本发明涉及工业园区低碳经济运行，尤其涉及一种基于碳排放流的多工业园区电碳交易方法。
背景技术：
1、面对气候变化问题和新一轮全球能源危机，我国提出了碳达峰和碳中和“双碳”目标，能源转型势在必行。工业园区作为工业生产的重要载体，其碳排放问题尤为突出。许多工业园区存在能源消耗大、排放强度高的问题，面临严格的碳排放限制，亟需寻求新的低碳能源解决方案。电碳交易作为一种市场机制，能够通过市场化手段实现能源电力相关行业碳排放的有效调控和优化。通过电碳交易，工业园区可以在满足自身电力需求的同时，通过购买或出售碳排放权来实现碳排放的减少。这种机制既能够激励企业主动减排，又能够促进能源资源的优化配置，从而实现经济、环境和社会的可持续发展。现有的多工业园区电碳交易中，从外部电网购电所带来的碳排放量难以准确估计，给电碳交易的准确性带来了严峻的挑战。大多数方法基于碳排放因子等系数进行估算，与实际碳排放可能存在较大误差，不利于科学地引导工业园区减少碳排放，未能助力“双碳”目标的实现。
2、岳子宜,李永刚.一种基于双重博弈的多园区低碳调度方法及系统[p].河北省:cn116862144a,2023-10-10.该专利提供了一种基于双重博弈的多园区低碳调度方法及系统。但该方法忽略了碳交易中精确核算园区实际碳排放量的难题，直接将园区的碳排放量当成已知量，仅计及绿证对碳排放量的抵消作用，且未考虑园区实际生产过程产生的碳排放量，所得的碳排放数据与实际碳排放可能存在较大误差，不能准确计量园区的实际碳排放量，并未充分考虑电碳交易机制影响。此外，该方法采用固定碳排放量价格的碳交易机制，相比于阶梯式碳交易机制，未能有力地推动园区合理减少碳排放量，造成环境效益的损失。
技术实现思路
1、本发明提供了一种基于碳排放流的多工业园区电碳交易方法，用于解决现有技术中购电所带来的碳排放量难以准确估计和碳核算不精确，未充分考虑多工业园区电碳交易机制影响的技术问题。
2、本发明的目的至少通过如下技术方案之一实现。
3、本发明公开了一种基于碳排放流的多工业园区电碳交易方法，包括以下步骤：
4、s1、通过智能电表和碳排放计量表获取各工业园区的历史购电量、光伏出力预测、化石能源碳排放等数据；
5、s2、基于碳排放流理论，根据各工业园区上报的购电量数据，配电网运营商优化调度得到全网潮流分布，结合潮流计算碳排放流得到多工业园区对应的不同动态碳排放因子，以准确计量各工业园区购电所产生的实际碳排放；
6、s3、在各工业园区运行约束的基础上加入分时电价和阶梯式碳交易机制，确定多工业园区电碳交易模型，充分考虑各工业园区的碳排放权配额和碳排放量，尤其是通过碳排放流准确计量各工业园区的购电碳排放；
7、s4、通过迭代的方法交替更新各工业园区的购电量和动态碳排放因子，在多次迭代互动中协同求解基于碳排放流的多工业园区电碳交易模型，根据最优解确定各工业园区的电碳交易量。
8、进一步地，所述配电网运营商优化调度的模型表达为：
9、
10、其中，cdist为配电网运营成本；ai第i个发电机的二次项成本系数、bi第i个发电机的一次项成本系数、ci为第i个发电机的常数项成本系数；为第i个发电机第t个时段输出的有功功率(kw)；为第i个节点第t个时段的发电机注入有功功率(kw)，若存在第j台发电机接入第i个节点，则否则为第i个节点第t个时段的有功负荷(kw)；为第t个时段由第j个节点注入到第i个节点的线路有功功率(kw)；为第t个时段由第i个节点流出到第k个节点的线路有功功率(kw)；为第i个发电机输出有功功率的上限(kw)、分别为第i个发电机输出有功功率的下限(kw)；为第i条线路有功功率的上限(kw)、分别为第i条线路有功功率的下限(kw)；np为时段数、ng为发电机数、nb为节点数、nl为线路数。
11、进一步地，所述碳排放流计算中首要目标为节点碳势计算，表达为：
12、
