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  • 頭條將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于主動配電網(wǎng)電力市場,可優(yōu)化交易決策
    2021-05-28 作者:葉暢 苗世洪 等  |  來源:《電工技術(shù)學(xué)報》  |  點擊率:
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    導(dǎo)語傳統(tǒng)電力交易模式中,集中化的交易數(shù)據(jù)以及中心化的監(jiān)管機構(gòu)會帶來數(shù)據(jù)安全性較低、監(jiān)管機構(gòu)信任危機等問題,區(qū)塊鏈技術(shù)的興起和發(fā)展為解決上述問題提供新的思路和方法。華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院強電磁工程與新技術(shù)國家重點實驗室、華中科技大學(xué)電氣與電子工程學(xué)院電力安全與高效湖北省重點實驗室、國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院的研究人員葉暢、苗世洪、劉昊、張迪、趙健,在2020年第8期《電工技術(shù)學(xué)報》上撰文,通過分析主動配電網(wǎng)中各電力交易主體的行為特征,建立基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的電力市場交易體系。 該體系將各電力交易主體預(yù)授權(quán)為半開放的本地節(jié)點,通過動態(tài)選取聯(lián)盟節(jié)點,可實現(xiàn)交易數(shù)據(jù)分布式存儲并無需設(shè)置額外的第三方監(jiān)管機構(gòu)。同時基于上述交易體系,提出聯(lián)盟鏈框架下主動配電網(wǎng)電力交易的詳細(xì)認(rèn)證方法。進(jìn)而在此基礎(chǔ)上,建立基于合作演化博弈的主動配電網(wǎng)電力交易優(yōu)化模型,并采用基于分解的多目標(biāo)進(jìn)化算法進(jìn)行求解。模型求解結(jié)果可作為生成智能合約的依據(jù),最終實現(xiàn)聯(lián)盟鏈框架下主動配電網(wǎng)電力交易的決策優(yōu)化。

    近年來,主動配電網(wǎng)(Active Distribution Net- work, ADN)成為智能配電網(wǎng)未來重要的發(fā)展模式和方向,在其優(yōu)化調(diào)度和能量管理方面學(xué)者已進(jìn)行了大量研究工作。在目前的調(diào)度模式中,通常主動配電網(wǎng)對分布式電源具有絕對調(diào)度權(quán),同時優(yōu)化目標(biāo)大都選取主動配電網(wǎng)利益最優(yōu)。

    隨著我國電力體制改革進(jìn)一步深化,電網(wǎng)運營方式逐漸向市場化轉(zhuǎn)變。配電網(wǎng)中大量的分布式電源由新能源供應(yīng)商投資建設(shè),可獨立地向用戶供電。同時,各類需求側(cè)響應(yīng)資源通過負(fù)荷聚合商的整合,不僅可以有效地發(fā)掘負(fù)荷資源,還可以提供市場需要的輔助服務(wù)產(chǎn)品。這些機構(gòu)在主動配電網(wǎng)中形成了獨立的利益主體,其運行需考慮自身收益。因此,僅站在電網(wǎng)利益角度考慮的調(diào)度模式將不能適應(yīng)目前主動配電網(wǎng)運行的新環(huán)境。

    在深化改革后的電力市場,相關(guān)利益主體增多、交易種類多樣化、合同規(guī)則復(fù)雜化,對交易結(jié)算的管理及數(shù)據(jù)的風(fēng)險防范都提出了更高要求。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”新業(yè)態(tài)的發(fā)展,區(qū)塊鏈作為一種新型的信息化技術(shù),能夠?qū)邆鋽?shù)字化能力的業(yè)務(wù)系統(tǒng)交易提供重要支撐。因此,區(qū)塊鏈技術(shù)在近年來逐漸被引入到能源系統(tǒng)中。

    有學(xué)者基于分布式安全框架,提出了多種區(qū)塊鏈技術(shù)的實際適用場景。有學(xué)者則基于區(qū)塊鏈的基本架構(gòu)和特征,對區(qū)塊鏈在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用方式進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié),并對其在電力體制改革中的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

    在此基礎(chǔ)上,有學(xué)者初步探索了區(qū)塊鏈框架下能源互聯(lián)網(wǎng)多模塊協(xié)同自治模式,并提出了區(qū)塊鏈框架下能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)。以上研究大都是從應(yīng)用模式和整體框架上對區(qū)塊鏈技術(shù)在能源系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行探索和分析,較少涉及到具體問題的解決。

