结合区块链的园区综合能源系统可信协调优化方法

分布式能源的日益普及与随之而来更复杂的能源系统结构,极大地增加了传统集中式求解能源协同优化问题的难度与成本。分布式优化方法与复杂的能源结构有良好的适配性,但缺少天然可信的协调中心,存在主体隐私保护困难、主体间交互数据真伪难辨等问题,因此提出了结合区块链的园区综合能源系统可信协调优化方法。首先,引入协调者角色组成协调委员会,并利用无偏随机排序算法选取协调者。之后,通过分解协调算法将协调优化问题解耦为上下两层的求解最优值问题,并利用区块链共识算法保障多协调者间可信。然后,设计了双区块链园区综合能源系统数据存储模型,保证数据安全和交易链效率。最后,仿真实验表明结合区块链的园区综合能源系统可信协调优化方法可公平选取协调者,有效实现园区综合能源协同优化、降低节点作恶影响、保护数据隐私,具有较好的鲁棒性和容错性。     

综合能源服务区块链的网络架构、交互模型与信用评价

综合能源服务是一种全新的能源服务模式,也是能源互联网与泛在电力物联网研究与应用的最佳实践场景。为构建满足多元化能源生产与差异化能源消费的综合能源服务体系,亟需开展综合能源服务中网络架构、交互模型和信用评价的研究。该文基于区块链与综合能源服务的融合应用分析,提出包括综合能源层、调度传输层和综合服务层3层结构的综合能源服务系统物理架构和综合能源服务系统的主从多链结构模型;在设计了6层综合能源服务区块链逻辑层级架构模型的基础上,参考OSI标准网络模型定义,提出综合能源服务系统逻辑信息交互模型;构建了确保综合能源服务区块链有效运行的信用评价体系,并仿真验证了区块链在综合能源服务场景中的适用性和匹配性,为区块链技术在综合能源服务中的应用提供参考。     

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。     

基于多元能量供需–成本映射分析的园区综合能源系统协同优化运行方法EI北大核心CSCD

园区综合能源系统能够充分发挥多类异质能源互补互济的综合优势,通过协调各类能源设备为用户提供可靠、优质、经济的能量供应。针对园区综合能源系统优化运行模型精度与求解效率之间的矛盾,提出一种基于多元能量供需-成本映射分析的园区综合能源系统协同优化运行方法。首先,建立了考虑多类型能量转换设备变工况运行特性的园区综合能源系统一体化模型;然后,分析了各类型能源设备的净成本-出力特性,进而构建了面向园区多元用能需求的综合成本-能耗曲线,并给出其通用模式;在此基础上,提出一种基于多元能量供需-成本映射分析的协同优化运行方法;最后,以某园区综合能源系统为例进行仿真验证。仿真结果表明,所提方法可以显著提高优化运行方案准确性,且能够保证较短的优化计算时间。     

基于分层分布式调度的多园区服务商与综合能源供应商两级协调优化运行模型

在用能形态转变关键期,有关园区级综合能源系统的试点项目集中涌现。多个园区以不同参与主体接入电力系统与热力系统构成的区域综合能源系统,带来利益冲突与交互功率不匹配问题。为此,基于交替方向乘子分布式算法,建立了多园区服务商与综合能源供应商的两级协调优化运行模型。上级综合能源供应商运营管理电网与热网构成的区域综合能源系统,下级各园区服务商控制管理各园区级综合能源系统。上级模型中针对热电能源本身特性,建立供需实时平衡的配电网以及考虑热能传输延时性的热网模型;在下级模型中利用多能转换设备实现能源的梯级利用。该文提出的两级协调运行模型基于ADMM(alternatingdirectionmethod of multipliers)分布式算法,利用复制变量法解耦上下层交互功率保护参与主体隐私信息,利用惩罚因子调整参与主体调度策略,在多次迭代互动中实现上下层协调运行。以苏州同里某新能源智慧园区为算例,验证所建模型可保护各参与主体隐私,同时满足整体运行成本最低,并分析不同调度模式以及不同运行场景对系统运行结果的影响。     

区块链技术下的综合能源服务

谋求新的发展模式是促进电网公司由电能供应商向综合能源服务商转变的直接动力,因此亟需研究市场环境下"源–网–售–荷"全环节的增值业务类型、差异化需求、协商机制、交易模式和运行管控体系等。该文基于区块链与综合能源服务的融合应用分析,围绕综合能源和综合服务两大任务,构建了基于区块链技术的综合能源服务网络架构;设计了基于多链的综合能源服务链上交易模型;基于节点间的不同交易模式和信息交互过程的分析,提出了基于权益证明(proofofstake, PoS)共识的权益分享证明(proofof sharing-stake,PoSS)服务共识机制;并采用组合共识的方式实现不同主体间服务共识的达成;最后通过多链平台的搭建进行了单个主–从多链的可行性验证,为证明区块链在综合能源服务场景中的适用性以及区块链技术在综合能源服务中的应用提供了参考。     

