基于区块链技术的微电网系统的自主电力交易模型.pdf

1引言作为我国社会发展的重要物质基础和能源动力支撑，虽然可再生能源及新型供电方式的产生使总体规模有所提升，但电力供需失衡的状况依旧；电网在更大范围内优化配置资源的能力需要进一步增强，需求侧资源与储能在系统运行中的角色愈加重要。我国新一代电力系统对系统灵活性提出更高要求，急需有跨区互联大电网通过更加灵活优化的运行方式，实现电力供需动态平衡，可促进新能源消纳利用率1。储能作为新一代电力系统中重要的灵活性资源，为系统电力平衡、调峰调频、新能源消纳等作出重要贡献。储能电站主要解决可再生能源大规模外送，截至2022年底,中国已投运电力储能项目累计装机规模59.8GW。当然，随着电改的深入，在分布式能源辅助服务端比例也在逐渐增大。研究表明，储能除了在发电端和输电端进行调频调峰等功能，在配电和用户侧也发挥了重要作用，未来电力系统结构变革，小型储能装置可用于规模化商用，作为用户参与电力交易的重要辅助装置。随着现在电力系统向着智能化方向发展，发电及配电网络均在发生变化。文献2提出一种可再生能源“即插即用”式接入的能源互联网EI（Energy Internet）系统，通过有效的控制策略，减少了分布式发电装置DG对大电网产生的各种扰动。文献3针对能源路由器设计与实现过程中涉及的各种关键技术，说明基于能源路由器构建能源互联网的优势。文献4提出能源互联网与新能源电力系统协同优化运营模式。文献5总结智能用电技术引入后对配电网运行的影响，进而就面向智能用电技术的配电网规划关键重点问题进行分析。文献6以沿海某智能小区含冷热电联供系统的电网为例，建立了用户电价响应机制下的微电网与配电网的联合调度模型，解决多目标优化中最优解选取困难的问题。文献7提出协商式的双边交易模式和撮合式的集中竞价交易模式2种模式，并设计出交易规则和交易算法。文献8提出利用区块链和智能合约完成供需双方自动匹配的方式，实现自组织、自调节的需求侧响应，但该文献并未提出具体的交互方式及算例结合。文献9基于区块链技术提出ELN储能系统的ADR方法，借鉴拥塞价格算法，响应主体能够依托该既定准则自主响应系统补偿需求，以保障能量交易与利益分配的高效执行。文献10设计了一种家庭能量管理系统HEMS，利用储能电池一部分容量进行需求侧响应，计及储能电池折旧成本及寿命，根据储能电池的荷电状态SOC（State of Charge）对其充放电速率进行约束。通过搭建微社区中自主电力交易模式，引入区块链技术，优化的订单分配算法使用电用户和家庭产消者（参与生产活动的消费者,他们既是消费者又是生产者）间自动进行电力交易。系统含需求预测和监测模块，能实时调节储能系统和节点用户间的SOC水平，实现最大化可再生能源的内部消化，减少对大电网的依赖。2微电网系统的自主电力交易（Autonomous power trading,APT）2.1微电网系统的构成和需求分析微电网系统是由分布式电源、储能装置、用电负荷以及附加监测模块等组成的微电网供电系统。微电网DG的多收稿日期：2023年8月1日；修回日期：2023年10月31日基于区块链技术的微电网系统的自主电力交易模型李红伟1，颜欣藜21 西南石油大学电气信息学院，四川成都 6105002 重庆航天职业技术学院，重庆 400021摘要：区块链技术作为新一代计算机系统和通信技术领域的发展新趋势，是搭建智慧电网的可靠载体。微电网可基于储能系统实现内部电力自主消纳、削峰填谷、平抑波动，能有效缓解大电网的电力供需压力，并实现可再生电能利用率最大化，有效节约资源。基于区块链的底层构建技术，提出建立一种依托混合储能装置的微电网社区点对点的自主电力交易模型，采用订单匹配优化算法将产消节点双方匹配，搭建节点用户间的公开透明、安全可靠的去中心化交易平台，再利用智能合约自动完成交易。基于美国PJM电力市场所采用的利用节点边际电价进行阻塞管理，可有效提升交易质量和电能消纳水平。关键词：微电网；区块链；储能系统；泛在电力物联网；自主电力交易中图分类号：TP393文献标识码：A文章编号：1672-0164（2023）06-0113-07113C o m m u n i c a t i o n&I n f o r m a t i o n T e c h n o l o g y N o.6.2 0 2 3通信与信息技术 2 0 2 3 年第6 期(总第2 6 6 期)基于区块链技术的微电网系统的自主电力交易模型李红伟1.