第 43 卷 第 9 期 华电技术 2021 年 9 月 Huadian Technology Vol. 43 No. 9 Sept. 2021 DOI：10. 3969/j. issn. 1674-1951. 2021. 09. 009 基于绿证-碳交易机制的含风电电力系统 动态环境经济调度 Environmental economic dispatch considering wind power systems based on green certificate-carbon trading mechanism 张家瑞，余朋军，许忠义，徐加宝，朱泽伟 ZHANG Jiarui，YU Pengjun，XU Zhongyi，XU Jiabao，ZHU Zewei （三峡大学 电气与新能源学院，湖北 宜昌 443002） （College of Electrical Engineering and New Energy，China Three Gorges University，Yichang 443002，China） 摘 要：在低碳绿色经济背景下，为促进电力行业节能减排和绿色发展，将碳排放交易机制和绿色证书交易机制引 入电力系统环境经济调度中，建立一个以绿色证书交易成本、火电发电成本、风电运行维护成本、弃风惩罚成本和 碳交易成本为经济成本目标函数，SO2 和 NOx 气体排放为污染物的含风电电力系统多目标环境经济调度模型。基于 MOEA/D 算法进行改进得出 MOEA/D-OLSMS 算法，采用 MOEA/D-OLSMS 算法与 MOEA/D 算法对模型进行求解。 分析在不同调度情景以及不同可再生能源配额系数对系统的影响。通过算例仿真，验证所提出模型的有效性及算 法的优越性。 关键词：碳交易机制；绿色证书交易机制；环境经济调度；多目标；可再生能源配额；碳中和 中图分类号：TK 0：TM 712 文献标志码：A 文章编号：1674-1951（2021）09 - 0069 - 09 Abstract：In the context of low-carbon green economy，in order to promote energy conservation，emission reduction and green development of power industry，carbon emission trading mechanism and green certificate trading mechanism are introduced into the environmental economic dispatch（EED）of power system. Based on the objective function attempting to minimize green certificate transaction cost，thermal power generation cost，wind power operation and maintenance cost，wind power curtailment penalty and carbon emission right transaction cost，and taking SO2 and NOx emissions as pollutant emissions，a multi-objective environmental economic dispatch model for the power system containing wind power is established. By improving the MOEA/D algorithm，the MOEA/D-OLSMS algorithm is obtained. The model is solved by MOEA/D-OLSMS and MOEA/D algorithm ， respectively. The impact of different renewable energy quota coefficients on the power system under different dispatch scenarios is analyzed. The validity of the proposed model and the superiority of the algorithms are verified by the simulation examples. Keywords：carbon emission trading mechanism；green certificate trading mechanism；environmental economic dispatch； multi-target；renewable energy quota；carbon neutrality 0 引言 易机制已有较为深入的研究［2-5］。文献［6］将碳交易 机制引入到含风电的电力系统经济调度模型中，使 近年来，环境污染及化石能源短缺等问题日益 碳排放权成为一种有经济价值的资源，建立了一种 突出。