考虑发电商多时间耦合决策的碳-电市场均衡分析

孙晓聪; 丁一; 包铭磊; 郭超; 梁梓杨; 叶承晋

doi:10.7500/AEPS20220401011

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

考虑发电商多时间耦合决策的碳-电市场均衡分析

碳达峰·碳中和与电力能源转型 | 更新时间：2025-06-16

- 考虑发电商多时间耦合决策的碳-电市场均衡分析
- Carbon-Electricity Market Equilibrium Analysis Considering Multi-time Coupling Decision of Power Producers
- 电力系统自动化 2023年47卷第21期页码：1-11
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.浙江大学能源工程学院，浙江省杭州市 310027
- 作者简介：
  
  孙晓聪(1998—)，男，博士研究生，主要研究方向：电力市场、低碳电力技术和综合能源系统。E-mail：sunxiaocong@zju.edu.cn
  丁一(1978—)，男，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：智能电网、复杂多状态工程系统可靠性和电力经济。E-mail：yiding@zju.edu.cn
  包铭磊(1994—)，男，通信作者，博士，助理研究员，主要研究方向：综合能源系统、可靠性和电力市场。E-mail：baominglei@zju.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家杰出青年科学基金资助项目(52125702);中国博士后科学基金资助项目(2022M712725)
- DOI：10.7500/AEPS20220401011
  中图分类号：
- 收稿：2022-04-01，
  
  修回：2022-09-04，
  
  网络出版：2022-11-28，
  
  纸质出版：2023-11-10
- 稿件说明：
移动端阅览
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.
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. DOI： 10.7500/AEPS20220401011.

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. DOI： 10.7500/AEPS20220401011.

摘要

作为碳市场和电力现货市场的共同参与者，发电商的决策行为将同时影响两市场的出清结果，碳-电市场耦合日益紧密。在此背景下，模拟发电商的决策行为进而开展市场均衡分析对各市场机制的完善具有重要意义。碳市场要求发电商在履约期结束时需缴纳碳排放总量对应的碳配额，在履约期内发电商可灵活选择任意时段的碳、电交易策略，前后时段决策相互影响。为此，重点研究考虑发电商多时间耦合决策的碳-电市场均衡分析问题。在多时间尺度下碳-电耦合关系的基础上，提出了考虑发电商多时间耦合决策的碳-电均衡分析框架。基于此，建立了考虑多时间耦合的发电商碳-电协同决策模型，量化了碳配额与发电量间的关系。通过分析不同发电商多时间耦合的决策行为，建立了碳-电市场的均衡分析模型。算例结果表明，考虑多时间耦合特性可进一步促进电力行业减少碳排放，提升社会福利。

Abstract

As the common participants in both the carbon market and the electricity spot market

the decision behaviors of power producers will simultaneously affect the clearing results of both markets

which makes the coupling of the carbon-electricity market become more and more tight. In this context

it is of great significance to simulate the decision behaviors of power producers and conduct the market equilibrium analysis for the improvement of each market mechanism. The carbon market requires power producers to pay carbon allowances corresponding to the total amount of carbon emission at the end of the compliance period. Power producers have the flexibility to choose the carbon and electricity trading strategies for any period during the compliance period. The decisions before and after the period affect each other. Therefore

this paper focuses on the carbon-electricity market equilibrium analysis considering the multi-time coupling decision of power producers. Based on the carbon-electricity coupling relationship at multi-time scales

a carbon-electricity equilibrium analysis framework considering the multi-time coupling decisions of power producers is proposed. Based on this

a carbon-electricity co-decision model of power producers considering multi-time coupling is established to quantify the relationship between carbon allowances and power generation. The equilibrium analysis model of the carbon-electricity market is established by analyzing the multi-time coupling decision behaviors of different power producers. The case results show that considering the multi-time coupling characteristics can further promote the power industry to reduce carbon emission and enhance social welfare.

关键词

Keywords

references

习近平在第七十五届联合国大会一般性辩论上发表重要讲话［EB/OL］.［ 2020-09-22 ］. http：//www.gov.cn/xinwen/2020-09/22/content_5546168.htm http://www.gov.cn/xinwen/2020-09/22/content_5546168.htm .

Xi Jinping was speaking at the general debate of the 75th session of the United Nations General Assembly ［EB/OL］. ［ 2020-09-22 ］. http：//www.gov.cn/xinwen/2020-09/22/content_5546168.htm http://www.gov.cn/xinwen/2020-09/22/content_5546168.htm .