颜欣藜1 西南石油大学电气信息学院，四川成都 6 1 0 5 0 02 重庆航天职业技术学院，重庆 4 0 0 0 2 1摘 要：区块链技术作为新一代计算机系统和通信技术领域的发展新趋势，是搭建智慧电网的可靠载体。微电网可基于储能系统实现内部电力自主消纳、削峰填谷、平抑波动，能有效缓解大电网的电力供需压力，并实现可再生电能利用率最大化，有效节约资源。基于区块链的底层构建技术，提出建立一种依托混合储能装置的微电网社区点对点的自主电力交易模型，采用订单匹配优化算法将产消节点双方匹配，搭建节点用户间的公开透明、安全可靠的去中心化交易平台，再利用智能合约自动完成交易。基于美国P J M 电力市场所采用的利用节点边际电价进行阻塞管理，可有效提升交易质量和电能消纳水平。关键词：微电网；区块链；储能系统；泛在电力物联网；自主电力交易中图分类号：T P 3 9 3文献标识码：A文章编号：1 6 7 2-0 1 6 4(2 0 2 3)0 6-0 1 1 3-0 71 引言作为我国社会发展的重要物质基础和能源动力支撑，虽然可再生能源及新型供电方式的产生使总体规模有所提升，但电力供需失衡的状况依旧；电网在更大范围内优化配置资源的能力需要进一步增强，需求侧资源与储能在系统运行中的角色愈加重要。我国新一代电力系统对系统灵活性提出更高要求，急需有跨区互联大电网通过更加灵活优化的运行方式，实现电力供需动态平衡，可促进新能源消纳利用率叫。储能作为新一代电力系统中重要的灵活性资源，为系统电力平衡、调峰调频、新能源消纳等作出重要贡献。储能电站主要解决可再生能源大规模外送，截至2 0 2 2 年底，中国已投运电力储能项目累计装机规模5 9.8 G W。当然，随着电改的深入，在分布式能源辅助服务端比例也在逐渐增大。研究表明，储能除了在发电端和输电端进行调频调峰等功能，在配电和用户侧也发挥了重要作用，未来电力系统结构变革，小型储能装置可用于规模化商用，作为用户参与电力交易的重要辅助装置。随着现在电力系统向着智能化方向发展，发电及配电网络均在发生变化。文献提出一种可再生能源“即插即用”式接入的能源互联网E I(E n e r g y I n t e r n e t)系统，通过有效的控制策略，减少了分布式发电装置D G 对大电网产生的各种扰动。文献针对能源路由器设计与实现过程中涉及的各种关键技术，说明基于能源路由器构建能源互联网的优势。文献提出能源互联网与新能源电力系统协同优化运营模式。文献总结智能用电技术引入后对配电网运行的影响，进而就面向智能用电技术的配电网规划关键重点问题进行分析。文献回以沿海某智能小区含冷热电联供系统的电网为例，建立了用户电价响应机制下的微电网与配电网的联合调度模型，解决多目标优化中最优解选取困难的问题。文献提出协商式的双边交易模式和撮合式的集中竞价交易模式2 种模式，并设计出交易规则和交易算法。文献国提出利用区块链和智能合约完成供需双方自动匹配的方式，实现自组织、自调节的需求侧响应，但该文献并未提出具体的交互方式及算例结合。文献基于区块链技术提出E L N 储能系统的A D R 方法，借鉴拥塞价格算法，响应主体能够依托该既定准则自主响应系统补偿需求，以保障能量交易与利益分配的高效执行。文献I?设计了一种家庭能量管理系统H E M S,利用储能电池一部分容量进行需求侧响应，计及储能电池折旧成本及寿命，根据储能电池的荷电状态S O C(S t a t e o f C h a r g e)对其充放电速率进行约束。通过搭建微社区中自主电力交易模式，引入区块链技术，优化的订单分配算法使用电用户和家庭产消者(参与生产活动的消费者，他们既是消费者又是生产者)间自动进行电力交易。系统含需求预测和监测模块，能实时调节储能系统和节点用户间的S O C 水平，实现最大化可再生能源的内部消化，减少对大电网的依赖。2 微电网系统的自主电力交易(A u t o n o-m o u s p o w e r t r a d i n g,A P T)2.1 微电网系统的构成和需求分析微电网系统是由分布式电源、储能装置、用电负荷以及附加监测模块等组成的微电网供电系统。微电网D G 的多收稿日期：2 0 2 3 年8 月1 日；修回日期：2 0 2 3 年1 0 月3 1 日1 1 3样性也为用户供电提供了多种选择，特别是在用电高峰时段，微电网在大电网参与的电力调峰、改善微电网中的电能质量、提高系统的可靠性、灵活性和电能路径优化等方面具有极大优势。