考虑低碳激励的运营商-数据中心群主从博弈调度策略

龚钢军; 宋得山; 陈昭赫; 柴凯天; 杨佳轩

doi:10.3969/j.issn.2097-0706.2026.08.007

欢迎来到能源电力期刊网！

English Version 期刊登录

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

考虑低碳激励的运营商-数据中心群主从博弈调度策略

系统调度与低碳运行 | 更新时间：2026-10-08

- 考虑低碳激励的运营商-数据中心群主从博弈调度策略
- A Stackelberg game-based scheduling strategy for operator-data center clusters considering low-carbon incentives
- 综合智慧能源 2026年48卷第8期页码：82-95
- 作者机构：
  
  1.华北电力大学电气与电子工程学院，北京102206
  2.中电信数智科技有限公司，北京100036
- 作者简介：
  
  龚钢军（1974），男，教授，博士生导师，从事人工智能、算电碳协同、能源电力信息安全等方面的研究，gong@ncepu.edu.cu；
  宋得山（2002），男，硕士生，从事算电碳协同与车网互动等方面的研究，17685748292@163.com；
  陈昭赫（2002），男，硕士生，从事算电碳协同调度方面的研究，chenzhaohe02@163.com；
  柴凯天（2002），男，博士生，从事算电碳协同与智能优化调度等方面的研究，1324408405@qq.com；
  杨佳轩*（1997），男，博士生，从事综合能源系统、算电碳协同等方面的研究，yangjx@ncepu.edu.cn。
- 基金信息：
  
  国家电网有限公司科技项目(2025YF-120);国家自然科学基金项目(52477095)
- DOI：10.3969/j.issn.2097-0706.2026.08.007
  中图分类号：
- 收稿：2026-08-12，
  
  修回：2026-08-15，
  
  网络首发：2026-08-25，
  
  纸质出版：2026-08-25
- 稿件说明：
移动端阅览
龚钢军,宋得山,陈昭赫等.考虑低碳激励的运营商-数据中心群主从博弈调度策略[J].综合智慧能源,2026,48(08):82-95.

GONG Gangjun,SONG Deshan,CHEN Zhaohe,et al.A Stackelberg game-based scheduling strategy for operator-data center clusters considering low-carbon incentives[J].BLASTING,2026,48(08):82-95.
龚钢军,宋得山,陈昭赫等.考虑低碳激励的运营商-数据中心群主从博弈调度策略[J].综合智慧能源,2026,48(08):82-95. DOI： 10.3969/j.issn.2097-0706.2026.08.007.

GONG Gangjun,SONG Deshan,CHEN Zhaohe,et al.A Stackelberg game-based scheduling strategy for operator-data center clusters considering low-carbon incentives[J].BLASTING,2026,48(08):82-95. DOI： 10.3969/j.issn.2097-0706.2026.08.007.

摘要

在“双碳”目标与数字经济高质量发展的双重战略牵引下，数据中心群规模持续扩大，其高强度用能带来的运行成本、碳排放及多主体收益分配矛盾日益突出，现有运行方式难以兼顾经济性与低碳性。针对上述问题，提出一种考虑低碳激励的综合能源运营商-数据中心群Stackelberg主从博弈调度方法。建立计及燃气发电单元、燃气锅炉、吸收式制冷机、热泵及风电、光伏新能源的冷-热-电多能耦合模型，描述数据中心内部能源转换、新能源消纳及运行关系。构建以综合能源运营商为领导者、数据中心群为跟随者的Stackelberg主从博弈模型。运营商根据上级能源价格和低碳运行需求制定电价、气价及低碳激励策略，各数据中心在满足能量平衡和设备运行约束的基础上独立求解最优响应，自主调整用能方式。引入基于实际有效减排量的外部低碳补偿机制，以缓解运营商实施低碳激励所带来的收益压力。以运营商收益、数据中心群净运行成本和系统碳排放量为3个上层优化目标，采用基于分解的多目标进化算法搜索满足数据中心最优响应约束的Pareto非支配策略集，并从中选取综合折中方案。算例结果表明，所提方法能够有效协调运营商收益、数据中心运行成本与系统减碳目标。与基准场景相比，文中博弈机制下数据中心群净运行成本降低3.49%，系统碳排放降低1.96%；相比仅考虑内部低碳激励的场景，引入外部低碳补偿后运营商收益提高7.41%。研究结果表明，所提方法能够在保持数据中心自主响应的同时兼顾多主体经济性与低碳性，为数据中心群综合能源优化调度及低碳协同运行提供参考。

