本發(fā)明涉及能源電力技術(shù)，尤其涉及基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法、系統(tǒng)及設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、虛擬電廠(vpp)作為一種可以實(shí)現(xiàn)多能耦合、清潔高效的能源管理系統(tǒng)，其能夠耦合電、熱等多種不同形式能源，可以有效地提高能源利用效率、降低碳排放量，減少傳統(tǒng)供能系統(tǒng)單一供能造成的能源浪費(fèi)和環(huán)境污染問題，是我國實(shí)現(xiàn)低碳承諾和能源高質(zhì)量利用的重要手段。

2、在市場機(jī)制層面，碳交易機(jī)制被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)低碳減排目標(biāo)的有效手段。在碳交易機(jī)制下，對(duì)僅有單一利益主體的虛擬電廠的低碳運(yùn)行已有較多文獻(xiàn)研究，但是少有文獻(xiàn)分析多利益主體在碳交易機(jī)制下的利益交互以及多主體合作運(yùn)行對(duì)于碳排量減少的積極作用。與此同時(shí)，虛擬電廠間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易是一種去中心化的交易模式，交易雙方不需要配電網(wǎng)運(yùn)營商的介入便可完成交易，使得各虛擬電廠成員不僅可以參與到上級(jí)碳市場，也可以與其他vpp進(jìn)行碳配額交易，此外，當(dāng)前的碳交易模式并不能有效引導(dǎo)電動(dòng)汽車參與碳交易，發(fā)揮其低碳效益。

3、在多vpp系統(tǒng)合作優(yōu)化中，除能量傳遞外，還需關(guān)注各個(gè)vpp之間利益分配的問題。shapley值分配在面對(duì)微電網(wǎng)規(guī)模龐大的情況下將出現(xiàn)“組合爆炸”的難題，導(dǎo)致計(jì)算效率變低。標(biāo)準(zhǔn)的納什談判法只是最大化所有vpp的收益，將利潤平均分配，未考慮到合作中各主體貢獻(xiàn)度的各種差異。

4、因此，基于上述問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法、系統(tǒng)及設(shè)備。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法、系統(tǒng)及設(shè)備，綜合考量了各個(gè)功能區(qū)和電動(dòng)汽車聚合商中設(shè)備類型和負(fù)荷的差異性，并根據(jù)每個(gè)vpp系統(tǒng)對(duì)于整體的貢獻(xiàn)程度不同進(jìn)行碳配額分配，實(shí)現(xiàn)每個(gè)vpp系統(tǒng)公平合理的收益分配。

2、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法，包括如下步驟：

3、s1、構(gòu)建多vpp系統(tǒng)的合作運(yùn)行框架模型；所述多vpp系統(tǒng)包括電動(dòng)汽車聚合商和多個(gè)功能區(qū)；

4、s2、基于所述框架模型計(jì)算電動(dòng)汽車聚合商的碳配額和各個(gè)功能區(qū)的碳配額；將各個(gè)功能區(qū)的實(shí)際碳排放量減去對(duì)應(yīng)功能區(qū)的碳配額得到各個(gè)功能區(qū)的碳配額共享后的碳排放量；根據(jù)碳配額共享后的碳排放量計(jì)算得到各個(gè)功能區(qū)的碳交易成本；

5、s3、根據(jù)框架模型和碳交易成本構(gòu)建各個(gè)功能區(qū)的第一總成本最小化模型，用于計(jì)算各個(gè)功能區(qū)運(yùn)行總成本的最小值；根據(jù)框架模型和電動(dòng)汽車聚合商的碳配額構(gòu)建電動(dòng)汽車聚合商的第二總成本最小化模型，用于計(jì)算電動(dòng)汽車聚合商運(yùn)行總成本的最小值；所述第一總成本最小化模型和第二總成本最小化模型中包括未知參數(shù)；所述未知參數(shù)包括各個(gè)vpp系統(tǒng)之間的電能、熱能、碳配額交易量和電能、熱能、碳配額交易價(jià)格；

6、s4、基于納什談判的第一個(gè)子問題進(jìn)行第一階段計(jì)算：根據(jù)所述第一總成本最小化模型和第二總成本最小化模型構(gòu)建多vpp系統(tǒng)成本最小化問題模型，使得多vpp系統(tǒng)的運(yùn)行總成本之和最?。桓鶕?jù)所述多vpp系統(tǒng)成本最小化問題模型計(jì)算得到各個(gè)vpp系統(tǒng)之間的電能、熱能、碳配額交易量；