由于微电网中的分布式电源容量小，家庭储能装置的容量也有限，加上可再生能源固有的间歇性和波动性，诸多因素的相互作用将大大影响微电网的稳定运行11。虽然目前可再生能源的使用在我国已逐渐普及，但丰富的新能源电能并不能完全被消耗，造成能源浪费；而通过智能电网将可再生能源收集并传输回大电网会有较大的电能损耗和线路损耗，能源利用率较低。同时由于距离远线路长，智能电网实现实时电力峰谷调整的效率也较低，能量调度效率也较低。因此，若在社区电网内部能够实现自主电力交易，将社区内的家庭产消者多余电能购入，在提升能源就地消纳比例和节约损耗成本方面均有较大优势。按照微电网社区的需求搭建了如图1的微电网运行框架。电网运行分为离网和并网运行两种情况：离网情况下微电网可以以孤岛形式独立运行，由内部新能源发电装置供应微电网社区的用电，由预测单元进行电力消纳预测，能源供需动态监测模块进行调配，通过自主交易消纳产消者过剩的清洁能源，环保又节能。并网型微电网通常与外部大电网联网运行，在社区用户的新能源装置所产电能过剩无法消纳时，可以向大电网售电，也可以在自身电能不足以支撑社区用电时连接使用大电网的电力。储能电站采用大容量蓄电池为主、超级电容器为辅的混合储能系统，占用空间小，能快速平抑波动，提供稳定电能，适用于微电网社区环境使用12。同时作为节点，和用户节点、售电节点的小型储能装置共同参与交易池的电力交易；采用智能算法进行电能和信息的分配并自主执行交易。在智能微电网基础上加入预测模块和能源供需状态动态监测模块，并结合区块链技术，引入电力自主交易模型，实现社区用户自主电力交易，削峰填谷，实时维护微电网社区电力供需平衡。2.2区块链应用于自主电力交易的可行性分析区块链技术作为交易机制的底层技术，采用非对称密码学原理对信息进行加密，产生链式数据存储结构，链上信息不可篡改和伪造，系统具有去中心化、公开透明、安全可靠等特性13。电力交易区块链是能源行业的重要应用场景，区块链的去中心化恰恰契合了分布式能源的特点，能够大幅度降低分布式电力的交易成本，提升交易效率。这种应用可能会反过来对分布式电力行业带来革命性的变化。原本无法参与动态交易的家庭分布式设备在未来都有机会接入到一个大的网络中。现阶段，虽然能源互联网的架构已基本俱全，但在配电侧和用户以及大电网之间还未有一个完整的信息互联网群，电力系统尚未健全完善。因此，泛在电力物联网在电力系统和电力市场的具体实施非常有必要，使得配电侧和用户端都能实现互联互通，用户自主互动交易。泛在物联是指在所有的人和物之间的信息互联互通，泛在电力物联网则是将电力系统内所有用电用户、企业、输配变用售环节的一切电力设备连接起来，实现数据共享，信息互通的功能14。这将直接改变以往以电网为信息传递中心，进行收发转接功能，大大节约了时间和运输成本。泛在电力物联网通过和各种新能源设备、新技术如人工智能、区块链技术相结合，将给电力市场乃至整个行业带来革新性变化，创造更大的机遇。而区块链技术作为未来数据库的框架和雏形，具有非常得天独厚的四个契合点：电力交易去中心化、交易数据透明公开、智能合约自动执行、链上信息安全可追溯。电力交易去中心化。区别于传统电力传输方式，电力供需由电网统一调配，发电厂将电能传输至变电站，变电站按需分配给用户端。而基于区块链技术的电网中没有第三方参与和中心节点，每个节点都具有独立性和平等性，有利于实现电力交易自动化。同时，当某些节点崩溃时，其他节点依然可以正常工作，不影响系统的稳定性和可靠性。交易数据透明公开。整个系统内的交易信息和其他数据交互都是公开透明，每个节点均有全网所有数据的交换记录，除部分加密的关键信息外，其余皆可供节点用户查看和监督。智能合约自动执行。通过计算机语言编程，将签订合约的双方用严密的条款约束起来，一旦签订智能合约，即刻生效，合约将按照具体条款自动执行，不可逆转。智能合约的自动执行可以提高自主交易环节的效率，同时提高交易的可靠性，保证交易双方的利益。链上信息安全可追溯。信息区块是由区块头和区块体构成，多个带有时间序列的信息区块构成区块链，所有的交易信息均保留，可根据时间顺序进行信息追溯。根据链条生成记录可查询任何一笔交易，且不可篡改。便于其他用户的监督和管理，是电力自主交易系统的有力保障15。3基于区块链技术的社区电力交易模型电力自主交易模型是由家庭产消者、用户、储能方、智能电表、电能预测和监测构成的。