为促进经济结构绿色转型，我国于 2020 年 9 兼顾系统经济性和系统环保性的新型经济调度模 月第七十五届联合国大会上提出碳达峰、碳中和目 型。文献［7］将绿色证书交易机制和碳交易机制引 标 。为实现“双碳”目标、减少污染物排放、促进可 入到电源规划模型中，建立了以规划期内系统净收 再生能源的发展，同时引入绿色证书交易机制和碳 益最大为目标的低碳经济电源规划模型。文献［8］ 排放交易机制（以下简称碳交易），对于电力系统节 将绿色证书交易机制引入电力系统调度模型中，建 能减排和绿色低碳发展有着重要的意义。 立了基于绿色证书交易机制的含风电系统的低碳 ［1］ 目前国内外学者对碳交易机制和绿色证书交 经济调度，并对不同绿色证书约束水平对系统成本 以及碳排放量的影响进行了分析。文献［9］将碳交 收稿日期：2021 - 04 - 19；修回日期：2021 - 08 - 01 易引入到冷热电联供系统的经济调度模型中，建立 ·70 · 第 43 卷 华电技术 考虑碳交易成本、燃料成本和环境成本的冷热电联 色电能可以按比例量化为绿色证书。当发电企业 供系统多目标优化模型。以上文献都只是孤立地 生产的绿色证书超过配额指标时，可出售绿色证书 将碳交易机制或者绿色证书交易机制应用在电力 获取利润；反之，则需要为购买绿色证书。其绿色 系统中，并未在电力系统多目标调度模型中同时考 证书交易成本模型如下 虑 2 种交易机制。 { p gre (G bt - G st ) G bt ≥ G st f gre = 电 力 系 统 的 环 境 经 济 调 度（Environmental p gre (G st - G bt ) G bt < G st ， （1） Economic Dispatch，EED）问 题 是 一 个 典 型 的 高 纬 式中：fgre 为绿色证书交易成本，美元；G bt，G st 分别为电 目前，求解多目标优化问题的方法有间接法和直接 为绿色证书的交易价格，美元/本。 度、非凸、非线性且强约束的多目标优化问题［10-12］。 法。 （1）间接法将多目标问题转化成单目标问题，如 何进行转化是间接解法的关键。然而将多目标问 题转化成单目标问题，其各目标的参数设置是未知 的、不确定的，容易对求解结果产生较大的影响。 力系统在 t 时刻购买和出售的绿色证书数量，本；pgre 1. 2 碳交易机制数学模型 目前，世界范围内初始碳分配额主要有免费分 配、拍卖分配、免费分配与拍卖混合分配 3 种方式。 我国主要采用免费分配的方式。在政府免费分配 因此，目前间接法求解多目标优化问题难以得出令 给企业一定碳排放权配额的情况下，当企业实际产 人满意的结果。 （2）相较于间接解法，直接解法搜索 出的碳排放量大于给定配额时，需要在市场上购买 效率高、鲁棒性强、不易陷入局部最优［13］。求解多 碳排放配额；反之，可以在市场上出售碳排放配额 目标优化问题的直接解法主要有非支配排序遗传 以获取利润。 （1）碳排放模型。 算法（NSGA-П）［14］、多目标粒子群（MOPSO）［15］、基 E p = ∑∑δ p，i P ti， N 于分解的多目标进化算法（MOEA/D）［16］等。尽管这 些算法取得了不错的效果，但也存在着收敛速度 慢、运行耗时长以及种群多样性丧失等缺点［17］。如 何改善算法效率、均衡算法收敛性和保持种群多样 性是高效求解 EED 问题的关键。 i = 1t = 1 易机制和绿色证书交易机制的含风电的电力系统 发电量碳排放强度；P ti 为发电机组 i 在 t 时刻的有功 功率；N 为发电机组数；T 为调度时段。 （2）碳排放配额的分配。 碳排放配额分配与发电机组有功出力成比例 的模型可表示为 E q = ∑∑δ q，i P ti ， N 多目标环境经济调度模型：在经济调度目标模型中 引入弃风惩罚机制，提高风电的适应性；同时引入 旋转备用容量调度模型应对风电及负荷预测不确 定性对电力系统产生的不利影响，提出一种基于反 向学习混沌搜索多变异策略（OLSMS）的多目标进 化算法 MOEA/D-OLSMS 对模型进行求解。该算法 在 MOEA/D 的基础上，采用广义反向学习初始化种 群扩大种群多样性，并采用 DE/rand/1 和 DE/currentto-rand/1 策略进行进化，同时引入基于 Logistic 映射 的混沌搜索算法增强算法的局部搜索能力。仿真 验 证 结 果 证 明 了 该 模 型 的 合 理 性 、有 效 性 以 及 MOEA/D-OLSMS 算法的可行性、优越性。 1 计及绿证-碳交易机制的含风电电力系统 EDD 模型 1. 1 绿色交易证书机制数学模型 绿色证书交易机制是可再生能源配额制的辅 助政策工具。其中，可再生能源配额指标是指政府 规定发电企业中可再生能源发电量要达到或占有 总发电量一定的比例。政府将发电企业生产的绿 （2） 式中：Ep 为火电机组实际碳排放；δ p，i 为发电机组 i 的 基于以上讨论，本文将碳交易机制和绿色证书 交易机制同时引入电力系统 EED 中，构建计及碳交 T T i = 1t = 1 （3） 式中：Eq 为火电机组碳排放配额；δ q，