产业园区能源结构低碳化智能优化方法及系统

本技术涉及低碳化智能优化，更具体地说，本技术涉及一种产业园区能源结构低碳化智能优化方法及系统。

背景技术：

1、低碳化智能优化是指融合人工智能、机器学习、大数据分析等智能技术，对能源生产、工业制造、交通物流、建筑运营等高碳排放领域的系统进行动态建模、预测与决策，从而在保障经济与功能需求的前提下，最小化碳排放强度与资源消耗。

2、但产业园区能源调度通常需要同时满足设备能力、生产连续性和配电网络安全约束。现有分层调度中，各功能分区上报的功率区间若仅在分区内部可行，上层将各区间直接组合后得到的分配方案仍可能不满足园区功率平衡、线路容量、变压器容量或节点电压限制。同时，节点用电碳排放若在分区侧和供能侧重复累计，会使碳排放约束失真。因此，现有方法难以在碳排放量单次计量的条件下，生成同时满足分区设备约束和园区电力网络约束的交互功率设定点。

技术实现思路

1、本技术提供一种产业园区能源结构低碳化智能优化方法及系统，用于在碳排放量单次计量的条件下，生成同时满足分区设备约束和园区电力网络约束的交互功率设定点。

2、第一方面，本技术提供一种产业园区能源结构低碳化智能优化方法，包括如下步骤：

3、获取产业园区内各用能单元与供能单元的实时运行数据以及能源发电的历史出力数据；

4、基于所述实时运行数据和所述历史出力数据确定产业园区内各电气连接节点的动态碳排放强度因子，并将各动态碳排放强度因子与分时电价信息共同作为协调信号下发至产业园区中各功能分区协调层；

5、各功能分区协调层根据接收到的协调信号，以其内部各类可调节资源的物理约束和运行约束为边界，生成各功能分区协调层与园区总控层之间交互功率的可行调节区间及对应的运行代价和碳排放量映射关系，并将各可行调节区间及运行代价和碳排放量映射关系反馈至园区总控层；

6、园区总控层接收所有功能分区协调层反馈的可行调节区间及运行代价和碳排放量映射关系后，以产业园区预设的碳排放总量上限为约束、以综合运行代价最小为目标，在各可行调节区间和园区电力网络约束共同限定的全局可行域内进行碳排放上限约束下的运行代价优化，当存在可行解时生成各功能分区协调层的交互功率设定点并下发执行，当不存在可行解时输出不可行状态且不下发新的设定点。

7、在一些实施例中，获取产业园区内各用能单元与供能单元的实时运行数据以及能源发电的历史出力数据具体包括：

8、在产业园区内各用能单元与供能单元部署智能电表与传感器，采集有功功率、无功功率及电压幅值数据，进而构成实时运行数据；

9、从园区历史数据库中提取至少包含一个完整年度周期的光伏、风电及生物质能发电的时序功率数据，并对所述时序功率数据进行场景缩减，得到能源发电的历史出力数据。

10、在一些实施例中，基于所述实时运行数据和所述历史出力数据确定产业园区内各电气连接节点的动态碳排放强度因子具体包括：

11、根据所述实时运行数据确定各供能单元对各电气连接节点供电功率的分布比例；

12、根据所述历史出力数据和各供能单元的预设碳排放强度预测未来预设时间窗口内各供能单元的单位供电碳排放强度；

13、将各单位供电碳排放强度按照对应分布比例进行加权求和，得到产业园区内各电气连接节点随预测时段更新的动态碳排放强度因子。

14、在一些实施例中，将供能单元与母线之间的连接点、母线之间通过线路连接的连接点以及母线向用能单元馈电的分支点均定义为不同的电气连接节点。

15、在一些实施例中，将各动态碳排放强度因子与分时电价信息共同作为协调信号下发至产业园区中各功能分区协调层具体包括：

16、从电力交易中心获取分时电价信息；

17、将各动态碳排放强度因子与所述分时电价信息进行时序对齐，并编码为统一格式的数据报文；

18、通过产业园区内部的工业以太网或5g专网，将所述数据报文以预设的协调周期广播下发至所有功能分区协调层的边缘网关。

19、在一些实施例中，各功能分区协调层根据接收到的协调信号，以其内部各类可调节资源的物理约束和运行约束为边界，生成各功能分区协调层与园区总控层之间交互功率的可行调节区间及对应的运行代价和碳排放量映射关系具体包括：

20、每个功能分区协调层解析接收到的协调信号，获取各功能分区协调层的动态碳排放强度因子与分时电价信息；

21、确定各功能分区协调层内各类可调节资源的物理约束和运行约束；

22、以所述物理约束和所述运行约束为边界，将分区内部联合可行域投影到各功能分区协调层与园区总控层之间的交互功率维度，生成各功能分区协调层的可行调节区间；

23、针对各可行调节区间内的每个功率取值点，按照分时电价信息计算满足分区内部约束时的最小运行代价，并按照该分区连接节点的动态碳排放强度因子计算对应电量的碳排放量，构建交互功率分别对应运行代价和碳排放量的映射关系。

24、在一些实施例中，确定各功能分区协调层内各类可调节资源的物理约束和运行约束具体包括：

25、将所述各类可调节资源按照响应特性划分为储能类资源、柔性负荷类资源及分布式发电类资源；

26、对于所述储能类资源，辨识储能类资源的荷电状态上下限、最大充放电功率及充放电效率曲线，以此构建包含功率限幅与能量窗口的物理约束；

27、对于所述柔性负荷类资源，通过采集柔性负荷类资源的历史可调节功率曲线，基于预设的生产工艺流程优先级，确定柔性负荷类资源的功率可上调区间、可下调区间及最大持续调节时间，以此构建包含调节容量和持续时长的运行约束；

