制定合理的多园区综合能源微网的碳交易策略能够有效引导园区低碳运行，为推进“双碳”目标的实现，华北电力大学研究团队联合国网北京市电力公司研究团队在《电工技术学报》2025年第15期，提出了一种考虑两阶段碳交易的多园区综合能源微网混合博弈优化运行方法。

首先，提出了在第一阶段碳交易中由微网运营商向各园区综合能源微网购售碳配额，在第二阶段碳交易中由微网运营商参与外部碳交易市场的两阶段碳交易策略。其次，构建了以微网运营商作为领导者，多园区综合能源微网为跟随者的主从博弈模型，并考虑微网间电能交易，构建了多园区综合能源微网间的合作博弈模型；在此基础上，构建了由微网运营商与多园区综合能源微网的主从博弈和多园区综合能源微网间合作博弈组成的混合博弈模型。

研究背景

随着经济的快速发展，气候变暖和能源危机是当前人类所面临的问题，为实现可持续发展，节能减排和绿色发展成为全球共识。当前，以能源高效清洁利用为目标，结合微型发电机组和多元储能形成的园区综合能源微网具有显著的低碳效益。同时，通过多微网间资源共享能够有效提高新能源消纳，降低对上级能源网的依赖性，进一步促进可持续发展。

论文所解决的问题及意义

针对多园区综合能源微网在碳交易中存在多主体交互问题，如何兼顾多方利益，构建与能源系统对应的多层级的碳交易机制，是多园区综合能源微网低碳运行的关键制约因素。本文以同一微网运营商领导下的多园区综合能源微网为研究对象，提出了一种考虑两阶段碳交易的多园区综合能源微网混合博弈优化运行方法。

论文方法及创新点

1、提出了由微网运营商向多园区综合能源微网购售碳配额为第一阶段，微网运营商参与外部碳交易市场为第二阶段的两阶段碳交易策略。

图1 考虑两阶段碳交易的多微网混合博弈框架图

2、建立了由微网运营商和多园区综合能源微网的主从博弈以及多园区综合能源微网间的合作博弈组成的混合博弈模型，并采用二分法和交替方向乘子法分布式求解该混合博弈模型。

本文算例选自某智慧小镇，为验证本文所提方法的有效性，设置了以下不同的方案进行对比分析。

方案1：各微网单独运行，不考虑微网运营商和各微网的主从博弈，采用常规的碳交易机制（即各微网直接参与外部碳交易市场且碳价非时变）。

方案2：各微网单独运行，考虑微网运营商和各微网的主从博弈，采用本文所提出的两阶段碳交易策略。

方案3：考虑微网间的合作博弈，不考虑微网运营商和各微网的主从博弈，采用常规的碳交易机制。

方案4：考虑微网间的合作博弈，考虑微网运营商和各微网的主从博弈，采用本文所提出的两阶段碳交易策略。

（a）针对启发式算法在计算过程迭代的收敛性不一定总是得到保证，并且可能出现振荡的情况等问题，本文采用二分法分布式优化算法来求解该主从博弈模型。二分法的主要思路是为目标提供一个区间，该区间始终包含所求结果，并在每次迭代中通过更新下界或上界逐渐缩小该区间最终求得结果。

图2 二分法求解流程

主从博弈仿真结果如下图所示：

本文构建了微网运营商和多园区综合能源微网间的主从博弈模型，旨在通过微网运营商制定碳价引导多园区综合能源微网低碳运行。

图3 微网运营商购售碳价

图4 各微网购售碳配额量

（b）多园区综合能源微网合作博弈模型为非凸非线性模型，无法直接求解，为此，本文将微网间合作博弈模型转化为两个子问题，进而运用交替方向乘子法进行分布式求解。

图5模型求解流程图

合作博弈仿真结果如下图所示：

方案4中合作博弈求解的电能交互量和电能交互价格如图6和图7所示。

图6 微网间电能交易价格

图7 微网间电能交易量

表1 合作博弈利益分配结果

图8 微网1电功率平衡图

图9 微网1热功率平衡图

（c）两阶段碳交易策略下多微网低碳性结果如下图所示：

图10 考虑两阶段碳交易策略前后各微网碳配额购售量

图11 考虑两阶段碳交易策略前后各微网碳排放量

（d）算法收敛性分析

相较于传统启发式算法，二分法具有更好的收敛性和更快的收敛速度，并且具有更少的迭代次数和更短的优化时间，实现了对模型的高效求解。

表2 不同算法对比

图12 不同算法迭代效果对比

结论

1）与单独运行相比，微网间通过电能交易能够有效降低各微网的碳排放量和总成本。

2）所提的两阶段碳交易策略不仅使微网侧总碳排放量下降了617.5kg，实现了微网侧低碳运行，同时也降低了各微网的总成本。

3）所构建的混合博弈模型使得微网运营商的利润增加了257.28元，各微网的成本分别下降了1111.4元、357.4元和266.7元，该结果表明所提模型能够在保证微网运营商和各微网协调运行的基础上，实现各主体的利益最大化。

4）采用二分法和交替方向乘子法能够在保护各主体隐私的基础上，对模型进行高效地求解，其中二分法共迭代了28次，使得模型求解时间大为降低。

团队介绍

华北电力大学电气与电子工程学院李鹏教授科研团队共有教授2名、副教授5名、讲师5名、博硕士研究生30多名。团队成员长期从事新型电力系统、新能源发电、新型储能调控、微网与综合能源、电能质量分析与控制、人工智能在智慧能源中的应用等领域的研究。近些年来先后承担国家自然科学基金项目、国家863计划课题、国家电网公司总部科技项目等国家级、省部级项目10余项。获省部级一等奖3项。发表SCI/EI论文200余篇，授权国家发明专利70余项。

李鹏，博士，教授，博士生导师，中国自动化学会能源互联网专委会常务理事，中国电工技术学会理事，IEEE高级会员，“IEC TC8 JWG10分布式能源接入电网”国际标准工作组核心成员，研究方向为研究方向为新能源电力系统、综合能源系统与微网、储能技术应用、人工智能在智慧能源中的应用。

刘浩，硕士研究生，研究方向为综合能源系统优。

本工作成果发表在2025年第15期《电工技术学报》，论文标题为“考虑两阶段碳交易的多园区综合能源微网混合博弈优化运行方法“。本课题为国家自然科学基金资助项目。