(文章复现）7.计及电转气协同的含碳捕集与垃圾焚烧虚拟电厂优化调度（MATLAB程序）

news2024/12/23 14:12:53

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复现文章：

计及电转气协同的含碳捕集与垃圾焚烧虚拟电厂优化调度——孙惠娟（电网技术—2020）

摘要：

为了促进多能源互补及能源低碳化，本文提出了计及电转气协同的含碳捕集与垃圾焚烧虚拟电厂优化调度模型。通过引入碳捕集电厂–电转气–燃气机组协同利用框架，碳捕集的CO2 可作为电转气原料，生成的天然气则供应给燃气机组；并通过联合调度将碳捕集能耗和烟气处理能耗进行负荷转移以平抑可再生能源波动，使得风电/光伏实现间接可调度而被灵活利用。鉴于所建优化模型具有高维非线性的特点，求解难度大，本文设计一种新型的反余切复合微分进化算法对模型进行求解。仿真结果表明，所提出的模型和方法具备削峰填谷效用并能提升可再生能源消纳，可有效降低虚
拟电厂成本和碳排放量。

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部分程序：

%% 计及电转气协同的含碳捕集与垃圾焚烧虚拟电厂优化调度
%电转气-碳捕集电厂,垃圾焚烧电厂,虚拟电厂VPP,中断负荷
clc
clear
close all
%% 参数设定
P_C2P=sdpvar(1,24);  %CCPP-P2G系统的总能耗
P_P2G=sdpvar(1,24);  %P2G设备的能耗
P_CC=sdpvar(1,24);   %碳捕集能耗
P_WA=sdpvar(1,24);   %t时段弃风功率
P_VA=sdpvar(1,24);   %t时段弃光功率
P_OP=sdpvar(1,24);   %碳捕集运行能耗
P_GN=sdpvar(1,24);   %碳捕集电厂净出力
P_G=sdpvar(1,24);    %碳捕集电厂等效出力
P_GC=sdpvar(1,24);   %碳捕集电厂提供的碳捕集能耗
P_Galpha=sdpvar(1,24);   %碳捕集电厂的烟气处理能耗
Q_CC=sdpvar(1,24);   %CCPP-P2G系统捕集的CO2的总量,单位为吨
Q_P2Gsum=sdpvar(1,24);   %P2G消耗的CO2的总量,单位为吨
V_P2G=sdpvar(1,24);   %P2G生成的天然气的体积
P_alpha=sdpvar(1,24); %总烟气处理能耗
alpha_1=sdpvar(1,24); %t时刻进行烟气处理的烟气量中由垃圾焚烧电厂运行产生的烟气提供的部分
alpha_3=sdpvar(1,24); %t时刻进行烟气处理的烟气量中由储气装置提供的烟气量
P_WC=sdpvar(1,24); %风电机组提供的碳捕集能耗
P_VC=sdpvar(1,24); %光伏机组提供的碳捕集能耗
P_WIC=sdpvar(1,24); %垃圾焚烧电厂提供的碳捕集能耗
P_Valpha=sdpvar(1,24); %光伏机组提供的烟气处理能耗
P_Walpha=sdpvar(1,24); %风力机组提供的烟气处理能耗
P_WIalpha=sdpvar(1,24); %垃圾焚烧电厂提供的烟气处理能耗
P_WN=sdpvar(1,24); %风力机组的上网功率
P_VN=sdpvar(1,24); %光伏机组的上网功率
P_WIN=sdpvar(1,24); %垃圾焚烧电厂的上网功率
P_WI=sdpvar(1,24); %垃圾焚烧发电出力
Q_N=sdpvar(1,24); %碳捕集电厂的CO2的净排放量,单位为t/h
P_PH=sdpvar(1,24);  %CHP机组的输出总功率
P_CHP=sdpvar(1,24); %CHP机组的输出电功率
H_CHP=sdpvar(1,24); %CHP机组的输出热功率
V_CHP=sdpvar(1,24); %CHP机组消耗的天然气量
H_GB=sdpvar(1,24); %燃气锅炉的输出热功率
V_GB=sdpvar(1,24); %燃气锅炉消耗的天然气量
S_ES=sdpvar(1,24);  %电储能在t时段末的蓄电量,单位为MW
P_ESC=sdpvar(1,24); %电储能的充电功率
P_ESD=sdpvar(1,24); %电储能的放电功率
S_TS=sdpvar(1,24);  %热储能在t时段末的蓄热量,单位为MW
H_TSC=sdpvar(1,24); %热储能的充热功率
H_TSD=sdpvar(1,24); %热储能的放热功率
P_EM=sdpvar(1,24);  %系统在电网的购电量
P_CUT=sdpvar(1,24); %各级中断负荷功率之和
lamda_CC=sdpvar(1,24); %碳捕捉系统的烟气分流比
P_Cmax=sdpvar(1,24); %碳捕集系统的运行能耗上限
miu_ESC=binvar(1,24); %充电的布尔变量
miu_ESD=binvar(1,24); %放电的布尔变量
miu_TSC=binvar(1,24); %充热的布尔变量
miu_TSD=binvar(1,24); %放热的布尔变量
lambda_WI=sdpvar(1,24); %烟气分流比
V_WIalpha=sdpvar(1,24); %烟气存储罐储气量
alpha_2=sdpvar(1,24); %流入烟气存储罐的气量
Q_CS=sdpvar(1,24); %流入烟气存储罐的气量
Q_P2G=sdpvar(1,24); %流入烟气存储罐的气量
%
P_A=15*ones(1,24);   %CCPP-P2G系统能耗(因占比较少设为定值),单位为MW
