Bi-level Game Dispatch of Park Integrated Energy System Considering Decision-making Synergy of Electricity-Carbon Markets

ZHANG Yumin; LI Jingrui; JI Xingquan; WU Haibo; LI Senmao; WEN Fushuan

doi:10.7500/AEPS20240417003

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Bi-level Game Dispatch of Park Integrated Energy System Considering Decision-making Synergy of Electricity-Carbon Markets

Power System Analysis and Optimization from Carbon Perspective | 更新时间：2025-07-04

- Bi-level Game Dispatch of Park Integrated Energy System Considering Decision-making Synergy of Electricity-Carbon Markets
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 12, Pages: 45-59(2025)
- 作者机构：
  
  1.山东科技大学电气与自动化工程学院，山东省青岛市 266590
  2.河南电力交易中心有限公司，河南省郑州市 450018
  3.浙江大学海南研究院，海南省三亚市 572025
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  China Postdoctoral Science Foundation(2023M734092)
- DOI：10.7500/AEPS20240417003
  CLC：
- Received：17 April 2024，
  
  Revised：2024-05-30，
  
  Published Online：09 August 2024，
  
  Published：25 June 2025
- 稿件说明：
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张玉敏,李竞锐,吉兴全等.考虑电-碳市场决策协同的园区综合能源系统双层博弈调度[J].电力系统自动化,2025,49(12):45-59.

ZHANG Yumin,LI Jingrui,JI Xingquan,et al.Bi-level Game Dispatch of Park Integrated Energy System Considering Decision-making Synergy of Electricity-Carbon Markets[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(12):45-59.
张玉敏,李竞锐,吉兴全等.考虑电-碳市场决策协同的园区综合能源系统双层博弈调度[J].电力系统自动化,2025,49(12):45-59. DOI： 10.7500/AEPS20240417003.

ZHANG Yumin,LI Jingrui,JI Xingquan,et al.Bi-level Game Dispatch of Park Integrated Energy System Considering Decision-making Synergy of Electricity-Carbon Markets[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(12):45-59. DOI： 10.7500/AEPS20240417003.

摘要

电力市场和碳市场独立运行，但在价格上存在传导效应。针对传统的电、碳独立市场交易机制不能充分激励多主体节能减排的问题，提出一种考虑电-碳市场决策协同的园区综合能源系统(PIES)双层博弈调度模型。首先，分析电、碳市场衔接运行的机理，通过将碳市场离散化为与电力市场相同的交易时间尺度，进行电-碳市场决策协同机制设计。其次，在PIES内，建立PIES主从博弈优化模型，供能侧基于扩展的碳排放流(ACEF)制定考虑碳势增长率的负荷节点边际定价策略，用户跟随售能价格信号进行需求响应。在多PIES之间，基于纳什议价理论，建立多主体电-碳协同合作博弈优化模型，促进各PIES实现碳减排和降低运行成本。针对上述分布式优化问题，采用改进的交替方向乘子法(ADMM)进行求解。最后，通过实际算例验证了所提模型具有多PIES协同实现整体节能减排的作用。

Abstract

Electricity market and carbon market independently operate and exhibit the transmission effect of prices. Addressing the inefficiency of traditional independent electricity and carbon market trading mechanisms in fully incentivizing multi-agent energy saving and emission reduction

a bi-level game dispatch model for the park integrated energy system (PIES) considering the decision-making synergy of electricity-carbon markets is proposed. Firstly

the mechanism of the synergic operation of the electricity market and the carbon market is analyzed. By discretizing the carbon market to the same trading time scale as the electricity market

a decision-making synergic mechanism for the electricity-carbon markets is designed. Secondly

within a PIES

the Stackelberg game optimization model is established. Based on the augmented carbon emission flow (ACEF)

a marginal pricing strategy for the load node considering the carbon potential growth rate is formulated on the energy supply side

and users follow the price signals of energy sales to respond to demand. Among multiple PIESs

based on the Nash bargaining theory

a multi-agent electricity-carbon synergic game optimization model is established

which promotes the reduction of the operation cost and the realization of energy conservation and carbon emission reduction of each PIES. The improved alternating direction method of multipliers (ADMM) is used to solve the distributed optimization problem. Finally

the effectiveness of the proposed model in achieving overall energy saving and carbon emission reduction through multiple PIESs synergy is verified through practical cases.

关键词

Keywords

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