13、其中，ei,t为第i个节点第t个时段的碳势(kgco2/kwh)；为第i个节点第t个时段的发电机注入有功功率(kw)，若存在第j台发电机接入第i个节点，则否则为第i个节点第t个时段发电机碳排放强度(kgco2/kwh)；为第t个时段由第j个节点注入到第i个节点的线路有功功率(kw)；为第t个时段由第j个节点注入到第i个节点的支路碳流密度(kgco2/kwh)。
14、所有从节点流出潮流的碳流密度与该节点的碳势相等：
15、
16、其中，为第t个时段由第i个节点流出到第k个节点的支路碳流密度(kgco2/kwh)。
17、为便于计算节点碳势，可以采用如下矩阵形式：
18、
19、pn,t＝diag(ξpz,t)
20、pz,t＝(pb,t pg,t)t
21、
22、其中，en,t为第t个时段的nb维节点碳势列向量；pn,t为第t个时段的nb阶节点有功通量对角阵；pb,t为第t个时段的nb阶支路潮流分布方阵，若第t个时段从第i个节点流出到第k个节点的线路有功功率大于零，则否则pbik,t＝0；pg,t为第t个时段的ng×nb阶机组注入分布矩阵，若第i台发电机接入第j个节点，则否则pgij,t＝0；eg,t为第t个时段的ng维发电机组碳排放强度列向量；pz,t为(nb+ng)×nb阶辅助矩阵；ξ为nb+ng维全一行向量；diag(v)为构造向量v的元素在主对角线上的对角矩阵。
23、得到第t个时段的节点碳势向量en,t后，各工业园区接入配电网的节点对应的碳势ei,t即为各工业园区购电的不同动态碳排放因子。
24、进一步地，所述工业园区运行约束为水泥厂运行约束，表达为：
25、
26、其中，为第i个水泥厂第t个时段的水泥产量(t)；为第i个水泥厂在np个时段内的目标产量(t)；为第i个水泥厂在一个时段内的最大水泥产量(t)；为第i个水泥厂第t个时段原料破碎生产环节的运行状态(0-1变量)、为第i个水泥厂第t个时段生料粉磨生产环节的运行状态(0-1变量)、为第i个水泥厂第t个时段熟料烧成生产环节的运行状态(0-1变量)、为第i个水泥厂第t个时段水泥粉磨生产环节的运行状态(0-1变量)、为第i个水泥厂第t个时段燃料粉磨生产环节的运行状态(0-1变量)；为第i个水泥厂第t个时段的熟料产量(t)；ηi,5为第i个水泥厂在水泥粉磨环节的供应比(即生产单位质量的产品所需原料的质量)；为第i个水泥厂生产单位熟料需要的标准煤耗(t/t)；qsce为标准煤热值，取2.931×10-2tj/t；qcoal为普通煤热值，取2.149×10-2tj/t；qgas为天然气热值，取3.559×10-5tj/m3；为第i个水泥厂第t个时段消耗的煤(t)，为第i个水泥厂第t个时段消耗的天然气(m3)；为第i个水泥厂在一个时段内的最大煤耗量(t)，为第i个水泥厂在一个时段内的最大天然气耗量(m3)；为第i个水泥厂第t个时段生产所需的耗电量(kw)；为第i个水泥厂的固定负荷(kw)；为第i个水泥厂原料破碎生产环节的负荷(kw)，为第i个水泥厂生料粉磨生产环节的负荷(kw)，为第i个水泥厂熟料烧成生产环节的负荷(kw)，为第i个水泥厂水泥粉磨生产环节的负荷(kw)，为第i个水泥厂燃料粉磨生产环节的负荷(kw)；为第i个水泥厂第t个时段从上级配电网购买的电量(kw)；为第t个时段第i个水泥厂的分布式光伏实际出力，为第t个时段第i个水泥厂的分布式光伏预测最大出力(kw)；为第i个水泥厂第t个时段的柔性负荷(kw)；为第i个水泥厂第t个时段可平移电负荷，为第i个水泥厂第t个时段参与需求响应后电负荷(kw)，数值为正表示转出可平移负荷，数值为负时表示转入电负荷(kw)；ω为需求响应相关系数。
27、进一步地，所述阶梯式碳交易机制包括采用基准线法确定无偿碳排放配额、基于动态碳排放因子计算碳排放量和阶梯式交易碳排放权配额，表达为：
28、
29、
