本發明涉及綜合能源系統優化運行，具體涉及一種基于admm法的電-氫綜合能源系統的低碳運行方法。

背景技術：

1、隨著全球對環境保護和可持續發展的關注不斷增強，低碳能源系統的優化成為了能源領域的重要研究方向。傳統的能源系統主要依賴于煤炭、石油和天然氣等化石能源，這些能源在電力生產和供熱等方面發揮了重要作用。然而，化石能源的過度使用不僅帶來了嚴重的環境污染問題，還導致了能源資源的浪費和運營效率低下。為了應對這些挑戰，現代能源系統逐漸轉向集成可再生能源、燃氣熱電廠、電制氫系統等多種能源形式，以實現更加綠色和高效的能源管理。

2、面對日益嚴峻的氣候挑戰，綜合能源系統作為一種前沿的能源管理模式，通過整合電力、熱能、氫能等多種能源形式，實現了能源的協調與優化配置。該系統不僅有助于提高能源利用效率，還可以通過多能源形式的互補和梯級利用，降低整體碳排放。盡管如此，綜合能源系統在實際運行中依舊面臨著協調性不足、信息交換復雜等問題，這些問題影響了系統的整體效率和低碳目標的實現。因此，為了推動綜合能源系統的高效協同運行，需要在實現低碳目標的同時，充分考慮系統內各主體的利益訴求和運行目標，以優化系統能源交易和合作機制。

技術實現思路

1、本發明為克服上述現有技術中存在的不足之處，提供一種基于admm法的電-氫綜合能源系統的低碳運行方法，以期能夠優化電-氫綜合能源系統的運行策略，以降低系統整體的碳排放，還能有效解決電-氫綜合能源系統內資源分配的低效性。

2、為了達到上述目的，本發明所采用的技術方案為：

3、本發明一種基于admm法的電-氫綜合能源系統的低碳運行方法，所述電-氫綜合能源系統由可再生能源、電制氫系統、燃氣熱電廠和蓄電池組成的特點在于，所述低碳運行方法包括如下步驟：

4、步驟一、考慮電-氫綜合能源系統實際的碳排放量；

5、步驟1.1、利用式(1)獲取燃氣熱電廠內各設備的實際碳排放量：

6、????????????????????????????????(1)

7、式(1)中：為熱電聯產機組chp運行時的碳排放量；為燃氣輪機gt運行時的碳排放量；為燃氣鍋爐gb運行時的碳排放量；表示為t時刻熱電聯產機組運行所需的天然氣量；表示為t時刻燃氣輪機運行所需的天然氣量；表示為t時刻燃氣鍋爐運行所需的天然氣量；是天然氣g的碳排放因子，t表示總時長；

8、利用式(2)得到t時刻燃氣熱電廠運行所需總的天然氣量：

9、???????????????????????????????(2)

10、步驟1.2、利用式(3)獲取電-氫綜合能源系統的二氧化碳的實際排放量；

11、???????????????????????????????????(3)

12、步驟二、建立基于系統實際碳排放量的綜合能源系統低碳優化運行模型；

13、步驟2.1、利用式(4)建立電-氫綜合能源系統的優化運行模型的目標函數j：

14、????????(4)

15、式(4)中，和是2個加權系數，用于平衡碳排放和能源需求之間的權重；和?分別為t時刻第?j?種負荷load的實際供給量和需求量；表示負荷平衡的誤差；j為負荷load的類型，包括：電e、熱h、氫h2；

16、步驟2.2、建立電-氫綜合能源系統的優化運行模型的約束條件；

17、步驟三、基于admm法對電-氫綜合能源系統低碳優化模型進行求解，得到t時刻系統最低碳排放量，t時刻可再生能源的最優輸出，t時刻燃氣熱電廠的最優電能輸出以及t時刻燃氣熱電廠的最優熱能輸出。

18、本發明所述的一種基于admm法的電-氫綜合能源系統的低碳運行方法的特點也在于，所述步驟2.2包括：

19、步驟2.2.1、利用式(5)構建電能供需平衡約束：

20、???????????????(5)

21、式(5)中：表示可再生能源在t時刻的發電總量；表示燃氣熱電廠在t時刻的發電總量；表示電負荷在t時刻的需求量；表示t時刻電制氫系統制氫時所需要的電能；表示蓄電池在t時刻的放電功率；表示蓄電池在t時刻的充電功率；

