交易机制

双碳目标下，多能耦合协同运行的虚拟电厂（virtual power plant，VPP）能够有效提升系统经济效益。为降低VPP碳排放量，同时挖掘其需求侧可调节潜力，提出一种考虑阶梯碳交易及综合需求响应的虚拟电厂优化调度模型。首先，基于阶梯式碳交易机制，考虑虚拟电厂各组成元件约束，建立参与碳交易市场的虚拟电厂模型；其次，将需求响应分为价格型需求响应和替代性需求响应，分别构建响应模型；最后，考虑购能成本、系统运营成本和阶梯式碳交易成本，以VPP在调度周期内收益最大为目标函数建立虚拟电厂低碳经济运行模型，并通过算例仿真验证所提模型的有效性。

随着可再生能源的大规模接入，参与电能交易的主体数量日益增加，由调度中心撮合的传统集中式交易模式无法应对激增的交易数据，难以达到主动配电网经济运行的最优状态。为此，提出了一种基于区块链和禀赋效应的主动配电网经济运行方法，利用区块链的去中心化、自治性、匿名性等特点构建电能交易机制。在此基础上，将参与需求响应的用户视为“行为经济人”，构建了基于禀赋效应的需求响应模型，该模型更加贴合用户心理需求。算例结果表明，提出的基于区块链技术的电能交易机制能够有效提升电能交易效益，建立的基于禀赋效应的需求响应模型可以有效提升主动配电网运行的经济性和源荷匹配性。

为了提高能源利用效率，促进可再生能源的开发利用，考虑虚拟电厂可聚合资源规模，进行虚拟电厂低碳交易优化策略研究。首先，一方面，考虑源侧技术开发量与经济开发量分析源侧可聚合资源的上限值；另一方面，考虑荷侧可调节能力分析荷侧可聚合资源的上限值。然后，设计低碳虚拟电厂运行交易框架，分别对虚拟电厂中各单元建模。其次，基于碳交易机制，构建虚拟电厂参与电能量市场、碳交易市场与调峰辅助服务市场的低碳联合交易优化策略。最后，以某一地区为例进行算例分析，验证了模型的有效性。

项目围绕基于分布式低碳能源站互联互济模式的综合能源系统规划设计、运行模式、互动特性、市场交易机制进行探索和实践，系统地解决了分布式低碳能源系统经济、高效运行的关键技术难题，取得了系列重大创新成果：

针对气电综合能源系统低碳调度问题，气网混氢、碳捕集、电转气均是有效的技术手段，同时碳交易机制也是控制碳排放的有效经济手段。因此，本文构建了含富液罐和贫液罐的碳捕集电厂模型，结合电转甲烷技术模型，灵活回收利用系统中的CO2；同时，构建了气网混氢技术模型提高能效，并考虑气网混氢时节点热值变化约束，以奖励式碳交易成本和运行成本之和为目标函数；最后基于改进的比利时20节点天然气系统和IEEE 39节点电力系统模型开展算例测试，结果显示综合考虑碳捕集、气网混氢和奖励式碳交易机制能提高系统低碳经济调度水平，同时调节碳价和奖励系数能灵活调节系统碳排放水平。

随着可再生能源渗透率的提升，其不确定性给综合能源系统(integrated energy system, IES)的经济性和鲁棒性带来了极大挑战。为了促进可再生能源消纳以及降低碳排放量，提出了一种基于数据驱动的分布鲁棒优化(distributionally robust optimization, DRO)调度策略。首先，构建了由有机朗肯循环(organic Rankine cycle, ORC)、氢燃料电池和电动汽车等构成的供需灵活响应模型，并引入阶梯碳交易机制来约束系统碳排放量。其次，为了能获取最恶劣情况下的场景概率分布，采用综合范数对风电输出场景的概率分布置信集合进行约束。然后，以在最恶劣场景概率分布下综合能源系统运行总成本最低为目标建立两阶段鲁棒优化模型，并通过列和约束生成(column and constraint generation, CCG)算法对模型进行迭代求解。最后，算例仿真结果表明了所提模型和求解方法的有效性，并分析了阶梯碳交易机制和供需灵活响应模型对提高系统灵活性和低碳经济性的影响。

综合能源系统有利于实现多能互济、能源高效利用。以含电、热、冷、氢负荷的园区综合能源系统为研究对象，分析了可再生能源制氢系统及掺氢燃气轮机运行中多种能源的耦合及梯级利用特性，考虑了掺氢比对燃气轮机效率以及热电比的影响，以系统运行成本最小为目标函数，建立了阶梯式碳交易机制下的园区综合能源系统优化调度模型。采用分段线性化和大M法将包含多个0–1变量和连续变量的非线性模型转化为混合整数规划模型，并调用Cplex求解器实现快速求解。算例分析表明，所提调度策略可有效提高园区能源系统运行经济性，合理调控燃气轮机掺氢比有利于降低园区系统的碳排放。

能源结构转型和碳减排政策是实现“双碳”目标的重要举措。本研究旨在探讨“双碳”背景下发电行业碳减排政策与市场交易机制的耦合作用。通过研究绿色证书市场交易机制、碳排放市场交易机制与电力市场机制间的耦合协同效应，考虑了价格影响市场间机制、能源结构分析和技术创新等因素，建立系统动力学模型并进行多情景仿真，研究不同政策组合对市场均衡及电力行业碳减排的影响。通过对模型的敏感性分析，评估了各种政策措施对系统行为的潜在影响，对政策体系的作用机理及其协同机制进行分析，明确不同政策间可能存在的冗余激励和效应冲抵等现象。研究得出：有效的碳减排政策组合使得未来十年火电装机占比下降至45%，可再生能源占比突破50%与传统能源持平甚至超过传统能源。建议碳减排政策的成功实施需要综合考虑市场监管、激励机制、技术创新等多方面因素。

随着具有源荷二重属性的产消者占比日益提高，如何建立适合产消者的有效交易机制，激励其能源消纳是目前亟待解决的问题。针对该问题，提出区块链技术下的产消者与运营商的集群交易模型，将区块链技术量化到产消者的用电行为上。考虑到产消者集群内各主体独立，电价制定和电量调度存在先后次序，采取Stackelberg博弈理论寻求最优交互策略，并通过区块链更新求解过程中的交互信息。仿真结果表明：通过制定内部电价，能够提升集群内的光伏自消纳水平，同时在区块链技术下聚合优化集群内资源，可以有效提高产消者的用电效益与运营商的收益。进一步，结合光伏上网电价退坡政策，再次验证了所提模型的有效性。

高比例可再生能源接入增大了高性能调频服务的需求，给电力市场建设带来了挑战。辅助服务市场机制是经济、可靠地获取调频服务的关键，中国正处在电力市场改革的关键时期，吸取国外先进市场的建设经验很有必要。详细介绍英国频率响应服务市场，包括强制频率响应、固定频率响应等传统调频产品以及动态高低频、动态遏制等新型调频产品的性能要求、交易机制和响应机制，重点分析其分散式、多市场、长周期、高透明度的特点，对中国调频市场的发展提出意见和建议。