Abstract

Driven by the dual strategic objectives of achieving the "dual carbon" goals and promoting high-quality development of the digital economy， data center clusters continue to expand in scale. The intensive energy consumption of data centers has increasingly intensified conflicts involving operating costs， carbon emissions， and benefit allocation among multiple stakeholders， and existing operation modes can hardly balance economic efficiency and low-carbon performance. To address these issues， a Stackelberg leader-follower scheduling method for an integrated energy operator and data center cluster considering low-carbon incentives was proposed. A coupled cooling-heating-electricity model incorporating gas-fired power generation units， gas boilers， absorption chillers， heat pumps， wind power， and photovoltaic generation was established to characterize multi-energy conversion， renewable energy utilization， and operational relationships within data centers. Then， a Stackelberg game model was constructed with the integrated energy operator as the leader and the data center cluster as the follower. The operator determined electricity prices， gas prices， and low-carbon incentive strategies based on upstream energy prices and low-carbon operation requirements. Each data center independently solved for its optimal response subject to energy balance and equipment operation constraints， and autonomously adjusted its energy consumption patterns. On this basis， an external low-carbon compensation mechanism based on actual effective emission reductions was introduced to alleviate the profit pressure faced by the operator from providing low-carbon incentives. Furthermore， maximizing operator profit， minimizing the net operating cost of the data center cluster， and minimizing system carbon emissions were formulated as the three upper-level optimization objectives. The multi-objective evolutionary algorithm based on decomposition was employed to search for a Pareto non-dominated strategy set subject to the optimal-response constraints of the data centers， from which a compromise scheduling solution was selected. Case study results demonstrated that the proposed method could effectively coordinate operator profit， data center operating costs， and system carbon emission reduction objectives. Compared with the baseline scenario， the proposed game mechanism reduced the net operating cost of the data center cluster by 3.49% and system carbon emissions by 1.96%. Compared with the scenario considering only internal low-carbon incentives， the introduction of external low-carbon compensation increased operator profit by 7.41%. The findings indicate that the proposed method can balance the economic efficiency and low-carbon performance of multiple stakeholders while maintaining the autonomous response capability of data centers， thereby providing a reference for integrated energy optimization scheduling and low-carbon coordinated operation of data center clusters.

关键词

Keywords

references

杨挺，姜含，侯昱丞，等 . 基于计算负荷时-空双维迁移的互联多数据中心碳中和调控方法研究［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 1 ）： 164 - 176 .

YANG Ting ， JIANG Han ， HOU Yucheng ， et al . Study on carbon neutrality regulation method of interconnected multi‑datacenter based on spatio-temporal dual‑dimensional computing load migration ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 164 - 176 .

马浩天，胡俊杰，童宇轩 . 考虑灵活性的数据中心微网两阶段鲁棒规划方法［J］. 中国电机工程学报， 2023 ， 43 （ 19 ）： 7396 - 7409 .

MA Haotian ， HU Junjie ， TONG Yuxuan . A two‑stage robust planning approach for data center microgrids considering flexibility ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2023 ， 43 （ 19 ）： 7396 - 7409 .

文淅宇，朱继忠，李盛林，等 . 基于时空协同的多数据中心虚拟电厂低碳经济调度策略［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 18 ）： 56 - 65 .

WEN Xiyu ， ZHU Jizhong ， LI Shenglin ， et al . Low‑carbon economic dispatch for multiple data center virtual power plant based on spatio-temporal collaboration ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 18 ）： 56 - 65 .

