文章解读与仿真程序复现思路——电力系统自动化EI\CSCD\北大核心《考虑低碳需求响应及主从博弈的综合能源系统低碳优化调度》

这个标题涉及到综合能源系统的低碳优化调度,并强调了两个关键方面:低碳需求响应和主从博弈。下面对标题的关键词进行解读:

  1. 综合能源系统: 这指的是整合了多种能源形式(例如电力、燃气、可再生能源等)的能源系统。在这个上下文中,综合能源系统可能包括多个能源组件和子系统,形成一个互联的整体系统。

  2. 低碳优化调度: 表示在整个综合能源系统中,通过某种调度机制来优化能源的使用和分配,以减少碳排放。这可能涉及到对不同能源的调度策略,以最小化整体系统的碳足迹。

  3. 低碳需求响应: 指的是系统对低碳需求的敏感性和响应能力。这可能包括对能源使用变化的实时监测,并根据用户或系统的低碳需求进行调整。

  4. 主从博弈: 引入了博弈论的概念,表明在系统中存在多个参与方(主要和从属),它们在能源分配和调度方面可能存在相互竞争或合作的关系。主从博弈可以涉及到各个能源组件、用户或系统级别的决策者。

因此,整个标题的含义是在综合能源系统中,通过考虑低碳需求响应和引入主从博弈的理论,进行能源的优化调度,以实现系统整体的低碳目标。这表明这个研究可能会涉及到复杂的系统建模、优化算法、博弈理论等方面的内容。

摘要:随着能源绿色转型要求的不断提高,为实现综合能源系统低碳经济调度,除考虑源侧减碳策略外,需求侧减碳潜力也值得挖掘。兼顾源荷,提出一种考虑低碳需求响应及供需主从博弈的综合能源系统优化调度模型。首先,在供能侧考虑碳交易机制,采用碳排放流模型将供能侧的碳排放折算到用户侧;然后,从用户侧角度考虑碳排放问题,提出激励型低碳需求响应模型,以引导供能侧的低碳调度;其次,采用主从博弈模型形成供能侧与用户侧间的互动,得到合理、有效的激励方案,进一步挖掘用户侧减碳潜力;最后,通过算例仿真结果验证所提方法的有效性,在保证经济性的同时减少了系统碳排放量。

这段摘要涉及到综合能源系统的低碳经济调度,并介绍了一个包含多个关键组成部分的优化调度模型。以下是对摘要各个方面的详细解读:

  1. 能源绿色转型的要求提高: 摘要首先指出能源领域对绿色转型的需求不断提高,这表明社会对环保和可持续发展的关注,推动了能源体系向更为环保和可持续的方向发展。

  2. 考虑源侧和需求侧的减碳策略: 提到在实现综合能源系统低碳经济调度时,不仅需要考虑源侧(能源供给侧)的减碳策略,还需要挖掘需求侧的减碳潜力。这意味着系统考虑了从供给和需求两方面降低碳排放的手段。

  3. 综合能源系统优化调度模型: 摘要介绍了一种综合能源系统的优化调度模型,该模型兼顾了源荷(能源供给和需求的平衡),并考虑了低碳需求响应和供需主从博弈的因素。

  4. 碳交易机制和碳排放流模型: 在供能侧,引入了碳交易机制,通过碳排放流模型将供能侧的碳排放折算到用户侧。这表明系统考虑了碳交易的概念,其中能源供应者的碳排放直接影响能源用户。

  5. 激励型低碳需求响应模型: 从用户侧角度考虑碳排放问题,提出了激励型低碳需求响应模型,以引导供能侧的低碳调度。这可能涉及到用户在特定条件下减少能源使用的激励机制。

  6. 主从博弈模型: 引入了主从博弈模型,形成供能侧与用户侧之间的互动。这表明在系统中存在着能源供应者和用户之间的博弈关系,可能涉及到权衡经济效益和碳排放减少的决策。

  7. 算例仿真验证: 最后,通过算例仿真结果验证了所提方法的有效性,说明这个模型在实际应用中是可行的,并且在保证经济性的同时能够减少系统的碳排放量。

总体而言,这个摘要揭示了一个复杂的综合能源系统优化调度模型,综合考虑了供需双方的因素,以实现低碳经济调度的目标。

关键词:综合能源系统; 碳排放流;低碳需求响应;主从博弈;碳交易;

  1. 综合能源系统 (Comprehensive Energy System): 这是指一个涵盖多种能源形式和相关组件的系统,可能包括传统的化石燃料能源、可再生能源(如太阳能、风能)、能源存储技术等。综合能源系统的设计旨在实现能源的高效利用、可持续发展和最小的环境影响。

  2. 碳排放流 (Carbon Emission Flow): 这指的是在能源系统中产生的碳排放的流动和分布。在这个上下文中,可能涉及到从能源供应侧到最终用户侧的碳排放的流动模型。

  3. 低碳需求响应 (Low Carbon Demand Response): 这表示系统中用户对能源需求的响应,但在此基础上,强调了降低碳排放的目标。低碳需求响应可能包括通过减少能源使用或在使用时选择更为清洁的能源来降低整体碳足迹。

  4. 主从博弈 (Master-Slave Game): 这是一种博弈论中的概念,表示参与者分为两个层次,有一个“主导者”(主)和一个“从属者”(从)。在这个背景下,可能指能源供应侧和能源需求侧之间的博弈关系,其中一方可能在制定策略或做出决策时起主导作用。

  5. 碳交易 (Carbon Trading): 这是指在碳市场上进行的碳排放额度的买卖。企业或国家可以买卖碳配额,鼓励减排。在综合能源系统中引入碳交易机制可能意味着将碳排放纳入经济考虑,以激励减排行为。

