电-碳-绿证交易耦合下多虚拟电厂动态定价模型与博弈分析

赵琛; 彭思远; 和萍; 王帅; 武小鹏; 范嘉乐

doi:10.7500/AEPS20250221005

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

电-碳-绿证交易耦合下多虚拟电厂动态定价模型与博弈分析

学术研究 | 更新时间：2026-02-28

- 电-碳-绿证交易耦合下多虚拟电厂动态定价模型与博弈分析
- Dynamic Pricing Model and Game Analysis of Multiple Virtual Power Plants Under Electricity-Carbon-Green Certificate Trading Coupling
- 电力系统自动化 2026年50卷第1期页码：188-198
- 作者机构：
  
  1.郑州轻工业大学电气信息工程学院，河南省郑州市 450002
  2.国家能源投资集团有限责任公司，北京市 100011
- 作者简介：
  
  赵琛(1988—)，女，通信作者，博士，讲师，硕士生导师，主要研究方向：电力市场博弈分析、风险管理等。E-mail：zhaochenmail@163.com
  彭思远(2001—)，男，硕士研究生，主要研究方向：虚拟电厂优化调度。E-mail：psy2440394904@163.com
  和萍(1980—)，女，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：电力系统稳定性分析等。E-mail：hplkz@126.com
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金资助项目(62203401);河南省重点研发与推广专项（科技攻关）项目(242102241058)
- DOI：10.7500/AEPS20250221005
  中图分类号：
- 收稿：2025-02-21，
  
  修回：2025-06-26，
  
  网络首发：2025-09-15，
  
  纸质出版：2026-01-10
- 稿件说明：
移动端阅览
赵琛,彭思远,和萍等.电-碳-绿证交易耦合下多虚拟电厂动态定价模型与博弈分析[J].电力系统自动化,2026,50(1):188-198.

ZHAO Chen,PENG Siyuan,HE Ping,et al.Dynamic Pricing Model and Game Analysis of Multiple Virtual Power Plants Under Electricity-Carbon-Green Certificate Trading Coupling[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(1):188-198.
赵琛,彭思远,和萍等.电-碳-绿证交易耦合下多虚拟电厂动态定价模型与博弈分析[J].电力系统自动化,2026,50(1):188-198. DOI： 10.7500/AEPS20250221005.

ZHAO Chen,PENG Siyuan,HE Ping,et al.Dynamic Pricing Model and Game Analysis of Multiple Virtual Power Plants Under Electricity-Carbon-Green Certificate Trading Coupling[J].Automation of Electric Power Systems,2026,50(1):188-198. DOI： 10.7500/AEPS20250221005.

摘要

随着新型电力系统市场逻辑向多层联动和多市场耦合的复杂开放性市场演变，研究虚拟电厂（VPP）在电力、碳和绿证交易耦合的多市场环境下的定价问题及博弈策略具有重要意义。为此，文中提出一种电-碳-绿证市场耦合交易框架，涉及配电系统运营商（DSO）和多个VPP的联合交易，并建立了以DSO为领导者、多个VPP为跟随者的主从博弈模型，探讨了耦合市场中DSO的动态定价机制及VPP的竞价策略。为进一步求解该模型，提出一种基于神经网络增强的区域蜣螂优化算法。该算法通过模型预测，减少上下层信息交互，降低下层模型调用次数，显著提高了计算速度和精度。仿真结果验证了所提理论模型的合理性和有效性，表明该框架与模型增强了VPP在多市场中的自主调节能力，降低了区域内总交易成本，并实现了系统的碳减排。

