%% [复现]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
%电力自动化设备,41(09)
clc
clear
close all
%% 决策变量初始化
P_CHP_e=sdpvar(1,24); %CHP的输出电功率
P_CHP_h=sdpvar(1,24); %CHP的输出热功率
P_g_CHP=sdpvar(1,24); %CHP消耗天然气功率
P_e_EL=sdpvar(1,24); %EL设备的耗电量
P_EL_H=sdpvar(1,24); %EL电解槽的产氢功率
P_H_MR=sdpvar(1,24); %输入MR设备的氢能功率
P_MR_g=sdpvar(1,24); %MR设备输出的天然气功率
P_H_HFC=sdpvar(1,24); %输入HFC设备的氢能功率
P_HFC_e=sdpvar(1,24); %HFC设备输出的电功率
P_HFC_h=sdpvar(1,24); %HFC设备输出的热功率
P_DG=sdpvar(1,24); %风电消纳功率
P_g_GB=sdpvar(1,24); %输入GB设备的天然气功率
P_GB_h=sdpvar(1,24); %GB设备输出的热功率
%储能部分(电ES1、热ES2、气ES3、氢ES4)
P_ES1_cha=sdpvar(1,24);P_ES2_cha=sdpvar(1,24);P_ES3_cha=sdpvar(1,24);P_ES4_cha=sdpvar(1,24); %充放功率
P_ES1_dis=sdpvar(1,24);P_ES2_dis=sdpvar(1,24);P_ES3_dis=sdpvar(1,24);P_ES4_dis=sdpvar(1,24);
S_1=sdpvar(1,24);S_2=sdpvar(1,24);S_3=sdpvar(1,24);S_4=sdpvar(1,24); %各储能的实时容量状态
%引入充放标志二进制变量
B_ES1_cha=binvar(1,24);B_ES2_cha=binvar(1,24);B_ES3_cha=binvar(1,24);B_ES4_cha=binvar(1,24); %充标志
B_ES1_dis=binvar(1,24);B_ES2_dis=binvar(1,24);B_ES3_dis=binvar(1,24);B_ES4_dis=binvar(1,24); %放标志
P_e_buy=sdpvar(1,24); %购电功率
P_g_buy=sdpvar(1,24); %购气功率
%% 导入常数参数
%电负荷
P_e_load=[717.451523545706;695.290858725762;689.750692520776;698.060941828255;745.152354570637;808.864265927978;836.565096952909;872.576177285319;886.426592797784;900.277008310249;894.736842105263;883.656509695291;875.346260387812;864.265927977839;864.265927977839;868.421052631579;876.731301939058;889.196675900277;880.886426592798;864.265927977839;836.565096952909;817.174515235457;772.853185595568;745.152354570637]';
%热负荷
P_h_load=[864.265927977839;941.828254847645;958.448753462604;955.678670360111;988.919667590028;997.229916897507;903.047091412742;833.795013850416;786.703601108033;703.601108033241;664.819944598338;626.038781163435;595.567867036011;590.027700831025;565.096952908587;639.889196675900;714.681440443213;806.094182825485;811.634349030471;831.024930747922;811.634349030471;808.864265927978;800.554016620499;808.864265927978]';
%天然气负荷
P_g_load=[229.916897506925;224.376731301939;216.066481994460;221.606648199446;224.376731301939;252.077562326870;268.698060941828;288.088642659280;299.168975069252;288.088642659280;293.628808864266;282.548476454294;279.778393351801;271.468144044321;271.468144044321;268.698060941828;277.008310249307;293.628808864266;307.479224376731;304.709141274238;293.628808864266;285.318559556787;277.008310249307;265.927977839335]';
%风电预测出力