这些关键词共同揭示了一个在综合能源系统中,通过考虑碳排放、需求响应和博弈关系来优化调度的框架。这个框架旨在实现低碳经济调度,综合考虑了能源供给和需求方面的因素,同时引入了碳市场的概念以促进碳排放的减少。

仿真算例:本文采用改进的 IEEE 39 节点电网、20 节点气 网、6 节点热网的综合能源系统进行算例分析。系 统结构图见附录 B 图 B2。系统负荷考虑电、气、热 负荷,具体数值见附录 B 图 B3 [23] 。该系统中,设定各 燃煤机组碳排放强度不同。其中,G1、G2、G5、G6 机组碳排放强度设定为 1.1 t/(MW·h),归为高碳机 组;G3、G7 机组碳排放强度设定为 0.9 t/(MW·h), 归为中碳机组;G4、G8、G9 机组碳排放强度设定为 0.65 t/(MW·h),归为低碳机组;气源碳排放强度设 定见附录 B 表 B1。碳交易基价设定为 80 元/t[22] ,供 能侧向用户侧的售电、售气、售热价格及碳配额等参 数设置见附录 B 表 B2 [29] ,用户对电、气、热能的各偏 好系数见附录 B 表 B3 [30]。可转移负荷调整范围为 负 荷 预 测 值 的 ±10%。 其 余 机 组 参 数 参 考 文 献 [29],本文设定调度周期为 24 h、步长为 1 h,对系统 进行日前调度仿真验证。

仿真程序复现思路:

仿真的复现思路可能包括以下几个步骤:

  1. 建模: 首先,需要建立一个模型,包括电网、气网、热网的拓扑结构,负荷需求,能源生产单元的特性,碳排放强度等。这里的模型应该能够反映综合能源系统的各个方面,根据文中的描述,包括电、气、热的系统结构,负荷需求,碳排放强度等。

  2. 遗传算法设计: 为了进行系统调度和优化,遗传算法是一种常用的优化方法。设计遗传算法的基本流程包括初始化种群、选择适应度函数、进行交叉和变异操作以生成新的个体,最终找到一个适应度较高的个体。

  3. 编程实现: 根据建立的模型和遗传算法设计,编写相应的程序进行仿真。这可能涉及到使用某个编程语言(如Python、MATLAB等)实现电力、气体和热力系统的模型,以及遗传算法的迭代过程。

下面是一个简化的 Python 伪代码,展示可能的实现思路:

import numpy as np

# 定义综合能源系统模型
def energy_system_model(parameters):
    # 在这里实现对综合能源系统的建模,包括电、气、热的系统结构、负荷需求、碳排放等
    # 具体的模型需要根据文中的描述进行建立

# 初始化种群
def initialize_population(population_size):
    return np.random.rand(population_size, num_genes)

# 计算适应度函数
def calculate_fitness(population):
    fitness_values = []
    for individual in population:
        # 在这里计算每个个体的适应度,可以是综合能源系统的运行成本、碳排放等
        fitness = evaluate_system_performance(individual)
        fitness_values.append(fitness)
    return np.array(fitness_values)

# 选择
def selection(population, fitness_values):
    # 使用轮盘赌算法进行选择
    probabilities = fitness_values / np.sum(fitness_values)
    selected_indices = np.random.choice(np.arange(len(population)), size=len(population), p=probabilities)
    return population[selected_indices]

# 交叉
def crossover(parents):
    crossovered_population = []
    for i in range(0, len(parents), 2):
        # 单点交叉
        crossover_point = np.random.randint(1, num_genes)
        child1 = np.concatenate((parents[i][:crossover_point], parents[i + 1][crossover_point:]))
        child2 = np.concatenate((parents[i + 1][:crossover_point], parents[i][crossover_point:]))
        crossovered_population.extend([child1, child2])
    return np.array(crossovered_population)

# 变异
def mutate(population):
    mutated_population = population.copy()
    for i in range(len(mutated_population)):
        # 随机选择一个基因进行变异
        mutation_point = np.random.randint(num_genes)
        # 在这里进行基因变异,可以是随机扰动或者其他方法
        mutated_population[i, mutation_point] += np.random.uniform(-mutation_range, mutation_range)
    return mutated_population

# 获取最优个体
def get_best_individual(population, fitness_values):
    best_index = np.argmin(fitness_values)
    return population[best_index]

# 评估系统性能
def evaluate_system_performance(individual):
    # 在这里根据个体参数进行系统仿真,计算系统性能
    # 包括运行成本、碳排放等指标
    system_performance = energy_system_model(individual)
    return system_performance

# 主程序
if __name__ == "__main__":
    # 定义仿真参数和遗传算法参数
    num_genes = 10
    population_size = 100
    generations = 50
    mutation_range = 0.1

    # 初始化种群
    population = initialize_population(population_size)

    for generation in range(generations):
        # 计算适应度函数
        fitness_values = calculate_fitness(population)

        # 选择
        selected_population = selection(population, fitness_values)

        # 交叉和变异
        crossovered_population = crossover(selected_population)
        mutated_population = mutate(crossovered_population)

        # 替换当前种群
        population = mutated_population

    # 获取最优个体
    best_individual = get_best_individual(population, fitness_values)

    # 输出最优个体和系统性能
    print("最优个体:", best_individual)
    best_system_performance = evaluate_system_performance(best_individual)
    print("最优个体的系统性能:", best_system_performance)

这是一个简单的示例,具体的实现需要根据问题的复杂性进行调整。此外,模型的建立和遗传算法的设计需要深入了解文中提到的系统结构和问题背景。

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