一种多产消者参与的市场化运行建立的日前能量调度平台

摘要

本发明公开了一种针对多产消者参与的市场化运行建立的日前能量调度平台，先建立产消者的资源量化模型，并对产消者节点提出功率约束；再建立以产消者群体成本最低为目标的数学模型，通过求解电能计划函数拉格朗日解耦原理分解为子目标后各产消者分别通过次梯度法求解；之后，建立价格更新函数，产消者根据购售电信息更新价格并记录于新的辅助区块中，价格信息与购售电信息的交互通过辅助区块链完成；最后，通过智能合约达成共识，形成日前计划，最终交易结果将存入内容可追溯的区块链账单中。

说明书

技术领域

本发明属于区块链领域，具体涉及一种针对多产消者参与的市场化运行建立的日前能量调度平台。

背景技术

随着可再生能源发电技术及相关产业的进步以及新一轮电力体制改革的有序推进，拥有独立决策能力的产消者将大量涌入售电侧市场参与竞争。已有文献指出对产消者进行合理资源调度和能量管理可以实现局部电能共享，具有能源就地消纳、配网扩容、降低运行成本的优点。

然而，配网交易中一个关键问题在于如何设计灵活、有效的交易机制，实现能源资源的有效配置。随着交互能源(transactive energy，TE)机制引入电力系统市场化运行，产消者可以利用市场激励规则，通过价值信号协调优化调度和控制集群产消者参与电力市场运行。由于配网中产消者数量庞大，单笔交易规模小，配网传统的集中式交易会面临运行效率低、决策耗时长的问题，而TE机制支撑的点对点模式(peer-to-peer，P2P)市场交易运行可以通过合理的机制使产消者进行自管理运行，从而避免产消者集中运算乏力的问题。

P2P交易运行策略针对日前与实时两个阶段的不同特征主要分为两类：其一是包括拉格朗日松弛法和乘子交替方向法在内的P2P直接交易策略，这种基于对偶价格变量更新的策略在实际中可以直接形成产消者功率计划与交易价格。但是由于算法迭代次数较多，运算时间过长，不适用于电力市场实时运行；其二是基于经济机制设计理论，以VCG(vickrey-clarke-groves)机制、连续拍卖理论、均衡占优策略为代表的智能合约实现终端用户P2P多边交易运行，具有决策时间短、信任成本低的特点，可以解决产消者的自利性对交易公平性、用户隐私性以及无歧视性带来的不利影响。

为保证配网的安全、高效运行，可以在配网交易中引入区块链技术实现去中心化管理运行。区块链是通过密码学串接并保护的分布式数据库，它不易篡改且由全体成员维护数据，因而具有很高的安全性和透明性。近年来，能源领域一直被认为是区块链技术最具发展前景的领域之一，能源交易、辅助服务、信用评价等均为区块链可能应用的场景。由于区块链技术可以有效解决能量交易中常常出现产消者隐私信息暴露问题以及产消者与交易平台之间的信任问题，学术界关于区块链在配网交易中的讨论已掀起热潮。因此，如何使用区块链技术来支撑去中心化电能交易机制仍是一个重要的科学问题。