P_DG_max=[850.415512465374;864.265927977839;886.426592797784;891.966759002770;894.736842105263;849.030470914127;833.795013850416;653.739612188366;556.786703601108;501.385041551247;432.132963988920;310.249307479224;240.997229916897;252.077562326870;265.927977839335;296.398891966759;343.490304709141;354.570637119114;426.592797783934;526.315789473684;675.900277008310;742.382271468144;854.570637119114;878.116343490305]';
%购电价格
c_e_buy=[0.38*ones(1,7),0.68*ones(1,4),1.2*ones(1,3),0.68*ones(1,4),1.2*ones(1,4),0.38*ones(1,2)];
%购气价格
c_g_buy=0.35*ones(1,24);
%% 导入约束条件
C=[];
C=[C,
P_CHP_e==0.92*P_g_CHP, %CHP的电-气能量转换约束
0<=P_g_CHP<=600, %CHP消耗的气功率上下限约束
0.5*P_CHP_e<=P_CHP_h, %热电比上下限
P_CHP_h<=2.1*P_CHP_e, %热电比上下限
-0.2*600<=P_g_CHP(2:24)-P_g_CHP(1:23)<=0.2*600, %CHP的爬坡约束(1-24时段)
];
C=[C,
P_EL_H==0.87*P_e_EL, %EL(电解槽)的氢-电能量转换约束
0<=P_e_EL<=500, %EL的消耗电功率的上下限约束
-0.2*500<=P_e_EL(2:24)-P_e_EL(1:23)<=0.2*500, %EL的爬坡约束(1-24时段)
];
C=[C,
P_MR_g==0.6*P_H_MR, %MR(甲烷反应器)的气-氢能量转换约束
0<=P_H_MR<=250, %MR消耗的氢功率的上下限约束
-0.2*250<=P_H_MR(2:24)-P_H_MR(1:23)<=0.2*250, %MR的爬坡约束(1-24时段)
];
C=[C,
P_HFC_e==0.95*P_H_HFC, %HFC(氢燃料电池)的电-氢能量转换约束
0<=P_H_HFC<=250, %HFC消耗的氢功率上下限约束
0.5*P_HFC_e<=P_HFC_h, %HFC的热电比上下限
P_HFC_h<=2.1*P_HFC_e, %HFC的热电比上下限
-0.2*250<=P_H_HFC(2:24)-P_H_HFC(1:23)<=0.2*250, %HFC的爬坡约束(1-24时段)
];
C=[C,
0<=P_DG<=P_DG_max, %风电出力约束
P_GB_h==0.95*P_g_GB, %GB的热-气能量转换约束
0<=P_g_GB<=800, %GB的出力上下限约束
-0.2*800<=P_g_GB(2:24)-P_g_GB(1:23)<=0.2*800, %GB的爬坡约束(1-24时段)
];
C=[C,
0<=P_ES1_cha<=B_ES1_cha*0.5*450, %储电设备的最大充电功率约束
0<=P_ES2_cha<=B_ES2_cha*0.5*500, %储热设备的最大充热功率约束
0<=P_ES3_cha<=B_ES3_cha*0.5*150, %储气设备的最大充气功率约束
0<=P_ES4_cha<=B_ES4_cha*0.5*200, %储氢设备的最大充氢功率约束
0<=P_ES1_dis<=B_ES1_dis*0.5*450, %储电设备的最大放电功率约束
0<=P_ES2_dis<=B_ES2_dis*0.5*500, %储热设备的最大放热功率约束
0<=P_ES3_dis<=B_ES3_dis*0.5*150, %储气设备的最大放气功率约束
0<=P_ES4_dis<=B_ES4_dis*0.5*200, %储氢设备的最大放氢功率约束
S_1(1)==0.3*450, %储电设备的初始容量
S_2(1)==0.3*500, %储热设备的初始容量
S_3(1)==0.3*150, %储气设备的初始容量
S_4(1)==0.3*200, %储氢设备的初始容量
%始末状态守恒约束
S_1(24)==S_1(1),
S_2(24)==S_2(1),
S_3(24)==S_3(1),
S_4(24)==S_4(1),
%充放状态唯一
B_ES1_cha+B_ES1_dis<=1,
B_ES2_cha+B_ES2_dis<=1,
B_ES3_cha+B_ES3_dis<=1,
B_ES4_cha+B_ES4_dis<=1,
%储能容量上下限约束
0.2*450<=S_1<=0.9*450,
0.2*500<=S_2<=0.9*500,
0.2*150<=S_3<=0.9*150,
0.2*200<=S_4<=0.9*200,
%储能容量变化约束
S_1(2:24)==S_1(1:23)+0.95*P_ES1_cha(2:24)-P_ES1_dis(2:24)/0.95,
S_2(2:24)==S_2(1:23)+0.95*P_ES2_cha(2:24)-P_ES2_dis(2:24)/0.95,
S_3(2:24)==S_3(1:23)+0.95*P_ES3_cha(2:24)-P_ES3_dis(2:24)/0.95,
