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李娜等：电碳耦合市场下虚拟电厂与配电网协同优化运行模型 2026 年第 5 期

重要平台，能够在电力市场与碳交易市场中扮演 1 电碳耦合市场下多 VPP 协同运行框架
积 极 角 色 [1-6] ， 配 电 网 运 营 商 （ distribution system 与建模
operator，DSO）作为系统运行的关键主体，要统
筹协调分布式资源与电网安全约束，保障电能与 本文 VPP 运行框架整合多元能源资源与转换
碳 交 易 在 配 电 层 面 的 有 序 开 展 。 因 此 ， VPP 与 设备，构建多能流协同的能源供给体系，以实现
DSO 的协同优化运行，对于提升系统经济性与低 电 -热 负 荷 的 高 效 匹 配 及 低 碳 化 运 行 ， 如 图 1 所
碳性、推动电碳市场高效运作具有重要意义。 示。其从能源输入、转换、存储与负荷分配维度
文献 [7-10] 已对 VPP 与配电网的优化运行展 运行，接入电网作为基础电能补充与交互主体，
开了多维度研究，但模型多聚焦于需求侧响应， 协同光电、风电注入清洁电能，纳入燃煤机组保
未充分整合碳捕集、电转气等低碳转换设备在电 障稳定基荷输出，形成“清洁-传统”能源互补输
碳市场中的调节潜力。另有研究围绕碳交易机制 入格局。燃煤机组配套碳捕集系统捕集 CO 2 ，一
探索了 VPP 参与碳市场的运营模式。文献 [11] 建 方 面 降 碳 ， 另 一 方 面 CO 2 输 入 电 转 气 （ power to
立了考虑风光不确定性的电碳联合市场双层竞价 gas， P2G） 设 备 ， 与 过 剩 电 能 耦 合 转 化 为 天 然
模型。文献 [12-13] 分别引入了中国核证减排机制 气，构建“电-气”能源转换链路，同时燃气机组
与双层奖惩型碳交易机制，旨在挖掘柔性资源与 消纳天然气，经热电联产或纯发电模式输出电、
多园区的低碳调节潜力并优化碳资产收益分配。 热能，燃气锅炉专注热能生产，强化热能供给灵
文献 [14] 则构建了多主体博弈驱动的电碳联合市 活性与可靠性。
场两阶段双层竞价策略。文献 [11-14] 主要聚焦于

电碳联合市场的运行机制构建与多元资源建模， 电网 电负荷
为 VPP 参与低碳化调度奠定了理论基础。
随着低碳转换设备与多市场机制的深度集成， 电储能
新能源
系统建模趋于高维化与复杂化，如何在保障求解 机组
P2G
效率的同时兼顾多主体的隐私安全，成了当前亟 碳捕集
待突破的瓶颈 [15-20] 。具体而言，在电碳耦合市场 燃煤机组 燃气机组
环境下，VPP 与 DSO 协同优化运行仍面临诸多挑
战：1）系统模型具有高维度、强非线性及多主体 燃气锅炉 热负荷
约束特征，导致优化问题复杂度显著增加；2）涉 电能 热能 天然气 CO 2
及 VPP 与 DSO 等多方数据交互，存在隐私保护与 图 1 VPP 运行框架
Fig. 1 VPP operation framework
计算效率的矛盾。目前，传统的双层优化与迭代
求解方法往往收敛速度慢、运算压力大，且要求 为实现 VPP 在电碳市场环境下的高效运营，
参与主体上报详尽的内部物理模型与成本参数， 构建双层协同优化的电碳市场运营策略框架，如
难以满足大规模配电网的实时应用需求，并存在 图 2 所示。上层作为 VPP 协同决策层，以电力市
严重的隐私泄漏风险。 场与碳交易市场的总体收益最大化为目标，统筹
针对上述问题，提出虚拟电厂与配电网协同 调度 VPP 内分布式能源、储能等资源，合理参与
运 行 模 型 。 首 先 ， 先 构 建 电 碳 耦 合 市 场 运 行 框 电力现货交易、辅助服务市场及碳配额与碳减排
架，整合新能源机组、碳捕集系统等多元分布式 量交易，协同考量电-碳多能流交互与收益耦合关
能源并建模；然后，将 VPP 电碳市场运营策略转 系；下层为市场出清层，聚焦系统购电与碳配额
化为量化双层数学模型，上层以 VPP 电-碳市场综 成本最小化目标，基于上层决策输出的资源调度
合效益最大化为目标，下层以系统总运营成本最 需求与市场价格信号，在满足配电网潮流约束、
小化为目标，同时明确各层约束条件；最后，引 碳交易履约规则等条件下，通过优化电能量采购
入上镜图理论对双层目标函数进行函数转化与等 渠道与碳配额获取方式，形成上下层闭环反馈的
效投影建模，实现对本文双层模型的求解。 协同机制，在保障 VPP 参与电碳市场收益最优的

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