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摘要：基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度方法，包括：对能源枢纽结构所包含的燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机与吸收式制冷机、蓄电池进行建模，反应输入功率与输出功率的关系；建立综合需求响应模型，包括用户冷负荷需求建模、用户热负荷需求建模和用户电负荷需求响应；建立主从博弈低碳模型，使参与该博弈互动的EHO和用户在各自运行约束条件下追求自身利益最优；通过差分进化算法和CPLEX求解器，对主从博弈低碳模型进行求解。本发明能够有效兼顾双方利益，充分发挥用户的需求响应潜力，实现EH经济、低碳运行。

主权项：1.基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：对能源枢纽结构所包含的燃气轮机、燃气锅炉、电制冷机与吸收式制冷机、蓄电池进行建模，反应输入功率与输出功率的关系；步骤2：建立综合需求响应模型，包括用户冷负荷需求建模、用户热负荷需求建模和用户电负荷需求响应；步骤3：建立主从博弈低碳模型，使参与该博弈互动的能源枢纽运营商和用户在各自运行约束条件下追求自身利益最优；步骤4：通过差分进化算法和CPLEX求解器，对主从博弈低碳模型进行求解；所述步骤1中，1、燃气轮机模型如下：燃气轮机GT输出的电功率与所消耗的气功率关系如下所示： 式中：为GT的启停状态标记位；a、b为燃耗系数，c为GT启停成本系数；为了精确反映GT的实际运行工况，对式1进行三分段线性化处理，分段后的3段斜率分别为： 式中：d1、d2、d3、d4表示分段后的GT电功率曲线参数，d1、d4为GT输出电功率的上、下限，故式1能够改写为： GT运行时，排出的高温烟气通过余热锅炉WHB产热，其制热特性模型为： 式中：和分别表示GT和WHB输出的热功率；λGT和λWHB分别表示燃气轮机输出的电热功率比和热回收效率；2、燃气锅炉模型如下：燃气锅炉GB通过燃烧天然气产热，其输出热功率HtGB与输入的气功率GtGB的关系为： 式中：ηGB为GB的产热效率；3、电制冷机与吸收式制冷机模型如下：电制冷机AC、吸收式制冷机AR的输出冷功率QtAC、QtAR分别如下： 式中：ηAR、ηAC表示AR、AC制冷效率；PtAC和HtAR分别表示AC的输入电功率和AR的输入热功率；4、蓄电池模型如下：蓄电池BT充放电前后的储能容量需满足以下约束： 式中：表示BT的t时刻容量状态；hBT.chr、hBT.dis分别为BT的充、放电效率； 表示BT的t-1时刻容量状态、表示t时刻的充电功率、表示t时刻的放电功率、△t表示时间间隔，表示BT的容量状态下限、表示t时刻的容量状态、表示BT的容量状态上限；此外，BT还满足充放电频率约束和互斥约束： 表示t时刻的BT放电功率标志位、表示t时刻的BT充电功率标志位； t表示时间间隔；所述步骤2中，1：用户冷负荷需求建模具体如下：设楼宇制冷设备在使用时间内连续运行，根据能量守恒定理，t时段内室内热量变化量ΔLc等于制冷量Ltc与建筑吸热量LB之差，由此得楼宇热平衡方程： 式中：ρAir为空气密度；CAir为空气比热容；为室内温度变化率；VB为建筑体积；影响建筑吸热的主要因素包括：建筑外墙、外窗传递的热量LWall、LWin，建筑因吸收室内照明、人体散热等热量产生的室内热源LIn以及太阳辐射所产生的热量LS，因此，LB可表示为： 式中：LB表示建筑吸热量；分别为建筑朝向为j时的建筑外墙、外窗与室外的传热系数；分别为建筑朝向为j时建筑外墙、外窗面积；j表示建筑朝向；kWall、kWin分别为建筑外墙、外窗与室外的传热系数；fWall、fWin分别为建筑外墙、外窗面积；TIn、TOut分别为室内外温度；I为太阳辐射功率；S、C分别为外窗遮阳系数、得热因子；联合式11和式12，并通过差分化处理，得到离散化的楼宇热平衡方程： 由式11可得到室内温度与制冷功率之间的关系，为保障用户舒适度，室温应满足上下限和室温波动约束: 表示t时刻的室内温度； 