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💥1 参考文献
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📚2 概述
园区综合能源系统( park integrated energy system，PIES）根据其区域内用户冷、热、电、气等多种能源的需求，配置各种能源转换设备来耦合多种能源形式，具有复杂的能源结构。由于园区综合能源系统负荷需求的多样化，使得电力需求响应逐渐拓展为电、气、冷、热负荷的综合需求响应。
典型园区综合能源系统结构如图 1 所示，园区综合能源系统与配电网和配气网相连，系统既可以从配气网和配电网购气和购电，也可以售电给电网。园区综合能源系统的能量供应除了直接来自于配电网和配气网，其内部还安装了大量的光伏板，可利用可再生能源发电来满足园区的部分能源供给，减少碳排放的同时降低了园区的购能成本。园区综合能源系统的能量转换设备包括燃气轮机和余热锅炉构成的典型热电联产机组和冰蓄冷空调；储能设备包括电储能、蓄热罐和储气罐；负荷包括电负荷、气负荷、热负荷和冷负荷。
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考虑碳交易机制的园区综合能源系统电热协同运行优化研究
一、引言
综合能源系统是未来能源系统发展的重要形态之一，园区综合能源系统（Park Integrated Energy System，PIES）能根据区域内用户冷、热、电、气等多种能源需求，配置各类能源转换设备来耦合多种能源形式，具有复杂的能源结构。在当前双碳目标的大背景下，如何实现园区综合能源系统的经济高效运行并降低碳排放成为关键问题。碳交易机制作为一种有效的碳排放控制手段，被引入到园区综合能源系统的运行优化研究中。同时，考虑到园区综合能源系统负荷需求的多样化，电力需求响应已逐渐拓展为电、气、冷、热负荷的综合需求响应。本文旨在研究考虑碳交易机制的园区综合能源系统电热协同运行优化方法，以实现系统的低碳经济运行。
二、园区综合能源系统概述
（一）系统结构
园区综合能源系统与配电网和配气网相连，既可以从配气网和配电网购气和购电，也可以售电给电网。其能量供应除了依赖配电网和配气网，内部还安装有大量光伏板，可利用可再生能源发电满足部分能源供给，减少碳排放和购能成本。
（二）主要设备
- 能量转换设备：包括由燃气轮机和余热锅炉构成的典型热电联产机组以及冰蓄冷空调。热电联产机组能同时生产电能和热能，提高能源利用效率；冰蓄冷空调可在电力低谷时段制冰储存冷量，在高峰时段释放冷量满足制冷需求，起到移峰填谷的作用。
- 储能设备：包含电储能、蓄热罐和储气罐。电储能可存储多余电能，在用电高峰或电能不足时释放；蓄热罐能储存热能，保障热负荷的稳定供应；储气罐则储存天然气，满足燃气设备的用气需求。
- 负荷类型：有 电负荷、气负荷、热负荷和冷负荷。不同类型的负荷具有不同的特性和变化规律，需要综合考虑以实现系统的稳定运行。
三、碳交易机制
碳交易机制是为了促进全球温室气体减排，减少碳排放而采用的一种市场机制。在园区综合能源系统中，碳排放主要来源于化石能源（如天然气）的使用。园区根据自身的碳排放配额进行生产运营，如果实际碳排放低于配额，可以将剩余配额在碳市场上出售获取收益；反之，如果实际碳排放超过配额，则需要从碳市场购买额外的配额，否则将面临罚款。这种机制促使园区采取措施降低碳排放，如优化能源结构、提高能源利用效率等。
四、运行优化模型构建
（一）目标函数
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（二）约束条件
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五、模型求解方法
对于上述构建的双目标运行优化模型，可以采用基于改进差分进化算法进行求解。差分进化算法是一种基于群体智能的优化算法，具有收敛速度快、易于实现等优点。改进差分进化算法可以通过引入自适应参数调整策略、变异算子改进等方法，提高算法的搜索能力和收敛精度。具体求解步骤如下：
- 初始化种群：随机生成一定数量的个体，每个个体代表园区综合能源系统的一种运行方案，包含各种设备的运行功率、储能设备的充放电状态等决策变量。
