一种产消者电-碳耦合市场的对等交易方法技术

本发明专利技术公开了一种产消者电

【技术实现步骤摘要】
一种产消者电
‑
碳耦合市场的对等交易方法


[0001]本专利涉及一种产消者电
‑
碳耦合市场的对等交易方法，基于产消者低碳贡献的度量方法，利用多主多从Stackelberg博弈，建立自由竞争环境下产消者电
‑
碳耦合对等交易市场模型，并对其市场均衡进行分析求解。本专利属于配电网的电
‑
碳耦合交易领域。

技术介绍

[0002]随着分布式可再生能源发电的发展，传统电力用户已从消费者转变为产消者。为了适应分布式可再生能源的高比例接入、促进产消者资源互补优势，现有研究正在致力于设计地方能源交易和共享机制激励产消者参与对等交易市场。此外，在能量管理中，还应考虑化石燃料燃烧产生的碳排放，以构建环境友好型电力系统。近年来，许多国家制定了相应的电力行业政策，以实现碳中和的的全球目标。
[0003]目前，碳税、碳配额和碳交易是进一步减少能源系统碳排放的有效机制。与碳税与碳配额相比，碳交易由于其市场属性更具灵活性，能够更加高效的实现减排目标。然而，现有将碳交易耦合到对等交易中的研究尚不完善。一方面，集中化的交易模式可能会损害部分用户的利益，在现实中无法达到均衡状态；另一方面，拍卖方式等分散交易模式需要历史拍卖价格等作为投标依据，交易结果具有随机性。此外，基于博弈的对等交易机制需要事先确定买卖角色且交易过程中不能改变，限制了市场交易的灵活性；且碳价非时变，体现不出碳交易在时间尺度上调节供求关系的优势，无法根据市场状态实时激励用户参与碳减排。
[0004]在碳度量方面，现有研究中碳交易的交易标的是交易对象所分配的碳配额与其发电行为实际产生碳排放的差值，并未考虑清洁能源发电对系统低碳的贡献以及用电行为产生的虚拟碳排放，无法度量其发电或用电行为产生碳排放的边际成本，用于市场交易中无法准确激励低碳行为。
[0005]为此，本专利提出了一种基于多领导者多追随者Stackelberg博弈的产消者电
‑
碳耦合市场的对等交易方法。首先，基于电力系统在配电网节点处的边际碳排放因子，提出产消者低碳贡献的度量方法；其次，利用多主多从Stackelberg博弈，建立自由竞争环境下产消者电
‑
碳耦合对等交易市场模型；最后，基于电能和碳配额的供求平衡，提出电
‑
碳耦合对等交易市场均衡的分析求解方法，推导电价与碳价的表达式，从而得到产消者电
‑
碳耦合市场的对等交易结果。本专利技术考虑了不同分布式发电装置的差异性低碳贡献，能够保证最大化产消者的个人利益，并允许其在能源和碳配额交易中接收不同的价格信号时，灵活改变生产者和消费者的角色，为产消者电
‑
碳耦合市场的对等交易方法提供参考。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的缺点和不足，本专利提出了一种产消者电
‑
碳耦合市场的对等交易方法，基于多领导者多追随者Stackelberg博弈，建立自由竞争环境下产消者电
‑
碳耦合对等交易市场模型并进行分析求解。
[0007]具体的，本申请提出的产消者电
‑
碳耦合市场的对等交易方法包括：
[0008](1)基于电力系统在配电网节点处的边际碳排放因子，提出产消者低碳贡献的度量方法；
[0009](2)利用多主多从Stackelberg博弈，提出自由竞争环境下产消者电
‑
碳耦合对等交易市场模型构建方法；
[0010](3)基于电能和碳配额的供求平衡，提出电
‑
碳耦合对等交易市场均衡的分析求解方法，推导电价与碳价的表达式，从而得到产消者电
‑
碳耦合市场的对等交易结果。
[0011]所述步骤(1)提出产消者低碳贡献的度量方法，包括：
[0012]产消者具有光伏、风机、微型燃气轮机、柔性电负荷等资源。由于各类资源对碳排放量有不同的影响，其产生或消耗的碳配额具有差异性。其中，光伏、风机等可再生能源可在无碳排放情况下产生额外碳配额；而微型燃气轮机在提供碳配额的同时，天然气燃烧所产生的碳排放需要消耗部分碳配额。不同分布式发电装置的低碳贡献如下：
[0013][0014][0015]其中，C
e,t
为配电系统的边际碳排放因子；C
g,t
为燃气网的碳排放因子；PR
i,t
和PG
i,t
分别为产消者i的分布式可再生能源和微型燃气轮机的出力。
[0016]所述步骤(2)利用多主多从Stackelberg博弈，提出自由竞争环境下产消者电
‑
碳耦合对等交易市场模型构建方法，包括：
[0017]本专利假设产消者电
‑
碳耦合对等交易市场是一个自由竞争市场，当自由竞争市场处于均衡状态时，交易价格是相同的，即
[0018][0019][0020]其中，π
t
为对等交易市场的交易电价；ρ
t
为对等交易市场的交易碳价。
[0021]电
‑
碳耦合对等交易市场下，产消者可以向其他产消者或配电系统运营商(Distribution System Operator，DSO)购买或销售电能和碳配额，本专利建立的多主多从博弈旨在最小化每个产消者的成本。产消者i的目标函数如下：
[0022][0023]B
i,t
(PL
