Decision Optimization Method for Electricity-Carbon Collaborative Trading Under Price-taking Mode for Power Generation Companies

HUANG Ying; XUE Yusheng; XIE Min; HUANG Jie; SHI Shouyuan; YU Tao

doi:10.7500/AEPS20230606004

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

Decision Optimization Method for Electricity-Carbon Collaborative Trading Under Price-taking Mode for Power Generation Companies

Power Energy Transition for Carbon Emission Peak and Carbon Neutrality | 更新时间：2025-06-16

- Decision Optimization Method for Electricity-Carbon Collaborative Trading Under Price-taking Mode for Power Generation Companies
- Automation of Electric Power Systems Vol. 47, Issue 21, Pages: 25-35(2023)
- 作者机构：
  
  1.华南理工大学电力学院,广东省广州市 510640
  2.南瑞集团有限公司(国网电力科学研究院有限公司),江苏省南京市 211106
- 作者简介：
- 基金信息：
- DOI：10.7500/AEPS20230606004
  CLC：
- Received：06 June 2023，
  
  Revised：2023-09-04，
  
  Published Online：28 September 2023，
  
  Published：10 November 2023
- 稿件说明：
移动端阅览
黄莹,薛禹胜,谢敏等.价格接受模式下发电集团电-碳协同交易决策优化方法[J].电力系统自动化,2023,47(21):25-35.

HUANG Ying,XUE Yusheng,XIE Min,et al.Decision Optimization Method for Electricity-Carbon Collaborative Trading Under Price-taking Mode for Power Generation Companies[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(21):25-35.
黄莹,薛禹胜,谢敏等.价格接受模式下发电集团电-碳协同交易决策优化方法[J].电力系统自动化,2023,47(21):25-35. DOI： 10.7500/AEPS20230606004.

HUANG Ying,XUE Yusheng,XIE Min,et al.Decision Optimization Method for Electricity-Carbon Collaborative Trading Under Price-taking Mode for Power Generation Companies[J].Automation of Electric Power Systems,2023,47(21):25-35. DOI： 10.7500/AEPS20230606004.

摘要

随着“双碳”目标的提出以及全国碳排放权交易市场拉开序幕，发电集团面临着同时参与电力市场及碳排放权交易市场所带来的决策协同问题。首先，通过剖析电力市场与碳市场的耦合机理并计及两类市场结算履约规则，在价格接受模式下，提出一种混合型发电集团参与电-碳市场的年-周-日多尺度耦合协同决策机制和优化模型。然后，结合现行市场交易环境和实际数据，进行了多市场协同决策的仿真模拟，验证了决策模型的可行性。同时，为有效量化决策的优劣，针对决策结果的经济性、低碳性、稳定性，构建了一套电-碳市场协同决策评价指标体系。针对不同的市场机制、碳价水平及决策模式，做出了进一步仿真模拟及对比分析。研究结果表明，开展电-碳协同交易是发电集团实现低碳发展的经济化手段，同时，政府部门需结合发展的不同阶段动态调整控排政策。

Abstract

With the proposal of the “carbon emission peak and carbon neutrality” goal and as the China carbon emission trading market kicks off

the power generation companies face the decision-making collaboration problem of participating in both the electricity market and the carbon emission trading market. First

by analyzing the coupling mechanism between the electricity market and the carbon emission trading market and taking into account the settlement and compliance rules of both markets

in the price-taking mode

this paper proposes an year-week-day multi-scale coupling collaborative decision-making mechanism and optimization model for hybrid power generation companies participating in the electricity-carbon market. Then

combined with the current market trading environment and actual data

the simulation of collaborative multi-market decision-making is carried out to verify the feasibility of the decision-making model. Meanwhile

in order to effectively quantify the advantages and disadvantages of the decision-making

an evaluation index system of the electricity-carbon market collaborative decision-making is constructed for the economy

low-carbon and stability of the decision-making results. Finally

in view of the different market mechanisms

carbon price levels and decision-making models

further simulation and comparative analysis are carried out. The research results show that the electricity-carbon collaboration is an economic means for power generation companies to achieve low-carbon development

and the government departments need to dynamically adjust control and emission policies according to different stages of development.

关键词

Keywords

references

冷俊，薛禹胜 . “双碳”目标下，新型电力系统发展路径的优化思路［J］. 中国电力企业管理， 2021 （ 19 ）： 11 - 13 .

LENG Jun ， XUE Yusheng . Optimization of the development path of new power system under the goal of “dual carbon” ［J］. China Power Enterprise Management ， 2021 （ 19 ）： 11 - 13 . ［2］ XUEYusheng， YUXinhuo. Beyond smart grid—a cyber-physical-social system in energy future［J］. Proceedings of the IEEE， 2017 ， 105 （ 12 ）： 2290 - 2292 .

吉斌，孙绘，梁肖，等 . 面向“双碳”目标的碳电市场融合交易探讨［J］. 华电技术， 2021 ， 43 （ 6 ）： 33 - 40 .

