Two-stage Robust Trading Strategy for Virtual Power Plant in Multi-level Electricity-Carbon Coupling Market

ZHOU Yizhou; WU Junzhao; SUN Guoqiang; HAN Haiteng; ZANG Haixiang; WEI Zhinong

doi:10.7500/AEPS20231204002

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Two-stage Robust Trading Strategy for Virtual Power Plant in Multi-level Electricity-Carbon Coupling Market

Special Session on Virtual Power Plant with Enormous Flexible Resources | 更新时间：2025-06-16

- Two-stage Robust Trading Strategy for Virtual Power Plant in Multi-level Electricity-Carbon Coupling Market
- Automation of Electric Power Systems Vol. 48, Issue 18, Pages: 38-46(2024)
- 作者机构：
  
  河海大学电气与动力工程学院，江苏省南京市 211100
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52077060);Jiangsu Provincial Natural Science Foundation of China(BK20210367)
- DOI：10.7500/AEPS20231204002
  CLC：
- Received：04 December 2023，
  
  Revised：2024-03-12，
  
  Published Online：12 August 2024，
  
  Published：25 September 2024
- 稿件说明：
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周亦洲,吴俊钊,孙国强等.面向多级电-碳耦合市场的虚拟电厂两阶段鲁棒交易策略[J].电力系统自动化,2024,48(18):38-46.

ZHOU Yizhou,WU Junzhao,SUN Guoqiang,et al.Two-stage Robust Trading Strategy for Virtual Power Plant in Multi-level Electricity-Carbon Coupling Market[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(18):38-46.
周亦洲,吴俊钊,孙国强等.面向多级电-碳耦合市场的虚拟电厂两阶段鲁棒交易策略[J].电力系统自动化,2024,48(18):38-46. DOI： 10.7500/AEPS20231204002.

ZHOU Yizhou,WU Junzhao,SUN Guoqiang,et al.Two-stage Robust Trading Strategy for Virtual Power Plant in Multi-level Electricity-Carbon Coupling Market[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(18):38-46. DOI： 10.7500/AEPS20231204002.

摘要

随着中国电力市场和碳市场的不断发展，虚拟电厂(VPP)已成为重要的市场参与主体。文中提出多级电-碳耦合市场下VPP两阶段鲁棒交易策略。首先，分析中国电力市场与碳市场的耦合特性，提出含电力中长期市场、一级碳市场、电力现货市场和二级碳市场的多级电-碳市场交易流程。然后，建立VPP参与多级电-碳耦合市场的两阶段交易模型。其中，第1阶段优化了VPP在电力中长期市场与一级碳市场的交易策略，第2阶段优化了VPP在日前电力现货市场和二级碳市场的交易策略。最后，为平抑VPP内可再生能源出力不确定性对交易结果的影响，建立VPP两阶段自适应鲁棒优化模型，并采用列与约束生成算法实现模型求解。仿真算例结果验证了所提模型和方法的可行性和有效性。

Abstract

With the continuous development of the electricity market and carbon market in China

virtual power plant (VPP) has become an important market participating entity. This paper proposes a two-stage robust trading strategy for a VPP in a multi-level electricity-carbon coupling market. First

the coupling characteristics of the electricity market and carbon market in China are analyzed

and the trading processes of the multi-level electricity-carbon market are proposed including the medium- and long-term electricity market

primary carbon market

electricity spot market

and secondary carbon market. Then

a two-stage trading model is established for VPP participating in the multi-level electricity-carbon coupling market. In the first stage

the trading strategy of the VPP in the medium- and long-term electricity market and the primary carbon market is optimized. In the second stage

the trading strategy of the VPP in the day-ahead electricity spot market and the secondary carbon market is optimized. Finally

a two-stage adaptive robust optimization model is established for the VPP to mitigate the impact of renewable energy output uncertainty of VPP on trading results

and a column-and-constraint generation algorithm is employed to solve the model. The results of the simulation cases demonstrate the feasibility and effectiveness of the proposed model and method.

关键词

Keywords

references

陈启鑫，房曦晨，郭鸿业，等 . 电力现货市场建设进展与关键问题［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 6 ）： 3 - 15 .

CHEN Qixin ， FANG Xichen ， GUO Hongye ， et al . Progress and key issues for construction of electricity spot market ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 6 ）： 3 - 15 .

