ext{CR,tr}}^{ ext{power}}和Delta E_{ ext{CR,tr}}^{ ext{heat}}分別為

　　egin{cases}

　　Delta E_{ ext{CR,tr}}^{ ext{power}} = sum_{t=1}^T sum_{n=極速賽車群 1}^{N_{ ext{power}}} ho_{n,t}^{ ext{power}} left( -Delta P_{n,t}^{L, ext{tr}} ight) \

　　Delta E_{ ext{CR,tr}}^{ ext{heat}} = sum_{t=1}^T sum_{n=1}^{N_{ ext{heat}}} ho_{S,n,t}^{ ext{heat}} left( -Delta H_{n,t}^{L, ext{tr}} ight)

　　end{cases} ag{28}

　　式中：Delta P_{n,t}^{L, ext{tr}}、Delta H_{n,t}^{L, ext{tr}}分別為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)n處的可轉(zhuǎn)移電負(fù)荷、熱負(fù)荷。

　　3.2 約束條件

　　考慮到電-熱負(fù)荷均具備可轉(zhuǎn)移能力，因此，可以將任一類型的負(fù)荷劃分為

　　Z_{n,t}^{L} = Z_{n,t}^{L, ext{or}} + Delta Z_{n,t}^{L, ext{tr}} ag{29}

　　式中：Z_{n,t}^{L}、Z_{n,t}^{L, ext{or}}、Delta Z_{n,t}^{L, ext{tr}}分別為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)n處響應(yīng)后的電/熱負(fù)荷、響應(yīng)前的電/熱負(fù)荷和可轉(zhuǎn)移電/熱負(fù)荷。

　　對(duì)于同一能源類型的負(fù)荷，在保持整個(gè)調(diào)度周期內(nèi)的轉(zhuǎn)入量和轉(zhuǎn)出量相等的同時(shí)，需要滿足轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出量上下限的約束和轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出狀態(tài)不能在同一時(shí)刻的要求，即

　　egin{cases}

　　Delta Z_{n,t}^{L, ext{tr}} = Delta Z_{n,t}^{L, ext{tr}+} - Delta Z_{n,t}^{L, ext{tr}-} \

　　sum_{t=1}^T Delta Z_{n,t}^{L, ext{tr}} = 0 \

　　0 leqslant Delta Z_{n,t}^{L, ext{tr}+} leqslant u_{n,t}^{Z, ext{tr}+} au_{ ext{tr}} Z_{n,t}^{L, ext{or}} \

　　0 leqslant Delta Z_{n,t}^{極速賽車群 L, ext{tr}-} leqslant u_{n,t}^{Z, ext{tr}-} au_{ ext{tr}} Z_{n,t}^{L, ext{or}} \

　　u_{n,t}^{Z, ext{tr}+} + u_{n,t}^{Z, ext{tr}-} leqslant 1

　　end{cases} ag{30}

　　式中：Delta Z_{n,t}^{L, ext{tr}+}、Delta Z_{n,t}^{L, ext{tr}-}分別為t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)n處負(fù)荷的轉(zhuǎn)入、轉(zhuǎn)出量;u_{n,t}^{Z, ext{tr}+}、u_{n,t}^{Z, ext{tr}-}分別為極速賽車群 t時(shí)刻節(jié)點(diǎn)n處負(fù)荷轉(zhuǎn)入、轉(zhuǎn)出狀態(tài)的(0,1)變量; au_{ ext{tr}}為可轉(zhuǎn)移負(fù)荷的比例。

　　需要注意的是，下文分析中提出的價(jià)格和低碳2種需求響應(yīng)的主要區(qū)別在于引導(dǎo)信號(hào)的不同。前者是利用分時(shí)能價(jià)引導(dǎo)用戶將負(fù)荷從高能價(jià)時(shí)段轉(zhuǎn)移到低能價(jià)時(shí)段，確保荷側(cè)用能經(jīng)濟(jì)性;后者是利用用能碳勢(shì)引導(dǎo)用戶將負(fù)荷從高碳勢(shì)時(shí)段轉(zhuǎn)移到低碳勢(shì)時(shí)段，確保荷側(cè)用能低碳性。因此2種需求響應(yīng)共用一個(gè)負(fù)荷轉(zhuǎn)移約束條件，最終目標(biāo)是為了最小化荷側(cè)的用能總成本。

