一种基于能源区块链网络的虚拟电厂及调度方法与流程

1.本发明涉及一种基于能源区块链网络的虚拟电厂及调度方法，属于电力系统技术领域。


背景技术：

2.随着分布式可再生能源的快速发展，需求侧管理和虚拟电厂(virtual power plant，vpp)已经成为由智能电网向能源互联网迈进的关键因素，其中虚拟电厂是最为重要的技术。虚拟电厂技术是指通过虚拟控制中心将可控负荷、分布式电源(distributedelectric resource，der)和储能系统有机结合起来，让它们在电网中以特殊电厂的身份参与运行。目前虚拟电厂作为电力市场的重要组成部分，在参与电力市场交易的过程中有着积极的作用。但目前虚拟电厂中的利益分配机制是不对外界公开的，并且分布式能源和虚拟电厂之间无法形成信息对称的双向选择，使得在电力交易过程中信用成本增加，交易成本较高。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于能源区块链网络的虚拟电厂及调度方法，将区块链其引入虚拟电厂的运行调度过程，使得der可以有效地参与到电力市场交易中，在提高虚拟电厂整体运行效率的同时，也借由区块链自身的密码学特点使虚拟电厂获得了更大程度的信息安全保障。
4.为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
5.第一方面，本发明提供了一种基于能源区块链网络的虚拟电厂，所述虚拟电厂包括区块链模型，所述区块链模型为兼具私有链和公有链的半中心化区块链；
6.所述私有链为以vpp作为中心节点，且其独自享有区块链的发布权和记账权；所述区块链的发布权包括新区块的计算任务及相应激励的发布权，所述新区块的计算任务由vpp根据最优调度计划求解算法的计算需求向der发布，所述相应激励为vpp发行的虚拟货币vpp-coin，所述vpp-coin的单位价值设计为额定的强制并网容量，der可通过vpp-coin兑换强制并网容量来优化并网策略，使得自身收益最大化；所述区块链的记账权包括vpp-coin交易数据和区块技术数据的记账权，所述vpp-coin交易数据为分布式计算开始前，der以虚拟货币vpp-coin向vpp兑换强制并网容量所产生的交易数据并由vpp计入区块链；所述区块技术数据为分布式计算开始后，发现新区块的共识过程所产生的技术数据并由vpp计入区块链，作为新区块的激励分配依据；
7.所述公有链为所有der按pow共识机制享有的新区块相应的激励，作为中心节点的vpp不进行干涉。
8.可选的，所述区块链模型用于：
9.在第n电价周期开始前，vpp根据前序区块链及其回购的虚拟货币vpp-coin的交易信息生成新区块，并实时发布后序区块链的计算任务；
10.der通过pow共识机制发现新区块并获得新区块的初始记账权；
11.当前电价周期内的分布式计算完成后，vpp根据当前vpp-coin的市场保有量向区块链中获得初始记账权的der发布相应的vpp-coin作为激励；
12.在第n电价周期开始后，vpp根据分布式计算所得的最优调度计划协调控制各der并网。
13.可选的，所述虚拟电厂还包括der并网模型和vpp优化调度模型。
14.可选的，所述der并网模型包括：
15.在第n电价周期内，rmg和lsder的并网策略包括强制并网和竞标并网；
16.所述强制并网是指第k个der以虚拟货币vpp-coin兑换强制并网容量，vpp确保满足其强制并网需求的并网模式，强制并网容量的交易电价为第n电价周期内各时段vpp的实际成本电价；
17.所述竞标并网是指第k个der提出价格和出力的竞标曲线，vpp以竞标曲线决策其并网容量及电价的并网模式；
18.ssder的并网策略为根据无der并网时的成本电价和其所属的rmg储能设备容量决策第n电价周期内任一时段的并网容量相同，并与其所属的rmg签订并网合约；所述并网合约为在第n电价周期内相应时段由其所属的rmg代理并网的并网模式。
19.可选的，所述vpp优化调度模型包括：
20.根据vpp辖区内的电能需求，各der竞标并网，建立最优调度计划求解函数：
[0021][0022][0023][0024]
式中，cost1为cvpp和tvpp较为关注的运营成本函数，q0为集中式供电设施向vpp供能的容量，为q0相应成本，c为固定运营成本，为lsder的收益，bqk为第k个der的竞标并网容量；cost2为cvpp和tvpp较为关注的电网有功网络损耗函数，ui、ui′
为第i、i
′
能源节点的电压，r
ii
′
为第i、i
′
能源节点之间支路的阻抗；cost3为cvpp和tvpp较为关注的电压偏离程度函数，u0为能源节点的参考电压，n为能源节点的数量；其中：
[0025][0026]
式中，mk、nk为第k个der的竞标参数，bq
kmin
,bq
kmax
为第k个der的竞标并网容量的下限和上限，δt为时段时长；
