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将区块链技术应用于主动配电网电力市场,可优化交易决策

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电子工程学院电力安全与高效湖北省重点实验室、国网河南省电力公司电力科学研究院的研究人员叶畅、苗世洪、刘昊、张迪、赵健,在2020年第8期《电工技术学报》上撰文,通过分析主动配电网中各电力交易主体的行为特征,建立基于联盟区块链的电力市场交易体系。

该体系将各电力交易主体预授权为半开放的本地节点,通过动态选取联盟节点,可实现交易数据分布式存储并无需设置额外的第三方监管机构。同时基于上述交易体系,提出联盟链框架下主动配电网电力交易的详细认证方法。进而在此基础上,建立基于合作演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。模型求解结果可作为生成智能合约的依据,最终实现联盟链框架下主动配电网电力交易的决策优化。

将区块链技术应用于主动配电网电力市场,可优化交易决策
  近年来,主动配电网(Active Distribution Net- work, ADN)成为智能配电网未来重要的发展模式和方向,在其优化调度和能量管理方面学者已进行了大量研究工作。在目前的调度模式中,通常主动配电网对分布式电源具有绝对调度权,同时优化目标大都选取主动配电网利益最优。

随着我国电力体制改革进一步深化,电网运营方式逐渐向市场化转变。配电网中大量的分布式电源由新能源供应商投资建设,可独立地向用户供电。同时,各类需求侧响应资源通过负荷聚合商的整合,不仅可以有效地发掘负荷资源,还可以提供市场需要的辅助服务产品。这些机构在主动配电网中形成了独立的利益主体,其运行需考虑自身收益。因此,仅站在电网利益角度考虑的调度模式将不能适应目前主动配电网运行的新环境。

在深化改革后的电力市场,相关利益主体增多、交易种类多样化、合同规则复杂化,对交易结算的管理及数据的风险防范都提出了更高要求。随着“互联网+”新业态的发展,区块链作为一种新型的信息化技术,能够对具备数字化能力的业务系统交易提供重要支撑。因此,区块链技术在近年来逐渐被引入到能源系统中。

有学者基于分布式安全框架,提出了多种区块链技术的实际适用场景。有学者则基于区块链的基本架构和特征,对区块链在能源系统中的应用方式进行了系统总结,并对其在电力体制改革中的应用前景进行了展望。

在此基础上,有学者初步探索了区块链框架下能源互联网多模块协同自治模式,并提出了区块链框架下能源互联网发展的关键技术。以上研究大都是从应用模式和整体框架上对区块链技术在能源系统中的应用进行探索和分析,较少涉及到具体问题的解决。

在以上研究的基础上,有学者从信息公开透明化、去中心化、动态化、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之间的契合关系,并建立了区块链技术下局域多微电网市场竞争博弈模型,对区块链技术在电力市场的实际应用模式进行了探索。

与此同时,在市场环境下各电力交易主体共同参与主动配电网电力市场竞争,其运营目标通常为自身收益最高。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途径,其在电力市场中的应用已具有一定的研究基础。

有学者利用非合作静态博弈模型,研究了电网公司、新增供电实体与用户之间的市场竞争关系。有学者在考虑需求侧响应的同时,建立了主动配电网多利益主体完全信息动态博弈模型。有学者引入多代理系统,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。有学者则针对光伏微电网群,提出了一种基于合作博弈的电力市场交易模型。

在此基础上,研究者还对传统博弈论进行了延展,如有学者采用主从博弈模型研究了多个发电商与多个大用户之间的双边合同交易。有学者则引入灰色理论,建立了电力市场辅助报价决策的灰色博弈模型。

上述博弈模型均是在假定决策参与人具有完全理性的前提下进行的,事实上,对于实际电力市场博弈而言,各种随机因素都会影响到最终策略,博弈决策参与人往往仅具有有限理性。在此背景下,演化博弈论逐渐应用于电网运营分析。

有学者基于演化博弈理论,分析了发电商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。有学者将演化博弈理论和协同进化算法相结合,分析了微网和配电网互动运行时的经济效益。然而,利用演化博弈论分析主动配电网电力市场运营机制的研究并不多见,同时用以求解演化博弈模型的算法仍有待进一步研究。

因此,为了解决传统电力交易模式中存在的交易数据集中化、监管机构中心化等问题,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电力交易中,并运用演化博弈理论,研究各电力交易主体间的合作演化策略,以实现各主体收益的优化。

将区块链技术应用于主动配电网电力市场,可优化交易决策
  图1 联盟链框架下主动配电网电力市场交易体系

首先引入联盟区块链,分析了其与主动配电网电力交易的契合关系,同时建立了基于联盟区块链的电力市场交易体系。在此交易体系下,分析了主动配电网电力市场各交易主体的收益/成本模型,进而建立了同时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之间的认证及交易过程。最后采用基于分解的多目标进化算法对模型进行了求解。所提联盟链框架下主动配电网电力交易主体合作演化策略,不仅可实现交易数据分布式存储并无需设置第三方监管机构,同时还能实现各主体间利益的合理分配。

算例结果表明,该模型可反映配电网各电力交易主体市场行为的动态演化过程,所得优化策略可作为电力交易中智能合约生成的依据,最终实现联盟链框架下主动配电网电力交易的决策优化。

以上研究成果发表在2020年第8期《电工技术学报》,论文标题为“联盟链框架下主动配电网电力交易主体合作演化策略”,作者为叶畅、苗世洪、刘昊、张迪、赵健。

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