Dual-level Planning of Renewable Energy Considering Electricity-Carbon Integrated Demand Response Under Carbon Tax Mechanism

GUO Chuangxin; KONG Shuyi; LIN Yujie; XIONG Houbo; GUO Mingyu; DU Liwei

doi:10.7500/AEPS20251127002

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Dual-level Planning of Renewable Energy Considering Electricity-Carbon Integrated Demand Response Under Carbon Tax Mechanism

Basic Research | 更新时间：2026-10-13

- Dual-level Planning of Renewable Energy Considering Electricity-Carbon Integrated Demand Response Under Carbon Tax Mechanism
- Automation of Electric Power Systems Vol. 50, Pages: 23-40(2026)
- 作者机构：
  
  1.浙江大学电气工程学院，浙江省杭州市 310027
  2.中国南方电力调度控制中心，广东省广州市 510670
  3.国网福建省电力有限公司福州供电公司，福建省福州市 350116
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(U22B2098);National Natural Science Foundation of China(U24B6009)
- DOI：10.7500/AEPS20251127002
  CLC：
- Received：27 November 2025，
  
  Revised：2026-03-10，
  
  Online First：23 July 2026，
  
  Published：25 November 2026
- 稿件说明：
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郭创新,孔舒奕,林雨洁等.碳税机制下计及电-碳综合需求响应的可再生能源双层规划[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20251127002.

GUO Chuangxin,KONG Shuyi,LIN Yujie,et al.Dual-level Planning of Renewable Energy Considering Electricity-Carbon Integrated Demand Response Under Carbon Tax Mechanism[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20251127002.
郭创新,孔舒奕,林雨洁等.碳税机制下计及电-碳综合需求响应的可再生能源双层规划[J/OL].电力系统自动化, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20251127002. DOI：

GUO Chuangxin,KONG Shuyi,LIN Yujie,et al.Dual-level Planning of Renewable Energy Considering Electricity-Carbon Integrated Demand Response Under Carbon Tax Mechanism[J/OL].Automation of Electric Power Systems, http://dx.doi.org/10.7500/AEPS20251127002. DOI：

摘要

在双碳政策导向下，新型电力系统规划面临双重核心挑战：一是可再生能源机组选址定容过程中经济成本与低碳目标无法同时保障；二是在碳电协同规划过程中未充分考虑需求响应机制而导致碳排放责任分摊不均。针对上述问题，提出一种碳税机制下计及电-碳综合需求响应的电力系统双层规划方法。在所提双层规划模型中，上层构建纳入有功网损与储能充放电特性的改进碳流理论模型，同步规划可再生能源机组选址定容，优化全环节碳排放分摊结果；基于上层分摊数据，采用Shapley值法构建负荷聚合商阶梯碳税模型；下层构建需求响应机制，通过上下层迭代求解实现系统规划与荷侧响应的动态耦合优化。基于中国浙江省某地实际电力系统数据及IEEE 118节点系统算例的计算结果表明，所提双层规划模型保障了碳排放责任分摊的公平性，有效提升了系统减碳效应。

Abstract

Driven by the carbon peaking and carbon neutrality policy

the planning of new power systems faces two core challenges. First

economic costs and low-carbon targets cannot be simultaneously guaranteed during the siting and sizing of renewable energy units. Second

insufficient consideration of demand response mechanisms in integrated electricity-carbon planning leads to unfair allocation of carbon emission responsibilities. To tackle the above issues

a dual-level power system planning method considering electricity-carbon integrated demand response under the carbon tax mechanism is proposed. In the proposed dual-level planning model

an improved carbon flow theoretical model incorporating active power losses and charge-discharge characteristics of energy storage is established at the upper level. The model simultaneously optimizes the siting and sizing of renewable energy units and the carbon emission allocation across the whole system. On the basis of the allocation results obtained from the upper level

a tiered carbon tax model for load aggregators is constructed using the Shapley value method. At the lower level

a demand response mechanism is formulated. Dynamic coupling optimization between system planning and demand-side response is realized through iterative solution of the upper and lower layers. Case studies based on practical power system data from a region in Zhejiang Province

China

and the IEEE 118-bus system demonstrate that the proposed dual-level planning model ensures the fairness of carbon emission responsibility allocation and effectively improves the carbon reduction performance of the power system.

关键词

Keywords

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