    在以上研究的基礎(chǔ)上,有學(xué)者從信息公開透明化、去中心化、動態(tài)化、安全性和獎懲機制五個方面分析了區(qū)塊鏈技術(shù)與電力市場競爭博弈之間的契合關(guān)系,并建立了區(qū)塊鏈技術(shù)下局域多微電網(wǎng)市場競爭博弈模型,對區(qū)塊鏈技術(shù)在電力市場的實際應(yīng)用模式進(jìn)行了探索。

    與此同時,在市場環(huán)境下各電力交易主體共同參與主動配電網(wǎng)電力市場競爭,其運營目標(biāo)通常為自身收益最高。博弈論作為一種先進(jìn)的優(yōu)化工具,為多決策主體優(yōu)化問題提供了新的解決途徑,其在電力市場中的應(yīng)用已具有一定的研究基礎(chǔ)。

    有學(xué)者利用非合作靜態(tài)博弈模型,研究了電網(wǎng)公司、新增供電實體與用戶之間的市場競爭關(guān)系。有學(xué)者在考慮需求側(cè)響應(yīng)的同時,建立了主動配電網(wǎng)多利益主體完全信息動態(tài)博弈模型。有學(xué)者引入多代理系統(tǒng),建立了電網(wǎng)運營商、能源供應(yīng)商和用戶之間的合作博弈模型。有學(xué)者則針對光伏微電網(wǎng)群,提出了一種基于合作博弈的電力市場交易模型。

    在此基礎(chǔ)上,研究者還對傳統(tǒng)博弈論進(jìn)行了延展,如有學(xué)者采用主從博弈模型研究了多個發(fā)電商與多個大用戶之間的雙邊合同交易。有學(xué)者則引入灰色理論,建立了電力市場輔助報價決策的灰色博弈模型。

    上述博弈模型均是在假定決策參與人具有完全理性的前提下進(jìn)行的,事實上,對于實際電力市場博弈而言,各種隨機因素都會影響到最終策略,博弈決策參與人往往僅具有有限理性。在此背景下,演化博弈論逐漸應(yīng)用于電網(wǎng)運營分析。

    有學(xué)者基于演化博弈理論,分析了發(fā)電商在競價過程中競價策略的動態(tài)演化過程及其演化穩(wěn)定策略。有學(xué)者將演化博弈理論和協(xié)同進(jìn)化算法相結(jié)合,分析了微網(wǎng)和配電網(wǎng)互動運行時的經(jīng)濟效益。然而,利用演化博弈論分析主動配電網(wǎng)電力市場運營機制的研究并不多見,同時用以求解演化博弈模型的算法仍有待進(jìn)一步研究。

    因此,為了解決傳統(tǒng)電力交易模式中存在的交易數(shù)據(jù)集中化、監(jiān)管機構(gòu)中心化等問題,華中科技大學(xué)等單位的研究人員將區(qū)塊鏈技術(shù)引入到主動配電網(wǎng)電力交易中,并運用演化博弈理論,研究各電力交易主體間的合作演化策略,以實現(xiàn)各主體收益的優(yōu)化。

    將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于主動配電網(wǎng)電力市場,可優(yōu)化交易決策

    圖1 聯(lián)盟鏈框架下主動配電網(wǎng)電力市場交易體系

    首先引入聯(lián)盟區(qū)塊鏈,分析了其與主動配電網(wǎng)電力交易的契合關(guān)系,同時建立了基于聯(lián)盟區(qū)塊鏈的電力市場交易體系。在此交易體系下,分析了主動配電網(wǎng)電力市場各交易主體的收益/成本模型,進(jìn)而建立了同時包含信息交互和決策優(yōu)化的主動配電網(wǎng)電力市場整體交易模型,并詳細(xì)研究了各主體之間的認(rèn)證及交易過程。最后采用基于分解的多目標(biāo)進(jìn)化算法對模型進(jìn)行了求解。所提聯(lián)盟鏈框架下主動配電網(wǎng)電力交易主體合作演化策略,不僅可實現(xiàn)交易數(shù)據(jù)分布式存儲并無需設(shè)置第三方監(jiān)管機構(gòu),同時還能實現(xiàn)各主體間利益的合理分配。

    算例結(jié)果表明,該模型可反映配電網(wǎng)各電力交易主體市場行為的動態(tài)演化過程,所得優(yōu)化策略可作為電力交易中智能合約生成的依據(jù),最終實現(xiàn)聯(lián)盟鏈框架下主動配電網(wǎng)電力交易的決策優(yōu)化。

    以上研究成果發(fā)表在2020年第8期《電工技術(shù)學(xué)報》,論文標(biāo)題為“聯(lián)盟鏈框架下主動配電網(wǎng)電力交易主體合作演化策略”,作者為葉暢、苗世洪、劉昊、張迪、趙健。