30、其中，为第i个工业园区的碳排放权配额；re为购电的碳排放基准(kgco2/kwh)；为第i个工业园区水泥熟料生产的碳排放基准(tco2/t)、为第i个工业园区水泥粉磨的碳排放基准(tco2/t)；为第i个工业园区第t个时段从上级配电网购买的电量(kw)；为第i个工业园区第t个时段的熟料产量(t)；为第i个工业园区第t个时段的水泥产量(t)；为第i个工业园区的实际碳排放量；ei,t为第i个工业园区第t个时刻的购电动态碳排放因子；为第i个工业园区第t个时刻的水泥生料煅烧过程中碳酸盐高温分解产生的碳排放量(t)，为第i个工业园区第t个时刻的水泥生料煅烧过程中燃料燃烧释放出的碳排放量(t)；为第i个工业园区在碳交易市场实际交易的碳排放权交易额；为阶梯式碳交易成本；λ为碳交易基价(元/t)，α为价格增长率。
31、进一步地，所述多工业园区电碳交易模型的总目标函数c由各工业园区的阶梯式碳交易成本购电成本和水泥生产运行成本构成，表达为：
32、
33、其中，其中为第t个时刻相应的分时电价；为第i个工业园区第t个时段从上级配电网购买的电量(kw)；ccoal为购买煤炭的成本系数、cgas为购买天然气的成本系数；cma为单位产量水泥的物料成本系数；为第i个工业园区第t个时段消耗的煤(t)，为第i个工业园区第t个时段消耗的天然气(m3)；为第i个工业园区第t个时段的水泥产量(t)；npa为工业园区数。
34、进一步地，所述迭代求解方法表达为：
35、步骤1：基于各工业园区的历史负荷数据初始化各园区的电力需求量，设定迭代次数k＝1；
36、步骤2：基于电力需求量求解配电网优化模型，计算碳排放流，更新各工业园区节点的动态碳排放因子；
37、步骤3：基于更新的动态碳排放因子求解各工业园区的电碳交易模型，更新各工业园区的电力需求量；
38、步骤4：如果发生振荡现象，则采用基于二分法的启发式方法进行处理；
39、步骤5：若各工业园区当前的电力需求量与上一次迭代的电力需求量相差很小，满足收敛条件，则输出解；否则，k＝k+1，返回步2。
40、有益效果：
41、本发明提供的基于碳排放流的多工业园区电碳交易方法，通过碳排放流准确计算多工业园区的不同购电碳排放因子，进而精确计量各工业园区的购电碳排放，同时结合阶梯式碳交易机制，有效限制各工业园区的碳排放量。因此，本发明有效解决了现有技术中购电所带来的碳排放量难以准确估计和碳核算不精确，未充分考虑电碳交易机制影响的问题，为多工业园区的低碳经济运行提供了切实可行的解决方案；步骤1根据历史数据初始化，为迭代算法提供起始点；所述步骤2求解潮流，进而计算碳排放流，得到动态碳排放因子，解决了现有技术中碳排放因子固定，碳核算不精确的难题；所述步骤3求解各工业园区的电力需求量，为下一次迭代计算潮流做好准备；所述步骤4考虑了动态碳排放因子或电力需求量再迭代过程中振荡的特殊情况，采用基于二分法的启发式方法进行处理，提高了迭代算法的适用性；所述步骤5根据电力需求量的变化判断迭代算法是否收敛。
1.基于碳排放流的多工业园区电碳交易方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的基于碳排放流的多工业园区电碳交易方法，其特征在于，所述配电网运营商优化调度的模型表达为：
3.根据权利要求2所述的基于碳排放流的多工业园区电碳交易方法，其特征在于，所述碳排放流计算中首要目标为节点碳势计算，表达式为：
4.根据权利要求1所述的基于碳排放流的多工业园区电碳交易方法，其特征在于，所述工业园区运行约束为水泥厂运行约束，表达为：
5.根据权利要求1所述的基于碳排放流的多工业园区电碳交易方法，其特征在于，所述阶梯式碳交易机制包括采用基准线法确定无偿碳排放配额、基于动态碳排放因子计算碳排放量和阶梯式交易碳排放权配额，表达为：
6.根据权利要求1所述的基于碳排放流的多工业园区电碳交易方法，其特征在于，所述多工业园区电碳交易模型的总目标函数c由各工业园区的阶梯式碳交易成本购电成本和水泥生产运行成本构成，表达为：
7.根据权利要求1所述的基于碳排放流的多工业园区电碳交易方法，其特征在于，所述迭代求解方法表达为：
