区块链在电网调度中的应用

核心提示传统电力交易模式中,集中化的交易数据以及中心化的监管机构会带来数据安全性较低、监管机构信任危机等问题,区块链技术的兴起和发展为解决上述问题提供新的思路和方法。华中科技大学电气与电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室、华中科技大学电气与

在传统电力交易模式下,交易数据集中、监管机构集中会带来数据安全性低、监管机构信任危机等问题。区块链技术的兴起和发展为解决上述问题提供了新的思路和方法。华中科技大学电气电子工程学院强电磁工程与新技术国家重点实验室、湖北省电力安全与效率重点实验室、国家电网河南省电力公司电力科学研究院研究员叶畅、苗、、、约翰尼、在《电工技术学报》2020年第8期撰文,通过分析主动配电网中各种电力交易主体的行为特征,建立了基于联盟区块链的电力市场交易系统。

系统预先授权每个电力交易主体为半开放的本地节点,通过动态选择联盟节点,可以实现交易数据的分布式存储,无需额外设立第三方监管机构。同时,基于上述交易体系,提出了联盟链框架下主动配电网电能交易的详细认证方法。在此基础上,建立了基于合作进化博弈的主动配电网电力交易优化模型,并采用基于分解的多目标进化算法进行求解。模型的求解结果可以作为生成智能合同的依据,最终实现联盟链框架下主动配电网的电力交易决策优化。

近年来,主动配电网已成为未来智能配电网的重要发展模式和方向,学者们对其优化调度和能量管理做了大量的研究工作。在目前的调度模式下,主动配电网通常对分布式发电拥有绝对的调度权,优化目标大多是选择利益最大的主动配电网。

随着我国电力体制改革的进一步深化,电网的运营方式逐渐向市场化转变。配电网中大量分布式电源由新能源供应商投资建设,可以独立向用户供电。同时,通过负荷聚合器的整合,各类需求侧响应资源既能有效发掘负荷资源,又能提供市场所需的辅助服务产品。这些组织在主动分销网络中形成独立的利益相关者,他们的运作需要考虑自身的利益。因此,只考虑电网利益的调度模式不能适应当前配电网运行活跃的新环境。

深化改革后的电力市场,相关利益主体日益增多,交易类型多样化,合同规则复杂化,对交易结算管理和数据风险防范提出了更高的要求。随着“互联网+”新业态的发展,区块链作为一种新的信息技术,可以为具有数字化能力的业务系统交易提供重要支持。因此,近年来区块链技术逐渐被引入能源系统。

一些学者提出了基于分布式安全框架的区块链技术的多种实际使用场景。一些学者基于区块链的基本架构和特点,系统总结了区块链在能源系统中的应用模式,并展望了其在电力体制改革中的应用前景。

在此基础上,有学者初步探索了区块链框架下能源互联网的多模块协同自治模式,提出了区块链框架下能源互联网发展的关键技术。上述研究大多从应用模式和总体框架上探讨和分析区块链技术在能源系统中的应用,很少涉及具体问题的解决。

在上述研究的基础上,有学者从信息披露的透明性、分散性、动态性、安全性和奖惩机制五个方面分析了区块链技术与电力市场竞争博弈的契合关系,建立了区块链技术下的局部多微网市场竞争博弈模型,探索了区块链技术在电力市场的实际应用模式。

同时,在市场环境下,所有电力交易主体都参与主动配电网电力市场的竞争,其运营目标通常是利润最高。博弈论作为一种先进的优化工具,为多决策主体优化问题提供了新的解决方案,其在电力市场中的应用具有一定的研究基础。

一些学者利用非合作静态博弈模型研究电网公司、新供电主体和用户之间的市场竞争。一些学者在考虑需求侧响应的同时,建立了主动分销网络的多利益相关者完全信息动态博弈模型。一些学者引入了多代理系统,建立了电网运营商、能源供应商和用户之间的合作博弈模型。一些学者提出了基于合作博弈的光伏微网群电力市场交易模型。

在此基础上,研究者还扩展了传统的博弈论。例如,有学者利用主从博弈模型研究了多个发电商和多个大用户之间的双边合同交易。一些学者引入灰色理论,建立了电力市场辅助竞价决策的灰色博弈模型。

以上所有的博弈模型都是基于决策者完全理性的假设。事实上,对于实际的电力市场博弈来说,各种随机因素都会影响最终的策略,博弈中的决策者往往只有有限理性。在此背景下,进化博弈论逐渐应用于电网运行分析。

基于演化博弈理论,一些学者分析了发电公司在竞价过程中竞价策略的动态演化过程及其演化稳定策略。有学者将进化博弈论与协同进化算法相结合,分析微网与配电网互动运行的经济效益。然而,运用进化博弈理论分析主动配电网电力市场运行机制的研究并不多见,求解进化博弈模型的算法仍需进一步研究。

因此,为了解决传统电力交易模式中交易数据集中、监管机构集中等问题,华中科技大学等单位的研究人员将区块链技术引入到主动配电网的电力交易中,应用进化博弈论研究电力交易主体间的合作进化策略,以优化各主体的利益。

图1 联盟链框架主动配电网市场交易体系

首先介绍了联盟区块链,分析了联盟区块链与主动配电网电能交易的关系。同时,建立了基于区块链联盟的电力市场交易系统。在该交易体系下,分析了主动配电网电力市场中各交易主体的收益/成本模型,进而建立了包含信息交互和决策优化的主动配电网电力市场整体交易模型,并详细研究了各主体间的认证和交易过程。最后,采用基于分解的多目标进化算法对模型进行求解。提出的联盟链框架下主动配电网中电力交易实体的协同进化策略,不仅可以实现交易数据的分布式存储,无需设立第三方监管机构,而且可以实现实体间利益的合理分配。

算例结果表明,该模型能够反映配电网中所有电力交易主体市场行为的动态演化过程,得到的优化策略可以作为电力交易智能合约生成的基础,最终实现联盟链框架下主动配电网电力交易的决策优化。

上述研究成果发表在《电工技术学报》2020年第8期。论文题目为“联盟链框架下主动配电网中电力交易主体的合作进化策略”。作者是叶畅、苗、、约翰尼和。

 
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