%% 风电机组的预测出力
P_W=[232.75,247.44,219.09,188.78,239.58,232.84,188.52,159.84,111.45,51.23,119.88,137.29,141.39,115.78,135.24,143.44,151.64,195.69,159.70,180.94,203.38,193.64,155.32,247.43]; 
%% 光伏机组的预测出力
P_V=[0,0,0,0,0,22,63,97,110,118,128,132,133,136,131,133,120,85,37,0,0,0,0,0]; 
%% 电负荷
P_EL=[457,319,296,228,184,297,406,509,607,687,803,857,845,793,832,801,795,731,640,593,554,518,525,409];
%% 热功率
H_HL=[109,131,158,153,139,121,111,98,82,57,22,12,42,62,89,99,122,131,148,160,139,131,119,74];
%% 购电价
k_EM=[38.85,39.18,36.89,35.57,39.84,43.77,51.31,64.10,74.59,77.21,85.41,89.02,82.46,80.49,83.11,81.80,78.52,73.93,69.67,76.89,74.26,66.39,55.57,46.72];
S_ES_init=60;S_TS_init=30;
%% 约束条件
C=[];
%CCPP-P2G系统能耗以及CCPP出力
for t=1:24
    C=[C,
       P_C2P(t)==P_P2G(t)+P_CC(t), %CCPP-P2G系统总能耗约束
       P_P2G(t)==P_WA(t)+P_VA(t),  %P2G消纳的弃风光量约束
       P_CC(t)==P_A(t)+P_OP(t),    %碳捕集能耗约束
       P_GN(t)==P_G(t)-P_GC(t)-P_Galpha(t),  %碳捕集电厂功率约束
      ];
end
%CCPP-P2G系统碳利用量以及天然气生成量
for t=1:24
    C=[C,
       Q_CC(t)==P_OP(t)/0.269, %CCPP-P2G系统捕集的CO2的总量与耗能约束
       Q_P2Gsum(t)==0.2*0.6*P_P2G(t), %P2G设备的消耗的CO2量和电功率约束
       V_P2G(t)==3.6*0.6*P_P2G(t)/39, %P2G设备的生成天然气的体积
      ];
end
%垃圾焚烧电厂烟气处理模型
for t=1:24
    C=[C,P_alpha(t)==0.513*(alpha_1(t)+alpha_3(t)),]; %烟气处理系统能耗
end
%碳捕集-垃圾焚烧-风电-光伏联合运行策略
for t=1:24
    C=[C,
       P_GC(t)+P_WC(t)+P_VC(t)+P_WIC(t)==P_CC(t), %碳捕集能耗等式约束
       P_OP(t)==0.269*Q_CC(t), %CCPP-P2G系统捕集的CO2的总量与耗能约束(这个好像和前面的约束重复了)
       P_Valpha(t)+P_Walpha(t)+P_Galpha(t)+P_WIalpha(t)==P_alpha(t), %烟气处理能耗等式约束
       P_WN(t)+P_WC(t)+P_Walpha(t)==P_W(t), %风力机组的出力约束
       P_VN(t)+P_VC(t)+P_Valpha(t)==P_V(t), %光伏机组的出力约束
       P_WIN(t)+P_WIC(t)+P_WIalpha(t)==P_WI(t), %垃圾焚烧电厂的出力约束
       Q_N(t)==0.96*P_G(t)-Q_CC(t), %碳捕集电厂的碳排放约束
      ];
end
%CHP机组和燃气锅炉模型
for t=1:24
    C=[C,
       P_PH(t)==P_CHP(t)+H_CHP(t), %CHP机组的输出功率约束
       P_CHP(t)==V_CHP(t)*39*0.35, %CHP机组的输出电功率约束
       H_CHP(t)==V_CHP(t)*39*0.40, %CHP机组的输出热功率约束
       H_GB(t)==V_GB(t)*39*0.40, %CHP机组的输出热功率约束
      ];
end
%储能装置模型
for t=2:24
    C=[C,
       S_ES(t)==S_ES(t-1)*(1-0.001)+0.95*P_ESC(t)-P_ESD(t)/0.95, %电储能运行约束
       S_TS(t)==S_TS(t-1)*(1-0.01)+0.88*H_TSC(t)-H_TSD(t)/0.88, %热储能运行约束
      ];
end
%电功率和热功率平衡约束
for t=1:24
    C=[C,
       P_GN(t)+P_WIN(t)+P_CHP(t)+P_WN(t)+P_VN(t)+P_ESD(t)+P_EM(t)==P_EL(t)+P_ESC(t), %电功率平衡约束
       H_CHP(t)+H_GB(t)+H_TSD(t)==H_HL(t)+H_TSC(t), %热功率平衡约束
      ];
end
%碳捕集电厂约束
for t=1:24
    C=[C,
