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目录
计及碳排放交易及多种需求响应的微网/虚拟电厂日前优化调度研究
⛳️赠与读者
👨💻做科研，涉及到一个深在的思想系统，需要科研者逻辑缜密，踏实认真，但是不能只是努力，很多时候借力比努力更重要，然后还要有仰望星空的创新点和启发点。当哲学课上老师问你什么是科学，什么是电的时候，不要觉得这些问题搞笑。哲学是科学之母，哲学就是追究终极问题，寻找那些不言自明只有小孩子会问的但是你却回答不出来的问题。建议读者按目录次序逐一浏览，免得骤然跌入幽暗的迷宫找不到来时的路，它不足为你揭示全部问题的答案，但若能让人胸中升起一朵朵疑云，也未尝不会酿成晚霞斑斓的别一番景致，万一它居然给你带来了一场精神世界的苦雨，那就借机洗刷一下原来存放在那儿的“躺平”上的尘埃吧。
或许，雨过云收，神驰的天地更清朗.......🔎🔎🔎
💥1 概述
参考文献1：
近年来，分布式电源因其可靠、经济、灵活、环保等特点发展迅速，然而，分布式电源大多为风
电、光伏等可再生能源，其出力的随机性和不可控性给电力系统的安全稳定运行带来一定的挑战。而虚拟电厂(virtual power plant，VPP)技术可以很好地解决上述问题，以 VPP 形式聚合分布式发电机组、储能、可控负荷等分布式能源，通过能量管理系统 (energy management systems，EMS)的协调优化控制，VPP 可减少风电和光伏机组出力的波动性，从而提高整体的稳定性和参与电力市场时的竞争力[1-3]。VPP 可参与的电力市场包括日前市场(day-ahead market，DAM)、实时市场(real-time market，RTM)、双边合同市场、平衡市场和辅助服务市场等[4]，同时参与多类电力市场、可控负荷以需求响应 (demand response，DR)形式参与电力系统运行[5]、聚合储能等行为均可提高 VPP 的灵活性，进而获得更大收益。
参考文献2：
与此同时，虚拟电厂（VPP）运营受到诸如调度过程中的可再生能源（RES）输出等不确定因素的影响，导致经济和安全问题。因此，解决虚拟电厂运营中的不确定因素已成为一个日益受到关注的话题。已经应用了许多方法来解决虚拟电厂运营中的不确定性，如随机规划、鲁棒优化、机会约束规划和点估计。相比之下，在这种情况下，自适应鲁棒优化的应用相对较少。然而，这种方法比鲁棒优化更灵活，因为决策过程是分阶段进行的，这在一定程度上可以缓解鲁棒优化解决方案的保守性。自适应鲁棒优化考虑在不确定因素的最坏情况下的最优解，并通常分为两个阶段进行决策。第一阶段利用所谓的立即变量在不确定性水平已知之前做出决策。第二阶段利用所谓的等待变量在不确定性水平已知之后做出决策。例如，通过主动调节抽水蓄能电站来考虑风力发电输出的不确定性建立了一个自适应鲁棒的机组组合模型，并提出了一个自适应鲁棒的无功优化模型，以解决风力发电在高风电渗透率条件下融入主动配电网中的不确定性。
本文代码主要用于优化调度一个考虑碳排放权交易的微网/虚拟电厂。在这个优化模型中，我们着重关注了需求响应、电动汽车和碳交易部分的优化。需求响应方面，我们考虑了可中断负荷和空调负荷，特别是空调模型的构建既具有创新性又复杂，为其他研究提供了学习的价值。在电动汽车方面，我们考虑了用户的出行模式，制定了比较细致的模型。对于碳排放部分，我们从碳配额和实际碳排放的角度出发，参考了文档中的碳交易模型。引入碳交易模型后，整个微网的运行成本降低了约3000元，取得了良好的效果。这个项目的成功不仅提升了微网的运行效率，也为未来碳排放权交易的研究提供了有益的实践经验。
计及碳排放交易及多种需求响应的微网/虚拟电厂日前优化调度研究
一、微网与虚拟电厂的定义及区别
-
微电网（Microgrid）
微电网是由分布式电源（如光伏、风电）、储能装置、负荷及控制系统构成的自治系统，具备并网和离网运行能力，强调地理集中性和本地能源自给自足。其核心功能包括能源就地消纳、供电可靠性提升及可再生能源整合。例如，微网可通过储能系统平抑风光出力波动，并在电网故障时独立运行。 -
虚拟电厂（Virtual Power Plant, VPP）
虚拟电厂通过信息通信技术聚合分布式能源（DER）、可控负荷和储能，形成虚拟可控实体，参与电力市场交易和电网调度。其特点包括：- 无地理限制：资源可跨区域聚合；
- 灵活性：通过市场机制优化资源配置；
- 经济性：最大化DER的规模化效益。例如，特斯拉在澳大利亚的虚拟电厂项目整合了数千户家庭的屋顶光伏与储能系统。
-
核心区别
- 功能：微网侧重“自治”，虚拟电厂侧重“市场参与”；
- 架构：微网需改变电网物理结构，而虚拟电厂仅需软件集成；
- 应用场景：微网适用于园区、岛屿等封闭场景，虚拟电厂适用于广域资源优化。
二、日前优化调度的基本概念及方法
-
定义与目标
日前调度以24小时为周期，以小时为单位制定机组启停、储能充放电计划，目标包括：- 经济性：最小化运行成本（如燃料、维护、购电成本）；
- 环保性：降低碳排放；
- 可靠性：平衡供需波动。
-
常用方法
- 多场景随机规划：通过生成风光出力及负荷预测的典型场景，优化期望成本；
- 模糊机会约束：处理预测不确定性，如模糊化负荷波动范围；
- 分层优化：分阶段制定日前计划与日内实时调整。
-
典型案例
- 方法对比：文献[14]对比了五种调度方法，发现结合多场景技术与模糊机会约束的方法（方法E）可降低运行成本15%，碳排放减少22%；