7、s5、基于納什談判的第二個(gè)子問題進(jìn)行第二階段計(jì)算：獲取各個(gè)vpp系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的多個(gè)貢獻(xiàn)因子，根據(jù)貢獻(xiàn)因子和各個(gè)貢獻(xiàn)因子對(duì)應(yīng)的權(quán)重，得到各個(gè)vpp系統(tǒng)的綜合貢獻(xiàn)率；根據(jù)所述綜合貢獻(xiàn)率和多vpp系統(tǒng)成本最小化問題模型構(gòu)建支付議價(jià)子問題模型；根據(jù)所述支付議價(jià)子問題模型計(jì)算得到各個(gè)vpp系統(tǒng)之間的電能、熱能、碳配額交易價(jià)格。

8、第二方面，本發(fā)明提供一種基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化系統(tǒng)，包括：

9、預(yù)處理模塊：構(gòu)建多vpp系統(tǒng)的合作運(yùn)行框架模型；所述多vpp系統(tǒng)包括電動(dòng)汽車聚合商和多個(gè)功能區(qū)；基于所述框架模型計(jì)算電動(dòng)汽車聚合商的碳配額和各個(gè)功能區(qū)的碳配額；將各個(gè)功能區(qū)的實(shí)際碳排放量減去對(duì)應(yīng)功能區(qū)的碳配額得到各個(gè)功能區(qū)的碳配額共享后的碳排放量；根據(jù)碳配額共享后的碳排放量計(jì)算得到各個(gè)功能區(qū)的碳交易成本；

10、成本模型構(gòu)建模塊：根據(jù)框架模型和碳交易成本構(gòu)建各個(gè)功能區(qū)的第一總成本最小化模型，用于計(jì)算各個(gè)功能區(qū)運(yùn)行總成本的最小值；根據(jù)框架模型和電動(dòng)汽車聚合商的碳配額構(gòu)建電動(dòng)汽車聚合商的第二總成本最小化模型，用于計(jì)算電動(dòng)汽車聚合商運(yùn)行總成本的最小值；所述第一總成本最小化模型和第二總成本最小化模型中包括未知參數(shù)；所述未知參數(shù)包括各個(gè)vpp系統(tǒng)之間的電能、熱能、碳配額交易量和電能、熱能、碳配額交易價(jià)格；

11、第一階段計(jì)算模塊：基于納什談判的第一個(gè)子問題進(jìn)行第一階段計(jì)算：根據(jù)所述第一總成本最小化模型和第二總成本最小化模型構(gòu)建多vpp系統(tǒng)成本最小化問題模型，使得多vpp系統(tǒng)的運(yùn)行總成本之和最??；根據(jù)所述多vpp系統(tǒng)成本最小化問題模型計(jì)算得到各個(gè)vpp系統(tǒng)之間的電能、熱能、碳配額交易量；

12、第二階段計(jì)算模塊：基于納什談判的第二個(gè)子問題進(jìn)行第二階段計(jì)算：獲取各個(gè)vpp系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的多個(gè)貢獻(xiàn)因子，根據(jù)貢獻(xiàn)因子和各個(gè)貢獻(xiàn)因子對(duì)應(yīng)的權(quán)重，得到各個(gè)vpp系統(tǒng)的綜合貢獻(xiàn)率；根據(jù)所述綜合貢獻(xiàn)率和多vpp系統(tǒng)成本最小化問題模型構(gòu)建支付議價(jià)子問題模型；根據(jù)所述支付議價(jià)子問題模型計(jì)算得到各個(gè)vpp系統(tǒng)之間的電能、熱能、碳配額交易價(jià)格。

13、第三方面，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N電子設(shè)備，包括：存儲(chǔ)器、處理器以及計(jì)算機(jī)程序；其中，所述計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，并被配置為由所述處理器執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)如第一方面的方法。

14、本發(fā)明實(shí)施例具有以下技術(shù)效果：

15、本發(fā)明基于一種按照功能劃分的框架模型，綜合考量了各個(gè)功能區(qū)和電動(dòng)汽車聚合商中設(shè)備類型和負(fù)荷的差異性；建立兩階段碳交易模型，第一階段通過各vpp系統(tǒng)主體間碳配額交易實(shí)現(xiàn)碳配額的最優(yōu)分配，第二階段各vpp系統(tǒng)主體在碳市場中參與階梯式碳交易；