该模型的建立主要对以下三个方面进行优化11：分布式发电系统产生的大量新能源电能未得到最大化的利用，如何将分布式电能融合进电力系统，使微电网社区互利互助，削峰填谷，快速响应供需。电力市场的供应方和需求方缺乏一个高效的智能信息流，将交易时间缩到最短，更有效地实现电能实时调度。电力系统的交易结构十分复杂，现有交易模式已无法满足更大的电力交易系统的高速运行，区块链技术利用公开透明、去中心化的特性，可跨过第三方机构进行自主信息交图1微电网的运行框架114通信与信息技术 2 0 2 3 年第6 期(总第2 6 6 期)样性也为用户供电提供了多种选择，特别是在用电高峰时段，微电网在大电网参与的电力调峰、改善微电网中的电能质量、提高系统的可靠性、灵活性和电能路径优化等方面具有极大优势。由于微电网中的分布式电源容量小，家庭储能装置的容量也有限，加上可再生能源固有的间歇性和波动性，诸多因素的相互作用将大大影响微电网的稳定运行凹。虽然目前可再生能源的使用在我国已逐渐普及，但丰富的新能源电能并不能完全被消耗，造成能源浪费；而通过智能电网将可再生能源收集并传输回大电网会有较大的电能损耗和线路损耗，能源利用率较低。同时由于距离远线路长，智能电网实现实时电力峰谷调整的效率也较低，能量调度效率也较低。因此，若在社区电网内部能够实现自主电力交易，将社区内的家庭产消者多余电能购入，在提升能源就地消纳比例和节约损耗成本方面均有较大优势。电网微网社区模型电力调度模块储能电站模块节点用户模块自主交易模块预测模块监测模块用户产消者订单匹配优化算法交易池图1 微电网的运行框架按照微电网社区的需求搭建了如图1 的微电网运行框架。电网运行分为离网和并网运行两种情况：离网情况下微电网可以以孤岛形式独立运行，由内部新能源发电装置供应微电网社区的用电，由预测单元进行电力消纳预测，能源供需动态监测模块进行调配，通过自主交易消纳产消者过剩的清洁能源，环保又节能。并网型微电网通常与外部大电网联网运行，在社区用户的新能源装置所产电能过剩无法消纳时，可以向大电网售电，也可以在自身电能不足以支撑社区用电时连接使用大电网的电力。储能电站采用大容量蓄电池为主、超级电容器为辅的混合储能系统，占用空间小，能快速平抑波动，提供稳定电能，适用于微电网社区环境使用 1 2 。同时作为节点，和用户节点、售电节点的小型储能装置共同参与交易池的电力交易；采用智能算法进行电能和信息的分配并自主执行交易。在智能微电网基础上加入预测模块和能源供需状态动态监测模块，并结合区块链技术，引入电力自主交易模型，实现社区用户自主电力交易，削峰填谷，实时维护微电网社区电力供需平衡。2.2 区块链应用于自主电力交易的可行性分析区块链技术作为交易机制的底层技术，采用非对称密码学原理对信息进行加密，产生链式数据存储结构，链上信息不可篡改和伪造，系统具有去中心化、公开透明、安全可靠等特性。电力交易区块链是能源行业的重要应用场景，区块链的去中心化恰恰契合了分布式能源的特点，能够大幅度降低分布式电力的交易成本，提升交易效率。这种应用可能会反过来对分布式电力行业带来革命性的变化。原本无法参与动态交易的家庭分布式设备在未来都有机会接入到一个大的网络中。现阶段，虽然能源互联网的架构已基本俱全，但在配电侧和用户以及大电网之间还未有一个完整的信息互联网群，电力系统尚未健全完善。因此，泛在电力物联网在电力系统和电力市场的具体实施非常有必要，使得配电侧和用户端都能实现互联互通，用户自主互动交易。泛在物联是指在所有的人和物之间的信息互联互通，泛在电力物联网则是将电力系统内所有用电用户、企业、输一配一变一用一售环节的一切电力设备连接起来，实现数据共享，信息互通的功能I?。这将直接改变以往以电网为信息传递中心，进行收发转接功能，大大节约了时间和运输成本。泛在电力物联网通过和各种新能源设备、新技术如人工智能、区块链技术相结合，将给电力市场乃至整个行业带来革新性变化，创造更大的机遇。而区块链技术作为未来数据库的框架和雏形，具有非常得天独厚的四个契合点：电力交易去中心化、交易数据透明公开、智能合约自动执行、链上信息安全可追溯。电力交易去中心化。区别于传统电力传输方式，电力供需由电网统一调配，发电厂将电能传输至变电站，变电站按需分配给用户端。而基于区块链技术的电网中没有第三方参与和中心节点，每个节点都具有独立性和平等性，有利于实现电力交易自动化。同时，当某些节点崩溃时，其他节点依然可以正常工作，不影响系统的稳定性和可靠性。交易数据透明公开。整个系统内的交易信息和其他数据交互都是公开透明，每个节点均有全网所有数据的交换记录，除部分加密的关键信息外，其余皆可供节点用户查看和监督。