28、对于所述分布式发电类资源，根据实时气象预测数据与逆变器状态，确定分布式发电类资源的有功出力预测区间及无功调节能力范围，以此构建包含波动性与可支撑性的联合约束边界；

29、保留各可调节资源的设备级约束，并通过分区功率平衡关系将各设备变量共同组成分区联合可行约束集。

30、在一些实施例中，园区总控层接收所有功能分区协调层反馈的可行调节区间及运行代价和碳排放量映射关系后，以产业园区预设的碳排放总量上限为约束、以综合运行代价最小为目标，在各可行调节区间和园区电力网络约束共同限定的全局可行域内进行碳排放上限约束下的运行代价优化，当存在可行解时生成各功能分区协调层的交互功率设定点并下发执行，当不存在可行解时输出不可行状态且不下发新的设定点具体包括：

31、园区总控层将各功能分区的可行调节区间与园区功率平衡、线路容量、变压器容量和节点电压约束取交集，形成交互功率的全局可行域；

32、根据各功能分区协调层反馈的运行代价和碳排放量映射关系，分别累加同一功率分配方案对应的分区运行代价和分区碳排放量，得到园区总运行代价和总碳排放量；

33、校验各分区碳排放量均由对应节点的动态碳排放强度因子和交互电量计算，且同一电量不在供能侧重复计入；

34、获取产业园区预设的碳排放总量上限；

35、在所述全局可行域内筛选总碳排放量不超过所述碳排放总量上限的功率分配方案，并从中求解园区总运行代价最低的分配方案，当不存在满足条件的方案时输出不可行状态且不下发新的设定点。

36、从所述分配方案中提取对应每个功能分区协调层的交互功率数值，作为最优设定点，并通过园区总控层的通信接口下发至对应的功能分区协调层执行。

37、在一些实施例中，在所述全局可行域内确定满足碳排放总量上限且园区总运行代价最低的分配方案具体包括：

38、获取满足园区电力网络约束的初始交互功率分配方案；

39、以所述初始交互功率分配方案为搜索起点，以碳排放总量上限、园区功率平衡、线路容量、变压器容量和节点电压为约束，以园区总运行代价最小为目标求解交互功率分配方案，并在无可行解时返回不可行状态。

40、第二方面，本技术提供一种产业园区能源结构低碳化智能优化系统，包括：

41、获取模块，用于获取产业园区内各用能单元与供能单元的实时运行数据以及能源发电的历史出力数据；

42、处理模块，用于基于所述实时运行数据和所述历史出力数据确定产业园区内各电气连接节点的动态碳排放强度因子，并将各动态碳排放强度因子与分时电价信息共同作为协调信号下发至产业园区中各功能分区协调层；

43、所述处理模块，还用于各功能分区协调层根据接收到的协调信号，以其内部各类可调节资源的物理约束和运行约束为边界，生成各功能分区协调层与园区总控层之间交互功率的可行调节区间及对应的运行代价和碳排放量映射关系，并将各可行调节区间及运行代价和碳排放量映射关系反馈至园区总控层；

44、执行模块，用于园区总控层接收所有功能分区协调层反馈的可行调节区间及运行代价和碳排放量映射关系后，以产业园区预设的碳排放总量上限为约束、以综合运行代价最小为目标，在各可行调节区间和园区电力网络约束共同限定的全局可行域内进行碳排放上限约束下的运行代价优化，当存在可行解时生成各功能分区协调层的交互功率设定点并下发执行，当不存在可行解时输出不可行状态且不下发新的设定点。

45、第三方面，本技术提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有代码，所述处理器被配置为获取所述代码，并执行上述的产业园区能源结构低碳化智能优化方法。

46、第四方面，本技术提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的产业园区能源结构低碳化智能优化方法。

47、本技术公开的实施例提供的技术方案具有以下有益效果：

48、本技术提供的产业园区能源结构低碳化智能优化方法及系统中，各电气连接节点的动态碳排放强度因子由该节点各供能单元按潮流分配的供电功率比例对相应单位供电碳排放强度加权求和得到，该因子表示对应预测时段内单位供电电量的平均排放量，据此使节点用电的碳排放归于唯一计量口径；各功能分区协调层以内部各类可调节资源的物理约束和生产运行约束构建联合可行域，并将其投影到与园区总控层之间的交互功率维度，所得可行调节区间表示该分区在不放宽设备安全约束和生产硬约束条件下的可调能力边界，投影结果为空时返回分区不可行状态，据此使上层获得的不是分区内部的设备变量，而是可直接参与上层求解的交互功率边界；区间内每个功率取值点分别对应由分时电价计算的最小运行代价和由该节点动态碳排放强度因子与交互电量计算的碳排放量，据此使每个候选功率具有可比较的评价量；园区总控层将各分区可行调节区间的组合与园区功率平衡、线路容量、变压器容量和节点电压约束取交集形成全局可行域，虽在分区内部可行但无法由配电网络执行的功率组合在此被剔除，据此使分区可调能力与园区电力网络约束共同作用于同一求解过程；园区总碳排放量由各分区碳排放量直接累加，已被节点因子包含的供能侧排放不再叠加，据此使碳排放总量上限在与分区映射一致的计量边界内成立；在该全局可行域内筛选总碳排放量不超过所述上限的方案并求解总运行代价最低者，存在可行解时下发交互功率设定点，不存在可行解时输出不可行状态且保持原调度指令。由此，本技术可在碳排放量单次计量的条件下，生成同时满足分区设备约束和园区电力网络约束的交互功率设定点。