Optimal Decentralized Coordinated Dispatch of Electricity-Carbon Considering Impacts of Bi-level Carbon Emission Trading Market

LIN Yujie; XIONG Houbo; LIN Yumian; SHI Haojie; SUN Fengzhou; GUO Chuangxin

doi:10.7500/AEPS20240423002

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Optimal Decentralized Coordinated Dispatch of Electricity-Carbon Considering Impacts of Bi-level Carbon Emission Trading Market

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

- Optimal Decentralized Coordinated Dispatch of Electricity-Carbon Considering Impacts of Bi-level Carbon Emission Trading Market
- Automation of Electric Power Systems Vol. 49, Issue 12, Pages: 31-44(2025)
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.国网福建省电力有限公司经济技术研究院，福建省福州市 350003
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U22B2098);State Grid Corporation of China(5108-202218280A-2-443-XG)
- DOI：10.7500/AEPS20240423002
  CLC：
- Received：23 April 2024，
  
  Revised：2024-08-07，
  
  Published Online：16 May 2025，
  
  Published：25 June 2025
- 稿件说明：
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林雨洁,熊厚博,林雨眠等.计及两级碳排放权交易市场影响的电-碳分散协同优化调度[J].电力系统自动化,2025,49(12):31-44.

LIN Yujie,XIONG Houbo,LIN Yumian,et al.Optimal Decentralized Coordinated Dispatch of Electricity-Carbon Considering Impacts of Bi-level Carbon Emission Trading Market[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(12):31-44.
林雨洁,熊厚博,林雨眠等.计及两级碳排放权交易市场影响的电-碳分散协同优化调度[J].电力系统自动化,2025,49(12):31-44. DOI： 10.7500/AEPS20240423002.

LIN Yujie,XIONG Houbo,LIN Yumian,et al.Optimal Decentralized Coordinated Dispatch of Electricity-Carbon Considering Impacts of Bi-level Carbon Emission Trading Market[J].Automation of Electric Power Systems,2025,49(12):31-44. DOI： 10.7500/AEPS20240423002.

摘要

“碳达峰·碳中和”目标下，随着新型电力系统建设与碳排放权交易市场（简称碳市场）逐步发展，两级碳市场下多区电力系统公平有效、分散可靠的多主体碳交易机制需要进一步研究。为此，提出计及两级碳市场影响的多区电力系统电-碳分散协同运行策略。首先，针对一级碳市场初始碳排放配额分配问题，设计一种基于Stackelberg博弈的政府-电力系统碳排放配额分配框架，结合KKT条件将博弈模型转化为“一主多从”的均衡约束数学规划问题求解；然后，考虑二级碳市场中电力系统碳排放配额交易面临的不确定性风险、价格发现与隐私保护问题，基于Wasserstein分布鲁棒模型处理电力系统新能源出力不确定性，使用样本外近似、约束对偶转换等方法将多区电力系统日前双层调度问题转化为单层线性问题，进一步采用动态惩罚因子更新策略下的交替方向乘子法构建电能、碳配额端对端交易分散优化架构，并利用商业求解器求解；最后，基于中国浙江省某地数据的算例验证了所提模型的有效性，算法在兼顾政府、电力系统双边利益的同时可控、可靠地引导电力系统低碳调度行为，有效发挥碳市场的减排作用。

Abstract

Under the goal of “carbon emission peak and carbon neutrality”

with the development of new power system construction and the carbon emission trading (CET) market

a fair

effective

decentralized and reliable multi-agent CET mechanism for multi-regional power systems under the bi-level CET market needs further research. Therefore

an electricity and carbon decentralized coordinated operation strategy of multi-regional power systems considering the influence of bi-level CET market is established. First

in the primary CET market

a carbon emission allowance (CEA) allocation framwork for government-power system based on Stackelberg game model is designed

which converts the game model into a mathematical programming with equilibrium constraints (MPEC) problem with one leader and multiple followers considering KKT conditions to solve. Then

taking the uncertainty risk

price discovery

and privacy protection within the secondary CET market into account

the Wasserstein distributionally robust optimization (DRO) model is employed to deal with the uncertainties in renewable energy outputs in the power system

and the day-ahead bi-level scheduling problem in multi-regional power system is then converted into a single-level linear problem by out of sample approximation and dual transformation on constraints. Furthermore

the alternating direction method of multipliers (ADMM) with a dynamic penalty factor updating strategy is adopted to construct a decentralized optimization framework for peer-to-peer (P2P) transactions

which can be solved by commercial solvers. Finally

case studies validate the effectiveness of the proposed model based on the data from a certain region in Zhejiang province

China. The algorithm not only balances the interests of the government and the power systems but also guides the power systems in low-carbon dispatch actions in a controllable and reliable manner

further effectively leveraging the role of CET market in reducing carbon emissions.

关键词

Keywords

references

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