Abstract

As the market logic of new power systems evolves into a complex

open market with multi-layer interactions and multi-market coupling

it is of great significance to study the pricing issues and game strategies of virtual power plants (VPPs) in the multi-market environment with coupling of electricity

carbon

and green certificate trading. Therefore

this paper proposes a coupled trading framework for the electricity-carbon-green certificate markets

involving the joint trading between distribution system operators (DSO) and multiple VPPs. A Stackelberg game model is established with the DSO as the leader and multiple VPPs as followers

exploring the dynamic pricing mechanism of the DSO and the bidding strategies of the VPPs in the coupled market. To further solve this model

an artificial neural network-enhanced regional dung beetle optimization (ANN-RDBO) algorithm is proposed. This algorithm

through model prediction

reduces the information interaction between upper and lower layers and lowers the number of lower-layer model calls

significantly improving the computation speed and accuracy. Simulation results verify the rationality and effectiveness of the proposed theoretical model

indicating that the framework and model enhance the autonomous regulation capability of VPPs in the multi-market environment

reduce the total trading costs within the region

and achieve carbon emission reduction in the system.

关键词

Keywords

references

中华人民共和国生态环境部 . 全国碳市场发展报告［R/OL］.［ 2024-12-22 ］. https：//www.mee.gov.cn/ywdt/xwfb/202407/W020240722528848347594.pdf https://www.mee.gov.cn/ywdt/xwfb/202407/W020240722528848347594.pdf .

Ministry of Ecology and Environment of the People’s Republic of China . National carbon market development report ［R/OL］. ［ 2024-12-22 ］. https：//www.mee.gov.cn/ywdt/xwfb/202407/W020240722528848347594.pdf https://www.mee.gov.cn/ywdt/xwfb/202407/W020240722528848347594.pdf .

国务院新闻办公室 . 《中国的能源转型》白皮书［R/OL］.［ 2024-12-22 ］. https：//www.nea.gov.cn/2024-08/29/c_1310785406.htm https://www.nea.gov.cn/2024-08/29/c_1310785406.htm .

The State Council Information Office of the People’s Republic of China . “ China’s Energy Transition” white paper ［R/OL］. ［ 2024-12-22 ］. https：//www.nea.gov.cn/2024-08/29/c_1310785406.htm https://www.nea.gov.cn/2024-08/29/c_1310785406.htm .

中华人民共和国生态环境部 . 中国应对气候变化的政策与行动2024年度报告［R/OL］.［ 2024-12-22 ］. https：//www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/202411/W020241106685054014098.pdf https://www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/202411/W020241106685054014098.pdf .

Ministry of Ecology and Environment of the People’s Republic of China . China’s policies and actions on climate change： annual report 2024 ［R/OL］. ［ 2024-12-22 ］. https：//www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/202411/W020241106685054014098.pdf https://www.mee.gov.cn/ywgz/ydqhbh/wsqtkz/202411/W020241106685054014098.pdf .

张智刚，康重庆 . 碳中和目标下构建新型电力系统的挑战与展望［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2806 - 2819 .

ZHANG Zhigang ， KANG Chongqing . Challenges and prospects for constructing the new-type power system towards a carbon neutrality future ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 8 ）： 2806 - 2819 .

田立亭，程林，郭剑波，等 . 虚拟电厂对分布式能源的管理和互动机制研究综述［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 6 ）： 2097 - 2108 .

TIAN Liting ， CHENG Lin ， GUO Jianbo ， et al . A review on the study of management and interaction mechanism for distributed energy in virtual power plants ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 6 ）： 2097 - 2108 .

康重庆，陈启鑫，苏剑，等 . 新型电力系统规模化灵活资源虚拟电厂科学问题与研究框架［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 18 ）： 3 - 14 .

KANG Chongqing ， CHEN Qixin ， SU Jian ， et al . Scientific problems and research framework of virtual power plant with enormous flexible distributed energy resources in new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 18 ）： 3 - 14 .

葛鑫鑫，付志扬，徐飞，等 . 面向新型电力系统的虚拟电厂商业模式与关键技术［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 18 ）： 129 - 146 .

GE Xinxin ， FU Zhiyang ， XU Fei ， et al . Business model and key technologies of virtual power plant for new power system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 18 ）： 129 - 146 .

