面向分布式主体的可交易能源系统：体系架构、机制设计与关键技术

随着大量分布式能源接入配电网,电力系统的安全稳定经济运行进一步受到挑战。可交易能源被视为有望促进系统供需平衡的机制而得到各国学者的广泛关注。综合分布式能源现有技术的发展,将可交易能源机制限定在配电网层面,面向终端用户、电源、储能等分布式主体。在该机制下,分布式主体可直接交易互动,形成去中心化的扁平交易体系,能够通过实时电价引导交易,实现成员收益和系统整体利益的激励相容。首先阐述了面向分布式主体可交易能源系统的概念、特性和意义。进而系统全面地设计了可交易能源系统的体系架构和交易机制,呈现了可交易能源系统具体的运行方式,并分析了相关主体的效益。最后,从系统运行要求出发简述了关键技术,如智能决策系统、区块链等。     

多售电主体点对点交易模式及其动态过网费机制

随着售电侧的放开,分布式发电与售电公司一同竞争形成多售电主体交易市场.现有交易模式存在过网费统一定价难以公平应对不同交易对电网运行成本的影响、集中式交易难以高效且经济地处理大量分布式交易等诸多弊端,因而建立合理的交易模式尤为重要.为此,文中探讨了动态过网费机制下多售电主体点对点交易模式.针对点对点交易小量、高频特性,建立基于灵敏度系数的动态过网费min-max问题并求解.利用连续双向拍卖的匹配机理,考虑售电主体提供的普遍-定制服务,提出计及动态过网费的2次连续双向拍卖多轮交易机制.多轮交易中,针对每一轮交易提出实时滚动的网络校核方法.考虑交易双方心理行为,提出改进型失望-后悔规避理论进行报价更新.仿真结果表明,所提动态过网费机制能够针对每笔交易特性更加合理地分摊电网运行成本,且设计的点对点交易机制可安全、经济、高效地实现计及动态过网费的多边竞价交易.     

适用于电力系统凸优化场景的能源区块链底层技术

在分布式电源等新兴主体大量涌入电力系统的新形势下,区块链为解决不同主体间的信任问题提供了新的解决方案。然而,现有的区块链技术存在计算能力低、运行成本高、功能过于简单等问题,与高维度、大规模的电力系统优化运行难以兼容。该文利用电力系统优化问题求解困难、验证简单的特点,提出了一种以凸优化证明共识机制为核心的新型能源区块链底层技术,解决了将区块链应用于电力系统复杂优化场景的技术瓶颈。然后,以含高比例可再生能源配电系统分布式能源交易问题为例,阐述了新型能源区块链技术的应用方法。模拟测试表明,所提出的能源区块链底层技术可以满足配网分布式电源交易场景对安全性、开放性、吞吐量等性能的要求,为设计新一代能源区块链提供了参考。     

基于源荷双侧主从博弈的园区综合能源系统运行优化策略

园区综合能源系统优化运行需兼顾不同主体利益,但传统集中式优化方法难以描述各主体之间的交易互动。本文提出了一种基于源荷双侧主从博弈的园区综合能源系统运行优化策略。首先,构建了以能源供应商(源侧)、园区服务商和园区用户(荷侧)为主体的园区综合能源系统整体框架;其次,建立了3个主体的详细模型;然后,利用Stackelberg博弈方法分析源、荷两侧的能源供应商、园区服务商与园区用户之间的交易互动,并以能源供应商、园区服务商各自收益最大和园区用户综合成本最小为目标,求解源、荷双侧博弈的纳什均衡点;最后,通过算例仿真,验证了所提方法能够有效提高系统中各主体的经济收益。     

基于改进Myerson值法的云储能双层优化运营模型

为深度挖掘集中式共享储能与分布式储能的在未来新型能源结构中的作用,提出了一种考虑多主体价值协同的云储能双层优化运营模型。首先,建立了综合利用共享储能规模效应和分布式储能用户互补性的云储能双层模型。其中,上层目标函数为考虑共享储能全生命周期成本的日经济效益最优;下层以用户联盟日运行成本最低为目标,并通过目标级联分析法（ATC）双层并行优化求解。为兼顾各参与主体利益及实现路径,提出改进Myerson值法解决链式联盟成本分摊和用户群带来的维数灾问题。最后,仿真结果表明,该模型可进一步提升社会整体层面上对清洁能源的消纳能力,且所提成本分摊方法能实现多方共赢,为未来用户侧大规模储能应用提供参考。     