全球最大碳排放交易市场将揭开面纱，首批 2 225 家电力企业开户［EB/OL］.［ 2021-03-30 ］. http：//www.ce.cn/xwzx/gnsz/gdxw/202103/30/t20210330_36422393.shtml http://www.ce.cn/xwzx/gnsz/gdxw/202103/30/t20210330_36422393.shtml .

The world’s largest carbon emissions trading market will be unveiled ， and the first 2 225 electric power companies will open accounts ［EB/OL］. ［ 2021-03-30 ］. http：//www.ce.cn/xwzx/gnsz/gdxw/202103/30/t20210330_36422393.shtml http://www.ce.cn/xwzx/gnsz/gdxw/202103/30/t20210330_36422393.shtml .

宋永华，包铭磊，丁一，等 . 新电改下我国电力现货市场建设关键要点综述及相关建议［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 10 ）： 3172 - 3187 .

SONG Yonghua ， BAO Minglei ， DING Yi ， et al . Review of Chinese electricity spot market key issues and its suggestions under the new round of Chinese power system reform ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 10 ）： 3172 - 3187 .

张妍，陈启鑫，郭鸿业，等 . 引入投资决策的电力容量市场均衡分析［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 20 ）： 11 - 18 .

ZHANG Yan ， CHEN Qixin ， GUO Hongye ， et al . Equilibrium analysis of power capacity market incorporating investment decision ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 20 ）： 11 - 18 .

HOBBS B E . Linear complementarity models of Nash-Cournot competition in bilateral and POOLCO power markets ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2001 ， 16 （ 2 ）： 194 - 202 .

LIU Y F ， NI Y X ， WU F F ， et al . Existence and uniqueness of consistent conjectural variation equilibrium in electricity markets ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2007 ， 29 （ 6 ）： 455 - 461 .

WANG X ， LI Y Z ， ZHANG S H . Oligopolistic equilibrium analysis for electricity markets： a nonlinear complementarity approach ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2004 ， 19 （ 3 ）： 1348 - 1355 .

DE LA TORRE S ， CONEJO A J ， CONTRERAS J . Simulating oligopolistic pool-based electricity markets： a multiperiod approach ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2003 ， 18 （ 4 ）： 1547 - 1555 .

HOBBS B F ， METZLER C B ， PANG J S . Strategic gaming analysis for electric power systems： an MPEC approach ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2000 ， 15 （ 2 ）： 638 - 645 .

NIU H ， BALDICK R ， ZHU G . Supply function equilibrium bidding strategies with fixed forward contracts ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2005 ， 20 （ 4 ）： 1859 - 1867 .

朱继忠，冯禹清，谢平平，等 . 考虑可再生能源配额制的中国电力市场均衡模型［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 1 ）： 168 - 175 .

ZHU Jizhong ， FENG Yuqing ， XIE Pingping ， et al . Equilibrium model of Chinese electricity market considering renewable portfolio standard ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 1 ）： 168 - 175 .

安学娜，张少华，李雪 . 考虑绿色证书交易的寡头电力市场均衡分析［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 9 ）： 84 - 89 .

AN Xuena ， ZHANG Shaohua ， LI Xue . Equilibrium analysis of oligopolistic electricity markets considering tradable green certificates ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 9 ）： 84 - 89 .

李嘉龙，陈雨果，刘思捷，等 . 考虑碳排放成本的电力市场均衡分析［J］. 电网技术， 2016 ， 40 （ 5 ）： 1558 - 1563 .

LI Jialong ， CHEN Yuguo ， LIU Sijie ， et al . Electricity market equilibrium analysis considering carbon emission cost ［J］. Power System Technology ， 2016 ， 40 （ 5 ）： 1558 - 1563 .

VIŠKOVIĆ V ， CHEN Y ， SIDDIQUI A S . Implications of the EU emissions trading system for the south-east Europe regional electricity market ［J］. Energy Economics ， 2017 ， 65 ： 251 - 261 .

ABEYGUNAWARDANA A ， BOVO C ， BERIZZI A . Analysis of impacts of carbon prices on the Italian electricity market using a supply function equilibrium model ［C］// 9th International Conference on Electric Power Systems ， High Voltages， Electric Machines， October 17-19， 2009 ， Genova， Italy ： 167 - 173 .

LIU Y X ， ZHANG N ， KANG C Q ， et al . Impact of carbon market on China’s electricity market： an equilibrium analysis ［C］// IEEE Power & Energy Society General Meeting ， July 16-20 ， 2017 ， Chicago， USA ： 1 - 5 .

全国碳排放交易体系实务手册［R］. 北京：清华大学能源环境经济研究所， 2019 .

