基于MATLAB的碳捕集电厂综合能源系统多时间尺度调度模型

MATLAB代码：计及碳捕集电厂低碳特性及需求响应的综合能源系统多时间尺度调度模型 关键词：碳捕集电厂 综合灵活运行方式 需求响应 日前调度 实时调度 参考文档：《计及碳捕集电厂低碳特性的含风电电力系统源-荷多时间尺度调度方法》非完全复现，只做了日前日内部分，并在上述基础上改进升级为电热综合电源系统 仿真平台：MATLAB yalmip+cplex 主要内容：代码主要做的是一个虚拟电厂/微网多时间尺度电热综合能源系统低碳经济调度模型，源侧在碳捕集电厂中装设烟气旁路系统与溶液存储器，形成碳捕集电厂综合灵活运行方式进而与风电协调配合；荷侧调用不同响应速度的价格型、激励型需求响应资源克服多时间尺度下碳捕集电厂综合灵活运行方式的局限，通过源荷资源协调优化，从而提高系统的低碳性能。 其次，构建源荷协调的日前-日内两阶段低碳经济调度模型，优化系统的负荷及分配计划。 代码非常精品

1. 模型概述

本MATLAB代码实现了一个电热综合能源系统的多时间尺度低碳经济调度模型，重点研究碳捕集电厂的灵活运行方式与需求响应资源的协调优化。模型采用日前-实时两阶段调度框架，在YALMIP建模环境下调用CPLEX求解器进行优化计算。

2. 核心创新点

2.1 碳捕集电厂综合灵活运行方式

• 烟气旁路系统：实现碳排放的部分捕集与直接排放的灵活控制
• 溶液存储装置：通过富液和贫液的存储调节，解耦碳捕集过程与发电过程
• 变工况运行：突破传统碳捕集电厂"以定捕碳"的运行限制，实现"以储促捕"

2.2 多类型需求响应协调

• 电力需求响应：可转移负荷、可削减负荷
• 热力需求响应：可转移负荷、可削减负荷
• 多时间尺度响应：日前慢速响应与实时快速响应相结合

3. 模型结构详述

3.1 调度时间尺度

• 日前调度：24时段，时间分辨率1小时
• 实时调度：96时段，时间分辨率15分钟

3.2 能源供给结构

电源组成：

• 常规火电机组（3台）：带碳捕集装置
• 机组1：200-400kW
• 机组2：120-455kW
• 机组3：100-200kW
• 燃气轮机（2台）：150kW、80kW，热电联供
• 风电机组：基于预测出力的可再生能源
• 电锅炉（2台）：实现电热转换

热源组成：

• 燃气轮机余热
• 电锅炉产热

3.3 碳捕集系统建模

关键参数：

• 碳捕集效率：E_bata = 0.81
• 单位捕碳能耗：P_lamda = 0.269 kW/kgCO₂
• 溶液存储容量：V_CR = [2000,2000,2000] L

运行机理：

总碳排放 E_G = 碳排放系数 × 机组出力
总捕集量 E_total_co2 = 储液装置捕集 + 实时捕集
实时捕集量 = 0.25 × E_bata × eg × (y1 - y2)

3.4 需求响应机制

电力需求响应：

P_DE_intra = (EleLoad + A_IDR_P_tran + A_IDR_P_cut) + P_tran_intra + P_cut_intra

• 转移幅度：±8%基准负荷
• 削减幅度：特定时段2%基准负荷

热力需求响应：

结构与电力类似，独立设置转移与削减约束

4. 数学模型

4.1 目标函数

总运行成本最小化，包括：

1. 火电机组燃料成本：二次函数 aP² + bP + c
2. 碳捕集运行成本：溶剂消耗成本
3. 碳排放成本：未捕集碳排放惩罚
4. 燃气成本：50元/单位
5. 需求响应成本：转移补偿0.35系数，削减补偿0.7系数
6. 弃风惩罚成本：0.3倍电价
7. 失负荷惩罚：142.857系数

4.2 核心约束条件

功率平衡约束：

% 电力平衡
P_w + sum(GT_P) + sum(P_J) + P_s_intra == P_DE_intra

% 热力平衡  
sum(EB_H) + sum(GT_H) + H_s_intra == H_DE_intra

碳捕集系统约束：

• 溶液存储动态平衡
• 捕集量上下限约束
• 能耗与捕集量线性关系

机组运行约束：

• 出力上下限
• 爬坡速率限制
• 最小启停时间

5. 求解方法与技术实现

5.1 线性化处理

• 火电机组成本函数分段线性化
• 碳捕集相关变量分段线性逼近
• 使用SOS2类型变量保证线性化精度

5.2 求解配置

ops = sdpsettings('solver','cplex','verbose',2,'usex0',0);
ops.cplex.mip.tolerances.mipgap = 1e-6;

6. 输出结果与分析

代码提供丰富的可视化输出：

1. 原始数据图：风电预测、电热负荷曲线
2. 电功率平衡图：各电源出力堆叠图与负荷曲线
3. 热功率平衡图：热源出力与热负荷匹配情况
4. 风电消纳图：实际风电出力与预测值对比
5. 碳捕集能耗图：各时段碳捕集系统能耗
6. 火电机组净出力图：扣除捕集能耗后的净发电功率
7. 二氧化碳捕集量图：各机组分时段捕集量

7. 应用价值

本模型为含高比例可再生能源的电力系统提供了：

• 碳捕集电厂灵活运行的技术路径
• 源荷协同优化的调度方法
• 多时间尺度协调的运行策略
• 系统低碳化与经济性平衡的决策支持

该代码适用于虚拟电厂、区域能源系统、低碳电网等场景的运行优化与规划研究，为能源系统的绿色低碳转型提供技术支撑。