本发明的目的在于，在分布式资源比例在配电网中不断提高的情形下，为电改背景下拥有源荷二重属性的高自利性产消者提供低信任成本的交易平台和经济性高的交易方法。

发明内容

本发明提供了一种针对多产消者参与的市场化运行建立的日前能量调度平台。

步骤A.建立产消者的资源量化模型，并对产消者节点提出功率约束。

步骤B.建立以产消者群体成本最低为目标的数学模型，通过求解电能计划函数拉格朗日解耦原理分解为子目标后各产消者分别通过次梯度法求解。

步骤C.建立价格更新函数，产消者根据购售电信息更新价格并记录于新的辅助区块中，价格信息与购售电信息的交互通过辅助区块链完成。

步骤D.通过智能合约达成共识，形成日前计划，最终交易结果将存入内容可追溯的区块链账单中。

优选的，在步骤A中，对含有PV和微型燃气轮机的两种分布式能源建立产消者的资源量化模型，并对产消者节点提出功率约束。对于区块链中全部产消者集群N

光伏发电系统的发电成本主要受制于设备成本、使用寿命以及日照水平，在不考虑通货膨胀率等经济因素的前提下其成本模型如下：

微型燃气轮机是一种以燃料和空气为介质，利用燃烧形成的高温高压燃气推动轮机做功。一般微型燃气轮机发电机组采用永磁发电机输出交流电。其成本模型如下：

为保证线路安全，需要为产消者在交易中购买和售出的能量进行约束。

对于每个产消者，对于任意时段的功率计划应满足如下功率平衡约束：

对于全体产消者集群，在任意时段应该满足产消者功率平衡约束条件。即在任一时段产消者群体售出电能的总和应该等于全体产消者中从其他产消者购电电量总和，如下：

更优选的，在步骤B中，产消者在完成自身发用电计划的同时。可以从电网购电或通过P2P直接交易从其他产消者处购电；相对地，产消者发电除满足自身需求外，可以产生多余电最通过P2P直接交易向其他产消者售出。日前交易模型以第m个产消者的能量交易为例进行阐述，产消者的总数为N

此数学优化模型是一个包括公共等式约束与不等式约束的凸函数最小值优化问题。可以应用拉格朗日乘子法(Lagrange multiplier)解决，使用公共约束引入拉格朗日乘子η

上式优化模型求解可利用拉格朗日对偶分解原理，将产消者总体用电成本最小的优化问题分解成以各个产消者自身用电成本最小为目标的N

再进一步优选地，在步骤C中，建立价格更新函数，用于产消者根据购售电信息更新价格并记录于新的辅助区块中。其数学原理如下：

日前辅助区块链可以借助辅助链可以追溯日前交易竞争运算阶段的全部时段的拉格朗日乘子运算结果，使得产消者可以以上一轮日前交易最终价格为本轮初始价格且使议价过程具有了可追溯性。可以看到在日前交易阶段各个节点之间互相交互的信息只有各自的购售电计划和电价的迭代运算结果；产消者的设备参数和发电计划等信息只在本地进行运算，这也降低了产消者用户隐私信息泄露的风险。辅助链中难度系数和随机数用于保障体系的安全性。辅助区块标记用于区别辅助链和区块链账单。

最优选的，在步骤D中，当各产消者节点对乘子的迭代结果达成共识后，根据PoW(Proof of work，工作量证明)原则选定节点对交易信息进行打包，放入区块账单中。

附图说明

图1是本发明针对多产消者参与的市场化运行建立的日前能最调度平台方法流程图；

图2是本发明中日前辅助区块链；

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明。图1是本发明针对多产消者参与的市场化运行建立的日前能量调度平台方法流程图，本发明中日前辅助区块链情况在图2中展示。本发明建立了产消者的资源量化模型，其次提出了P2P日前合约，产消者通过拉格朗日解耦原理和次梯度法对电能计划函数进行求解，期间根据价格更新函数在辅助区块链上实现信息交互，充分保护了用户的隐私安全，最终日前交易结果将存入内容可追溯的区块链账单中。

步骤A：对含有PV和微型燃气轮机的两种分布式能源建立产消者的资源最化模型，并对产消者节点提出功率约束。

步骤A1：建立PV光伏模型。对于区块链中全部产消者集群N

其中，

光伏发电系统的发电成本主要受制于设备成本、使用寿命以及日照水平，在不考虑通货膨胀率等经济因素的前提下其成本模型如下：

其中，

步骤A2：建立微型燃气轮机模型。微型燃气轮机是一种以燃料和空气为介质，利用燃烧形成的高温高压燃气推动轮机做功。一般微型燃气轮机发电机组采用永磁发电机输出交流电。其成本模型如下：