　　4 算例分析

　　4.1 參數(shù)場(chǎng)景設(shè)置

　　本文采用改進(jìn)的IEEE 33節(jié)點(diǎn)電網(wǎng)和Barry島32節(jié)點(diǎn)熱網(wǎng)組成的微能源網(wǎng)進(jìn)行算例分析，通過(guò)EH_1和EH_2連接2種網(wǎng)絡(luò)，具體拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，其中電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)1、5、10、27處接入EH_1、EH_2、PV、WT，熱網(wǎng)節(jié)點(diǎn)31、1、32處接入EH_1、EH_2、GB。電網(wǎng)中支路參數(shù)、負(fù)荷分布以及潮流約束變量上下限參見文獻(xiàn)[25];熱網(wǎng)中管道參數(shù)、負(fù)荷分布以及熱流約束變量上下限參見文獻(xiàn)[26]，并根據(jù)日前熱負(fù)荷大小相應(yīng)擴(kuò)大質(zhì)量流率。日前電-熱負(fù)荷、風(fēng)光預(yù)測(cè)出力和管道環(huán)境溫度如圖3所示，分時(shí)能價(jià)見表1和表2，機(jī)組參數(shù)見表3，其他參數(shù)見表4。為驗(yàn)證所提方法的有效性，設(shè)置7個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行對(duì)比分析，如表5所示。本文設(shè)定T為24 h，步長(zhǎng)為1 h，通過(guò)Matlab平臺(tái)調(diào)用Gurobi 10.0.3求解器對(duì)模型進(jìn)行求解。

　　4.2 優(yōu)化結(jié)果分析

　　4.2.1 可調(diào)熱電比CHP耦合HP/EB分析

　　場(chǎng)景1和場(chǎng)景3的對(duì)比結(jié)果如圖4所示。場(chǎng)景1中CHP固定，場(chǎng)景3中CHP可調(diào)。當(dāng)電-熱負(fù)荷相差較小時(shí)(08:00–10:00、16:00和21:00–22:00)，場(chǎng)景1中由于CHP的電熱出力固定變化，會(huì)限制熱效率更高的GB的產(chǎn)熱出力，導(dǎo)致成本和碳排變相增加;相反，場(chǎng)景3中CHP能在不影響GB產(chǎn)熱的前提下靈活調(diào)節(jié)psi_{i,t}^{ ext{CHP}}，無(wú)須耦合HP/EB即可應(yīng)對(duì)電-熱負(fù)荷變化，如圖4b)中y_{1,t}^{ ext{HP}}與y_{2,t}^{ ext{EB}}均為0，從而可以減少成本和碳排。此外，場(chǎng)景3中因?yàn)镃HP_1供給的電-熱負(fù)荷差額大于CHP_2，因此圖4b)中相較于psi_{2,t}^{ ext{CHP}}，psi_{1,t}^{ ext{CHP}}的調(diào)節(jié)幅度更顯著、靈活性更高。

　　當(dāng)熱負(fù)荷遠(yuǎn)大于電負(fù)荷時(shí)(00:00–07:00、12:00–15:00和18:00–20:00)，場(chǎng)景1中psi_{i,t}^{ ext{CHP}}較低且恒定不變，導(dǎo)致需要提高HP/EB抽取對(duì)應(yīng)CHP電出力的比例以滿足高峰用熱需求，如圖4a)中y^{ ext{HP}}與y^{ ext{EB}}均在0.06–0.30的較大范圍內(nèi)變化，進(jìn)一步增加成本和碳排;相反，場(chǎng)景3中系統(tǒng)選擇優(yōu)先讓psi_{i,t}^{ ext{CHP}}達(dá)上限的同時(shí)，控制HP/EB抽取對(duì)應(yīng)CHP電出力的比例處于較低水平，如圖4b)中y_{1,t}^{ ext{HP}}與y^{ ext{EB}}均在0–0.12的較小范圍內(nèi)變化，進(jìn)一步減少成本和碳排。此外，場(chǎng)景3中因?yàn)镠P的效率遠(yuǎn)高于EB，HP會(huì)抽取CHP_1更高比例的電出力以補(bǔ)充產(chǎn)熱，如圖4b)中y_{1,t}^{ ext{HP}}高于y_{2,t}^{ ext{EB}}、psi_{1,t}^{ ext{EH}}高于psi_{2,t}^{ ext{EH}}(00:00–07:00和18:00–20:00);至于圖4b)中出現(xiàn)y_{2,t}^{ ext{EB}}高于y_{1,t}^{ ext{HP}}、psi_{2,t}^{ ext{EH}}高于psi_{1,t}^{ ext{EH}}的反常現(xiàn)象(12:00–15:00)，是因?yàn)榇藭r(shí)PV處于高發(fā)電量狀態(tài)，導(dǎo)致EH_2供給的電負(fù)荷小于EH_1，EB會(huì)抽取CHP_2更高比例的電出力，以確保電網(wǎng)潮流平衡。