[0027]
对运营成本函数、电网有功网络损耗函数、电压偏离程度函数进行归一化：
[0028]
[0029]
式中，v＝1,2,3，cost
vmax
、cost
vmin
为第v个函数输出的最大值和最小值；
[0030]
根据归一化结果，构建目标函数cost：
[0031]
cost＝max(a(cost1),a(cost2),a(cost3))
[0032]
将目标函数cost作为vpp优化调度模型。
[0033]
第二方面，本发明提供了一种虚拟电厂的调度方法，所述虚拟电厂为上述的基于能源区块链网络的虚拟电厂；所述调度方法包括：
[0034]
响应于各能源节点提交的自身特定身份id，区块链模型进行身份验证；
[0035]
响应于区块链模型返回的验证成功信号，各能源节点访问历史数据并对自身状态信息进行预测；
[0036]
响应于各能源节点发布的预测结果，der并网模型实施并网策略；
[0037]
响应于各能源节点发布的当前状态信息及预测信息，vpp优化调度模型形成调度方案；
[0038]
响应于vpp优化调度模型发布的调度方案，各能源节点进行调度方案的优化计算。
[0039]
可选的，所述能源节点为区块链模型中的用电单元和发电单元，每个所述能源节点的特定身份id作为唯一的身份标识，用于加入区块链模型的身份验证。
[0040]
可选的，所述vpp优化调度模型形成调度方案还包括对调度方案进行验证，在验证通过后进行发布；所述验证通过包括各能源节点的负荷小于等于预设负荷阈值。
[0041]
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
[0042]
本发明提供的一种基于能源区块链网络的虚拟电厂及调度方法，通过区块链激励机制将vpp协调控制手段和der独立并网行为有机联动，在确保电力系统安全、可靠地运行的基础上，实现der的高渗透、高自由、高频率、高速度并网，另外在本发明中der可通过vpp-coin兑换强制并网容量来优化并网策略，并最大化自身收益；同时，vpp-coin的发行数量由vpp根据当前市场保有量决定，vpp以此诱导der并网行为，以保证电力系统安全、经济地运行。本发明还将区块链其引入虚拟电厂的运行调度过程，使得der可以有效地参与到电力市场交易中，在提高虚拟电厂整体运行效率的同时，也借由区块链自身的密码学特点使虚拟电厂获得了更大程度的信息安全保障。
附图说明
[0043]
图1是本发明实施例一提供的一种基于能源区块链网络的虚拟电厂的示意图；
[0044]
图2是本发明实施例二提供的一种虚拟电厂的调度方法的流程图。
具体实施方式
[0045]
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0046]
实施例一：
[0047]
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于能源区块链网络的虚拟电厂，虚拟电厂包括区块链模型、der并网模型和vpp优化调度模型，具体的：
[0048]
1、区块链模型为兼具私有链和公有链的半中心化区块链。
[0049]
1.1、私有链为以vpp作为中心节点，且其独自享有区块链的发布权和记账权；区块
链的发布权包括新区块的计算任务及相应激励的发布权，新区块的计算任务由vpp根据最优调度计划求解算法的计算需求向der发布，相应激励为vpp发行的虚拟货币vpp-coin，vpp-coin的单位价值设计为额定的强制并网容量，der可通过vpp-coin兑换强制并网容量来优化并网策略，使得自身收益最大化；区块链的记账权包括vpp-coin交易数据和区块技术数据的记账权，vpp-coin交易数据为分布式计算开始前，der以虚拟货币vpp-coin向vpp兑换强制并网容量所产生的交易数据并由vpp计入区块链；区块技术数据为分布式计算开始后，发现新区块的共识过程所产生的技术数据并由vpp计入区块链，作为新区块的激励分配依据；
[0050]
1.2、公有链为所有der按pow共识机制享有的新区块相应的激励，作为中心节点的vpp不进行干涉。
[0051]
1.3、区块链模型用于：
[0052]
在第n电价周期开始前，vpp根据前序区块链及其回购的虚拟货币vpp-coin的交易信息生成新区块，并实时发布后序区块链的计算任务；
[0053]
der通过pow共识机制发现新区块并获得新区块的初始记账权；
[0054]
当前电价周期内的分布式计算完成后，vpp根据当前vpp-coin的市场保有量向区块链中获得初始记账权的der发布相应的vpp-coin作为激励；
[0055]
在第n电价周期开始后，vpp根据分布式计算所得的最优调度计划协调控制各der并网。
[0056]
2、der并网模型包括：
[0057]
在第n电价周期内，rmg和lsder的并网策略包括强制并网和竞标并网；
[0058]
