基于电-氢-热P2P交易的分布式智能电网低碳优化运行方法

王杰; 贾宏杰; 靳小龙; 穆云飞; 李敬如; 胡诗尧

doi:10.7500/AEPS20240723012

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基于电-氢-热P2P交易的分布式智能电网低碳优化运行方法

碳达峰·碳中和与电力能源转型 | 更新时间：2025-06-16

- 基于电-氢-热P2P交易的分布式智能电网低碳优化运行方法
- Low-carbon Operation Optimization Method for Distributed Smart Grid Based on Electricity-Hydrogen-Heat Peer-to-peer Trading
- 电力系统自动化 2025年49卷第9期页码：40-51
- 作者机构：
  
  1.智能电网教育部重点实验室（天津大学），天津市 300072
  2.国网经济技术研究院有限公司，北京市 102209
  3.国网河北省电力有限公司经济技术研究院，河北省石家庄市 050000
- 作者简介：
  
  王杰(1993—)，女，博士研究生，主要研究方向：微网能量管理及综合能源系统优化运行。E-mail：wangjie1526@163.com
  贾宏杰(1973—)，男，博士，教授，主要研究方向：综合能源系统及智能电网领域的建模、优化、分析及控制。E-mail：hjjia@tju.edu.cn
  靳小龙(1990—)，男，通信作者，博士，副教授，主要研究方向：智能建筑灵活性挖掘及在城市综合能源系统中的利用。E-mail：xljin@tju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家电网公司总部科技项目(5108-202218280A-2-373-XG)
- DOI：10.7500/AEPS20240723012
  中图分类号：
- 收稿：2024-07-23，
  
  修回：2024-08-25，
  
  网络出版：2024-11-01，
  
  纸质出版：2025-05-10
- 稿件说明：
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王杰,贾宏杰,靳小龙等.基于电-氢-热P2P交易的分布式智能电网低碳优化运行方法[J].电力系统自动化,2025,49(9):40-51.

WANG Jie,JIA Hongjie,JIN Xiaolong,et al.Low-carbon Operation Optimization Method for Distributed Smart Grid Based on Electricity-Hydrogen-Heat Peer-to-peer Trading[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(9):40-51.
王杰,贾宏杰,靳小龙等.基于电-氢-热P2P交易的分布式智能电网低碳优化运行方法[J].电力系统自动化,2025,49(9):40-51. DOI： 10.7500/AEPS20240723012.

WANG Jie,JIA Hongjie,JIN Xiaolong,et al.Low-carbon Operation Optimization Method for Distributed Smart Grid Based on Electricity-Hydrogen-Heat Peer-to-peer Trading[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(9):40-51. DOI： 10.7500/AEPS20240723012.

摘要

为促进可再生能源消纳并挖掘系统碳减排潜力，文中针对多微网综合能源系统(IES)的分布式智能电网（DSG）展开研究，提出基于电-氢-热端对端（P2P）交易的分布式智能电网低碳优化运行方法。首先，建立电制氢(P2H)、燃气掺氢热电联产机组等多种氢能利用模式，提出考虑氢能多元利用的多微网IES电-氢-热P2P交易框架及定价模型。其次，考虑单一微网的电-氢-热多元耦合约束及不同微网间电-氢-热多能互济，兼顾经济性及环保性，提出基于电-氢-热P2P交易的混氢天然气分布式智能电网低碳优化模型。然后，提出基于次梯度法的分布式优化算法求解该P2P问题，从而保护各微网的隐私。所提方法设计了动态电、氢、热P2P价格，将传统的电力共享模式拓展为DSG电-氢-热多元协同共享模式。最后，算例结果表明，所提模型能有效促进电能、氢能及热能协同共享，并降低多微网IES总运行成本及总碳排放量，从而实现能源的高效利用和分布式智能电网的低碳经济运行。

Abstract

To promote the accommodation of renewable energy and explore the carbon emission reduction potential

this paper focuses on the distributed smart grid (DSG) for integrated energy systems (IESs) with multiple microgrids (MGs). A low-carbon operation optimization method is proposed for a DSG based on electricity-hydrogen-heat peer-to-peer (P2P) trading. Firstly

multiple hydrogen energy utilization modes are established

including power-to-hydrogen (P2H)

and combined heat and power (CHP) units with hydrogen compressed natural gas (HCNG). In addition

an electricity-hydrogen-heat P2P trading framework and a pricing model for an IES with multiple MGs are proposed with consideration of the multi-utilization of hydrogen energy. Secondly

considering the electricity-hydrogen-heat multi-energy coupling constraints within an individual MG and the interactions of electricity

hydrogen

and heat among different MGs

an electricity-hydrogen-heat P2P trading model with consideration of low-carbon optimization for an HCNG-based DSG is proposed for balancing economy and environmental friendliness. Furthermore

a distributed optimization algorithm based on the subgradient method is proposed to solve this P2P problem

thereby protecting the privacy of each MG. The dynamic P2P prices for electricity

hydrogen

and heat are designed based on the proposed algorithm

which expands the traditional power-sharing mode into an electricity-hydrogen-heat multi-energy coordinated sharing mode in DSG. Finally

the case results show that the proposed model can effectively promote the coordinated sharing of electricity

hydrogen and heat energy

and reduce the total operational costs and carbon emissions of the IES with multiple MGs

thus achieving efficient energy utilization and low-carbon economic operation of DSG.

关键词

Keywords

references

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