JI Bin ， SUN Hui ， LIANG Xiao ， et al . Discussion on convergent trading of the carbon and electricity market on the path to carbon peak and carbon neutrality ［J］. Huadian Technology ， 2021 ， 43 （ 6 ）： 33 - 40 .

薛贵元，吴晨，王浩然，等 . “双碳”目标下碳市场与电力市场协同发展机制分析［J］. 电力科学与工程， 2022 ， 38 （ 7 ）： 1 - 7 .

XUE Guiyuan ， WU Chen ， WANG Haoran ， et al . Coordinated development mechanism of carbon market and power market under carbon peak and neutrality goals ［J］. Electric Power Science and Engineering ， 2022 ， 38 （ 7 ）： 1 - 7 .

吉斌，昌力，陈振寰，等 . 基于区块链技术的电力碳排放权交易市场机制设计与应用［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 12 ）： 1 - 10 .

JI Bin ， CHANG Li ， CHEN Zhenhuan ， et al . Blockchain technology based design and application of market mechanism for power carbon emission allowance trading ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 12 ）： 1 - 10 .

尚楠，陈政，卢治霖，等 . 电力市场、碳市场及绿证市场互动机理及协调机制［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 1 ）： 142 - 154 .

SHANG Nan ， CHEN Zheng ， LU Zhilin ， et al . Interaction principle and cohesive mechanism between electricity market， carbon market and green power certificate market ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 1 ）： 142 - 154 .

冯天天 . 绿证交易及碳交易对电力市场的耦合效应分析模型研究［D］. 北京：华北电力大学， 2016 .

FENG Tiantian . Study on coupling effect analysis model of green certificate trading and carbon trading on electricity market ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2016 .

WOO C K ， CHEN Y ， ZARNIKAU J ， et al . Carbon trading’s impact on California’s real-time electricity market prices ［J］. Energy ， 2018 ， 159 ： 579 - 587 .

王一，吴洁璇，王浩浩，等 . 碳排放权市场与中长期电力市场交互作用影响分析［J］. 电力系统及其自动化学报， 2020 ， 32 （ 10 ）： 44 - 54 .

WANG Yi ， WU Jiexuan ， WANG Haohao ， et al . Analysis of interactions between carbon emission trading market and medium-and long-term electricity market ［J］. Proceedings of the CSU-EPSA ， 2020 ， 32 （ 10 ）： 44 - 54 .

HEREDIA F J ， CIFUENTES-RUBIANO J ， CORCHERO C . Stochastic optimal generation bid to electricity markets with emissions risk constraints ［J］. Journal of Environmental Management ， 2018 ， 207 ： 432 - 443 .

COELHO A ， IRIA J ， SOARES F . Network-secure bidding optimization of aggregators of multi-energy systems in electricity， gas， and carbon markets ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 301 ： 117460 .

卢治霖，刘明波，尚楠，等 . 考虑碳排放权交易市场影响的日前电力市场两阶段出清模型［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 10 ）： 159 - 170 .

LU Zhilin ， LIU Mingbo ， SHANG Nan ， et al . Two-stage clearing model for day-ahead electricity market considering impact of carbon emissions trading market ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 10 ）： 159 - 170 .

段声志，陈皓勇，郑晓东，等 . 碳市场背景下发电商竞价策略及电力市场均衡分析［J］. 电测与仪表， 2022 ， 59 （ 5 ）： 33 - 41 .

DUAN Shengzhi ， CHEN Haoyong ， ZHENG Xiaodong ， et al . Bidding strategy of electricity generation and electricity market equilibrium analysis under the background of carbon market ［J］. Electrical Measurement & Instrumentation ， 2022 ， 59 （ 5 ）： 33 - 41 .

邓盛盛，陈皓勇，肖东亮，等 . 发电商参与碳市场与电力中长期市场联合决策模型［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 22 ）： 1 - 10 .

DENG Shengsheng ， CHEN Haoyong ， XIAO Dongliang ， et al . A joint decision-making model for power generators to participate in the carbon market and the medium- and long-term power markets ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 22 ）： 1 - 10 .

孙晓聪，丁一，包铭磊，等 . 考虑发电商多时间耦合决策的碳-电市场均衡分析［J/OL］. 电力系统自动化： 1 - 16 ［ 2023-03-08 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20221020.1618.005.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20221020.1618.005.html .

SUN Xiaocong ， DING Yi ， BAO Minglei ， et al . Carbon-electricity market equilibrium analysis considering multi-time coupling decisions of power producers ［J］. Automation of Electric Power Systems： 1 - 16 ［ 2023-03-08 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20221020.1618.005.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20221020.1618.005.html .

LI X R ， YU C W ， XU Z ， et al . A multimarket decision-making framework for GENCO considering emission trading scheme ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2013 ， 28 （ 4 ）： 4099 - 4108 .

HUANG J ， XUE Y S ， JIANG C ， et al . An experimental study on emission trading behaviors of generation companies ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2015 ， 30 （ 2 ）： 1076 - 1083 .