智能合约自动执行。通过计算机语言编程，将签订合约的双方用严密的条款约束起来，一旦签订智能合约，即刻生效，合约将按照具体条款自动执行，不可逆转。智能合约的自动执行可以提高自主交易环节的效率，同时提高交易的可靠性，保证交易双方的利益。链上信息安全可追溯。信息区块是由区块头和区块体构成，多个带有时间序列的信息区块构成区块链，所有的交易信息均保留，可根据时间顺序进行信息追溯。根据链条生成记录可查询任何一笔交易，且不可篡改。便于其他用户的监督和管理，是电力自主交易系统的有力保障l?。3 基于区块链技术的社区电力交易模型电力自主交易模型是由家庭产消者、用户、储能方、智能电表、电能预测和监测构成的。该模型的建立主要对以下三个方面进行优化1:分布式发电系统产生的大量新能源电能未得到最大化的利用，如何将分布式电能融合进电力系统，使微电网社区互利互助，削峰填谷，快速响应供需。电力市场的供应方和需求方缺乏一个高效的智能信息流，将交易时间缩到最短，更有效地实现电能实时调度。电力系统的交易结构十分复杂，现有交易模式已无法满足更大的电力交易系统的高速运行，区块链技术利用公开透明、去中心化的特性，可跨过第三方机构进行自主信息交1 1 4换，大大节约了市场交易流程，并很好地解决了信任问题。3.1交易主体模型微电网交易主体模型由家庭产消者、用电用户、储能电站、光伏发电系统、智能电表和供需监测系统等构成。当分布式能源供应充足时，微电网社区实现内部自主交易，基本模型如图2所示：3.2交易博弈模型实时电价主要由电力市场的供需关系，以及电力市场中的生产方、销售方、用户等相互之间的博弈决定。参考电力市场比较成熟的美国加州电价，然后结合国内实际情况建立实时电价模型，目的是提高微电网能源供应的经济效益和环境效益7。根据系统电力负荷的需求规律，分为峰、谷、平三种状态。SOC值在 0.50.96之间变化，其曲线在电价相对较低的时候上升，电价相对较高时下降；为了保护电池寿命，充放电速率受其SOC水平约束，电价较高时，在峰值期的曲线下降速度比谷值期缓慢，电价低时比电价高时上升快10。4 个参考限值分别为 SOCmax、SOChigh、SOClow、SOCmin，对应取值为 90%、70%、50%、30%。其中 SOCmin与SOCmax之间为可工作范围，要求储能电池的SOC应约束在这一范围内，理想的工作区域（50%70%）为SOC的最优区间，当SOC进入工作预警区时应逐渐减缓电能供需速率，并连接大电网供电。为使储能电池的调度能够更加合理，在可工作区域中根据充放电过程设定各区域的单位调节成本，且满足r1 r2 r3。例如目前处于SOC偏高的工作预警区，若继续进行充电，对电池的损害较大，则需要耗费较高的单位调节成本；反之在此时放电则有助于SOC接近工作理想区，仅需要耗费较低的调节成本。特殊情况有：当大电网断电时，储能电池可自动打开权限，此时的电池SOC可使用量为96%。其中，r1r2r3。可工作范围如图4所示：根据历史数据收集及参考，对微电网社区的设备参数进行设定，按照以下数据进行规划，并带到算法实例中，模拟进行仿真：4订单分配优化算法4.1用户需求响应优化模型在针对的电力系统内部实现自主交易环境下，供给侧供应量与需求侧使用量之间的功率差额即为系统所需的补偿需求量，要求响应主体共同出力补偿。文中，记 k 时段的补偿需求量为Pcomk，由差额计算单元负责计算，系统的补偿需求计算方式如公式（1）：Pcomk=Ppv+Pstore-Pload（1）式（1）中：Ppv指系统中光伏出力；Pstore是储能电站出力；Pload是指微电网系统内的常规负荷出力。当Pcomk0，整个系统的供需状态是需充电，从售电方（电网）向购电方（用户节点/储能装置）传输电能；当Pcomk 0，供需状态是可放电，从购电方向售电方传输电能，实现反向充电。微电网系统在正常运行状态下可实现电力自给自足，在有富余发电情况下还可反输电网。