李远征，龙信鑫，周纯杰，等 . 高比例新能源电网-分布式数据中心集群协同优化运行研究［J］. 中国科学：技术科学， 2024 ， 54 （ 1 ）： 119 - 135 .

LI Yuanzheng ， LONG Xinxin ， ZHOU Chunjie ， et al . Coordinated operations of highly renewable power systems and distributed data centers ［J］. Scientia Sinica （Technologica）， 2024 ， 54 （ 1 ）： 119 - 135 .

LI W W ， QIAN T ， ZHANG Y ， et al . Distributionally robust chance‑constrained planning for regional integrated electricity-heat systems with data centers considering wind power uncertainty ［J］. Applied Energy ， 2023 ， 336 ： 120787 .

周世博，周明，孙黎滢，等 . 激发多元灵活性的数据中心协同优化运行方法［J］. 电网技术， 2024 ， 48 （ 11 ）： 4417 - 4426 .

ZHOU Shibo ， ZHOU Ming ， SUN Liying ， et al . Optimal synergistic operation method for data center by activating multiple flexibilities ［J］. Power System Technology ， 2024 ， 48 （ 11 ）： 4417 - 4426 .

崔杨，姜涛，仲悟之，等 . 考虑风电消纳的区域综合能源系统源荷协调经济调度［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 7 ）： 2474 - 2483 .

CUI Yang ， JIANG Tao ， ZHONG Wuzhi ， et al . Source-load coordination economic dispatch method for regional integrated energy system considering wind power accommodation ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 7 ）： 2474 - 2483 .

刘祎明 . 计及新能源消纳与用户响应的数据中心碳控策略研究［D］. 北京：华北电力大学， 2025 .

LIU Yiming . Research on carbon control strategy of data center considering new energy consumption and user response ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2025 .

余文昶，陈永刚，曹俊波，等 . 考虑负载响应特性的数据中心综合能源系统优化调度研究［J］. 综合智慧能源， 2023 ， 45 （ 10 ）： 25 - 34 .

YU Wenchang ， CHEN Yonggang ， CAO Junbo ， et al . Optimal scheduling of the data center integrated energy system considering load response characteristics ［J］. Integrated Intelligent Energy ， 2023 ， 45 （ 10 ）： 25 - 34 .

王永真，韩艺博，韩恺，等 . 基于知识图谱的数据中心综合能源系统研究综述［J］. 综合智慧能源， 2023 ， 45 （ 7 ）： 1 - 10 .

WANG Yongzhen ， HAN Yibo ， HAN Kai ， et al . Researches on data center integrated energy systems based on knowledge graph ［J］. Integrated Intelligent Energy ， 2023 ， 45 （ 7 ）： 1 - 10 .

马晓燕，穆云飞，李树荣，等 . 数据中心综合能源系统优化运行研究综述［J］. 电力建设， 2022 ， 43 （ 11 ）： 1 - 13 .

MA Xiaoya ， MU Yunfei ， LI Shurong ， et al . Review on the optimal operation of integrated energy system in data center ［J］. Electric Power Construction ， 2022 ， 43 （ 11 ）： 1 - 13 .

范宏，徐涛，贾庆山 . 数据-模型混合驱动的数据中心综合能源系统优化调度综述［J］. 南方电网技术， 2025 ， 19 （ 3 ）： 174 - 187 .

FAN Hon ， XU Tao ， JIA Qingshan . Review of optimization scheduling for integrated energy systems with data centers based on hybrid data-model driven ［J］. Southern Power System Technology ， 2025 ， 19 （ 3 ）： 174 - 187 .

SUN Y ， DING Y Y ， CHEN M H ， et al . A coordinated scheduling optimization method for integrated energy systems with data centres based on deep reinforcement learning ［J］. IET Generation ， Transmission & Distribution， 2024 ， 18 （ 19 ）： 3071 - 3084 .

张锞，王旭，杨宏坤，等 . 数据中心集群灵活边界下电力系统分布鲁棒优化调度方法［J］. 电力系统自动化， 2024 ， 48 （ 7 ）： 235 - 247 .