       100<=P_G(t)<=400, %碳捕集电厂出力上下限约束
       %lamda_CC(t)==Q_CC(t)/(0.96*P_G(t)), %碳捕捉系统的烟气分流比(要考虑分段线性可能)
       %0<=lamda_CC(t)<=1, %烟气分流比上下限
       0<=Q_CC(t)<=0.96*400, 
       15<=P_GC(t)+P_WC(t)+P_VC(t)+P_WIC(t)<=P_Cmax(t), %碳捕集系统的运行能耗上下限
       P_Cmax(t)==0.269*0.96*P_G(t), %碳捕集系统的运行能耗上限赋值
      ];
end
for t=2:24
    C=[C,
       -60<=P_G(t)-P_G(t-1)<=60, %碳捕集电厂出力爬坡速率约束
       -65<=P_GC(t)+P_WC(t)+P_VC(t)+P_WIC(t)-P_GC(t-1)-P_WC(t-1)-P_VC(t-1)-P_WIC(t-1)<=65, %碳捕集电厂碳捕集能耗爬坡速率约束
      ];
end
%CHP机组电热出力以及爬坡约束
for t=1:24
    C=[C,
       0<=P_CHP(t)<=140, %CHP的电功率出力约束
       0<=H_CHP(t)<=160, %CHP的热功率出力约束
      ];
end
for t=2:24
    C=[C,-120<=P_PH(t)-P_PH(t-1)<=120,]; %CHP机组出力爬坡速率约束
end
%燃气锅炉热出力以及爬坡约束
for t=1:24
    C=[C,0<=H_GB(t)<=200,]; %燃气锅炉的热功率出力约束
end
for t=2:24
    C=[C,-100<=H_GB(t)-H_GB(t-1)<=100,]; %燃气锅炉的爬坡速率约束
end
%P2G运行约束
C=[C,0<=P_P2G<=200,];  %P2G运行功率上下限
%电储能和热储能约束
for t=1:24
    C=[C,
       0<=P_ESC(t)<=miu_ESC(t)*80, %充电上下限约束
       0<=P_ESD(t)<=miu_ESD(t)*80, %放电上下限约束
       0<=miu_ESC(t)+miu_ESD(t)<=1,%不可能同时出现充放电
       10<=S_ES(t)<=120, %储电量上下限约束
       0<=H_TSC(t)<=miu_TSC(t)*40, %充热上下限约束
       0<=H_TSD(t)<=miu_TSD(t)*40, %放热上下限约束
       0<=miu_TSC(t)+miu_TSD(t)<=1,%不可能同时出现充放热
       10<=S_TS(t)<=50, %储热量上下限约束
      ];
end
C=[C,S_ES_init==S_ES(24),S_ES(1)==S_ES_init*(1-0.001)+0.95*P_ESC(1)-P_ESD(1)/0.95,];
C=[C,S_TS_init==S_TS(24),S_TS(1)==S_TS_init*(1-0.01)+0.88*H_TSC(1)-H_TSD(1)/0.88,];
%中断负荷约束
%由于不知道参数,式(53)-(54)暂时省略
%垃圾焚烧电厂约束
C=[C,sum(P_WI)<=1500,]; %垃圾焚烧电厂日总出力上限
for t=1:24
    C=[C,
       60<=P_WI(t)<=100, %垃圾焚烧电站的出力上下限
       0.1*400<=V_WIalpha(t)<=0.9*400, %储气装置容量的上下限
       %0<=lambda_WI(t)<=1, %烟气分流比上下限
       %lambda_WI(t)==alpha_1(t)/(alpha_1(t)+alpha_2(t)), %垃圾焚烧电厂中流入反应塔烟气量与发电侧产生的烟气总量的比值
       0<=alpha_1(t)<=160,
       0<=alpha_2(t)<=160, %流入储气装置的上下限
       0<=alpha_3(t)<=160, %流出储气装置的上下限
      ];
end
for t=2:24
    C=[C,-40<=P_WI(t)-P_WI(t-1)<=40,]; %垃圾焚烧电站的爬坡速率约束(文中未给参数,取40)
end
for t=2:24
    C=[C,V_WIalpha(t)==V_WIalpha(t-1)+alpha_2(t)-alpha_3(t),]; %储气装置的容量变化约束
end
C=[C,V_WIalpha(1)==0.4*400+alpha_2(1)-alpha_3(1),];
C=[C,Q_CC==Q_CS+Q_P2G,Q_CS>=0,Q_P2G>=0,0<=P_VC,0<=P_WIC,0<=P_GC,];
C=[C,P_EM>=0,Q_P2Gsum-Q_P2G>=0,P_WIN>=0,0<=P_Valpha,0<=P_Walpha,0<=P_Galpha,0<=P_WIalpha,0<=P_WC,];
%% 目标函数
%C_F=200*24+17*sum(P_G)+0.04*P_G*(P_G')+270*sum(abs(sin(9.8/pi*180*(100-P_G)))); %考虑阀点效应的碳捕集电厂燃料费用
C_F=200*24+17*sum(P_G)+0.04*P_G*(P_G');
Q_Q=0.76*P_GN; %碳捕集电厂的碳排放配额

