阶梯式碳交易

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。

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。

针对多能耦合的区域综合能源系统的低碳经济运行问题，提出基于绿证-阶梯式碳交易交互的源荷互补优化调度模型。首先，通过引入绿证-阶梯式碳交易交互机制来提高源侧可再生能源的消纳水平和降低系统碳排放量；其次，在负荷侧引入考虑用户满意度的激励型需求响应和调峰收益来实现热电负荷的“削峰填谷”；最后，以日运行成本最小化为目标，采用Cplex求解器对模型进行求解。算例结果表明：绿证-阶梯式碳交易交互机制有助于充分发挥激励型需求响应的优化能力，提高源侧可再生能源的消纳能力，实现源荷侧协同降碳，降低系统运行成本，有效提高系统运行的绿色性、低碳性和经济性。

在“碳达峰”与“碳中和”背景下，为提高能源的低碳化利用，提出一种基于阶梯式碳交易机制与细化电转气和碳循环的综合能源系统（integrated energy system，IES）低碳经济运行策略。首先考虑阶梯式碳交易机制，采用碳交易市场，利用区间数与碳交易费用达到控制碳排放的目的；其次在细化电转气的基础上引入电解槽（eLectrolyzer，EL）、甲烷反应器（methane reactor，MR），并增设碳捕集装置（carbon capture system，CCS），实现碳的循环利用。最后构建以购能成本、阶梯式碳排放交易成本、弃风弃光成本、碳捕集成本最小为目标的IES优化调度模型，利用CPLEX建模优化引擎将原问题转化为混合整数线性问题对此模型进行求解，结果验证了所建模型的有效性。

针对低碳背景下微电网中可再生能源出力的不确定性以及碳排放问题，提出了一种考虑阶梯式碳交易机制同时柔性负荷参与调控的微电网两阶段鲁棒优化方法。在调度模型中引入阶梯式碳交易机制，限制系统的碳排放量；通过柔性负荷的调控作用弥补由于可再生能源出力波动造成的功率缺额，进一步减小了微电网的碳排放量和调度成本；模型中引入不确定参数调节系统的保守性，日前阶段基于预测数据并考虑系统日内可能遭受的最恶劣场景，制定预测数据下的日前调度方案，日内调控阶段则在日前调度方案的基础上进行二次优化，在最恶劣场景下给出系统的日内调控方案；模型利用嵌套C&CG算法对调度模型进行求解。算例仿真结果证明，鲁棒优化方法相较于确定性优化方法其总调度成本平均减少了3.1%；考虑阶梯式碳交易机制后，系统单日运行的碳排放量和总调度成本相较于未考虑碳交易机制时分别下降了17.7%和3.7%；考虑柔性负荷参与调度后，系统单日运行的碳排放量和总调度成本相较于未考虑柔性负荷时分别下降了26%和24.3%，验证了所提优化模型的有效性。

在“双碳”目标下，为提高风光能源利用效率、优化资源配置、促进综合能源系统降碳减排，提出了一种风光氢储综合能源系统低碳经济调度模型。首先，考虑氢能作为新型储能能源所具有的低碳特性和调度优势，引入两阶段运行的电转气(power-to-gas, P2G)技术模型，以氢能为连接纽带，实现了系统内电、热、气能之间的耦合传递。其次，引入碳捕集设备及阶梯式碳交易机制，以进一步降低系统的碳排放。然后，构建以购能成本、碳交易成本、运行成本和弃风弃光成本最小为目标的低碳经济调度模型，并运用CPLEX求解器进行求解。最后，通过对多个运行情景的优化结果对比分析，验证了模型在消纳风光出力、促进系统深度脱碳、推动多能源互补和增加系统经济效益方面的有效性。

在“碳达峰”与“碳中和”背景下，为提高能源的低碳化利用，提出一种基于阶梯式碳交易机制与细化电转气和碳循环的综合能源系统（integrated energy system，IES）低碳经济运行策略。首先考虑阶梯式碳交易机制，采用碳交易市场，利用区间数与碳交易费用达到控制碳排放的目的；其次在细化电转气的基础上引入电解槽（eLectrolyzer，EL）、甲烷反应器（methane reactor，MR），并增设碳捕集装置（carbon capture system，CCS），实现碳的循环利用。最后构建以购能成本、阶梯式碳排放交易成本、弃风弃光成本、碳捕集成本最小为目标的IES优化调度模型，利用CPLEX建模优化引擎将原问题转化为混合整数线性问题对此模型进行求解，结果验证了所建模型的有效性。

针对源网荷储优化调度时分布式电源的间歇性引起主动配电网节点电压波动以及有功网损增加等问题，提出一种改进风光场景聚类联合虚拟储能的源网荷储低碳优化调度方法。首先，为有效应对风光出力不确定的挑战，提出一种基于密度噪声应用空间聚类(density-based spatial clustering of applications with noise, DBSCAN)的迭代自组织数据分析算法(iterative self-organizing data analysis techniques algorithm, ISODATA)，并以DB指数、Dunn指数和轮廓系数对风光场景聚类效果的优劣进行评价。其次，引入阶梯式碳交易机制，建立以主动配电网综合运行成本最低为目标的优化调度模型。同时，提出用户参与满意度和电网依赖度两种运行评价指标。最后，在IEEE 33节点系统上进行算例仿真分析，结果验证了DBSCAN-ISODATA算法的合理性。并且所提低碳优化调度方法能够有效降低系统碳排放量与运行成本，实现了主动配电网低碳经济稳定运行。

为进一步提高园区综合能源系统的可再生能源消纳率以及系统的低碳性和经济性，提出了一种考虑绿证-碳交易机制和热电联产机组热电灵活响应的园区综合能源系统低碳经济调度策略。首先，通过绿色证书交易模型和阶梯式碳交易模型构建绿证-碳交易机制，旨在提高系统可再生能源消纳水平并降低系统碳排放量；其次，将有机朗肯循环引入系统，与传统的热电联产机组和电锅炉构建热电联产机组热电灵活响应模型，从而优化系统运行并为绿证-碳交易机制提供更大发挥空间；最后，以系统总成本最小为目标，构建考虑绿证-碳交易机制和热电联产机组热电灵活响应的园区综合能源系统优化模型。算例结果表明，该策略可提高系统的可再生能源消纳率，降低系统碳排放量和总成本。