其中，

步骤A3：产消者节点功率约束。为保证线路安全，需要为产消者在交易中购买和售出的能量进行约束。

式中

对于每个产消者，对于任意时段的功率计划应满足如下功率平衡约束：

其中

对于全体产消者集群，在任意时段应该满足产消者功率平衡约束条件。即在任一时段产消者群体售出电能的总和应该等于全体产消者中从其他产消者购电电量总和，如下所示：

步骤B：建立以产消者群体成本最低为目标的数学模型，通过求解电能计划函数拉格朗日解耦原理分解为子目标后各产消者分别通过次梯度法求解。

步骤B1：建立电能计划函数，用于求解产消者日前电能计划。其数学模型如下：

式中第一行为产消者m从电网中购电的成本。在确定预测购电价时需要考虑在日前市场中产消者提交的发用电计划对最终市场出清电价的影响，本文中采用节点总功率和敏感系数对产消者群体参与市场后的购电价进行修正。t时段的修正电价如下所示：

y

其中y

公式(10)中

步骤B2：应用拉格朗日乘子法(Lagrange multiplier)解决，使用公共约束 (9)对(10)引入拉格朗日乘子η

步骤B3：公式(12)的求解可利用拉格朗日对偶分解原理，将产消者总体用电成本最小的优化问题分解成以各个产消者自身用电成本最小为目标的N

步骤C：建立价格更新函数，产消者根据购售电信息更新价格并记录于新的辅助区块中，价格信息与购售电信息的交互通过辅助区块链完成。

步骤C1：建立价格更新函数，用于产消者根据购售电信息更新价格并记录于新的辅助区块中。其数学原理如下：

式(14)中，k表示拉格朗日乘子的迭代次数，α

|η

式中ε

步骤C2：依据价格更新函数，产消者根据购售电信息更新价格并记录于新的辅助区块中。借助辅助链可以追溯日前交易竞争运算阶段的全部时段的拉格朗日乘子运算结果，使得产消者可以以上一轮日前交易最终价格为本轮初始价格且使议价过程具有了可追溯性。可以看到在日前交易阶段各个节点之间互相交互的信息只有各自的购售电计划和电价的迭代运算结果；产消者的设备参数和发电计划等信息只在本地进行运算，这也降低了产消者用户隐私信息泄露的风险。辅助链中难度系数和随机数用于保障体系的安全性。辅助区块标记用于区别辅助链和区块链账单。

步骤D：通过智能合约达成共识，形成日前计划，最终交易结果将存入内容可追溯的区块链账单中。

步骤D1：产消者的EMS(之后简称为产消者1)根据自身发用电特性及辅助链中得到的初始价格对式(13)进行优化求解，得到自身各时段的日前发用电计划与购售电计划；并将购售电计划进行加密广播确认。

步骤D2：产消者1汇总产消者和消费者广播的购售电计划，与其他各节点竞争计算同一目标公式(14)，根据供需关系更新各时段的交易电价；优先完成计算并达成共识者将更新的电价(拉格朗日乘子)打包成辅助链区块的新区块。

步骤D3：产消者1判断辅助链中当下区块的电价是否满足收敛条件式(15)；若未达到收敛条件则回到协作运算阶段根据新的价格进行下一轮迭代计算；若满足收敛条件则得到最终的日前电能计划及电价。

步骤D4：产消者1根据用电计划制定交易账单，与其他产消者竞争PoW计算，优先完成共识的节点将交易信息打包计入区块链账单并获得一定打包奖励。

相较于现有技术，本发明具有如下优点：

1.TE机制支撑的点对点模式(peer-to-peer，P2P)市场交易运行可以通过合理的机制使产消者进行自管理运行，从而避免产消者集中运算乏力的问题。

2.区块链是通过密码学串接并保护的分布式数据库，它不易篡改且由全体成员维护数据，因而具有很高的安全性和透明性，可以有效解决能量交易中常常出现产消者隐私信息暴露问题以及产消者与交易平台之间的信任问题。在配网交易中引入区块链技术可以实现去中心化管理运行，保证配网的安全、高效运行。

3.通过将产消者群体总成本最小的目标函数解耦成以各产消者自身成本最小为目标的子问题，在降低求解难度的同时，也提高了产消者自身利益，保护了用户隐私安全。

4.此模型解决了高比例分布式能源的配网环境下的功率就地平衡问题，通过求解过程中各方的集体共识实现区块链平台下能量交易的低信任成本，此外，区块链账单内容的可追溯性和方便完善的结算功能也是所提机制的优势所在。