式中：分别为用户可接受的室内温度上限、下限，为设定的最适宜室温分别表示室温波动相对值的上下限；2：用户热负荷需求建模具体如下：通过热水储存模型描述供水温度与热负荷之间的关系： 式中：Ch为水的比热容；Th与TC,h分别表示储水温度和进入储水罐代替消耗热水的冷水温度；Vh与分别表示储水总量和替换消耗热水的冷水总量；表示供应热水所需要的能量；表示t+1时刻的室内温度；水温满足上下限约束和水温波动约束： 表示t时刻的水温； 式中：分别为用户可接受的室内温度上限、下限，为设定的最适宜水温；分别表示水温波动相对值的上下限；3：用户电负荷需求响应建模如下：用户电负荷包括固定电负荷和可转移电负荷，可转移电负荷指用户根据电价信息和用户需求进行转移，在不影响自身舒适度的情况下调整用电策略；设时段t内可转移负荷Lte,k的表达式如式21-22所示； 式中：表示第i个用户未经过电价IDR调节前的可转移电负荷功率；和分别为第i个用户经电价IDR调节后转入和转出的电负荷功率，M为参与响应的用户数量，,经电价IDR调节后转入和转出的电负荷功率；所述步骤3中，主从博弈低碳模型包括：1：EHO碳排放量额分配，具体如下：采用基准线法来确定EHO的无偿碳排放配额，EH中的碳排放权分配额包括CCHP、GB和常规机组；将CCHP发电量折算成等效的发热量并进行碳配额分配：Ep＝EGrid+EGB+ECCHP23；EGrid＝δePbuy24； 式中：EGrid、EGB和ECCHP分别为外部电网购电、GB和CCHP的无偿碳排放配额；Ep为总的系统碳排放分配额；为EHO从外部电网购买的电量；表示折算系数；δe、δh为单位电量、热量的碳排放分配额系数；表示t时刻的GB输出热功率、表示t时刻GT的输出电功率、时刻WHB的输出热功率、表示t时刻AR的输出冷功率；2：奖惩阶梯型碳交易成本计算模型，具体如下：构建的奖惩阶梯型碳交易成本模型如式27所示，当碳排放量小于免费的碳配额时，供能企业能够出售多余的碳排放配额并获取一部分奖励补贴，反之，则需要购买不足的碳排放权；碳排放量越大的区间，对应的碳交易价格越高； 式中：Eco2为EHO所承担的碳交易成本，Ec为EHO的实际碳排放总量，c为单位碳交易价格；λ、μ分别表示奖励系数和惩罚系数，h表示碳排放区间长度；Ep表示IES总的碳排放配额；3：能源枢纽运营商模型，如下：EHO表示能源枢纽运营商，EHO根据用户用能策略调节EH内能量耦合设备出力与内部能源价格，以最大化EHO净利润为目标函数：maxEEHO＝Esale-Ebuy-Eco2-EK28； 式中：i∈{e，c，h}，Esale为EHO的售能收益；Ebuy为EHO的购电、气成本；Eco2和EK分别为EHO承担的碳交易成本和设备运行维护成本；λti为EHO向用用户出售第i种能源的价格，为相应的用户负荷；分别为EHO向外部电网购、售电价格，分别为相应的购、售电功率；λgas为天然气价格，分别为GT、GB所消耗的天然气功率；Ki为设备的单位运行维护费用；表示各设备输出功率；△t表示时间间隔；EHO在优化调度中，不仅需考虑EH内多种能源供需平衡和各能源设备的上下限约束，还需要考虑内部能源价格的约束： 式中：λti,min与λti,max分别为EHO向用户出售第i种能源的价格上、下限值；表示t时刻的第i种能源价格；4用户模型如下：用户的目标函数为购能成本和不舒适度成本之和；设EH内用户均能接受一定程度的不舒适度变化，故其目标函数为：minEUser＝CUser+UUser33；式中：CUser为用户的购能成本；UUser为用户不舒适成本，其表达式分别为： 式中：i∈{e，c，h}，γi对应用户转移或削减第i种能量的不适系数，反映用户对能源的需求偏好；λti为用户t时刻消费第i种能源的价格；为用户最舒适的负荷需求；为用户执行IDR后的实际负荷；△Lti表示用户执行IDR前后的负荷变化量；对于可转移负荷，需要满足以下约束： 式中：表示负荷可转移量的上限值，Wit表示负荷的可转移负荷总量，表示需求响应前第i种能源的用能负荷，表示t时刻第i种能源的用能负荷，表示t时刻第i种负荷的变化量，△t代表时间间隔，T代表一天24小时。

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