弱中心化的区块链技术在能源互联网交易体系中的应用分析

本文结合区块链技术,提出弱中心化的能量交易系统的框架,探索在电源、电网、负荷之间的能量与信息复杂交互的情况下未来能源互联网中的能源交易系统。分析了与电源和电网进行良性有效互动时,对于能源互联网的各种智慧能源方案,深刻剖析了区块链的技术原理和能源互联网运行特性,总结出能源互联网与区块链技术耦合需求,结合区块链具有可信计量、广泛交易、智能合约控制、分布决策以及广域融合的特性,阐释了区块链与能源互联网特征的一致性,以及技术耦合特性,明确区块链技术在能源互联网中的定位,结合能源互联网中能源交易的去中心化的特征,构建了弱中心化的区块链能源网交易体系。最后,分析总结了区块链技术框架下能源互联网交易体系待解决的关键技术。     

多智能体深度强化学习驱动的跨园区能源交互优化调度

为协调多园区综合能源系统各个园区之间的能量交互,多能源子系统之间的能源转换,实现综合能源系统整体优化调度,提出一种利用多智能体深度强化学习算法学习不同园区的负荷特征,并在此基础上进行决策的综合调度模型。该模型将多园区综合能源系统的调度问题转化为马尔科夫决策过程,并利用深度强化学习算法进行求解,避免了对多园区、多能源子系统之间复杂的能量耦合关系进行建模。仿真结果表明,所提方法可以很好地捕捉到不同园区的负荷特性,并利用其中的互补特性协调不同园区之间进行合理的能量交互,可以实现弃风率由16.3%降低至0,并可以使总运行成本降低5 445.6元,具有良好的经济效益和环保效益。     

基于改进遗传算法的工业园区综合能源系统能量管理方法

针对现有工业园区综合能源系统能量管理协调性和经济性较差的问题,文章提出了考虑供能可靠性的综合能源系统能量管理方法。首先,构建了综合能源系统的典型运营模式,建立了系统中主要元件的效能与经济模型;其次,考虑了设备的运行维护成本、园区与主网的能量交互成本,构建了以综合发电成本为目标函数,以冷/热/电负荷平衡、机组爬坡功率、供能可靠性为约束条件的综合能源系统经济调度模型;然后,针对能量管理时序问题改进了遗传算法的编码方式,提出了新的优化算法;最后,通过算例验证了文章所述方法的有效性和实用性。     

基于物理–信息–价值的能源区块链分析

能源互联网是传统能源行业转型的重要方向,区块链有望成为推动能源互联网发展的重要支撑技术。鉴于能源互联网和区块链都是具有物理、信息、价值属性的复杂网络系统,提出了一种基于物理-信息-价值三维属性的能源区块链研究视角:分析了复杂网络系统下区块链技术与能源互联网在物理、信息、价值维度的耦合性,提出了基于物理-信息-价值三维视角的能源区块链基本框架,并分别从物理、信息、价值层面深入研究了能源区块链的主要内容,最后以能源微网为场景设计了多维综合视角下能源区块链的协同自治模式及其运行过程。     

基于多链协同区块链的分布式能源交易

传统的电力市场交易方式主要是由电力调度交易机构根据市场需求及供需计划,通过集中的方式将发电厂的发电量调度给用电方。随着我国分布式能源的高速发展,并网需求急剧增加,集中调度处理速度成为发展瓶颈。采用分布式能源交易可有效解决此类问题。而区块链具有节点对等、去中心化,数据公开透明等特点与分布式能源交易的诉求相吻合。文章针对分布式能源交易集中调度处理可靠性低,速度慢的问题提出了基于多链协同区块链的分布式能源交易方法。该方法根据地区分片划分从链并行处理交易的方法,解决了采用区块链系统交易速度缓慢的问题。将有用工作量证明机制与电力匹配调度算法有机结合起来,提出了分布式能源交易矩阵策略,在维持了去中心化的同时解决了工作量证明机制算力浪费问题。     

高比例可再生能源电力系统的输配协同优化调度方法

随着可再生能源的高比例接入和主动配电网技术的发展,传统的输配割裂的调度模式容易导致输电网与主动配电网间发、用电计划制定协调性不足,难以充分消纳集中式与分布式的可再生能源。为解决上述问题,提出一种针对高比例可再生能源电力系统的输配电网分层分布式多源协调优化调度体系,充分尊重并利用各利益主体的自主运行特性,实现分散自治、协同优化。输电网层面,利用改进区间法处理可再生能源不确定性,构造能量和备用协调优化模型。配电网层面,设置局部调度层,利用场景法对含储能系统的分布式可再生能源进行联合出力优化,将配电网层子问题构建为动态经济调度模型。在此基础上,利用目标级联法进行输配调度迭代求解,各层间仅需交换部分边界功率信息进行协调,最终获得输配协调的最优调度策略。算例结果表明调度计划的制定兼顾了输、配电网发电资源,有助于提高电网运行经济性和可再生能源消纳能力。     

