2026电工杯数学建模竞赛A题论文、代码、数据（改进）

2026年电工杯数学建模竞赛A题完整论文

摘要

随着” 双碳” 战略深入推进，新能源消纳难的问题日益凸显，绿电直连型电氢氨园区成为解决新能源就近消纳和化工行业深度脱碳的重要路径。本文针对绿电直连型电氢氨园区的优化运行问题，基于风电 40MW、光伏 64MW、电解制氢及合成氨设备等数据，系统研究了园区运行指标分析、制氨调节优化、离网储能配置及政策建议。

对于问题一,针对典型风光场景下的运行指标分析问题，采用功率平衡模型和直接

核算法。首先将标幺功率曲线转换为有名值，接着根据功率平衡计算购售电功率和电量，最后计算绿电直连三项指标和吨氨成本。结果表明自发自用率仅为 28.16%（不满足 >60% 要求），绿电比例为 69.21%（满足 >30% 要求），上网比例高达 35.92%（不满足 <20% 要求），吨氨成本为 2654.67 元/吨。

对于问题二,针对离散制氨调节的运行优化问题，采用混合整数规划方法对 5 种产

量水平（72 至 36 吨/日）进行最优生产时段选择。首先计算各时段增量成本，接着选取成本最低的时段组合，最后统计分析 24 种风光场景下的绿电指标和吨氨成本分布。结

果表明产量 72 吨/日时绿电指标全满足率达 75%，吨氨成本 5515 元/吨；产量 36 吨/日时吨氨成本最低为 1524 元/吨但绿电指标全不满足。

对于问题三,针对连续制氨调节的运行分析问题，采用混合整数线性规划（MILP）

建立功率连续可调的优化模型。首先引入二元变量实现购售电互斥和半连续约束，接着对 24 种场景进行最优功率调度求解，最后与问题二离散调节结果进行对比。结果表明连续调节使吨氨成本降低 2.3% 至 10.7%，绿电指标均有改善，全年吨氨成本从离散的 2826 至 5515 元/吨降至连续调节的 2523 至 5515 元/吨。

对于问题四,针对离网运行分析与储能配置问题，采用以最大化制氨产量为目标的

优化模型。首先在无储能条件下分析 24 种场景的制氨产量，接着针对最大弃电场景配置 177.3MWh 储能容量，最后对比离网与联网的经济性。结果表明离网无储能年均产能利用率仅 39.9%，配置储能后全年制氨总量从 8613.9 吨增至 10526.6 吨，离网含储能吨氨成本为 3342.41 元/吨，低于联网的 5515.00 元/吨。

最后，本文研究为绿电直连型电氢氨园区的规划设计和运行优化提供了系统的方法支持和定量参考，所建立的优化模型具有良好的适应性和可扩展性。

关键词： 绿电直连；电氢氨园区；功率平衡；混合整数规划；离散制氨调节；连续制氨调节；离网运行；储能配置

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目录

一、 引言 1

1. 1. 问题背景 1
   2. 研究意义 1
   3. 问题重述 1
   4. 研究思路 2

二、 总体分析 2

三、 模型假设 2

四、 符号说明 3

五、 模型的建立与求解 4

1. 1. 问题一的模型的建立和求解 4
      1. 具体分析 4
      2. 模型准备 5
      3. 模型建立 5
      4. 模型求解 6
   2. 问题二的模型的建立和求解 8
      1. 具体分析 8
      2. 模型建立 9
      3. 模型求解 9
   3. 问题三的模型的建立和求解 12
      1. 具体分析 12
      2. 模型建立 12
      3. 模型求解 13
   4. 问题四的模型的建立和求解 15
      1. 具体分析 15
      2. 模型建立 15
      3. 模型求解 16
   5. 问题五的分析与政策建议 19
      1. 具体分析 19
      2. 高比例绿电接入对电力系统的影响分析 20
      3. 政策建议 20

六、 模型检验与分析 21

1. 1. 灵敏度分析 21
   2. 连续调节与离散调节对比检验 22
   3. 24 场景覆盖度分析 22

七、 模型的评价 23

1. 1. 模型的优点 23
   2. 模型的缺点 23

八、 模型的改进与推广 23

1. 1. 模型的改进 23
   2. 模型的推广 24

一、 引言

1. 1. 问题背景

在全球应对气候变化和推进能源转型的大背景下，” 碳达峰、碳中和” 已成为世界各国的发展共识。中国作为全球最大的能源消费国和碳排放国，正积极推进能源结构转型，大力发展风电、光伏等可再生能源。然而，新能源发电具有强随机性和波动性，大规模并网消纳面临严峻挑战，弃风弃光现象在部分地区仍然突出。如何有效促进新能源的就近消纳，减少对公共电网的冲击，成为能源领域亟待解决的关键问题。

绿电直连项目作为探索新能源就近消纳的创新模式，近年来受到政策层面和产业界的高度关注。国家发展改革委、国家能源局发布的《关于有序推动绿电直连发展有关事项的通知》对绿电直连项目的新能源自发自用电量占比、绿电比例、上网电量比例等关键指标提出了明确要求。这一政策框架为绿电直连园区的规划建设和运行管理提供了制度依据，也对园区的优化运行提出了更高的技术要求。