I_C=19.8*sum(Q_Q-Q_N); %碳交易市场收益

C_WI=19.8*(0.96-0.76)*sum(P_WI); %垃圾焚烧电厂成本
V_BUY=V_CHP+V_GB-V_P2G; %天然气购买量

C_H=0.419*sum(V_BUY); %CHP机组和燃气锅炉成本
Q_BUY=Q_P2Gsum-Q_P2G; %购买的二氧化碳的量

C_PG=120*sum(Q_BUY)+20*sum(P_P2G); %P2G成本
%Q_CS=Q_CC-Q_P2G; %封存的二氧化碳量

C_CS=4.89*sum(Q_CS); %碳封存成本
C_W=21.4*sum(P_W)+14.2*sum(P_V); %系统运行维护成本
C_M=sum(k_EM.*P_EM); %电力市场购电成本
Obj=C_F-I_C+C_WI+C_H+C_PG+C_CS+C_W+C_M;
%% 求解器求解
ops=sdpsettings('solver','cplex','verbose',2,'usex0',0);
ops.cplex.mip.tolerances.mipgap=1e-6;
result=optimize(C,Obj,ops);

if result.problem == 0 % problem =0 代表求解成功 
    
else
    error('求解出错');
end

输出结果：

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HTML实例网页代码, 本实例适合于初学HTML的同学。该实例里面有设置了css的样式设置&#xff0c;有div的样式格局&#xff0c;这个实例比较全面&#xff0c;有助于同学的学习,本文将介绍如何通过从头开始设计个人网站并将其转换为代码的过程来实践设计。 文章目录一、网页介绍一…
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数据结构：排序

数据结构：排序

目录 插入排序 插入排序 希尔排序 选择排序 选择排序 堆排序 交换排序 冒泡排序 快速排序 递归实现&#xff1a; ●hoare版本 ●三数取中小区间法优化 ●挖坑版本 ●双指针版本 非递归 ●用栈实现 ●用队列实现 归并排序 ● 递归 ●非递归 总结 来了朋友&a…
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slot的理解

slot的理解

首先&#xff0c;大概了解一下插槽&#xff1a; 插槽是什么 ![在这里插入图片描述](https://img-blog.csdnimg.cn/90b04660769e49c286ee2e1821d2a2bb.png 插槽&#xff1a;在HTML中 slot 元素 &#xff0c;作为 Web Components 技术套件的一部分&#xff0c;是Web组件内的一个占…
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