秦博宇，周星月，丁涛，等 . 全球碳市场发展现状综述及中国碳市场建设展望［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 21 ）： 186 - 199 .

QIN Boyu ， ZHOU Xingyue ， DING Tao ， et al . Review on development of global carbon market and prospect of China’s carbon market construction ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 21 ）： 186 - 199 .

卫志农，余爽，孙国强，等 . 虚拟电厂的概念与发展［J］. 电力系统自动化， 2013 ， 37 （ 13 ）： 1 - 9 .

WEI Zhinong ， YU Shuang ， SUN Guoqiang ， et al . Concept and development of virtual power plant ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2013 ， 37 （ 13 ）： 1 - 9 .

康重庆，陈启鑫，苏剑，等 . 新型电力系统规模化灵活资源虚拟电厂科学问题与研究框架［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 18 ）： 3 - 14 .

KANG Chongqing ， CHEN Qixin ， SU Jian ， et al . Scientific problems and research framework of virtual power plant with enormous flexible distributed energy resources in new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 18 ）： 3 - 14 .

王宣元，刘蓁 . 虚拟电厂参与电网调控与市场运营的发展与实践［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 18 ）： 158 - 168 .

WANG Xuanyuan ， LIU Zhen . Development and practice of virtual power plant participating in power grid regulation and market operation ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 18 ）： 158 - 168 .

CHEN Y ， NIU Y J ， QU C Z ， et al . A pricing strategy based on bi-level stochastic optimization for virtual power plant trading in multi-market： energy， ancillary services and carbon trading market ［J］. Electric Power Systems Research ， 2024 ， 231 ： 110371 .

唐家俊，吴晓刚，张思，等 . 基于Gale-Shapley算法的虚拟电厂与分布式资源匹配机制［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 18 ）： 65 - 73 .

TANG Jiajun ， WU Xiaogang ， ZHANG Si ， et al . Matching mechanism for virtual power plants and distributed energy resources based on Gale-Shapley algorithm ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 18 ）： 65 - 73 .

LI B K ， ZHAO H R ， WANG X J ， et al . Distributionally robust offering strategy of the aggregator integrating renewable energy generator and energy storage considering uncertainty and connections between the mid-to-long-term and spot electricity markets ［J］. Renewable Energy ， 2022 ， 201 ： 400 - 417 .

周亦洲，孙国强，黄文进，等 . 计及电动汽车和需求响应的多类电力市场下虚拟电厂竞标模型［J］. 电网技术， 2017 ， 41 （ 6 ）： 1759 - 1767 .

ZHOU Yizhou ， SUN Guoqiang ， HUANG Wenjin ， et al . Strategic bidding model for virtual power plant in different electricity markets considering electric vehicles and demand response ［J］. Power System Technology ， 2017 ， 41 （ 6 ）： 1759 - 1767 .

王瑞，程杉，刘烨，等 . 基于综合需求响应和奖惩阶梯碳交易的能源枢纽主从博弈优化调度［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 8 ）： 76 - 86 .

WANG Rui ， CHENG Shan ， LIU Ye ， et al . Master-slave game optimal scheduling of energy hub based on integrated demand response anda reward and punishment ladder carbon trading mechanism ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 8 ）： 76 - 86 .

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］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 21 ）： 1 - 11 .

SUN Xiaocong ， DING Yi ， BAO Minglei ， et al . Carbon-electricity market equilibrium analysis considering multi-time coupling decision of power producers ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 21 ）： 1 - 11 .

YANG Dechang ， HE Shaowen ， CHEN Qiuyue ， et al . Bidding strategy of a virtual power plant considering carbon-electricity trading ［J］. CSEE Journal of Power and Energy Systems ， 2019 ， 5 （ 3 ）： 306 - 314 .

WEI X ， XU Y L ， SUN H B ， et al . Day-ahead optimal dispatch of a virtual power plant in the joint energy-reserve-carbon market ［J］. Applied Energy ， 2024 ， 356 ： 122459 .

李英量，周丽雯，王德明，等 . 计及用户分级的虚拟电厂经济调度［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 16 ）： 121 - 130 .

LI Yingliang ， ZHOU Liwen ， WANG Deming ， et al . Virtual power plant economic dispatching considering user classification ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 16 ）： 121 - 130 .

