碳交易机制

双碳目标下，多能耦合协同运行的虚拟电厂（virtual power plant，VPP）能够有效提升系统经济效益。为降低VPP碳排放量，同时挖掘其需求侧可调节潜力，提出一种考虑阶梯碳交易及综合需求响应的虚拟电厂优化调度模型。首先，基于阶梯式碳交易机制，考虑虚拟电厂各组成元件约束，建立参与碳交易市场的虚拟电厂模型；其次，将需求响应分为价格型需求响应和替代性需求响应，分别构建响应模型；最后，考虑购能成本、系统运营成本和阶梯式碳交易成本，以VPP在调度周期内收益最大为目标函数建立虚拟电厂低碳经济运行模型，并通过算例仿真验证所提模型的有效性。

为了提高能源利用效率，促进可再生能源的开发利用，考虑虚拟电厂可聚合资源规模，进行虚拟电厂低碳交易优化策略研究。首先，一方面，考虑源侧技术开发量与经济开发量分析源侧可聚合资源的上限值；另一方面，考虑荷侧可调节能力分析荷侧可聚合资源的上限值。然后，设计低碳虚拟电厂运行交易框架，分别对虚拟电厂中各单元建模。其次，基于碳交易机制，构建虚拟电厂参与电能量市场、碳交易市场与调峰辅助服务市场的低碳联合交易优化策略。最后，以某一地区为例进行算例分析，验证了模型的有效性。

针对气电综合能源系统低碳调度问题，气网混氢、碳捕集、电转气均是有效的技术手段，同时碳交易机制也是控制碳排放的有效经济手段。因此，本文构建了含富液罐和贫液罐的碳捕集电厂模型，结合电转甲烷技术模型，灵活回收利用系统中的CO2；同时，构建了气网混氢技术模型提高能效，并考虑气网混氢时节点热值变化约束，以奖励式碳交易成本和运行成本之和为目标函数；最后基于改进的比利时20节点天然气系统和IEEE 39节点电力系统模型开展算例测试，结果显示综合考虑碳捕集、气网混氢和奖励式碳交易机制能提高系统低碳经济调度水平，同时调节碳价和奖励系数能灵活调节系统碳排放水平。

随着可再生能源渗透率的提升，其不确定性给综合能源系统(integrated energy system, IES)的经济性和鲁棒性带来了极大挑战。为了促进可再生能源消纳以及降低碳排放量，提出了一种基于数据驱动的分布鲁棒优化(distributionally robust optimization, DRO)调度策略。首先，构建了由有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)、氢燃料电池和电动汽车等构成的供需灵活响应模型，并引入阶梯碳交易机制来约束系统碳排放量。其次，为了能获取最恶劣情况下的场景概率分布，采用综合范数对风电输出场景的概率分布置信集合进行约束。然后，以在最恶劣场景概率分布下综合能源系统运行总成本最低为目标建立两阶段鲁棒优化模型，并通过列和约束生成(column and constraint generation, CCG)算法对模型进行迭代求解。最后，算例仿真结果表明了所提模型和求解方法的有效性，并分析了阶梯碳交易机制和供需灵活响应模型对提高系统灵活性和低碳经济性的影响。

综合能源系统有利于实现多能互济、能源高效利用。以含电、热、冷、氢负荷的园区综合能源系统为研究对象，分析了可再生能源制氢系统及掺氢燃气轮机运行中多种能源的耦合及梯级利用特性，考虑了掺氢比对燃气轮机效率以及热电比的影响，以系统运行成本最小为目标函数，建立了阶梯式碳交易机制下的园区综合能源系统优化调度模型。采用分段线性化和大M法将包含多个0–1变量和连续变量的非线性模型转化为混合整数规划模型，并调用Cplex求解器实现快速求解。算例分析表明，所提调度策略可有效提高园区能源系统运行经济性，合理调控燃气轮机掺氢比有利于降低园区系统的碳排放。