国家发展改革委，国家能源局 . 关于加快推进虚拟电厂发展的指导意见［EB/OL］.［ 2025-04-11 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202504/t20250411_1397162.html https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202504/t20250411_1397162.html .

National Development and Reform Commission ， National Energy Administration . Guiding opinions on accelerating the development of virtual power plants ［EB/OL］. ［ 2025-04-11 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202504/t20250411_1397162.html https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202504/t20250411_1397162.html .

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 .

LI J C ， SUN Z H ， NIU X X ， et al . Economic optimization scheduling of virtual power plants considering an incentive based tiered carbon price ［J］. Energy ， 2024 ， 305 ： 132080 .

ZHANG L ， LIU D Y ， CAI G W ， et al . An optimal dispatch model for virtual power plant that incorporates carbon trading and green certificate trading ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2023 ， 144 ： 108558 .

王愿，李彦斌，宋明浩，等 . 计及多重不确定性和时间相关性的虚拟电厂参与碳-绿证协同交易优化调度［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 12 ）： 4938 - 4947 .

WANG Yuan ， LI Yanbin ， SONG Minghao ， et al . Optimal scheduling of virtual power plant participating in carbon-green certificates collaborative trading considering multiple uncertainties and time correlations ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 12 ）： 4938 - 4947 .

周亦洲，吴俊钊，孙国强，等 . 面向多级电-碳耦合市场的虚拟电厂两阶段鲁棒交易策略［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 18 ）： 38 - 46 .

ZHOU Yizhou ， WU Junzhao ， SUN Guoqiang ， et al . Two-stage robust trading strategy for virtual power plant in multi-level electricity-carbon coupling market ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 18 ）： 38 - 46 .

董九舟，郭鸿业，姜涛，等 . 新型电力系统的电碳耦合交易研究［J］. 中国电机工程学报， 2025 ， 45 （ 15 ）： 5752 - 5770 .

DONG Jiuzhou ， GUO Hongye ， JIANG Tao ， et al . Research on electricity-carbon coupling trading in the new power system ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2025 ， 45 （ 15 ）： 5752 - 5770 .

LI Y ， WANG C L ， LI G Q ， et al . Optimal scheduling of integrated demand response-enabled integrated energy systems with uncertain renewable generations： a Stackelberg game approach ［J］. Energy Conversion and Management ， 2021 ， 235 ： 113996 .

史一炜，冯冬涵， ZHOU E ，等 . 基于主从博弈的充电服务商充电引导方法及其定价策略［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （增刊2 ）： 742 - 751 .

SHI Yiwei ， FENG Donghan ， ZHOU E ， et al . Stackelberg game based on supervised charging method and pricing strategy of charging service providers ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ S2 ）： 742 - 751 .

WU H ， LIU X ， YE B ， et al . Optimal dispatch and bidding strategy of a virtual power plant based on a Stackelberg game ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2020 ， 14 （ 4 ）： 552 - 563 .

王海洋，李珂，张承慧，等 . 基于主从博弈的社区综合能源系统分布式协同优化运行策略［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5435 - 5445 .

WANG Haiyang ， LI Ke ， ZHANG Chenghui ， et al . Distributed coordinative optimal operation of community integrated energy system based on Stackelberg game ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5435 - 5445 .

帅轩越，马志程，王秀丽，等 . 基于主从博弈理论的共享储能与综合能源微网优化运行研究［J］. 电网技术， 2023 ， 47 （ 2 ）： 679 - 690 .

SHUAI Xuanyue ， MA Zhicheng ， WANG Xiuli ， et al . Optimal operation of shared energy storage and integrated energy microgrid based on leader-follower game theory ［J］. Power System Technology ， 2023 ， 47 （ 2 ）： 679 - 690 .

李鹏，吴迪凡，李雨薇，等 . 基于综合需求响应和主从博弈的多微网综合能源系统优化调度策略［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 4 ）： 1307 - 1321 .