周亦洲，李想，沈思辰，等 . 基于信息间隙决策理论的产消者多市场产品分布式交易［J］. 电力系统自动化， 2023 ， 47 （ 23 ）： 122 - 130 .

ZHOU Yizhou ， LI Xiang ， SHEN Sichen ， et al . Distributed multi-market product transactions of prosumers based on information gap decision theory ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2023 ， 47 （ 23 ）： 122 - 130 .

贾德香，柳占杰，高骞，等 . 计及碳-电一体化交易的虚拟电厂竞价策略［J］. 电力科学与技术学报， 2021 ， 36 （ 2 ）： 89 - 97 .

JIA Dexiang ， LIU Zhanjie ， GAO Qian ， et al . Bidding strategy of the virtual power plant based on the consideration of carbon-electricity integration trading in auxiliary service market ［J］. Journal of Electric Power Science and Technology ， 2021 ， 36 （ 2 ）： 89 - 97 .

AGHDAM F H ， JAVADI M S ， CATALÃO J P S . Optimal stochastic operation of technical virtual power plants in reconfigurable distribution networks considering contingencies ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2023 ， 147 ： 108799 .

沈思辰，韩海腾，周亦洲，等 . 基于条件风险价值的多虚拟电厂电-碳-备用P2P交易模型［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 18 ）： 147 - 157 .

SHEN Sichen ， HAN Haiteng ， ZHOU Yizhou ， et al . Electricity-carbon-reserve peer-to-peer trading model for multiple virtual power plants based on conditional value-at-risk ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 18 ）： 147 - 157 .

SUN L ， YOU F Q . Machine learning and data-driven techniques for the control of smart power generation systems： an uncertainty handling perspective ［J］. Engineering ， 2021 ， 7 （ 9 ）： 1239 - 1247 .

于丹文，杨明，翟鹤峰，等 . 鲁棒优化在电力系统调度决策中的应用研究综述［J］. 电力系统自动化， 2016 ， 40 （ 7 ）： 134 - 143 .

YU Danwen ， YANG Ming ， ZHAI Hefeng ， et al . An overview of robust optimization used for power system dispatch and decision-making ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2016 ， 40 （ 7 ）： 134 - 143 .

ZHOU Y Z ， WEI Z N ， SUN G Q ， et al . Four-level robust model for a virtual power plant in energy and reserve markets ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2019 ， 13 （ 11 ）： 2036 - 2043 .

曹胡辉，裘智峰，向劲勇，等 . 考虑中长期交易与短期调度衔接的风电消纳模型［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 11 ）： 4200 - 4210 .

CAO Huhui ， QIU Zhifeng ， XIANG Jinyong ， et al . Wind power accommodation model considering the link of medium and long-term transactions with short-term dispatch ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 11 ）： 4200 - 4210 .

2021、2022年度全国碳排放权交易配额总量设定与分配实施方案（发电行业）［EB/OL］.［ 2023-03-16 ］. https：//big5.mee.gov.cn/gate/big5/www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk03/202303/W020230315687660073734.pdf https://big5.mee.gov.cn/gate/big5/www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk03/202303/W020230315687660073734.pdf .

Implementation plan for the setting and allocation of total national carbon emission trading quotas in 2021 and 2022 （power generation industry）［EB/OL］. ［ 2023-03-16 ］. https：//big5.mee.gov.cn/gate/big5/www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk03/202303/W020230315687660073734.pdf https://big5.mee.gov.cn/gate/big5/www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk03/202303/W020230315687660073734.pdf .

WANG W J ， ZHAO X J ， ZHANG Q Q ， et al . Auction mechanism design of the Chinese national carbon market for carbon neutralization ［J］. Chinese Journal of Population， Resources and Environment ， 2022 ， 20 （ 2 ）： 115 - 124 .

刘妍，胡志坚，陈锦鹏，等 . 含碳捕集电厂与氢能多元利用的综合能源系统低碳经济调度［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 1 ）： 31 - 40 .

LIU Yan ， HU Zhijian ， CHEN Jinpeng ， et al . Low-carbon economic dispatch of integrated energy system considering carbon capture power plant and multi-utilization of hydrogen energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 1 ）： 31 - 40 .

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