针对煤矿开采过程中碳排放量高以及乏风、瓦斯、矿井涌水等伴生能源得不到及时有效利用的问题，提出一种低碳经济运行的矿区综合能源系统(coal mine integrated energy system, CMIES)。首先，为使矿区伴生能源得到充分利用，搭建了一个包含燃气轮机、乏风氧化发电单元、水源热泵等设备的CMIES模型。其次，为降低矿区碳排放量，在CMIES中加入光伏、风电、电转气与氢燃料电池等设备。同时，引入阶梯式碳交易机制与绿色证书交易机制(green certificate trading, GCT)，通过“双机制”模型来约束系统碳排放、激励新能源设备出力。最后，调用CPLEX商业求解器，以购能成本、新能源设备运行成本、碳排放成本最小为目标函数进行求解。结果表明：优化后的CMIES碳排放量显著降低，运行成本大幅减少。

在能源互补和低碳经济的背景下，虚拟电厂(virtual power plant，VPP)是实现区域资源优化配置和新能源消纳的有效载体。在技术层面，通过碳捕集电厂(carbon capture power plant，CCPP)和电转气(power-to-gas，P2G)装置来实现CO2的循环利用，建立碳捕集电厂-电转气耦合模型，并在负荷侧引入考虑用户满意度的价格型需求响应模型；在低碳政策方面，将阶梯型碳交易机制引入VPP，对碳排放进行约束。然后以总成本最小为目标，建立VPP低碳经济调度模型。通过设置不同调度场景进行对比，验证所建模型在VPP低碳经济运行方面的有效性，并通过敏感性分析探究阶梯碳交易参数对VPP碳排放量与成本的影响，结果表明所建模型对VPP进行低碳经济调度具有指导意义。

“双碳”背景下，在规划分布式电源时引入碳交易和无功补偿机制是实现电力系统低碳化、稳定化的重要手段。为此，提出一种考虑碳交易和无功补偿的分布式电源优化配置方法。首先，引入碳交易机制，建立碳交易成本计算模型。其次，建立考虑碳交易和无功补偿的分布式电源双层优化配置模型，上层以年综合成本为优化目标，决策变量为光伏和燃气轮机接入配电网中的位置及容量；下层以系统网损、电压偏移量、节点电压稳定裕度为优化目标，决策变量为无功补偿电容器在配电网中的位置和容量。最后，通过改进的自适应遗传算法对优化配置模型进行求解。结合IEEE33节点构造的算例进行仿真分析，结果表明，该模型可在保证系统经济性和环保性的基础上有效降低网损，并提高系统电压的稳定性。

为提升综合能源系统（integrated energy system，IES）的可再生能源消纳以及低碳经济效益，提出含电转气（power-to-gas，P2G）和碳捕集（carbon capture system，CCS）耦合的综合能源系统多时间尺度优化调度模型。首先，建立基于阶梯型碳交易机制的含P2G和CCS耦合模型，并构建多能量转换设备和储能设备组成的电-热-冷综合能源系统；其次，基于多时间尺度的优化调度策略，以购能成本、运维成本、碳交易成本、弃风光成本为目标函数建立日前-日内滚动-实时调整3个阶段的优化调度模型；最后，以四川某工业园区为例进行仿真，结果证明本文提出的模型有效提高了综合能源系统的低碳经济效益、能源利用率和系统稳定性。

为实现新型电力系统的低碳经济目标，提出一种计及生命周期评价(life cycle assessment, LCA)的源荷双侧合作博弈优化调度模型。首先，考虑灵活可调度的柔性负荷，构建含热电联产机组、燃气锅炉、电转气等设备的源荷双侧合作运行框架。然后，运用LCA方法分析源荷双侧中不同能源链的温室气体排放，并结合碳交易机制，建立碳交易成本计算模型。最后，基于合作博弈策略，建立以源荷合作联盟总成本最小为目标的源荷双侧协同运行优化模型，并利用改进的Shapley值法对成员合作收益进行分配。算例分析表明，所提模型有利于降低系统运行的总成本、减少系统碳排放量、提升可再生能源消纳量，有效促进系统低碳经济的发展。