Bi-level Planning of Power System Considering Hybrid Carbon Leakage Effect

LIN Yujie; ZHANG Xiaoyan; XIONG Houbo; QIAO Yilin; SHI Haojie; GUO Chuangxin

doi:10.7500/AEPS20230622001

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Bi-level Planning of Power System Considering Hybrid Carbon Leakage Effect

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

- Bi-level Planning of Power System Considering Hybrid Carbon Leakage Effect
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 12, Pages: 1-13(2024)
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.国网浙江省电力有限公司嘉兴供电公司，浙江省嘉兴市 314000
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U22B2098)
- DOI：10.7500/AEPS20230622001
  CLC：
- Received：22 June 2023，
  
  Revised：2023-11-15，
  
  Published Online：11 March 2024，
  
  Published：25 June 2024
- 稿件说明：
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林雨洁,张笑演,熊厚博等.计及复合碳泄漏效应的电力系统双层规划[J].电力系统自动化,2024,48(12):1-13.

LIN Yujie,ZHANG Xiaoyan,XIONG Houbo,et al.Bi-level Planning of Power System Considering Hybrid Carbon Leakage Effect[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(12):1-13.
林雨洁,张笑演,熊厚博等.计及复合碳泄漏效应的电力系统双层规划[J].电力系统自动化,2024,48(12):1-13. DOI： 10.7500/AEPS20230622001.

LIN Yujie,ZHANG Xiaoyan,XIONG Houbo,et al.Bi-level Planning of Power System Considering Hybrid Carbon Leakage Effect[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(12):1-13. DOI： 10.7500/AEPS20230622001.

摘要

“双碳”目标下，不对称碳监管政策在电力行业低碳转型路径中引发的强、弱复合碳泄漏效应需要引起关注。针对单边碳减排政策在电力系统中的影响，结合边际电价理论构建了考虑输电网级能源网架扩展与配电网级能源枢纽负荷行为的电力系统双层规划模型。首先，在上层能源网架规划中分析线路扩展带来的弱碳泄漏效应，通过拉格朗日乘子求解电网边际电价，在此基础上计及强碳泄漏效应影响下的负荷转移行为，建立下层能源枢纽经济规划模型；其次，分析碳泄漏的成因并提出缓和手段，建立对应模型；然后，提出电力系统双层低碳规划的求解流程，并设计提升双层规划收敛性的二分启发式方法；最后，在改进的IEEE 12节点系统与改进的IEEE 236节点系统中进行仿真，分析碳价格与碳泄漏缓和手段对碳泄漏效应的影响，算例结果验证了碳泄漏的形成渠道与影响。分析免费碳配额或碳排放关税对碳泄漏效应的缓和作用与风险，同时，研究双层规划模型收敛性，可为电力系统低碳转型路径中开展合理碳监管提供参考。

Abstract

Under the goals of carbon emission peak and carbon neutrality

the strong and weak hybrid carbon leakage effect caused by asymmetric carbon regulation policies in the low-carbon transition path of power industry needs to be paid attention to. Aiming at the influence of unilateral carbon emission reduction policy in power system

a bi-level planning model of power systems considering the energy network expansion at transmission network level and the load behavior of energy hubs at distribution network level is constructed based on marginal electricity price theory. Firstly

the weak carbon leakage effect caused by line expansion is analyzed in the upper energy network planning

and the marginal electricity price of power grid is solved by Lagrange multiplier. On this basis

the economic planning model of the lower energy hub is established considering the load transfer behavior under the influence of strong carbon leakage effect. Secondly

the causes of carbon leakage are analyzed

mitigation measures are proposed

and the corresponding models are established. Then

the solution flow of the bi-level low-carbon planning for power systems is proposed

and a binary heuristic method is designed to improve the convergence of bi-level planning. Finally

the simulation is carried out in the modified IEEE 12-bus system and the modified IEEE 236-bus system to analyze the influence of carbon price and carbon leakage mitigation measures on carbon leakage effect. The case results verify the formation channel and influence of carbon leakage. The mitigating effect and risk of free carbon quota or carbon emission tariff on carbon leakage effect are analyzed

and the convergence of bi-level planning model is studied

which can provide reference for rational carbon regulation in the low-carbon transition path of power systems.

关键词

Keywords

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