时段谷时段平时段峰时段购电电价0.170.490.83售电电价0.130.380.65时段23:00次日7:007:0010:00、15:0018:00和21:0023:0010:0015:00和18:0021:00SOC量030%30%50%50%70%70%90%90%100%区域工作禁止区工作预警区工作理想区工作预警区工作禁止区放电INFr1r2r3INF充电INFr3r2r1INF图2微电网社区交易主体模型表1节点（含储能系统）购电与售电电价（元/kWh）图3博弈模型的分时电价图表2储能电池SOC水平的调节成本图4充放电状态下的调节成本表3微电网群设备参数设备参数PV容量/kWES容量/kWhES额定功率/kWES效率ES初始SOCDE额定功率/kW最大负荷/kW用户1360500.90.345090用户2360500.90.255090用户3360500.90.785090用户45120500.90.6650120用户55120500.90.5550120用户65120500.90.6950120储能-3001000.90.9-500获奖征文基于区块链技术的微电网系统的自主电力交易模型115获奖征文基于区块链技术的微电网系统的自主电力交易模型换，大大节约了市场交易流程，并很好地解决了信任问题。3.1 交易主体模型微电网交易主体模型由家庭产消者、用电用户、储能电站、光伏发电系统、智能电表和供需监测系统等构成。当分布式能源供应充足时，微电网社区实现内部自主交易，基本模型如图2 所示：天电网储能电站模块用户1用户2区块链智能合约交易池智能电表产消者1P V产消者2 P V产消者3P V用户n用户模块供需动态检测自主交易模块产消者n-P V产消者模块图2 微电网社区交易主体模型3.2 交易博弈模型实时电价主要由电力市场的供需关系，以及电力市场中的生产方、销售方、用户等相互之间的博弈决定。参考电力市场比较成熟的美国加州电价，然后结合国内实际情况建立实时电价模型，目的是提高微电网能源供应的经济效益和环境效益”。根据系统电力负荷的需求规律，分为峰、谷、平三种状态。表1 节点(含储能系统)购电与售电电价(元/k W h)时段谷时段平时段峰时段购电电价 售电电价0.1 70.1 30.4 90.3 80.8 30.6 5时段2 3:0 0 次日7:0 07:0 0 1 0:0 0、1 5:0 0 1 8:0 0和2 1:0 0 2 3:0 01 0:0 0 1 5:0 0 和1 8:0 0 2 1:0 00.9 00.8 00.7 00.6 0称售地抗匠0.5 00.4 00.3 00.2 0 _0.1 00.0 0时段/小时一购电电价-售电电价图3 博弈模型的分时电价图S O C 值在0.5 0.9 6 之间变化，其曲线在电价相对较低的时候上升，电价相对较高时下降；为了保护电池寿命，充放电速率受其S O C 水平约束，电价较高时，在峰值期的曲线下降速度比谷值期缓慢，电价低时比电价高时上升快1 0。4 个参考限值分别为S O C m a x、S O C h i g h、S O C l o w、S O C m i n,对应取值为9 0?7 0?5 0?3 0?其中S O C-m i n 与S O C m a x 之间为可工作范围，要求储能电池的S O C 应约束在这一范围内，理想的工作区域(5 0?0?S O C的最优区间，当S O C 进入工作预警区时应逐渐减缓电能供需速率，并连接大电网供电。为使储能电池的调度能够更加合理，在可工作区域中根据充放电过程设定各区域的单位调节成本，且满足r l r 2 r 3。例如目前处于S O C 偏高的工作预警区，若继续进行充电，对电池的损害较大，则需要耗费较高的单位调节成本；反之在此时放电则有助于S O C 接近工作理想区，仅需要耗费较低的调节成本。特殊情况有：当大电网断电时，储能电池可自动打开权限，此时的电池S O C 可使用量为9 6?表2 储能电池S O C 水平的调节成本S O C 量0 3 0%3 0?0%5 0?0%7 0?0%9 0?0 0%区域工作禁止区工作预警区工作理想区工作预警区工作禁止区放电I N Fr lr 2r 3I N F充电I N Fr 3r 2r lI N F其中，r l r 2 r 3。可工作范围如图4 所示：充电_r lr 2r 33 0%5 0%7 0%9 0%01 0 0%放电r 3r 2r l图4 充放电状态下的调节成本根据历史数据收集及参考，对微电网社区的设备参数进行设定，按照以下数据进行规划，并带到算法实例中，模拟进行仿真：表3 微电网群设备参数用户 用户 用户 用户 用户 用户设备参数储能123456P V 容量k WE S 容量/k W hE S 额定功率/k WE S 效率E S 初始S O CD E 额定功率/k W最大负荷/k W336 0 6 05 0 5 00.90.90.3 40.2 55 05 09 0 9 036 05 00.90.7 85 09 051 2 05 00.90.6 65 01 2 051 2 05 00.90.5 55 01 2 051 2 05 00.90.6 95 01 2 03 0 01 0 00.90.9一5 0 04 订单分配优化算法4.1 用户需求响应优化模型在针对的电力系统内部实现自主交易环境下，供给侧供应量与需求侧使用量之间的功率差额即为系统所需的补偿需求量，要求响应主体共同出力补偿。