LI Peng ， WU Difan ， LI Yuwei ， et al . Optimal dispatch of multi-microgrids integrated energy system based on integrated demand response and Stackelberg game ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 4 ）： 1307 - 1321 .

GAO Y J ， ZHOU X J ， REN J F ， et al . Double layer dynamic game bidding mechanism based on multi-agent technology for virtual power plant and internal distributed energy resource ［J］. Energies ， 2018 ， 11 （ 11 ）： 3072 .

田昊欣，陈艳波，强涂奔，等 . 考虑煤炭-电力市场联动博弈的燃煤电厂期货-现货交易策略［J/OL］. 电工技术学报： 1 - 16 ［ 2025-11-11 ］. https：//doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.251207 https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.251207 .

TIAN Haoxin ， CHEN Yanbo ， QIANG Tuben ， et al . Futures-spot trading strategy for coal-fired power plants considering linked gaming in coal-electricity markets ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society： 1 - 16 ［ 2025-11-11 ］. https：//doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.251207 https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.251207 .

张驰，郭媛，黎明 . 人工神经网络模型发展及应用综述［J］. 计算机工程与应用， 2021 ， 57 （ 11 ）： 57 - 69 .

ZHANG Chi ， GUO Yuan ， LI Ming . Review of development and application of artificial neural network models ［J］. Computer Engineering and Applications ， 2021 ， 57 （ 11 ）： 57 - 69 .

XUE J ， SHEN B . Dung beetle optimizer： a new meta-heuristic algorithm for global optimization ［J］. The Journal of Supercomputing ， 2023 ， 79 ： 7305 - 7336 .

生态环境部 . 2023、2024年度全国碳排放权交易发电行业配额总量和分配方案［EB/OL］.［ 2024-12-22 ］. https：//www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk03/202410/W0202410213922304 68687.pdf https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk03/202410/W020241021392230468687.pdf .

Ministry of Ecology and Environment . Total quota and allocation plan for the power generation sector in the national carbon emissions trading scheme for 2023 and 2024 ［EB/OL］. ［ 2024-12-22 ］. https：//www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk03/202410/W020241021392230468687.pdf https://www.mee.gov.cn/xxgk2018/xxgk/xxgk03/202410/W020241021392230468687.pdf .

国家能源局 . 关于2024年可再生能源电力消纳责任权重及有关事项的通知［EB/OL］.［ 2024-12-22 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202408/t20240802_1392176.html https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202408/t20240802_1392176.html .

National Energy Administration . Notice on the renewable energy power consumption responsibility weight and relevant matters for 2024 ［EB/OL］. ［ 2024-12-22 ］. https：//www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202408/t20240802_1392176.html https://www.ndrc.gov.cn/xxgk/zcfb/tz/202408/t20240802_1392176.html .

崔杨，沈卓，王铮，等 . 考虑绿证-碳排等价交互机制的区域综合能源系统绿色调度［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 12 ）： 4508 - 4517 .

CUI Yang ， SHEN Zhuo ， WANG Zheng ， et al . Green dispatch of regional integrated energy system considering green certificate-carbon emission equivalent interaction mechanism ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 12 ）： 4508 - 4517 .

董雷，涂淑琴，李烨，等 . 基于元模型优化算法的主从博弈多虚拟电厂动态定价和能量管理［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 3 ）： 973 - 983 .

DONG Lei ， TU Shuqin ， LI Ye ， et al . A Stackelberg game model for dynamic pricing and energy management of multiple virtual power plants using metamodel-based optimization method ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 3 ）： 973 - 983 .

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

基于图神经网络预测与主从博弈的虚拟电厂调频套餐设计

计及电能质量的虚拟电厂分时电价主从博弈优化方法

碳排市场与碳汇市场之间当量协同机制的仿真验证

面向多级电-碳耦合市场的虚拟电厂两阶段鲁棒交易策略