与此同时，氨作为重要的化工原料和潜在的绿色能源载体，相较于氢气具有储运方便、基础设施完善的显著优势。将绿电制氢与制氨相结合，构建” 绿电—绿氢—绿氨” 一体化园区，既能解决新能源消纳问题，又能推动化工行业的深度脱碳，具有重要的工程应用价值和理论研究意义。然而，这类园区的优化运行涉及风电、光伏、电解制氢、合成氨、电储能及电网交互等多个环节，其功率平衡、成本优化和设备调度等问题具有高度复杂性，亟需系统化的建模与求解方法。

1. 1. 研究意义

本研究的社会意义在于，通过对绿电直连型电氢氨园区的系统优化运行分析，为工业园区的绿色低碳转型提供了技术方案和决策参考，有助于推动新能源与化工产业的融合发展，促进能源消费侧的清洁替代和节能减排。科研意义在于，本研究建立了涵盖功率平衡、混合整数规划、储能配置等多层次递进的数学模型体系，将绿电直连指标约束、制氨调节方式（离散与连续）和离网运行条件纳入统一优化框架，为同类多能互补系统的优化研究提供了方法借鉴和理论参考。

1. 1. 问题重述

问题1：在典型风光出力场景下，计算园区的购售电功率曲线和绿电直连三项指标，判断指标是否满足政策要求。问题2：基于离散制氨调节（装置只有全额开机和停机两种状态），在 5 种产量水平下优化生产时段安排，并分析 24 种风光场景下的全年统计特征。问题3：基于连续制氨调节（装置功率在 10% 至 100% 间连续可调），优化 24 种场景下的功率调度方案，并与离散调节结果对比分析。问题4：在离网运行条件下，分析无储能和有储能两种情况下的制氨产量和吨氨成本，估算园区能源自治所需的最小风光

1

装机容量，对比离网和联网的经济性。问题5：分析绿电园区容量渗透率提高对电力系统的影响，提出推动绿电直连园区发展的政策建议。

1. 1. 研究思路

本文按照从静态分析到动态优化、从并网到离网、从无储能到有储能的递进逻辑展开研究。针对问题一，本文建立了功率平衡模型直接核算运行指标；针对问题二，建立了离散制氨调节的增量成本优化模型确定最优生产时段；针对问题三，建立了连续制氨调节的混合整数线性规划模型实现功率最优调度；针对问题四，建立了离网运行的最大化制氨产量优化模型和储能配置方案；针对问题五，基于定量结果进行了定性政策分析。具体分析流程如图1所示。

二、 总体分析

本题的研究对象是一个包含风电、光伏、电解制氢、合成氨及常规负荷的绿电直连型电氢氨园区，各问题之间呈现明显的递进关系。问题一作为基础分析层，建立了功率平衡和指标核算的基本模型，为后续问题提供了数据预处理结果和基准参考。问题二和问题三作为核心优化层，分别从离散和连续两种制氨调节方式出发，探索不同产量水平下的最优运行方案，揭示了不同调节方式对绿电指标和吨氨成本的影响规律。问题四作为进阶扩展层，将研究场景从并网延伸至离网运行，引入储能配置优化，讨论了园区能源自治的可行性和经济性。问题五作为政策延伸层，将定量分析结果上升为系统性政策思考。

整体而言，各问题在输入数据上共享相同的设备参数和风光数据基础，在分析方法上从简单核算逐步过渡到混合整数规划和储能动态优化，在输出结果上逐层深化对园区运行机理和优化潜力的认识。问题总体分析流程如图1所示。

三、 模型假设

为简化问题并明确模型的适用范围，本文做出以下假设：

• 假设1：园区内功率损耗忽略不计，所有电能传输和转换过程无损耗。
• 假设2：电解槽与合成氨装置每日满负荷连续运行时效率恒定，不随负载率变化。
• 假设3：风电和光伏的出力在 1 小时内为恒定值（取该小时的平均功率），运行分析时段为 1 小时。
• 假设4：电解槽功率在ALKEL 和PEMEL 之间按额定比例分配，未考虑两种电解槽之间的调度优化。

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图1问题分析总体流程图

• 假设5：储能系统充放电效率恒定，自损耗率恒定，不考虑储能老化对性能的影响。

四、 符号说明

本文使用的主要符号及其含义如表1所示。

五、 模型的建立与求解

1. 1. 问题一的模型的建立和求解
      1. 具体分析

问题一要求基于典型风光出力场景，在电解槽与合成氨装置每日满负荷连续运行且不计功率损耗的假设下，计算园区的运行指标。该问题属于指标核算类问题，输入数

据为附件 1 的典型日常规电负荷标幺功率曲线和附件 2 的典型日风电、光伏标幺功率曲线，需要先将标幺值转换为有名值。园区总负荷由常规电负荷（时变，峰值 6MW）、电解槽负荷（ALKEL 10MW 加 PEMEL 10MW 共 20MW 恒定）和合成氨负荷（0.75MW恒定）三部分构成。总发电为风电与光伏之和，根据功率平衡原则，发电大于负荷时余电上网，不足时从电网购电。需要计算的指标包括三项绿电直连指标和吨氨成本。首先将各标幺功率曲线乘以其对应的额定值转换为有名值功率曲线，接着根据功率平衡计算各时段的购电和售电功率，然后计算日累计电量和三项绿电直连指标，最后核算吨氨成本并判断指标达标情况