ZHANG Ke ， WANG Xu ， YANG Hongkun ， et al . Distributionally robust optimal scheduling method for power system under flexibility boundaries of data center clusters ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2024 ， 48 （ 7 ）： 235 - 247 .

兰洲，蒋晨威，谷纪亭，等 . 促进可再生能源发电消纳和碳减排的数据中心优化调度与需求响应策略［J］. 电力建设， 2022 ， 43 （ 4 ）： 1 - 9 .

LAN Zhou ， JIANG Chenwei ， GU Jiting ， et al . Optimal dispatch and demand response strategies of data centers for promoting accommodation of renewable energy generation and reducing carbon emission ［J］. Electric Power Construction ， 2022 ， 43 （ 4 ）： 1 - 9 .

李鹏，吴迪凡，李雨薇，等 . 基于综合需求响应和主从博弈的多微网综合能源系统优化调度策略［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 4 ）： 1307 - 1321 .

LI Peng ， WU Difan ， LI Yuwei ， et al . Optimal dispatch of multi‑microgrids integrated energy system based on integrated demand response and Stackelberg game ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 4 ）： 1307 - 1321 .

MA Y H ， ZHANG M Y ， YANG H J ， et al . Decentralized and coordinated scheduling model of interconnected multi‑microgrid based on virtual energy storage ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2023 ， 148 ： 108990 .

王海洋，李珂，张承慧，等 . 基于主从博弈的社区综合能源系统分布式协同优化运行策略［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5435 - 5445 .

WANG Haiyang ， LI Ke ， ZHANG Chenghui ， et al . Distributed coordinative optimal operation of community integrated energy system based on Stackelberg game ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 17 ）： 5435 - 5445 .

甘润东，龙玉江，汤杰，等 . 计及负荷时空转移需求响应的数据中心聚合商最优运行策略［J］. 中国电力， 2024 ， 57 （ 3 ）： 20 - 26 .

GAN Rundong ， LONG Yujiang ， TANG Jie ， et al . Optimal operation strategy of data center aggregators for demand response considering temporal and spatial load shift ［J］. Electric Power ， 2024 ， 57 （ 3 ）： 20 - 26 .

ZHANG Y J ， TSILIGKARIDIS A ， PASCHALIDIS I C ， et al . Data center and load aggregator coordination towards electricity demand response ［J］. Sustainable Computing： Informatics and Systems ， 2024 ， 42 ： 100957 .

周长城，马溪原，郭晓斌，等 . 基于主从博弈的工业园区综合能源系统互动优化运行方法［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 7 ）： 74 - 80 .

ZHOU Changcheng ， MA Xiyuan ， GUO Xiaobin ， et al . Leader-follower game based optimized operation method for interaction of integrated energy system in industrial park ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 7 ）： 74 - 80 .

李云，周世杰，胡哲千，等 . 基于NSGA-Ⅱ-WPA的综合能源系统多目标优化调度［J］. 综合智慧能源， 2024 ， 46 （ 4 ）： 1 - 9 .

LI Yun ， ZHOU Shijie ， HU Zheqian ， et al . Optimal scheduling of integrated energy systems based on NSGA-Ⅱ-WPA ［J］. Integrated Intelligent Energy ， 2024 ， 46 （ 4 ）： 1 - 9 .

吴迪凡，徐婷婷，张楠，等 . 基于碳交易和主从博弈的园区综合能源系统多主体双层优化调度方法［J］. 电力大数据， 2024 ， 27 （ 5 ）： 9 - 18 .

WU Difan ， XU Tingting ， ZHANG Nan ， et al . Multi‑agent bi‑level optimal scheduling method for park integrated energy systems based on carbon trading and leader-follower game theory ［J］. Power Systems and Big Data ， 2024 ， 27 （ 5 ）： 9 - 18 .

杨娜，马龙腾，刘浩睿，等 . 考虑条件风险价值的含EV虚拟电厂主从博弈优化调度［J］. 综合智慧能源， 2025 ， 47 （ 9 ）： 80 - 88 .