文中，记k 时段的补偿需求量为 P,由差额计算单元负责计算，系统的补偿需求计算方式如公式(1):P m=P+P-P l(1)式(1)中：P*指系统中光伏出力；P 是储能电站出力；P 是指微电网系统内的常规负荷出力。当P 0,整个系统的供需状态是需充电，从售电方(电网)向购电方(用户节点/储能装置)传输电能；当P 0,供需状态是可放电，从购电方向售电方传输电能，实现反向充电。微电网系统在正常运行状态下可实现电力自给自足，在有富余发电情况下还可反输电网。1 1 5（1）用户满意度模型用户满意度分别由需求响应满意度和供电满意度构成。需求响应满意度要求负荷需求被及时满足时，需求响应转移的负荷量越少满意度越高；供电满意度基于“自发作用，余量上网”的光伏政策，光伏发电就地使用，减少外送。如果本地用户的负荷都是由分布式家庭光伏系统提供的，则供电满意度最高。Ssup=Ppv+PstorePload（2）式（2）中，Ssup表示供电满意度；Ppv表示时段内光伏发电的总量；Pstore表示储能供电总量。满意度虽然不作为最终的优化目标，但是会对优化过程起到一定的约束。并且在最终的结果分析过程中，满意度会作为一个重要的参考因素。（2）迫切水平模型节点网络中，各响应主体基于区块链技术对系统补偿需求量进行自动响应。ELN 系统中，对于任意响应主体i(iN)，其响应能力的大小直接取决于自身当前电池状况及预期的离网时间等。考虑到系统补偿量有正、负两种状态，进一步，用用户节点和储能节点的充、放电迫切水平分别表征响应主体响应系统的补偿需求能力。用户节点的迫切水平：Udisi,k=PmaxPi,kT-Ei,kQnomi（3）Uchargei,k=1Udisi,k（4）式（3）中：式中：T表示当前k时段；Ei,k表示响应主 体 i 在 k 时 段 仍 需 补 充 的 能 量，表 征 形 式 为Ei,k=()SEi-Si,kQnomi，其中，Si,k表示响应主体i在k时段的SOC 水平；pi,k表示功率交换效率，与功率交换方向有关：当Pi,k0时，pi,k=c；Pi,k 0时，pi,k=1/d。其中，c和d分别表示储能电池的充、放电效率。储能的迫切水平：Udisi,k=SOCmax-SOCi,kUchargei,k=SOCi,k-SOCmin（5）其中，节点 i 在 k 时段仍需补充的能量Ei,k=(SOCE-SOCi,k)Qnomi；当前k+1时段SOC水平为SOCi,k+1=SOCi,k+Pi,kTQnomi（6）综上可得，各节点自动调节公式：当Qi,k 0.7Qnomi，可充电，Pi,k+1=Pi,k+i-Uchargei,k-Pi,kB+（1-Ssup)Pi,k（7）当Qi,k 0.5Qnomi，可放电，Pi,k+1=Pi,k+iUdisi,k-Pi,kB-(1-Ssup)Pi,k（8）节点的调节成本CES：CES=QnomiT rESi SOC+Lloss(i,j)（9）Pi,k+1是节点匹配中各节点的可行顶标的更新值，初值为Pi,k；调节成本CES是权重值，每次取最新值。将各值代入节点匹配函数中，即可得匹配结果及转移功率。4.2求解目标函数及约束条件根据订单优化算法，建立如下目标函数，以最小交易费用为目标进行求解，采用智能算法来求解。min F=mini=13j=14sijxijs.t.j=14sij ai;i=13xij=bj;sij 0;（10）放电节点：每个节点的交易电量应小于该节点可放电量j=14sij ai。充电节点：每个节点的交易电量应等于该节点的需求电量i=13xij=bj。根据SOC水平是否在可工作区域，决定能否进入交易池；若可进入交易池，将充电方和放电方分配到 x方和 y方，根据KM算法的分配规则，并考虑调节成本，将充放电节点用户进行匹配。根据匹配结果得出的最佳传输方式，对应用户或系统签订智能合约，按照合约进行电力交易，交易完成后，智能合约自动确认交易结束，将双方存放的代币进行转移，并退回保证金。