虚拟电厂集群电⁃碳联合优化建模及求解方法

王磊; 徐志龙; 杨晨宇; 袁贵林; 唐亮; 王绪利

doi:10.7500/AEPS20230725005

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虚拟电厂集群电⁃碳联合优化建模及求解方法

碳达峰·碳中和与电力能源转型 | 更新时间：2025-06-16

- 虚拟电厂集群电⁃碳联合优化建模及求解方法
- Modeling and Solving Method of Electricity-Carbon Joint Optimization for Virtual Power Plant Clusters
- 电力系统自动化 2024年48卷第23期页码：29-40
- 作者机构：
  
  1.新能源利用与节能安徽省重点实验室（合肥工业大学），安徽省合肥市 230009
  2.国网安徽省电力公司芜湖供电公司，安徽省芜湖市 241000
  3.国网安徽省电力公司经济技术研究院，安徽省合肥市 230022
- 作者简介：
  
  王磊(1978—)，男，博士，副教授，硕士生导师，主要研究方向：综合能源系统、分布式发电。E-mail：wanglei223@hfut.edu.cn
  徐志龙(2000—)，男，通信作者，硕士研究生，主要研究方向：虚拟电厂、电力市场。E-mail：1059066848@qq.com
  杨晨宇(1999—)，男，硕士研究生，主要研究方向：电力市场。E-mail：997574564@qq.com
- 基金信息：
  
  Regional Innovation and Development Joint Fund of National Natural Science Foundation of China(U19A20106);中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(PA2023GDSK0084);已申请国家发明专利（申请号：202310614331.3）
- DOI：10.7500/AEPS20230725005
  中图分类号：
- 收稿：2023-07-25，
  
  修回：2023-12-19，
  
  网络出版：2024-04-10，
  
  纸质出版：2024-12-10
- 稿件说明：
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王磊,徐志龙,杨晨宇等.虚拟电厂集群电⁃碳联合优化建模及求解方法[J].电力系统自动化,2024,48(23):29-40.

WANG Lei,XU Zhilong,YANG Chenyu,et al.Modeling and Solving Method of Electricity-Carbon Joint Optimization for Virtual Power Plant Clusters[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(23):29-40.
王磊,徐志龙,杨晨宇等.虚拟电厂集群电⁃碳联合优化建模及求解方法[J].电力系统自动化,2024,48(23):29-40. DOI： 10.7500/AEPS20230725005.

WANG Lei,XU Zhilong,YANG Chenyu,et al.Modeling and Solving Method of Electricity-Carbon Joint Optimization for Virtual Power Plant Clusters[J].Automation of Electric Power Systems,2024,48(23):29-40. DOI： 10.7500/AEPS20230725005.

摘要

随着“碳达峰·碳中和”目标的提出，能源低碳转型成为未来的发展趋势。基于碳排放流理论提出一种计及动态碳排放因子的多虚拟电厂（VPP）电-碳联合优化运行方法，建立多VPP双层优化模型。首先，根据碳排放流理论，建立计及效益最优的上级电网经济调度上层模型，计算各VPP的电价和动态碳排放因子并进行下发；其次，考虑电-碳交易的耦合性，建立基于Nash谈判理论的多VPP低碳联合优化下层模型；然后，采用加速-自适应交替方向乘子法进行求解，得到各VPP的电能需求并反馈至上层，该方法在保护成员隐私的基础上能够有效提升求解速度；最后，基于非对称议价方法，提出一种基于交互产品贡献度的电-碳收益分配方法，实现各VPP收益的合理分配。算例分析表明，所提方法能有效降低VPP的运行成本和碳排放，在兼顾VPP的经济效益与环境效益的同时实现VPP收益的公平合理分配。

Abstract

With the proposal of the goal of “carbon emission peak and carbon neutrality”

the low-carbon transformation of energy has become a future development trend. Based on the carbon emission flow theory

a joint electricity-carbon optimization operation method is proposed for multiple virtual power plants (VPPs) with dynamic carbon emission factors

and multiple VPPs bi-layer optimization model is established. Firstly

based on the carbon emission flow theory

an upper-level model for economic dispatch of the upper power grid with the objective of optimal efficiency is established

and the electricity price and dynamic carbon emission factor of each VPP is calculated and sent down to the lower level. Secondly

considering the coupling of electricity-carbon trading

a lower-level joint low-carbon optimization model with multiple VPPs based on the Nash negotiation theory is established. Then

the accelerated-adaptive alternating direction method of multipliers is used to solve the problem

and the power demand of each VPP is obtained and fed back to the upper-layer model. This method can effectively improve the solving speed on the basis of protecting the privacy of members. Finally

based on the asymmetric bargaining method

a electricity-carbon benefit distribution method based on the contribution degree of interactive products is proposed to achieve a reasonable benefit distribution of each VPP. The case analysis shows that the proposed method can effectively reduce the operating cost and carbon emission of the VPP

and realize the fair and reasonable distribution of VPP benefit while taking into account the economic and environmental benefits of VPPs.

关键词

Keywords

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