考虑源荷互动的综合能源社区分布式优化

随着能源市场的改革,社区综合能源系统各主体的分布式自治特征愈发明显,对传统集中式模式的计算和通信能力提出了挑战.考虑柔性负荷通过智能楼宇接入综合能源社区,形成分布式源荷互动模式,提出了基于目标级联分析理论的分布式优化调度模型.首先,将综合能源服务商和智能楼宇作为不同利益主体,以运行成本最低为目标,建立各自的优化自治模型.其次,引入目标级联分析方法,通过将购电功率等效为虚拟发电机与虚拟负荷实现不同主体间运行的解耦.最后,通过算例验证了所提方法的有效性,为综合能源社区运行提供了更为经济的运行方案.     

基于区块链的分布式能源交易物理-信息仿真平台

研究基于区块链的硬件仿真平台,设计控制架构以实现区块链与智能设备间的数据交互,评估能源区块链受真实环境中各种物理因素影响的性能,是分析不同区块链架构对分布式能源交易适用性的基础。为模拟园区规模下分布式能源产消者的运行状态,设计并实现了具有硬件层、控制层、网络层与区块链层4层架构的分布式能源交易物理-信息仿真平台。其中,硬件层基于真实物理模型实现,代表实际发用电方主体;控制层实现硬件层与区块链层间的数据交互;网络层定义节点连接方式;区块链层采用权威证明(PoA)共识机制,负责撮合与记录电能交易。最终形成了一种软硬件结合的完整能源区块链仿真架构,支撑智能设备“能量流”向区块链“数据流”转化。仿真结果表明,所设计仿真平台能够实现对能源区块链系统性能的测试,以太坊PoA共识机制已基本能够满足分布式能源交易对性能的要求。     

基于区块链的微电网电力市场电价与电量动态博弈

建立合理、有效的微电网电力市场交易机制来激励分布式清洁能源并网,是实现微电网运营多方共赢、经济环保的重要途径.针对微电网交易环境中的现有问题,提出了基于区块链技术的电力交易模式以改进微电网电力市场.介绍了微电网电力交易模式及其数学模型,以量化区块链技术对交易主体决策的影响.由于系统内部主体存在产权独立性,且市场中电价、电量竞标存在先后行动次序,应用Stackelberg博弈理论求解市场各主体在追求目标最优时电价和电量的交互策略.仿真结果表明:微电网基于区块链技术整合利用了分布式资源和设备,促进能源结构清洁化转型;供需双方都作为独立节点参与电力市场,区块链交易平台信息的公开透明提高了参与主体用电决策的精准性和经济效益.     

基于区域互联的能源零售市场双边竞价出清策略

随着综合能源系统与多能源市场的发展,通过市场交易实现能源优化分配已成为研究热点.当前区域间能源互联成为趋势,多区域的能源传输与交易得以实现.以分布式能源站及多能用户为市场参与主体进行研究,首先研究互联分布式能源站的运行原理与连接方式,并建立机理模型,引入用户竞价策略,构建互联区域能源零售市场框架.其次,对比独立或互联区...     

基于议价能力的风-光-CHP多主体优化运行策略

针对综合能源系统中主体的个体理性未被充分考虑,以及电力系统越来越重视可再生能源消纳和降低碳排放量的问题,提出了一种考虑议价能力的风-光-热电联产(combined heat and power, CHP)多主体能源系统优化运行策略。首先将综合能源系统划分为风电主体、光伏主体和热电联产(combined heat and power, CHP)主体,构建其合作运行模型,并在CHP主体中增加电制氢技术和阶梯型碳交易机制;然后,基于纳什谈判理论建立了风-光-CHP多主体合作运行模型,并由于所提合作运行模型的非凸性,将其分解为系统运行成本最小化问题(P1)和交易支付问题(P2);在P2中,提出考虑经济和环境增幅的议价能力模型,各主体根据自身议价能力来实现收益的公平分配;最后,为了保护各主体合作时的隐私,采用交替方向乘子法(alternating direction method of multipliers, ADMM),对P1和P2进行分布式求解。结果表明：考虑议价能力的风-光-CHP优化运行策略不仅可以实现合作收益的公平分配,而且能有效缓解弃风、弃光和碳排放问题。此外,验证了电制氢技术相比...     