图5是采用lingo优化软件进行仿真的流程。图5基于区块链技术的自主交易流程图116通信与信息技术 2 0 2 3 年第6 期(总第2 6 6 期)(1)用户满意度模型用户满意度分别由需求响应满意度和供电满意度构成。需求响应满意度要求负荷需求被及时满足时，需求响应转移的负荷量越少满意度越高；供电满意度基于“自发作用，余量上网”的光伏政策，光伏发电就地使用，减少外送。如果本地用户的负荷都是由分布式家庭光伏系统提供的，则供电满意度最高。S=(2)式(2)中，S 表示供电满意度；P 表示时段内光伏发电的总量；P 表示储能供电总量。满意度虽然不作为最终的优化目标，但是会对优化过程起到一定的约束。并且在最终的结果分析过程中，满意度会作为一个重要的参考因素。(2)迫切水平模型节点网络中，各响应主体基于区块链技术对系统补偿需求量进行自动响应。E L N 系统中，对于任意响应主体i(ie N),其响应能力的大小直接取决于自身当前电池状况及预期的离网时间等。考虑到系统补偿量有正、负两种状态，进一步，用用户节点和储能节点的充、放电迫切水平分别表征响应主体响应系统的补偿需求能力。用户节点的迫切水平：u=(3)u t=(4)式(3)中：式中：A T 表示当前k 时段；E 表示响应主体i 在k 时段仍需补充的能量，表征形式为E?=(s-S)Q.,其中，S,表示响应主体i 在k 时段的S O C 水平；k 表示功率交换效率，与功率交换方向有关：当P 0 时，=;P?0 时，n=1 n。其中，和分别表示储能电池的充、放电效率。储能的迫切水平：(5)其中，节点i 在k 时段仍需补充的能量E=(S O C?-S O C)Q当前k+1 时段S O C 水平为s o c.=S 0 c a+(6)综上可得，各节点自动调节公式：当Q x 0.7 Q;,可充电，P+i=P a+4?-U k-P?B+(1-S)P(7)当Q?0.5 Q,可放电，P+?=P a+q;U x-P?B-(1-S)P 节点的调节成本C s:C E s=Q?T r E s S O C+L(i j)(8)(9)P 是节点匹配中各节点的可行顶标的更新值，初值为P u;调节成本C?是权重值，每次取最新值。将各值代入节点匹配函数中，即可得匹配结果及转移功率。4.2 求解目标函数及约束条件根据订单优化算法，建立如下目标函数，以最小交易费用为目标进行求解，采用智能算法来求解。m i n F=m i n*a(1 0)=6;S 0;放电节点：每个节点的交易电量应小于该节点可放电a量充电节点：每个节点的交易电量应等于该节点的需求=h,电量根据S O C 水平是否在可工作区域，决定能否进入交易池；若可进入交易池，将充电方和放电方分配到x 方和y方，根据K M 算法的分配规则，并考虑调节成本，将充放电节点用户进行匹配。根据匹配结果得出的最佳传输方式，对应用户或系统签订智能合约，按照合约进行电力交易，交易完成后，智能合约自动确认交易结束，将双方存放的代币进行转移，并退回保证金。图5 是采用l i n g o 优化软件进行仿真的流程。开始江V放电东电业否9 0 C 水平大于9 0 C 水平小于我量 5 0%?B 量 7 0%?退出是是进入交易泡，向全网广据需充放电量图求：放电玻献值为x。充电方为y业各节点充故电需求电量作为可行项标I x(i)、I y(i),匹配转移所胃成本为权重a(a.y)业依次从x 方节点遍历增广路，松融变 s l a c k j)-I N F卫D-m i n|s b x k O h I t e(O-l y-是w(x,y)x D)-b i P m(a y)?s+-d;否T更新可行项标k 间，p G)否已遍历完?s u c k-d;是虽否有未匹配匹配或功，签订智能合的。双方缴纳保证金。转移对应交易功率判断该功率增量是否在规定范围内?山是交易完成，湖回双方保证金退出图5 基于区块链技术的自主交易流程图1 1 64.3智能合约智能合约是由开发者针对具体流程制定的合约式计算机程序，配售电双方节点在交易池中发布智能合约信息，由订单匹配优化算法进行节点匹配，双方同意并签订智能合约后，程序将自动执行16。智能合约信息以智能电表为依托，将购售双方节点的交易信息存储在区块链账本上，自动记录和交换交易信息，并自动完成智能合约的条款。同时，分布式多边自主交易智能合约应符合 3 项原则17，即：（1）任何产消者均可自愿发布至交易池并参与自主交易；（2）产消者的