含可再生能源的微电网分时间尺度储能方案

为提高微电网的可再生能源消纳能力,提出一种基于分时间尺度储能的微电网经济调度模型,包括日前计划和日内实时修正两个阶段。采用新型压缩空气储能参与日前调度,综合考虑经济成本、环保、电价峰谷差及储能寿命损耗,建立了以综合成本最低为目标函数的最优经济调度模型。在日内阶段,根据可再生能源预测误差,考虑置信水平配置一定容量的蓄电池对运行计划进行实时修正,并校验补偿效果。通过对某示范微电网的算例仿真,验证了所提储能方案具有较强的削峰填谷能力,并且对可再生能源功率波动具有较好的平抑效果。最后,对不同储能方案的对比分析表明了本文储能方案的可行性与成本优势。     

含分布式能源直流配电网的优化调度

直流配电网对促进分布式可再生能源消纳、解决传统交流配电网发展瓶颈等方面具有巨大优势。基于直流配电网现有讨论和研究,针对含多种分布式能源（distributed energy resource,DER）的直流配电网,讨论其组网方式与系统结构,重点研究适用于接有多种分布式能源的直流配电网的优化调度方法,设计各并网单元运行策略及直流配电网多时段优化调度策略,并建立了综合考虑运行成本、环境效益以及系统损耗的多目标优化调度模型。通过算例的计算和分析,表明所提优化调度方法在促进接入多种分布式能源后直流配电网的优化运行以及接入分布式能源前后配电网优化目标的改善方面具有良好作用,验证了该方法的有效性。     

基于异构能源区块链的综合能源系统交易模型

综合能源系统是对电、气、热、冷能进行统一规划调度的综合系统,顺应了供给侧改革的趋势.目前综合能源系统的用户呈现个体化、分散化的趋势,传统的单向集中式输配电服务模式逐渐不适应这种趋势.基于区块链技术,设计了一种综合能源系统交易模型.采用异构能源区块链的结构模式,利用智能合约建立了基于价格约束的匹配拍卖机制,保障了清洁能源用户的供能优先级,并采用双重认证机制,保障了交易的可靠性.在实验环境下对所设计模型进行分析,仿真结果验证了所提综合能源系统交易模型的有效性和可行性.     

基于多区块链结构的综合能源系统调度构架

综合能源系统(IES)调度中存在难以维护供能主体隐私、难以辨别数据真伪、安全性和可靠性低等问题.文中利用分散式调度方法和区块链中分布式数据存储、智能合约、共识机制、多链扩容和加密技术,提出了包括迭代链、终值链以及数据层、网络层、合约层、共识层、应用层的IES调度构架.该构架以数据层为基础,采用无向联通结构建立主体间的通信网络;在合约层封装基于拉格朗日乘子法的分散式调度模型;在共识层,针对分散式调度的数据一致性,迭代链和终值链分别应用一致性协议算法和拜占庭容错共识机制.算例验证结果表明,所提IES调度构架基于少量通信数据可有效运行,能够防止主体背叛、削弱服务器宕机的影响,提高了IES调度的隐私性、安全性和可靠性.     

面向用户侧源储资源优化调度的能源区块链平台设计

用户侧分布式源储资源单体容量小、分布零散,归属主体多样,难以被现有电网调度系统直接调控.为能够在聚合层有效利用用户侧泛在资源,文中设计并实现了一种能源互联网区块链(ENBC)平台,将分布式发电资源和负荷侧资源进行聚合及协同优化调控.并进一步研究了基于物联网和ENBC平台的分布式虚拟电厂内部能量优化调度方法,从参与主体、数据结构、优化调度、安全校核、价值结算等方面进行了框架设计,进而提出了面向可信交易的用户侧泛在资源调控实现方法.最后,以实际算例对系统的可用性进行了验证.     

考虑富氧燃烧技术的电–气–热综合能源系统低碳经济调度

富氧燃烧技术能实现燃煤机组二氧化碳的近零排放,是实现低碳调度的有效手段。该文提出将富氧燃烧技术引入电–气–热综合能源系统,并建立低碳经济调度模型,该模型可兼顾经济性和低碳性。首先,通过挖掘富氧燃烧电厂运行机理,研究其内部能量时移特性,并与燃烧后捕集电厂进行比较,分析其对降低碳排量的优势;其次,建立以运行成本、维护成本、折旧成本、碳交易成本等综合成本最低为目标函数的电–气–热综合能源系统低碳经济调度模型。并通过CPLEX求解。最后,对IEEE-30节点电网模型、7节点气网模型和6节点热网模型的综合能源系统进行仿真,验证模型的有效性。该文研究可为综合能源系统的低碳调度运行提供参考。     

基于机会约束目标规划的综合能源系统经济调度

为了降低大规模风电的不确定性和波动性对综合能源系统(integrated energy system, IES)的影响,对接入风电的综合能源系统的备用容量和调度计划进行优化,提出了基于机会约束目标规划(chance constrained goal programming, CCGP)的经济调度模型。首先,利用机会约束目标规划处理含多个机会约束的不确定性模型。然后,引入量化备用不足的风险指标,将备用不足风险纳入经济调度成本,同时考虑风险备用成本目标和系统运行成本目标。最后,利用算例对模型的有效性进行验证。结果表明,模型能够很好地兼顾系统运行的安全性与经济性,提高了系统的调度灵活性,降低了风电不确定性对系统的影响,实现了系统的经济运行。     

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。