考虑阶梯碳交易和需求响应的并网型微电网优化配置方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114243694A(43)申请公布日2022.03.25(21)申请号202111561002.4(22)申请日2021.12.15(71)申请人东北电力大学地址132012吉林省吉林市船营区长春路169号(72)发明人肖白刘健康姜卓(74)专利代理机构吉林市达利专利事务所22102代理人陈传林(51)Int.Cl.H02J3/00(2006.01)H02J3/46(2006.01)H02J3/28(2006.01)G06N3/12(2006.01)权利要求书5页说明书15页附图6页(54)发明名称考虑阶梯碳交易和需求响应的并网型微电网优化配置方法(57)摘要一种考虑阶梯碳交易和需求响应的并网型微电网优化配置方法，其特点是，包括以下步骤：构建含氢储能的并网型微电网，建立微电网内各设备的数学模型；引入阶梯碳交易机制，建立阶梯碳交易成本计算模型；以可再生能源发电功率与负荷功率的差值绝对值之和最小为目标，建立激励型需求响应模型；建立并网型微电网双层优化配置模型，上层优化模型以微电网等年值综合成本最小为目标来优化设备容量，下层优化模型考虑阶梯碳交易和需求响应，以年运行成本与年碳交易成本之和最小为目标进行运行优化；通过遗传算法与混合整数线性规划结合的方法来求解模型。具有科学合理，适用性强，效果佳，能够在满足可靠性要求的同时，使经济性与低碳性最佳匹配的优点。CN114243694ACN114243694A权利要求书1/5页1.一种考虑阶梯碳交易和需求响应的并网型微电网优化配置方法，其特征是，它包括以下步骤：1)构建含氢储能的并网型微电网并网型微电网包含风力发电机、光伏阵列、柴油发电机、负荷和氢储能系统，其中光伏阵列、风力发电机和氢储能系统分别通过各自的变流器或逆变器接入交流微电网，根据用户的用电情况，用户负荷分为可时移负荷和刚性负荷；氢储能系统包含电解槽、储氢罐和燃料电池，在风光输出功率大于负荷需求的时段，利用电解槽设备消耗富余的电能通过电解水来产生氢气，并将氢气储存在储氢罐内，相当于增加了电负荷；当风光输出功率小于负荷需求时，燃料电池则以氢气和氧气为原料发生化学反应产生电能以满足负荷需求；分别建立氢储能系统各设备的数学模型如下：①建立电解槽数学模型电解槽的输出功率如式(1)所示：Pel‑out＝ηelPel‑in(1)其中，Pel‑out为电解槽的输出功率；ηel为电解槽的效率；Pel‑in为电解槽的输入功率；电解槽的最大输入功率除了与其额定容量有关，还受储氢罐剩余储氢容量的影响，电解槽的最大输入功率如式(2)、(3)所示：Eht,max＝SOCht,maxPht,N(3)其中，Pel‑in,max(t)为电解槽的最大输入功率；Pel,N为电解槽的额定容量；Eht,max为储氢罐的最大储能容量；Eht(t)为t时刻储氢罐内储存的能量；Pht,N为储氢罐的额定容量；类比于蓄电池的荷电状态，定义储氢罐的荷电状态为SOCht，SOCht,max为储氢罐的最大荷电状态；Δt为时间间隔；②建立燃料电池数学模型燃料电池的输出功率如式(4)所示；Pfc‑out＝ηfcPfc‑in(4)其中，Pfc‑out为燃料电池的输出功率；ηfc为燃料电池的工作效率；Pfc‑in为燃料电池的输入功率，即储氢罐的输出功率；同电解槽最大输出功率，燃料电池的最大输出功率受其容量与储氢罐剩余容量的限制，如式(5)、(6)所示；Eht,min＝SOCht,minPht,N(6)其中，Pfc‑out,max为燃料电池的最大输出功率；Pfc,N为燃料电池的额定容量；Eht,min为储氢罐的最小储能容量；SOCht,min为储氢罐的最小荷电状态；③建立储氢罐数学模型储氢罐既能储存电解槽产生的氢气，还能为燃料电池提供氢气，储氢罐的数学模型如2CN114243694A权利要求书2/5页式(7)、(8)所示；储氢罐储氢时：Eht(t)＝Eht(t‑1)+Pel‑in(t‑1)ηelΔt(7)储氢罐放氢时：其中，ηht为储氢罐的工作效率；2)构建碳交易机制模型碳交易是通过买卖碳排放配额来实现碳减排的一种交易机制，根据构建的并网型微电网，认定微电网内的碳排放来源于柴油发电机和向上级电网购买的电力，并且默认向上级电网购买的电力全部来源于火电，因此碳交易的无偿碳排放配额如式(9)所示：其中，DG为碳排放配额；αde为柴油发电机的单位电量碳排放配额；αgrid为外购单位电量的碳排放配额；Pde(t)为柴油发电机t时段的输出功率；Pgrid,buy(t)为微电网t时段向上级电网购买的功率；T为碳交易费用的结算周期；采用阶梯碳交易计算模型，即将碳排放量分为若干个区间，碳排放量越多的区间，碳交易价格越高，碳交易成本则越大，