　　對(duì)比場(chǎng)景2和場(chǎng)景3，當(dāng)熱負(fù)荷大于電負(fù)荷時(shí)，場(chǎng)景2中由于CHP沒有耦合HP/EB，系統(tǒng)選擇優(yōu)先讓熱效率更高的GB來(lái)彌補(bǔ)一部分產(chǎn)極速賽車群熱不足，但是高峰用熱的壓力也會(huì)導(dǎo)致psi_{i,t}^{ ext{CHP}}達(dá)上限，CHP產(chǎn)出的多余電出力會(huì)變相增加電網(wǎng)的有功網(wǎng)損;相反，場(chǎng)景3中CHP可以利用HP/EB抽取不同比例的電出力來(lái)滿足較大的用熱需求，從而降低GB的供熱壓力和網(wǎng)側(cè)的電力浪費(fèi)，如圖5中場(chǎng)景3下的G^{ ext{GB}}低于場(chǎng)景2(00:00–07:00、11:00–14:00和18:00–20:00)、場(chǎng)景3下的電網(wǎng)有功網(wǎng)損低于場(chǎng)景2(01:00–05:00、12:00–13:00和18:00–20:00)，均能進(jìn)一步減少成本和碳排。

　　對(duì)比表6中不同場(chǎng)景的優(yōu)化結(jié)果，相比于場(chǎng)景1和場(chǎng)景2，場(chǎng)景3的C_G分別減少13.2%和2.6%、E_A分別減少7.4%和3.1%，驗(yàn)證了利用可調(diào)熱電比CHP耦合HP/EB構(gòu)成的EH給系統(tǒng)供能可以減少源側(cè)成本和碳排。

　　4.2.2 能源站機(jī)組動(dòng)態(tài)碳排特性分析

　　場(chǎng)景4和場(chǎng)景5的對(duì)比結(jié)果如圖6–7所示。場(chǎng)景4中能源站機(jī)組采用固定碳排模型，無(wú)法描繪由于機(jī)組輸入輸出變化而引起輸入輸出端的碳排放強(qiáng)度變化的動(dòng)態(tài)過(guò)程，因此網(wǎng)側(cè)節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)的波動(dòng)較弱，如圖6a)中電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)1–9和19–26的碳勢(shì)恒定不變、圖7a)中熱網(wǎng)節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)在0.37–0.49 t/(MW·h)的較小范圍內(nèi)波動(dòng)，導(dǎo)致用戶難以感知碳勢(shì)信息的實(shí)時(shí)差異，最終造成C_{ ext{CE}}與C_M優(yōu)化結(jié)果的宏觀粗放性。相反，場(chǎng)景5中能源站機(jī)組具有動(dòng)態(tài)碳排特性，機(jī)組輸入輸出端的碳排放強(qiáng)度與機(jī)組極速賽車群實(shí)際輸入輸出呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)映射關(guān)系，能夠?qū)崟r(shí)刻畫網(wǎng)側(cè)節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)的波動(dòng)變化，如圖6b)中電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)1–9和19–26的碳勢(shì)在0.356–0.534 t/(MW·h)的范圍內(nèi)波動(dòng)、圖7b)中熱極速賽車群網(wǎng)節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)在0.250–0.468 t/(MW·h)的較大范圍內(nèi)波動(dòng)，幫助用戶有效感知碳勢(shì)信息的時(shí)空差異，最終提高C_{ ext{CE}}與C_M優(yōu)化結(jié)果的量化精度。

　　對(duì)比表6中場(chǎng)景4和場(chǎng)景5的優(yōu)化結(jié)果，場(chǎng)景5 下 減 少 7 473.9 元 的 同 時(shí) ， 提 高 351.5 元 ，說(shuō)明能源站機(jī)組具有動(dòng)態(tài)碳排特性，可以提高源荷協(xié)同優(yōu)化調(diào)度結(jié)果的精確性，避免由于宏觀粗放的固定碳排模型給源荷兩側(cè)帶來(lái)不合理的成本承擔(dān)責(zé)任的問(wèn)題。

　　4.2.3低碳需求響應(yīng)分析

　　將圖6和圖7中場(chǎng)景5的電-熱負(fù)荷所在的節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)通過(guò)空間上的平均化處理，得到場(chǎng)景5~7的日前電-熱負(fù)荷碳勢(shì)(見圖8)，方便衡量碳勢(shì)和能價(jià)的波動(dòng)性，便于觀察用能變化量。