计及电动汽车和可控负荷的需求侧能源交易机制

分布式可再生能源发电渗透率的提高对电力系统尤其是配电系统的优化运行提出了更高的要求。作为新兴的协调分布式能源的市场机制, 能源交易为分布式可再生能源发电大量接入配电系统提供了可行的解决方案。在此背景下,以需求侧能源交易为例, 研究能源交易的机制设计和潜在的经济效益。首先构建能源交易的整体框架, 制定能源交易和出清规则。在此基础上, 考虑电动汽车和可控负荷的特性, 建立需求侧负荷响应的数学模型并采用机会约束对不确定性进行处理。结合需求侧模型和能源交易体系, 建立了能源交易的最优竞价模型。最后,采用算例系统对所提能源交易模型和方法进行了仿真验证。     

基于区块链的含安全约束分布式电力交易方法

随着电力体制改革的深化及分布式能源渗透率的提高，分布式能源在发电侧售电侧的有效配置面临着机遇和挑战，传统的集中式电力交易模式存在维护成本高、处理效率低、资金结算不及时等缺点，无法适应高频小额的分布式能源交易场景。首先，回顾区块链技术发展历程，深度探究区块链技术相关理论，同时结合对分布式能源发展状况的分析，总结了建设分布式能源交易市场的若干要求；然后，构建考虑安全约束的分布式电力交易的机制与模型；最后，提出基于区块链的分布式电力交易方法，确保交易的公开透明、信息对称，并设计分布式电力多边交易的智能合约。通过以太坊区块链的算例表明，所提出的分布式电力交易方法可实现潮流的越限修正、电力的多边交易，便于电力能源的数字化管理。     

Blockchain for decentralized transactive energy management system in networked microgrids

The proliferation of distributed energy resources is reshaping the landscape of power distribution systems, including a network of autonomous microgrids. Networked microgrids transact energy for managing the efficiency, reliability, resilience, security, and sustainability of electric power services. This article offers a vision and analyzes a scheme developed for networked microgrids that utilizes blockchain technologies to optimize the financial and physical operations of power distribution systems. Blockchain provides a powerful and trustworthy path for launching distributed data storage and management, the article explores the possibility of customizing blockchain technologies to meet socioeconomic requirements of transactive energy management at the power distribution level. Then, a set of interoperable blockchains embedded with self-enforcing smart contracts is proposed to manage energy and financial flows among transacting microgrids in a credible manner. The article presents additional smart contract measures for securing optimal energy transactions between networked microgrids and the local distribution grid. It is concluded that blockchain technologies embedded in transactive energy will play a significant role in the evolution of traditional power distribution systems to active distribution networks.     

基于区块链的园区微网分布式电力交易实现机制综述

在开放的电力市场环境下,分布式电源发展迅速。分布式电力交易迎来了前所未有的发展机遇,可有效支撑园区微网运营商实现多能源互补和协同优化,促进园区微网数字化、经济化、低碳化运营。在此背景下,首先对区块链技术和分布式电力市场的契合度进行了分析,并基于分布式电力交易和区块链的特性构建了基于区块链的园区微网分布式交易框架模型。其次,对基于区块链的多元分布式电力交易的实现机制（包括智能合约、共识机制以及跨链技术）进行了分析,最后给出了不同实现机制所面临的风险挑战。     

基于云边协同和区块链的分布式能源交易系统设计

分布式能源的广泛发展使其成为电力市场的考虑重点,而传统的数据交互平台无法满足大规模分布式能源交易高效灵活、安全可靠的需求。为解决高信息处理复杂度与安全快速交易需求之间的矛盾,文中提出基于云边协同和区块链的分布式能源交易系统架构和整体设计方案。首先设计了云计算与边缘计算协同并结合两层区块链的系统架构,利用区块链技术实现交易去中心化,提高了交易的自主高效性,利用云边协同提升海量数据的处理能力和交易系统的扩展能力。然后基于双向竞价和预测补偿设计了分布式能源的交易机制,进一步对区块链的核心共识算法进行分析,并采用改进委托权益证明(delegated proof of stake,DPoS)作为交易系统的高效率、高可靠共识算法,实现大规模分布式能源的高效可靠交易,促进分布式能源参与电网调节,提高电网稳定运行水平。最后通过应用实例验证了所提系统对大规模分布式能源交易的适应性和优越性。     