- 计算目标函数值：根据每个个体对应的运行方案，计算系统运行成本和能效水平两个目标函数的值。
- 选择操作：采用锦标赛选择等方法，从种群中选择优良个体，用于生成下一代个体。
- 变异和交叉操作：对选择的个体进行变异和交叉操作，生成新的个体。变异操作通过对个体的决策变量进行随机扰动来实现，交叉操作则是交换不同个体的部分决策变量。
- 更新种群：将新生成的个体与原种群中的个体进行比较，选择较优的个体组成新的种群。
- 终止条件判断：当满足预设的终止条件（如迭代次数达到上限、目标函数值收敛等）时，算法停止，输出最优解。
六、仿真分析
以运行结果为准。
（一）典型园区综合能源系统参数设置
选取一个典型的园区综合能源系统进行仿真分析，确定系统中各类设备的参数，如热电联产机组的额定功率、效率，光伏板的装机容量，储能设备的容量和效率，以及负荷的特性参数等。同时，设定碳交易价格、电价、气价等市场参数。
（二）仿真结果分析
- 参与需求响应前后系统经济运行工况对比：分析参与需求响应前后系统的运行成本变化情况，结果表明，参与需求响应后，系统通过调整设备运行策略，如在电价高峰时段减少用电设备功率、增加储能放电等，有效降低了购电成本，从而使系统运行成本显著降低。
- 能效水平变化：对比参与需求响应前后系统的总能效比，发现需求响应机制促使系统更合理地分配能源，提高了能源利用效率，系统的能效水平得到提升。
- 关键设备利用率：观察热电联产机组、储能设备等关键设备在参与需求响应前后的利用率变化。结果显示，需求响应使得设备的运行更加均衡，关键设备的利用率得到提高，减少了设备的闲置时间和过度使用情况。
- 碳排放量分析：分析碳交易机制对园区碳排放量的影响。在碳交易机制下，园区为了降低碳交易成本，会优先采用可再生能源发电，提高能源利用效率，从而减少了化石能源的使用，使得碳排放量明显降低。
七、结论
本文提出的考虑碳交易机制的园区综合能源系统电热协同运行优化方法，通过构建双目标运行优化模型，并采用改进差分进化算法进行求解，能够有效实现园区综合能源系统在需求响应环境下的最优运行。仿真分析结果表明，该优化方法可以降低系统运行成本、提高能效水平、提升关键设备利用率以及减少碳排放。这为园区综合能源系统的低碳经济运行提供了一种可行的解决方案，具有重要的理论和实际应用价值。未来的研究可以进一步考虑更多的不确定性因素（如可再生能源发电的波动性、负荷预测的误差等），以及与其他能源系统（如交通能源系统）的耦合优化，以推动园区综合能源系统的可持续发展。
🎉3 运行结果
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园区综合能源系统（ park integrated energy system，PIES）根据其区域内用户冷、热、电、气等多种能源的需求，配置各种能源转换设备来耦合多种能源形式，具有复杂的能源结构I8。由于园区综合能源系统负荷需求的多样化，使得电力需求响应逐渐拓展为电、气、冷、热负荷的综合需求响应目前对于考虑负荷侧影响的园区综合能源系统优化调度方法的研究已经取得一定的成果。文献[9]考虑园区负荷需求多样性，将负荷按能源品位细分,
提出了基于动态能源效率的园区综合能源系统梯级优化调度方法，以解决园区能源效率低的问题.文献[10]兼顾园区服务商和园区用户等不同主体的利益，提出基于主从博弈的园区综合能源系统优化策略，从而提高园区内各主体的经济收益。
部分代码：
%蓄电池
Qe_EES=value(Qe_EES);
Pe_EESc=value(Pe_EESc);
Pe_EESdisc=value(Pe_EESdisc);
Real_EESdis=Pe_EESdisc- Pe_EESc;
EES_om=value(EES_om);
EES_omwork=value(EES_omwork);
%碳捕集设备
Pe_CCS=value(Pe_CCS);
Ph_CCS=value(Ph_CCS);
Q_CO2capture=value(Q_CO2capture);
Q_CO2in=value(Q_CO2in);
Q_CO2product=value(Q_CO2product);
CO2_emission=value(CO2_emission);
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