S_4(2:24)==S_4(1:23)+0.95*P_ES4_cha(2:24)-P_ES4_dis(2:24)/0.95,
];
C=[C,
P_e_buy==P_e_load+P_e_EL+P_ES1_cha-P_ES1_dis-P_DG-P_CHP_e-P_HFC_e, %电功率平衡约束
P_HFC_h+P_CHP_h+P_GB_h==P_h_load+P_ES2_cha-P_ES2_dis, %热功率平衡约束
P_g_buy==P_g_load+P_ES3_cha-P_ES3_dis+P_g_CHP+P_g_GB-P_MR_g, %气功率平衡约束
P_EL_H==P_H_MR+P_H_HFC+P_ES4_cha-P_ES4_dis, %氢功率平衡约束
0<=P_e_buy<=5000, %购电功率约束
0<=P_g_buy<=5000, %购气功率约束
];
%% 导入目标函数
%公式5 碳排放权配额模型
E_e_buy=0.798*sum(P_e_buy); %购电配额
E_CHP=0.385*sum(P_CHP_h+P_CHP_e); %CHP配额
E_GB=0.385*sum(P_GB_h); %GB配额
E_IES=E_e_buy+E_CHP+E_GB; %IES总碳排放配额
%公式6 实际碳排放模型
E_e_buy_a=1.08*sum(P_e_buy);
E_CHP_a=0.065*3.6*sum(P_CHP_h+6/3.6*P_CHP_e);
E_GB_a=0.065*3.6*sum(P_GB_h);
E_MR_a=1*sum(P_MR_g); %实际MR减少的碳排放
E_IES_a=E_e_buy_a+E_CHP_a+E_GB_a;
E=E_IES-E_IES_a+E_MR_a;; %实际IES总碳排放
%阶梯碳交易成本(分段线性化)
E_v=sdpvar(1,5)%每段区间内的长度,分为5段,每段长度是2000
lamda=0.250;%碳交易基价
C=[C,
E-E_IES==sum(E_v),%总长度等于E
0<=E_v(1:4)<=2000,%除了最后一段,每段区间长度小于等于2000
0<=E_v(5),
];
%碳交易成本
C_CO2=0;
for v=1:5
C_CO2=C_CO2+(lamda+(v-1)*0.25*lamda)*E_v(v);
end
%总目标函数
obj=c_e_buy*P_e_buy'+c_g_buy*P_g_buy'+C_CO2+0.2*sum(P_DG_max-P_DG); %购能成本+碳交易成本+弃风成本
%% 求解器相关配置
ops=sdpsettings('solver','cplex','verbose',2,'usex0',0);
ops.cplex.mip.tolerances.mipgap=1e-6;
%% 进行求解计算
result=optimize(C,obj,ops);
if result.problem==0
% problem =0 代表求解成功
% do nothing!
else
error('求解出错');
end
%% 画图输出运行结果
k_CHP=double(P_CHP_h./P_CHP_e);
k_HFC=double(P_HFC_h./P_HFC_e);
figure
plot(k_CHP,'-pg','LineWidth',1.5)
xlabel('时段/h')
ylabel('CHP热电比/kw')
%% 功率平衡情况
% 电功率平衡
figure
eefa=[P_e_buy;P_ES1_dis;P_DG;P_CHP_e;P_HFC_e];
eefn=[P_e_load;P_e_EL;P_ES1_cha];
bar(eefa',0.8,'stacked')
hold on
bar(-eefn',0.8,'stacked')
xlabel('时间/h');
ylabel('功率/kW');
title('电功率平衡');
legend('市场购电','储能放电','风电','CHP功率','HFC功率','负荷','EL功率','储能充电');
figure
hhfa=[P_HFC_h;P_CHP_h;P_GB_h;P_ES2_dis];
hhfn=[P_h_load;P_ES2_cha]
bar(hhfa',0.8,'stacked')
hold on
bar(-hhfn',0.8,'stacked')
xlabel('时间/h');
ylabel('功率/kW');
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2023-07-14
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MATLAB代码: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 关键词:碳交易 电制氢 阶梯式碳交易 综合能源系统 热电优化 参考文档:《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》基本复现 仿真平台:MATLAB+CPLEX 主要内容:代码主要做的是一个考虑阶梯式碳交易机制的电热综合能源系统优化调度研究,考虑综合能源系统参与碳交易市场,引入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。目标函数为以购能成本、碳排放成本、弃风成本最小,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。
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