适用于微电网区块链的信用共识机制

相对于传统电力市场,微电网准入门槛低、用户个体趋利性强、分布式电能设备产能不稳定等问题可能使得微电网交易陷入信任危机。为此,文中提出了适用于微电网电能交易区块链的信用共识机制。首先,分析常用的共识机制及其在微电网应用场景中的缺陷。同时,设计了微电网电能交易区块链账户节点属性,改进了基于区块链的微电网电能交易流程。然后,建立微电网节点信用值评定机制,完成了节点信用值的公开、公平评定。最后,提出了基于信用证明的共识机制(PoCS),实现信用值影响共识过程,经济因素激励用户节点维护信用值。仿真结果证明,所提出的适用于微电网电能交易区块链的信用共识机制及微电网电能交易的智能合约能够以经济收益激励信用高的节点,抑制微电网内的节点失信现象。     

计及碳交易机制的电力系统随机优化调度

为应对全球变暖,提高电网运行的经济与环境效益,引入碳交易机制,以系统发电能源消耗成本与碳交易成本之和作为目标函数,建立了碳交易机制下含多种分布式能源的电力系统优化调度模型。针对分布式能源接入和负荷波动给系统带来的相关性与随机性,采用基于Nataf变换的多点估计法将不确定模型转化为确定性模型求解。对IEEE57节点电力系统的仿真分析和对蒙特卡洛法的对比分析验证了所提模型及方法的有效性。最后,在此基础上分析了估计点个数对算法的影响以及碳交易价格对系统运行的影响。     

计及统一潮流控制器的可用输电能力的计算

在电力市场环境下，研究和计算区域间可用输电能力可以引导市场参与者进行电能交易，保证充分利用电网输电容量，而研究计及FACTS装置的可用输电能力的计算更具有理论和实际意义。文中基于最优潮流，提出计及统一潮流控制器的可用输电能力的计算模型，利用功率注入法，将统一潮流控制器对潮流的控制作用转移到所在线路两侧的节点上，在不修改原有节点导纳阵的情况下嵌入模型。算法上采用逐步二次规划法，IEEE．30节点系统的计算结果表明，所提出的模型及算法是有效的和可行的。     

考虑条件风险价值和阶梯碳交易的综合能源系统优化调度

为进一步提升综合能源系统环境效益,减少新能源出力不确定性所带来的潜在风险,提出了计及条件风险价值(conditional value at risk, CVaR)以及阶梯碳交易的综合能源系统优化调度模型。考虑到系统风电和光伏出力不确定性可能带来的影响,采用条件风险价值量度不确定性带来的潜在风险,并将碳捕获技术、电转气设备以及阶梯式碳交易机制引入系统调度模型,构建了综合考虑系统运行成本和碳交易成本的优化调度目标函数,由于所建立模型为混合整数规划问题,采用CPLEX求解器进行求解,设置4种场景进行验证分析,算例表明所提模型可有效减少二氧化碳排放,在兼顾经济性和环境性的同时引入CVaR,可避免由于忽略风光不确定性所带来的较为乐观的调度结果,使系统最终调度结果更为合理。     

考虑路径损耗的热电联供型微网三层能量优化策略

为了降低微网对外部系统的依赖与微网自身的运行成本,针对热电联供型微网群,提出了一种三层能量优化策略。该策略不仅构建了以各微网运行成本最小为目标的下层优化运行模型、各主体间交互成本最小为目标的上层优化运行模型,还新构建了以能量传输路径损耗最小为目标的中间层优化运行模型。该中间层模型通过易货交易和买卖交易的方式提高微网间能量互济能力,并基于Floyd-Warshall算法为微网间能量交易搜索最优传输路径。算例结果显示,该三层优化策略具有良好的适用性,相比其他优化策略,能量传输过程损耗更低、微网间能量互济能力更强,各微网运行成本更小。