16、其中，為了進(jìn)一步提高電動(dòng)汽車參與碳減排的積極性，以其碳減排量作為其獲得的碳配額，使其充分參與到碳交易中，出售其碳配額以獲取利益；采用了階梯式碳交易機(jī)制進(jìn)行對(duì)超額的碳配額進(jìn)行懲罰，可以促進(jìn)各主體間進(jìn)行碳配額交易；

17、且鑒于每個(gè)vpp系統(tǒng)對(duì)于整體的貢獻(xiàn)程度不同，貢獻(xiàn)程度較大的vpp系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)獲取更高的利益，因此利用綜合貢獻(xiàn)率來進(jìn)行利益分配，將綜合貢獻(xiàn)率應(yīng)用到支付議價(jià)子問題中，提高利益分配的公平性、合理性；對(duì)于綜合貢獻(xiàn)率的計(jì)算考慮了4個(gè)方面，綜合考察了各維度下vpp的貢獻(xiàn)程度，進(jìn)一步提高了利益分配的準(zhǔn)確性；

18、本申請(qǐng)進(jìn)一步提高了電動(dòng)汽車聚合商參與碳減排的積極性，使其充分參與到碳交易中，出售其碳排放配額以獲取利益；

19、綜上，本申請(qǐng)能兼顧系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和低碳性，并實(shí)現(xiàn)每個(gè)vpp系統(tǒng)公平合理的收益分配。

技術(shù)特征：

1.基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法，其特征在于，包括如下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法，其特征在于，所述功能區(qū)包括按照功能劃分的工業(yè)區(qū)、居民區(qū)和商業(yè)區(qū)中的一種或多種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法，其特征在于，所述電動(dòng)汽車聚合商的碳配額為燃油汽車行駛相同里程產(chǎn)生的二氧化碳減去電動(dòng)汽車充電功率產(chǎn)生的碳排放量。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法，其特征在于，所述根據(jù)碳配額共享后的碳排放量計(jì)算得到各個(gè)功能區(qū)的碳交易成本，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法，其特征在于，所述第一總成本最小化模型為各個(gè)功能區(qū)運(yùn)行成本之和取最小值；所述第一總成本最小化模型包括第一約束條件；所述第二總成本最小化模型為電動(dòng)汽車聚合商運(yùn)行成本取最小值；所述第二總成本最小化模型包括第二約束條件。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法，其特征在于，所述貢獻(xiàn)因子包括：能量共享貢獻(xiàn)因子、碳減排貢獻(xiàn)因子、用戶滿意度貢獻(xiàn)因子、抗風(fēng)險(xiǎn)貢獻(xiàn)因子；

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法，其特征在于，所述碳減排貢獻(xiàn)因子為各個(gè)功能區(qū)進(jìn)行碳交易后減少的碳排放量與總的功能區(qū)減少的碳排放量之比；

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法，其特征在于，所述多vpp系統(tǒng)成本最小化問題模型和支付議價(jià)子問題模型采用交替方向乘子法計(jì)算未知參數(shù)。

9.基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化系統(tǒng)，其特征在于，包括以下內(nèi)容：

10.一種電子設(shè)備，其特征在于，包括：存儲(chǔ)器、處理器以及計(jì)算機(jī)程序；其中，所述計(jì)算機(jī)程序存儲(chǔ)在所述存儲(chǔ)器中，并被配置為由所述處理器執(zhí)行以實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及能源電力技術(shù)領(lǐng)域，公開了基于兩階段碳交易的虛擬電廠低碳優(yōu)化方法、系統(tǒng)及設(shè)備，基于一種按照功能劃分的框架模型，綜合考量各個(gè)功能區(qū)和電動(dòng)汽車聚合商中設(shè)備類型和負(fù)荷的差異性；建立兩階段碳交易模型，第一階段通過各主體間碳配額交易實(shí)現(xiàn)碳配額的最優(yōu)分配，第二階段各主體在碳市場中參與階梯式碳交易；為了提高電動(dòng)汽車參與碳減排的積極性，以其碳減排量作為獲得的碳配額，使其充分參與到碳交易中，出售其碳配額獲取利益；鑒于每個(gè)VPP系統(tǒng)對(duì)于整體的貢獻(xiàn)程度不同，貢獻(xiàn)程度較大的VPP系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)獲取更高的利益，因此利用綜合貢獻(xiàn)率來進(jìn)行利益分配，將綜合貢獻(xiàn)率應(yīng)用到支付議價(jià)子問題中，提高利益分配的公平性、合理性。

技術(shù)研發(fā)人員：溫家興,賈嶸,曹戈,郭懌,焦洋
受保護(hù)的技術(shù)使用者：西安理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9