i,t
)＝λ
i,t
PL
i,t
‑
β
i,t
(PL
i,t
)2[0024]C
i,t
(PG
i,t
)＝a
i
(PG
i,t
)2+b
i
PG
i,t
+c
i
[0025]其中，PL
i,t
为产消者的负荷；和为与其他产消者交易的售电量和购电量；和为DSO的售电电价和上网电价；和为产消者与DSO交互的售电量和购电量；和为与其他产消者交易的售碳量和购碳量；和为DSO的售碳价格和购碳价格；和为产消者与DSO交互的售碳量和购碳量。B
i,t
()为用户用能的效用函数，其中，λ
i,t
与β
i,t
为系数；C
i,t
()为燃气轮机的成本函数，可再生能源的发电成本可忽略不计。
[0026]其约束条件包括电能平衡约束、碳配额平衡约束、用能范围约束和燃气轮机容量限制。
[0027][0028][0029][0030][0031]其中，为产消者初始分配的碳配额。
[0032]由于电价与碳价总是处于上级市场销售价格和购买价格之间，上述模型中目标函数及电能平衡约束和碳配额平衡约束可表示为如下形式：
[0033]min NB
i,t
＝C
i,t本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种产消者电
‑
碳耦合市场的对等交易方法，其特征在于，所述方法包括：步骤1：基于电力系统在配电网节点处的边际碳排放因子，提出产消者低碳贡献的度量方法；步骤2：利用多主多从Stackelberg博弈，建立自由竞争环境下产消者电
‑
碳耦合对等交易市场的模型；步骤3：基于电能和碳配额的供求平衡，提出电
‑
碳耦合对等交易市场均衡的分析求解方法，推导电价与碳价的表达式，从而得到产消者电
‑
碳耦合市场的对等交易结果。2.针对权利要求1所述一种产消者电
‑
碳耦合市场的对等交易方法的步骤1，其特征在于，产消者的低碳贡献由配电网节点处的边际碳排放因子进行度量，具体包括：产消者具有光伏、风机、微型燃气轮机、柔性电负荷等资源。由于各类资源对碳排放量有不同的影响，其产生或消耗的碳配额具有差异性。其中，光伏、风机等可再生能源可在无碳排放情况下产生额外碳配额；而微型燃气轮机在提供碳配额的同时，天然气燃烧所产生的碳排放需要消耗部分碳配额。不同分布式发电装置的低碳贡献如下：的碳排放需要消耗部分碳配额。不同分布式发电装置的低碳贡献如下：其中，C
e,t
为配电系统的边际碳排放因子；C
g,t
为燃气网的碳排放因子；PR
i,t
和PG
i,t
分别为产消者i的分布式可再生能源和微型燃气轮机的出力。3.针对权利要求1所述一种产消者电
‑
碳耦合市场的对等交易方法的步骤2，其特征在于，利用多主多从Stackelberg博弈，建立自由竞争环境下产消者电
‑
碳耦合对等交易市场的模型，具体包括：本专利假设产消者电
‑
碳耦合对等交易市场是一个自由竞争市场，当自由竞争市场处于均衡状态时，交易价格是相同的，即状态时，交易价格是相同的，即其中，π
t
为对等交易市场的交易电价；ρ
t
为对等交易市场的交易碳价。电
‑
碳耦合对等交易市场下，产消者可以向其他产消者或配电系统运营商(Distribution System Operator，DSO)购买或销售电能和碳配额，本专利建立的多主多从博弈旨在最小化每个产消者的成本。产消者i的目标函数如下：B
i,t
(PL
i,t
)＝λ
i,t
PL
i,t
‑
β
i,t
(PL
i,t
)2C
i,t
(PG
i,t
)＝a
i
(PG
i,t
)2+b
i
PG
i,t
+c
i
其中，PL
i,t
为产消者的负荷；和为与其他产消者交易的售电量和购电量；和为DSO的售电电价和上网电价；和为产消者与DSO交互的售电量和购电量；和为与其他产消者交易的售碳量和购碳量；和为DSO的售
碳价格和购碳价格；和为产消者与DSO交互的售碳量和购碳量。B
i,t
()为用户用能的效用函数，其中，λ
i,t
与β
i,t
为系数；C
i,t
()为燃气轮机的成本函数，可再生能源的发电成本可忽略不计。其约束条件包括电能平衡约束、碳配额平衡约束、用能范围约束和燃气轮机容量限制。包括电能平衡约束、碳配额平衡约束、用能范围约束和燃气轮机容量限制。包括电能平衡约束、碳配额平衡约束、用能范围约束和燃气轮机容量限制。包括电能平衡约束、碳配额平衡约束、用能范围约束和燃气轮机容量限制。其中，为产消者初始分配的碳配额。由于电价与碳价总是处于上级市场销售价格和购买价格之间，上述模型中目标函数及电能平衡约束和碳配额平衡约束可表示为如下形式：min NB
i,t
＝C
i,t
(PG
i,t
)
‑
B
i,t
(PL
i,t
)
‑
π
t
PT
i,t
‑
ρ
t
CT
i,t
PL
i,t
+PT
i,t
＝PG
i,t
+PR
i,t
其中，PT
i,t
和CT
i,t...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘洪，程雪颖，葛少云，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：