Conjectural Variation Equilibrium in Electricity-Carbon Coupling Markets

REN Yanzhe; ZHOU Yue; LI Gengfeng; BIE Zhaohong; WU Jianzhong; ZHANG Runfan

doi:10.7500/AEPS20240409014

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Conjectural Variation Equilibrium in Electricity-Carbon Coupling Markets

Power System Analysis and Optimization from Carbon Perspective | 更新时间：2025-06-16

- Conjectural Variation Equilibrium in Electricity-Carbon Coupling Markets
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 6, Pages: 33-46(2025)
- 作者机构：
  
  1.西安交通大学电气工程学院，陕西省西安市 710049
  2.卡迪夫大学工程学院，卡迪夫 CF24 3AA，英国
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U22B20108;U22B20103)
- DOI：10.7500/AEPS20240409014
  CLC：
- Received：09 April 2024，
  
  Revised：2024-11-23，
  
  Published Online：23 January 2025，
  
  Published：25 March 2025
- 稿件说明：
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任彦哲,周越,李更丰等.电-碳耦合市场的推测变差均衡[J].电力系统自动化,2025,49(6):33-46.

REN Yanzhe,ZHOU Yue,LI Gengfeng,et al.Conjectural Variation Equilibrium in Electricity-Carbon Coupling Markets[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(6):33-46.
任彦哲,周越,李更丰等.电-碳耦合市场的推测变差均衡[J].电力系统自动化,2025,49(6):33-46. DOI： 10.7500/AEPS20240409014.

REN Yanzhe,ZHOU Yue,LI Gengfeng,et al.Conjectural Variation Equilibrium in Electricity-Carbon Coupling Markets[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(6):33-46. DOI： 10.7500/AEPS20240409014.

摘要

随着碳排放权配额和交易机制的应用，电力生产商因其电能生产功能及碳排放特性，将电力市场和碳市场这两个独立运行的市场耦合起来。首先，为展示寡头垄断环境下电-碳耦合市场中各个市场主体如何行使市场力、影响市场价格，使用推测变差系数刻画其策略性行为，建立了电-碳耦合市场的推测变差均衡模型。然后，从定义出发，证明了市场均衡解中碳排放权价格的本质是碳排放权配额平衡约束的对偶乘子，可以反映其由碳排放权配额供需决定的波动特性。最后，通过IEEE 9节点测试系统中不同场景的数值结果对比，展示了输电线路阻塞、市场竞争方式、发电成本和碳排放权配额等因素对市场均衡的影响；并以中国甘肃实际电力系统为例，说明了碳排放权配额和交易机制对可再生能源发电的激励作用以及对碳排放总量的控制作用。

Abstract

With the application of the carbon-emission cap-and-trade mechanism

electricity producers have coupled the electricity market and carbon-emission market

which operate independently

due to their electricity production functions and carbon-emission characteristics. First

in order to show how each market agent in electricity-carbon coupling markets exercises market power and influences market prices in an oligopolistic environment

the conjectural variation coefficient is used to describe its strategic behavior

and a conjectural variation equilibrium model for electricity-carbon coupling markets is established. Then

starting from the definition

it is proved that the essence of the carbon-emission price in the market equilibrium solution is the dual multiplier of the carbon-emission cap balance constraint

reflecting its volatility characteristics determined by the supply and demand of carbon-emission cap. Finally

numerical results from different scenarios in the IEEE 9-bus test system are compared to demonstrate the impact of factors such as transmission line congestion

market competition modes

generation cost

and carbon-emission cap on the market equilibrium. And the incentive effect of the carbon-emission cap-and-trade mechanism on the renewable energy generation and its control effect on total carbon emissions are illustrated taking the actual Gansu power system in China as an example.

关键词

Keywords

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