鲁政委，粟晓春，钱立华，等 . “碳中和” 愿景下我国CCER市场发展研究［J］. 西南金融， 2022 （ 12 ）： 3 - 16 .

LU Zhengwei ， SU Xiaochun ， QIAN Lihua ， et al . Research on CCER market development in China under the vision of “carbon neutrality” ［J］. Southwest Finance ， 2022 （ 12 ）： 3 - 16 .

薛禹胜，黄杰，王放，等 . 基于分类监管与当量协同的碳市场框架设计方案［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 13 ）： 1 - 8 .

XUE Yusheng ， HUANG Jie ， WANG Fang ， et al . Carbon market framework design based on classified regulation and equivalent coordination ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 13 ）： 1 - 8 .

生态环境部发布《碳排放权交易管理办法（试行）》［J］. 中国造纸， 2021 ， 40 （ 2 ）： 110 .

The Ministry of Ecology and Environment has issued the “Management Measures for Carbon Emission Trading （Trial） ”［J］. China Pulp & Paper ， 2021 ， 40 （ 2 ）： 110 .

张晓闽，马志强 . 风电出力预测精准度行业领先［N］. 江苏电力报， 2022-09-08 （2）.

ZHANG Xiaomin ， MA Zhiqiang . The prediction accuracy of wind power output is leading in the industry ［N］. Jiangsu Electric Power News ， 2022-09-08 （2）.

朱磊，宋少群，郑旭冬，等 . 面向高比例新能源电网的中长期市场多时序校核研究［J］. 电力大数据， 2021 ， 24 （ 10 ）： 37 - 44 .

ZHU Lei ， SONG Shaoqun ， ZHENG Xudong ， et al . Research on multi-period security check in medium and long-term power market for high proportion of new energy power grids ［J］. Power Systems and Big Data ， 2021 ， 24 （ 10 ）： 37 - 44 .

钱甫成，何朝林 . 不确定事件冲击下的资产收益率波动［J］. 安徽工程大学学报， 2021 ， 36 （ 6 ）： 71 - 76 .

QIAN Fucheng ， HE Chaolin . Volatility of return on assets under the impact of uncertain events ［J］. Journal of Anhui Polytechnic University ， 2021 ， 36 （ 6 ）： 71 - 76 .

肖雅洁 . 多市场间波动溢出效应的研究——基于中国股指期货与现货市场的分析［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2018 .

XIAO Yajie . Research on volatility spillover effect between multi-market—based on the analysis of China’s stock index futures and spot markets ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2018 .

李湛，尧艳珍，汤怀林，等 . 中国金融系统风险溢出效应研究——基于溢出指数和波动溢出网络［J］. 南方经济， 2021 （ 12 ）： 80 - 92 .

LI Zhan ， YAO Yanzhen ， TANG Huailin ， et al . Extreme risk spillovers in the Chinese financial system： based on the spillover index and spillover network ［J］. South China Journal of Economics ， 2021 （ 12 ）： 80 - 92 .

黄杰，薛禹胜，蒋超，等 . 碳市场风险的分析与控制：（一）框架设计［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 12 ）： 11 - 18 .

HUANG Jie ， XUE Yusheng ， JIANG Chao ， et al . Carbon market risk analysis and control： Part one framework design ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 12 ）： 11 - 18 .

蒋超，薛禹胜，黄杰，等 . 碳市场风险的分析与控制：（二）沙盘推演［J］. 电力系统自动化， 2018 ， 42 （ 14 ）： 1 - 7 .

JIANG Chao ， XUE Yusheng ， HUANG Jie ， et al . Carbon market risk analysis and control： Part two sand-table simulation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2018 ， 42 （ 14 ）： 1 - 7 .

张希良，黄晓丹，张达，等 . 碳中和目标下的能源经济转型路径与政策研究［J］. 管理世界， 2022 ， 38 （ 1 ）： 35 - 51 .

ZHANG Xiliang ， HUANG Xiaodan ， ZHANG Da ， et al . Research on the transformation path and policy of energy economy under the target of carbon neutralization ［J］. Management World ， 2022 ， 38 （ 1 ）： 35 - 51 .

谢敏，叶佳南，刘明波，等 . 基于博弈均衡多学科协同理论的城市综合能源系统优化与评估［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 17 ）： 102 - 113 .

Views

下载量

CSCD

Alert me when the article has been cited

提交

Tools

Publicity Resources

Decision-making Model of Carbon Emission Trading for Power Generators and Consumers Considering Electricity Spot Trading

Related Author

SHANG Nan

LENG Yuan

CHEN Zheng

WANG Kun

WEN Fushuan

YUAN Hao

Nuno PINHO DA SILVA

YANG Zhenglin

Related Institution

Energy Development Research Institute, China Southern Power Grid Co., Ltd.

College of Electrical Engineering, Zhejiang University

China Electric Power Research Institute

Electricity Market Operation Technology Laboratory of State Grid Corporation of China

R&D Nester, Centro de Investigação em Energia REN-State Grid, S.A., Lisbon

⁰