　　對(duì)比場(chǎng)景5、場(chǎng)景6和場(chǎng)景7，場(chǎng)景5中荷側(cè)只進(jìn)行低碳需求響應(yīng)，只考慮，因此場(chǎng)景5中的用能行為由碳勢(shì)引導(dǎo)。圖9中電負(fù)荷從用電碳勢(shì)高峰期間(23:00—次日08:00和15:00—17:00)轉(zhuǎn)移到低谷期間(09:00—14:00和18:00—22:00)，熱負(fù)荷從用熱碳勢(shì)高峰期間(00:00—10:00和15:00—16:00)轉(zhuǎn)移到低谷期間(11:00—14:00和17:00—23:00)。

　　場(chǎng)景6中荷側(cè)只進(jìn)行價(jià)格需求響應(yīng)，只考慮，因此場(chǎng)景6中的用能行為由能價(jià)引導(dǎo)。圖9中電負(fù)荷從電價(jià)峰平時(shí)段(07:00—13:00和18:00—21:00)轉(zhuǎn)移到低谷時(shí)段(22:00—次日06:00和14:00—17:00)，熱負(fù)荷從熱價(jià)較高時(shí)段(08:00—11:00和17:00—21:00)轉(zhuǎn)移到較低時(shí)段(22:00—次日05:00、07:00和14:00—16:00)。

　　場(chǎng)景7中荷側(cè)同時(shí)進(jìn)行低碳-價(jià)格2種類型的需求響應(yīng)，同時(shí)考慮和，因此場(chǎng)景7中的用能行為由碳勢(shì)-能價(jià)共同引導(dǎo)，用戶會(huì)衡量用能碳勢(shì)和分時(shí)能價(jià)的波動(dòng)性來(lái)選擇性地進(jìn)行負(fù)荷轉(zhuǎn)移。圖8中相比于用電碳勢(shì)，電價(jià)的波動(dòng)性更顯著，因此圖9中電負(fù)荷的轉(zhuǎn)移過(guò)程由電價(jià)引導(dǎo);圖8中相比于熱價(jià)，用熱碳勢(shì)的波動(dòng)性更顯著，因此圖9中熱負(fù)荷的轉(zhuǎn)移過(guò)程由用熱碳勢(shì)引導(dǎo)。

　　對(duì)比表6中場(chǎng)景5、場(chǎng)景6和場(chǎng)景7的優(yōu)化結(jié)果，場(chǎng)景5中的最高，場(chǎng)景6中的最低，場(chǎng)景7中在Cp略有增加的情況下，還能擁有可觀的CM，說(shuō)明在能價(jià)的影響下，低碳需求響應(yīng)仍然具有一定的有效性，在保障荷側(cè)用能經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，能夠充分激活用戶的低碳潛力。

　　5 結(jié)論

　　本文以耦合電?熱?氣的微能源網(wǎng)為研究對(duì)象，基于能碳耦合模型提出該異質(zhì)能流系統(tǒng)源荷協(xié)同的優(yōu)化調(diào)度方法，通過(guò)算例分析得出以下結(jié)論。

　　1) 當(dāng)電?熱負(fù)荷相差較小時(shí)，可以靈活調(diào)節(jié)CHP的熱電比，當(dāng)熱負(fù)荷遠(yuǎn)大于電負(fù)荷時(shí)，適當(dāng)提高HP/EB的耦合系數(shù)，均能應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)變化的電?熱需求，確保源側(cè)的經(jīng)濟(jì)低碳性。

　　2) 源側(cè)考慮機(jī)組輸入輸出與碳排強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)映射關(guān)系，可以實(shí)時(shí)刻畫網(wǎng)側(cè)節(jié)點(diǎn)碳勢(shì)的波動(dòng)變化特性，幫助荷側(cè)有效感知此碳信息的時(shí)空差異，提高源荷協(xié)同模型的精確性與合理性。

　　3) 荷側(cè)進(jìn)行低碳需求響應(yīng)時(shí)，能價(jià)的存在會(huì)影響碳勢(shì)的引導(dǎo)效果，2種信號(hào)間的引導(dǎo)作用存在差異，當(dāng)能價(jià)的波動(dòng)性更顯著時(shí)，減少用能成本更有優(yōu)勢(shì)，當(dāng)碳勢(shì)的波動(dòng)性更顯著時(shí)，獲取減碳收益更有優(yōu)勢(shì)，確保荷側(cè)的經(jīng)濟(jì)低碳性。

　　參考文獻(xiàn)

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