YANG Na ， MA Longteng ， LIU Haorui ， et al . Optimal scheduling of Stackelberg game based dispatch of virtual power plant including EV considering conditional value at risk ［J］. Integrated Intelligent Energy ， 2025 ， 47 （ 9 ）： 80 - 88 .

JIA S X ， PENG K ， ZHANG X H ， et al . Dynamic pricing strategy and regional energy consumption optimization based on different stakeholders ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2022 ， 141 ： 108199 .

陈浩，马刚，钱达，等 . 绿证-碳交易机制下考虑阶梯需求响应的区域综合能源系统优化调度［J］. 综合智慧能源， 2025 ， 47 （ 5 ）： 21 - 30 .

CHEN Hao ， MA Gang ， QIAN Da ， et al . Optimization of regional integrated energy systems under green certificate and carbontrading mechanism considering tiered demand response ［J］. Integrated Intelligent Energy ， 2025 ， 47 （ 5 ）： 21 - 30 .

黄映，李扬，高赐威 . 基于非支配排序差分进化算法的多目标电网规划［J］. 电网技术， 2011 ， 35 （ 3 ）： 85 - 89 .

HUANG Ying ， LI Yang ， GAO Ciwei . Multi‑objective transmission network planning based on non‑dominated sorting differential evolution ［J］. Power System Technology ， 2011 ， 35 （ 3 ）： 85 - 89 .

罗顺根，郭秀萍 . 用改进的MOEA/D算法求解微电网电力调度多目标优化问题［J］. 系统科学与数学， 2020 ， 40 （ 1 ）： 81 - 104 .

LUO Shungen ， GUO Xiuping . Multi‑objective optimization problem of the microgrid power dispatch using improved multi‑objective evolutionary algorithm based on decomposition ［J］. Journal of Systems Science and Mathematical Sciences ， 2020 ， 40 （ 1 ）： 81 - 104 .

易灵芝，林佳豪，刘建康，等 . 改进自适应MOEA/D算法的楼宇负荷优化调度［J］. 计算机工程与应用， 2022 ， 58 （ 2 ）： 295 - 302 .

YI Lingzhi ， LIN Jiahao ， LIU Jiankang ， et al . Improved adaptive MOEA/D algorithm for building load optimization scheduling ［J］. Computer Engineering and Applications ， 2022 ， 58 （ 2 ）： 295 - 302 .

张昌林，范鹏飞，韩建沛 . 基于主从博弈的多数据中心与电网协同优化运行方法［J/OL］. 综合智慧能源， 1 - 10 （ 2026-08-06 ）［ 2026-08-10 ］. https：//link.cnki.net/urlid/41.1461.TK.20260806.1229.002 https://link.cnki.net/urlid/41.1461.TK.20260806.1229.002 .

ZHANG Changlin ， FAN Pengfei ， HAN Jianpei . Stackelberg game‑based coordinated optimal operation method for multiple data centers and power grids ［J/OL］. Integrated Intelligent Energy ， 1 - 10 （ 2026-08-06 ）［ 2026-08-10 ］. https：//link.cnki.net/urlid/41.1461.TK.20260806.1229.002 https://link.cnki.net/urlid/41.1461.TK.20260806.1229.002 .

孙强，孙志凰，潘杭萍，等 . 考虑多种储能的数据中心综合能源系统配置优化［J］. 中国电力， 2022 ， 55 （ 9 ）： 1 - 7 .

SUN Qiang ， SUN Zhihuang ， PAN Hangping ， et al . Configuration optimization of integrated energy system for data center considering multiple energy storage facilities ［J］. Electric Power ， 2022 ， 55 （ 9 ）： 1 - 7 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

考虑数据中心柔性任务的综合能源系统能-算协同深度强化学习方法

绿电直连模式下风光储驱动的数据中心经济性分析

计及算力负载时空特性的算-电-热系统协同优化调度

核能直供数据中心技术路径及适配性研究

计及算力与储冷灵活性的数据中心多能微网运行优化