National carbon emissions trading system practice manual ［R］. Beijing ： Institute of Energy and Environmental Economics， Tsinghua University ， 2019 .

中华人民共和国生态环境部 . 关于发布《碳排放权登记管理规则（试行）》《碳排放权交易管理规则（试行）》和《碳排放权结算管理规则（试行）》的公告［EB/OL］.［ 2021-10-20 ］. https：//www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk01/202105/t20210519_833574.html https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk01/202105/t20210519_833574.html .

Ministry of Ecology and Environment of the People’s Republic of China . Announcement on the release of “Carbon Emission Rights Registration Management Rules （Trial）”， “Carbon Emission Rights Trading Management Rules （Trial）”， and “Carbon Emission Rights Settlement Management Rules （Trial） ”［EB/OL］. ［ 2021-10-20 ］. https：//www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk01/202105/t20210519_833574.html https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk01/202105/t20210519_833574.html .

STAVINS R N . A meaningful US cap-and-trade system to address climate change ［J］. SSRN Electronic Journal ， 2008 ， 32 ： 293 .

Emissions trading worldwide： 2022 ICAP status report ［EB/OL］. ［ 2022-03-29 ］. https：//icapcarbonaction.com/en/public ations/emissions-trading-worldwide-2022-icap-status-report https://icapcarbonaction.com/en/publications/emissions-trading-worldwide-2022-icap-status-report .

高鸿业 . 西方经济学［M］. 5版 . 北京：中国人民大学出版社， 2011 .

GAO Hongye . Economics ［M］. 5th ed . Beijing ： China Renmin University Press ， 2011 .

薛禹胜，黄杰，王放，等 . 基于分类监管与当量协同的碳市场框架设计方案［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 13 ）： 1 - 8 .

XUE Yusheng ， HUANG Jie ， WANG Fang ， et al . Carbon market framework design based on classified regulation and equivalent coordination ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 13 ）： 1 - 8 .

王业磊，赵俊华，文福拴，等 . 具有电转气功能的多能源系统的市场均衡分析［J］. 电力系统自动化， 2015 ， 39 （ 21 ）： 1 - 10 .

WANG Yelei ， ZHAO Junhua ， WEN Fushuan ， et al . Market equilibrium of multi-energy system with power-to-gas functions ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2015 ， 39 （ 21 ）： 1 - 10 .

MOISEEVA E ， HESAMZADEH M R ， BIGGAR D R . Exercise of market power on ramp rate in wind-integrated power systems ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2015 ， 30 （ 3 ）： 1614 - 1623 .

RUIZ C ， CONEJO A J ， SMEERS Y . Equilibria in an oligopolistic electricity pool with stepwise offer curves ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2012 ， 27 （ 2 ）： 752 - 761 .

LI R ， WEI W ， MEI S W ， et al . Participation of an energy hub in electricity and heat distribution markets： an MPEC approach ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2019 ， 10 （ 4 ）： 3641 - 3653 .

MYERSON R B . Game theory： analysis of conflict ［M］. Cambridge， USA ： Harvard University Press ， 1997 .

XIAO Y P ， WANG X F ， WANG X L ， et al . Behavior analysis of wind power producer in electricity market ［J］. Applied Energy ， 2016 ， 171 ： 325 - 335 .

陈星莺，孙晓聪，丁一，等 . 支撑电力能源清洁高效转型的用能权交易研究与展望［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 24 ）： 1 - 15 .

CHEN Xingying ， SUN Xiaocong ， DING Yi ， et al . Research and prospects of energy consumption right trading for supporting clean and efficient electric energy transition ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 24 ）： 1 - 15 .

YE C J ， DING Y ， WANG P ， et al . A data-driven bottom-up approach for spatial and temporal electric load forecasting ［J］. IEEE Transactions on Power Systems ， 2019 ， 34 （ 3 ）： 1966 - 1979 .

何洁，金骆松，赵雯，等 . 电力市场环境下考虑可再生能源保障性消纳的电价风险评估［J/OL］. 现代电力［ 2022-08-23 ］. DOI： 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0111 http://dx.doi.org/10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0111 .

HE Jie ， JIN Luosong ， ZHAO Wen ， et al . Electricity price risk assessment considering guaranteed accommodation of renewable energy in electricity market ［J/OL］. Modern Electric Power ［ 2022-08-23 ］. DOI： 10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0111 http://dx.doi.org/10.19725/j.cnki.1007-2322.2021.0111 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

电力-交通融合研究综述：模型、算法与关键问题

碳排市场与碳汇市场之间当量协同机制的仿真验证

考虑经济性与韧性均衡的交直流混合配电网协调规划