强制并网是指第k个der以虚拟货币vpp-coin兑换强制并网容量，vpp确保满足其强制并网需求的并网模式，强制并网容量的交易电价为第n电价周期内各时段vpp的实际成本电价；
[0059]
竞标并网是指第k个der提出价格和出力的竞标曲线，vpp以竞标曲线决策其并网容量及电价的并网模式；
[0060]
ssder的并网策略为根据无der并网时的成本电价和其所属的rmg储能设备容量决策第n电价周期内任一时段的并网容量相同，并与其所属的rmg签订并网合约；并网合约为在第n电价周期内相应时段由其所属的rmg代理并网的并网模式。
[0061]
3、vpp优化调度模型包括：
[0062]
根据vpp辖区内的电能需求，各der竞标并网，建立最优调度计划求解函数：
[0063][0064][0065][0066]
式中，cost1为cvpp和tvpp较为关注的运营成本函数，q0为集中式供电设施向vpp供
能的容量，为q0相应成本，c为固定运营成本，为lsder的收益，bqk为第k个der的竞标并网容量；cost2为cvpp和tvpp较为关注的电网有功网络损耗函数，ui、ui′
为第i、i
′
能源节点的电压，r
ii
′
为第i、i
′
能源节点之间支路的阻抗；cost3为cvpp和tvpp较为关注的电压偏离程度函数，u0为能源节点的参考电压，n为能源节点的数量；其中：
[0067][0068]
式中，mk、nk为第k个der的竞标参数，bq
kmin
,bq
kmax
为第k个der的竞标并网容量的下限和上限，δt为时段时长；
[0069]
对运营成本函数、电网有功网络损耗函数、电压偏离程度函数进行归一化：
[0070][0071]
式中，v＝1,2,3，cost
vmax
、cost
vmin
为第v个函数输出的最大值和最小值；
[0072]
根据归一化结果，构建目标函数cost：
[0073]
cost＝max(a(cost1),a(cost2),a(cost3))
[0074]
将目标函数cost作为vpp优化调度模型。
[0075]
实施例二：
[0076]
如图2所示，基于实施例一提供的基于能源区块链网络的虚拟电厂，本发明实施例提供了一种虚拟电厂的调度方法，包括以下步骤：
[0077]
s1、响应于各能源节点提交的自身特定身份id，区块链模型进行身份验证；
[0078]
能源节点为区块链模型中的用电单元和发电单元，每个能源节点的特定身份id作为唯一的身份标识，用于加入区块链模型的身份验证。
[0079]
s2、响应于区块链模型返回的验证成功信号，各能源节点访问历史数据并对自身状态信息进行预测。
[0080]
s3、响应于各能源节点发布的预测结果，der并网模型实施并网策略。
[0081]
s4、响应于各能源节点发布的当前状态信息及预测信息，vpp优化调度模型形成调度方案；
[0082]
vpp优化调度模型形成调度方案还包括对调度方案进行验证，在验证通过后进行发布；验证通过包括各能源节点的负荷小于等于预设负荷阈值。
[0083]
s5、响应于vpp优化调度模型发布的调度方案，各能源节点进行调度方案的优化计算。
[0084]
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0085]
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序
指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0086]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0087]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0088]
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种基于能源区块链网络的虚拟电厂，其特征在于，所述虚拟电厂包括区块链模型，所述区块链模型为兼具私有链和公有链的半中心化区块链；所述私有链为以vpp作为中心节点，且其独自享有区块链的发布权和记账权；所述区块链的发布权包括新区块的计算任务及相应激励的发布权，所述新区块的计算任务由vpp根据最优调度计划求解算法的计算需求向der发布，所述相应激励为vpp发行的虚拟货币vpp-coin，所述vpp-coin的单位价值设计为额定的强制并网容量，der可通过vpp-coin兑换强制并网容量来优化并网策略，使得自身收益最大化；所述区块链的记账权包括vpp-coin交易数据和区块技术数据的记账权，所述vpp-coin交易数据为分布式计算开始前，der以虚拟货币vpp-coin向vpp兑换强制并网容量所产生的交易数据并由vpp计入区块链；所述区块技术数据为分布式计算开始后，发现新区块的共识过程所产生的技术数据并由vpp计入区块链，作为新区块的激励分配依据；所述公有链为所有der按pow共识机制享有的新区块相应的激励，作为中心节点的vpp不进行干涉。