22、步驟2.2.2、利用式(6)構建熱能供需平衡約束：

23、??????????????????????????????????????????????(6)

24、式(6)中：表示燃氣熱電廠在t時刻生產熱能的總量；表示t時刻熱負荷的需求量；

25、步驟2.2.3、利用式(7)構建氫能供需平衡約束：

26、?????????????????????????????????????????????(7)

27、式(7)中：表示電制氫系統在t時刻生產氫氣的量；表示t時刻氫負荷的需求量；

28、步驟2.2.4、利用式(7)構建設備發電功率和發熱功率約束：

29、?????????????????????????????????(8)

30、式(7)中：、和分別為t時刻可再生能源的發電功率、最小發電功率和最大發電功率；、和分別為t時刻燃氣熱電廠的發電功率、最小發電功率和最大發電功率；、和分別為t時刻燃氣熱電廠的產熱功率、最小產熱功率和最大產熱功率；和分別為t時刻電制氫系統的制氫量和最大制氫量。

31、進一步的，所述步驟3包括：

32、步驟3.1、利用式(11)構建考慮碳排放部分的優化模型：

33、??????????????????(11)

34、式(11)中，w1表示考慮碳排放部分的優化模型的目標函數；表示t時刻設備x運行所需的天然氣量，設備x的類型，包括：chp、gt、gb；表示t時刻設備x的輔助變量；

35、步驟3.2、利用式(12)構建考慮負荷平衡部分的優化模型：

36、??????????????(12)

37、式(12)中，w2表示構建考慮負荷平衡部分的優化模型的目標函數，表示t時刻第j?種負荷load的輔助變量；

38、步驟3.3、采用admm法求解考慮碳排放部分的優化模型和考慮負荷平衡部分的優化模型。

39、進一步的，所述步驟3.3包括：

40、步驟3.3.1、利用式(13)構建考慮碳排放部分的增廣拉格朗日函數：

41、???????(13)

42、式(13)中，是增廣拉格朗日函數的懲罰系數；是設備x的拉格朗日乘子；

43、步驟3.3.2、利用式(13)構建考慮負荷平衡部分的增廣拉格朗日函數：

44、(14)

45、式(14)中：是第?j?種負荷load的拉格朗日乘子；

46、步驟3.3.3、定義當前迭代次數為k，并初始化k=0，定義最大迭代為次數為；定義2個懲罰因子為、；初始化第k次迭代的2個拉格朗日乘子，；初始化第k次迭代的2個t時刻輔助變量，；

47、步驟3.3.4、根據式(14)和式(15)分別更新、，從而得到第k+1次迭代的2個t時刻輔助變量，：

48、????(15)

49、?(16)

50、步驟3.3.5、根據式(16)和式(17)分別更新，，從而得到第k+1次迭代的2個拉格朗日乘子、：

51、???????????????????????(17)

52、???????????????(18)

53、步驟3.3.6、判斷式(19)是否成立，若成立，則停止迭代，并輸出t時刻系統最低碳排放量，可再生能源的最優輸出，燃氣熱電廠的最優電能輸出以及燃氣熱電廠的最優熱能輸出，否則，將k+1賦值給k后，返回步驟3.3.4順序執行，直至達到最大迭代次數為止；

54、?????????????????(19)

55、式(19)中，表示且；為預設閾值。

56、本發明一種電子設備，包括存儲器以及處理器的特點在于，所述存儲器用于存儲支持處理器執行所述低碳運行方法的程序，所述處理器被配置為用于執行所述存儲器中存儲的程序。

57、本發明一種計算機可讀存儲介質，計算機可讀存儲介質上存儲有計算機程序的特點在于，所述計算機程序被處理器運行時執行所述低碳運行方法的步驟。

58、與已有技術相比，本發明的有益效果體現在：

59、1?本發明針對園區綜合能源系統低碳優化問題，提出了考慮碳排放量的電氫綜合能源系統合作運行模型，以促進不同主體之間的協作，以提高了系統低碳性。

60、2本發明針對電-氫綜合能源系統低碳運行模型，提出將其轉化為碳排放最小化問題和負荷平衡最小化問題。通過實現能源資源的合理分配，以優化了系統的資源調度，提升了系統的環保性。

61、３本發明針對綜合能源系統內的優化求解問題，采用交替方向乘子法對碳排放最小化問題和負荷平衡最小化問題進行分布式求解。通過透明且公平的談判機制，有效促進了綜合能源系統的協同運行。