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２０２４年５月ＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ第４３卷第３期８８

ＤＯＩ：１０．１２１５８／ｊ．２０９６３２０３．２０２４．０３．０１０

基于奖惩阶梯型碳价机制的能源枢纽低碳优化策略

１，２，３１１１，２，３

吴艳娟，靳鹏飞，刘长铖，王云亮

（１．天津理工大学电气工程与自动化学院，天津３００３８４；

２．天津市复杂系统控制理论及应用重点实验室，天津３００３８４；

３．天津市新能源电力变换传输与智能控制重点实验室，天津３００３８４）

摘要：

为进一步降低碳排放水平以及源荷不确定性对系统运行的影响，文中提出一种基于奖惩阶梯型碳价机制

和分布式模型预测控制（ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ，ＤＭＰＣ）的能源枢纽（ｅｎｅｒｇｙｈｕｂ，ＥＨ）日前日内实时多

时间尺度低碳优化调度策略。引入奖惩阶梯型碳价计算方法，构建ＥＨ日前低碳优化调度模型，并制定基于ＤＭＰＣ

的日内滚动和实时调整的反馈闭环优化策略，降低源荷预测误差，提高传统模型预测控制（ｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ

ｃｏｎｔｒｏｌ，ＭＰＣ）的求解效率。在日内阶段，构建以阶梯型碳成本、运行成本和储能调整惩罚成本之和最小为目标的日

内滚动优化模型；在实时阶段，分解整体优化问题，建立基于ＤＭＰＣ的多智能体实时调整模型。算例结果表明，文

中所提策略能够有效提升系统经济效益，降低源荷不确定性，实现ＥＨ的低碳经济、稳定可靠运行。

关键词：

能源枢纽（ＥＨ）；碳交易；多时间尺度；低碳经济调度；分布式模型预测控制（ＤＭＰＣ）；综合能源系统（ＩＥＳ）；

多目标优化

中图分类号：ＴＭ７３文献标志码：Ａ文章编号：

２０９６３２０３（２０２４）０３００８８１１

于ＥＨ的分散调度模型。然而，上述研究均是以精

０引言

确的可再生能源为前提展开研究，未考虑源荷预测

随着对环境变化关注度的不断提高，低碳经济误差对系统实际运行的影响。

［１］

已经成为了全球的共识。作为低碳经济的核心模型预测控制（ｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅｃｏｎｔｒｏｌ，ＭＰＣ）

组成部分之一，碳交易优化是降低碳排放的有效途具有滚动优化和反馈校正的特点，能有效降低源荷

径。能源枢纽（ｅｎｅｒｇｙｈｕｂ，ＥＨ）在综合能源系统预测误差对系统实际运行的影响，在ＥＨ优化调度

（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｅｎｅｒｇｙｓｙｓｔｅｍ，ＩＥＳ）中负责能源的协调和中有着广泛的应用［１０１１］。文献［１２］采用双层ＭＰＣ

［２］

优化调度，通过协调各种能源形态之间的转换和算法，上层通过ＭＰＣ对火电机组的高、低频指令进

［３］

利用，提高能源利用率，从而促进碳交易发展、减行再分配，下层利用ＭＰＣ完成频率的动态调节。文

少碳排放。然而，基于ＥＨ的复杂性和不确定性，有献［１３］在对园区ＥＨ中各设备建模的基础上，建立

效实现ＥＨ的低碳优化是一个具有挑战性的目标。滚动优化和实时调整两阶段的多时间尺度调度模

目前，已有大量研究针对ＥＨ优化问题进行探型，可以快速响应各设备和负荷的变化。然而，随

讨。文献［４］首次提出ＥＨ的概念，利用能量耦合矩着我国经济水平的快速增长以及电力系统的不断

阵，抽象地描述了ＩＥＳ内部的耦合关系，为ＩＥＳ运行建设