2.根据权利要求1所述的基于能源区块链网络的虚拟电厂，其特征在于，所述区块链模型用于：在第n电价周期开始前，vpp根据前序区块链及其回购的虚拟货币vpp-coin的交易信息生成新区块，并实时发布后序区块链的计算任务；der通过pow共识机制发现新区块并获得新区块的初始记账权；当前电价周期内的分布式计算完成后，vpp根据当前vpp-coin的市场保有量向区块链中获得初始记账权的der发布相应的vpp-coin作为激励；在第n电价周期开始后，vpp根据分布式计算所得的最优调度计划协调控制各der并网。3.根据权利要求2所述的基于能源区块链网络的虚拟电厂，其特征在于，所述虚拟电厂还包括der并网模型和vpp优化调度模型。4.根据权利要求3所述的基于能源区块链网络的虚拟电厂，其特征在于，所述der并网模型包括：在第n电价周期内，rmg和lsder的并网策略包括强制并网和竞标并网；所述强制并网是指第k个der以虚拟货币vpp-coin兑换强制并网容量，vpp确保满足其强制并网需求的并网模式，强制并网容量的交易电价为第n电价周期内各时段vpp的实际成本电价；所述竞标并网是指第k个der提出价格和出力的竞标曲线，vpp以竞标曲线决策其并网容量及电价的并网模式；ssder的并网策略为根据无der并网时的成本电价和其所属的rmg储能设备容量决策第n电价周期内任一时段的并网容量相同，并与其所属的rmg签订并网合约；所述并网合约为在第n电价周期内相应时段由其所属的rmg代理并网的并网模式。5.根据权利要求4所述的基于能源区块链网络的虚拟电厂，其特征在于，所述vpp优化调度模型包括：根据vpp辖区内的电能需求，各der竞标并网，建立最优调度计划求解函数：
式中，cost1为cvpp和tvpp较为关注的运营成本函数，q0为集中式供电设施向vpp供能的容量，为q0相应成本，c为固定运营成本，为lsder的收益，bq
k
为第k个der的竞标并网容量；cost2为cvpp和tvpp较为关注的电网有功网络损耗函数，u
i
、u
i
′
为第i、i
′
能源节点的电压，r
ii
′
为第i、i
′
能源节点之间支路的阻抗；cost3为cvpp和tvpp较为关注的电压偏离程度函数，u0为能源节点的参考电压，n为能源节点的数量；其中：式中，m
k
、n
k
为第k个der的竞标参数，bq
kmin
,bq
kmax
为第k个der的竞标并网容量的下限和上限，δt为时段时长；对运营成本函数、电网有功网络损耗函数、电压偏离程度函数进行归一化：式中，v＝1,2,3，cost
vmax
、cost
vmin
为第v个函数输出的最大值和最小值；根据归一化结果，构建目标函数cost：cost＝max(a(cost1),a(cost2),a(cost3))将目标函数cost作为vpp优化调度模型。6.一种虚拟电厂的调度方法，其特征在于，所述虚拟电厂为权利要求1-5任一项所述的基于能源区块链网络的虚拟电厂；所述调度方法包括：响应于各能源节点提交的自身特定身份id，区块链模型进行身份验证；响应于区块链模型返回的验证成功信号，各能源节点访问历史数据并对自身状态信息进行预测；响应于各能源节点发布的预测结果，der并网模型实施并网策略；响应于各能源节点发布的当前状态信息及预测信息，vpp优化调度模型形成调度方案；响应于vpp优化调度模型发布的调度方案，各能源节点进行调度方案的优化计算。7.根据权利要求6所述的虚拟电厂的调度方法，其特征在于，所述能源节点为区块链模型中的用电单元和发电单元，每个所述能源节点的特定身份id作为唯一的身份标识，用于加入区块链模型的身份验证。8.根据权利要求7所示的虚拟电厂的调度方法，其特征在于，所述vpp优化调度模型形成调度方案还包括对调度方案进行验证，在验证通过后进行发布；所述验证通过包括各能源节点的负荷小于等于预设负荷阈值。

技术总结
本发明公开了一种基于能源区块链网络的虚拟电厂及调度方法，虚拟电厂包括有区块链模型，区块链模型兼具私有链和公有链特性的半中心化区块链，区块链的私有链具体为：使VPP作为中心节点，且其独自享有区块链的发布权和记账权；区块链的发布权包括新区块的计算任务及相应激励的发布权；本发明还将区块链其引入虚拟电厂的调度方法，使得DER可以有效地参与到电力市场交易中，在提高虚拟电厂整体运行效率的同时，也借由区块链自身的密码学特点使虚拟电厂获得了更大程度的信息安全保障。厂获得了更大程度的信息安全保障。厂获得了更大程度的信息安全保障。


技术研发人员：王国际 刘述波 方超 姚鹏 朱霖 王忠维 张凡 姜宇轩 王蝶 王子涵 邵恩泽 赵芮 曹建明 朱奕洁 石林
受保护的技术使用者：江苏方天电力技术有限公司
技术研发日：2023.04.20
技术公布日：2023/7/25