- 多时间尺度：日内滚动优化以15分钟为间隔，修正日前计划偏差。
三、碳排放交易机制对调度的影响
-
机制设计
- 碳配额分配：设定基准排放量，超额部分需购买配额；
- 阶梯碳价：碳排放量越高，碳价惩罚系数越大，激励低碳调度；
- 绿证交易：可再生能源发电量可转换为碳减排信用。
-
调度优化效果
- 成本优化：碳交易机制促使系统优先调用燃气轮机而非火电，减少外购高碳电力；
- 减排激励：文献[34]显示，引入碳捕集与绿证交易的虚拟电厂（VPP）可降低CO₂排放50%，运营成本下降22%；
- 市场联动：碳价与电价耦合，推动火电退出主力电源地位。
四、需求响应类型及其应用
-
分类与特点
- 邀约型响应：提前协商负荷削减计划，适用于峰谷电价场景（如广州试点，补贴0-5元/度）；
- 实时型响应：1分钟内启动负荷调整，适用于风光波动性场景；
- 综合需求响应（IDR） ：协调电、热、冷多能负荷，提升灵活性。
-
虚拟电厂中的应用
- 资源整合：特来电虚拟电厂通过聚合充电桩、储能等资源，实现调峰调频；
- 市场收益：邀约型响应可通过补贴获取收益，实时型响应参与辅助服务市场。
五、计及碳交易与需求响应的调度模型研究现状
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模型框架
- 双层优化：上层调度中心制定碳配额与电价，下层VPP优化DER出力；
- 多目标优化：兼顾经济成本、碳排放与用户舒适度（如空调负荷调控）。
-
技术创新
- 碳捕集与P2G技术：通过电转气（P2G）与碳捕存（CCS）耦合，实现碳循环利用；
- 博弈论应用：多微网竞价博弈模型提升资源利用效率。
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仿真验证
- 案例1：IEEE 36节点系统验证了碳流追踪与需求响应协同调度可降低能耗20%；
- 案例2：含电动汽车的微网模型（MATLAB+CPLEX）显示，需求响应使峰谷差缩小30%。
六、整合多种需求响应的调度策略实现路径
-
技术路径
- 数据驱动：利用AI预测可调负荷潜力，如特来电的能量管理系统；
- 多时间尺度协同：日前计划与日内修正结合，降低风光预测误差影响。
-
市场机制设计
- 动态电价：分时电价引导负荷转移，如空调负荷的“预降温”策略；
- 奖惩机制：对未完成响应目标的负荷聚合商实施经济惩罚。
-
政策支持
- 补贴与配额：如广州市对虚拟电厂提供3000万元补贴；
- 碳市场衔接：推动绿证与碳配额互认，提升可再生能源收益。
七、结论与展望
-
研究总结
计及碳交易与需求响应的微网/VPP调度需解决多目标优化、不确定性建模及市场机制设计问题。现有研究表明，阶梯碳价、多时间尺度协同及IDR是提升系统经济性与低碳性的有效手段。 -
未来方向
- 人工智能深化：强化预测精度与实时决策能力；
- 跨市场协同：探索碳-电-绿证市场联动机制；
- 用户参与度提升：通过区块链技术实现分布式资源透明交易。
通过上述研究，可为“双碳”目标下的新型电力系统建设提供理论支撑与实践参考。
📚2 运行结果
2.1 算例1
2.2 算例2
部分代码：
%% 定义燃气轮机参数
a=800;%固定开机费用
kcp=400;%分段线性化费用
sconv=600;%启停费用
gtmax=3.31;%出力上限
gtmin=1.3;%最小出力值
ramp=1.5;%爬坡率
%% 定义储能参数
gescmax=1;%充电功率上限
gesdmax=1;%放电功率上限
sessmax=4;%蓄电量上限
sessmin=0;%蓄电量最小值
uesc=0.95;%充电效率
uesd=0.95;%放电效率
kil=[650,700,800];%中断负荷补偿费用
%% 定义温度参数
%室外温度
tempout=[28.6 28.3 28.1 27.9 28.4 29.3 30.4 31.4 32.3 33.2 34 34.5 34.8 34.7 34.2 33.9 33.1 32.2 31.2 30.5 30 29.6 29.4 28.8];
%温度表达式中的参数
akt=[9.193 9.165 9.147 9.128 9.174 9.258 9.360 9.454 9.537 9.621 9.695 9.742 9.770 9.760 9.714 9.686 9.612 9.528 9.435 9.370 9.323 9.286 9.267 9.212 ];
ebxk=0.3127443;%温度表达式中的参数
bk=0.1303;%温度表达式中的参数
tempmax=27.3;%最高舒适度室温
tempmin=24.8;%最低舒适度室温
%% 定义制冷机以及蓄冷槽参数
coldchmax=10;%制冷机制冷量
coldsmax=5;%蓄冷槽最大蓄冷
coldrmax=5;%蓄冷槽最大释冷
scoldmax=26.4;%蓄冷槽容量
ns=0.95;%蓄冷槽蓄冷效率
nr=0.92;%蓄冷槽释冷效率
uch=5.6;%制冷机能效比
us=0.008;%蓄冷槽蓄冷能效比
ur=0.007;%蓄冷槽释冷能效比
%% 定义碳排放参数
nc=0.3863;%单位电量碳排放基准值
qg=0.184;%碳排放强度
cc=75.983;%co2交易价格
🎉3 参考文献
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