區(qū)塊鏈背景下虛擬電廠分布式調(diào)度策略研究

周?chē)?guó)亮，李 剛

1.國(guó)網(wǎng)冀北電力有限公司 技能培訓(xùn)中心，河北 保定 071051

2.華北電力大學(xué) 控制與計(jì)算機(jī)工程學(xué)院，河北 保定 071003

1 引言

虛擬電廠（Virtual Power Plant，VPP）是未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的重要形式之一，是利用先進(jìn)信息通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、電動(dòng)汽車(chē)等DERs（Distributed Energy Resources）的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，以作為一個(gè)特殊電廠參與電力市場(chǎng)和電網(wǎng)運(yùn)行的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)，被認(rèn)為是能源互聯(lián)網(wǎng)的終極組態(tài)[1]。虛擬電廠將多種DERs聚合在一起，實(shí)現(xiàn)其整體出力的穩(wěn)定可靠，為電網(wǎng)提供高效的電能，從而保證并網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。虛擬電廠依據(jù)運(yùn)行控制模式可分為集中式、集中-分散式和完全分散式三種[2]，其中集中式架構(gòu)不僅對(duì)通信系統(tǒng)具有較高的要求，而且難以應(yīng)對(duì)眾多“安裝即忘記（fit and forget）”分布式能源的管理，因此為更好地實(shí)現(xiàn)DERs的管理，虛擬電廠的調(diào)度策略從傳統(tǒng)集中式向分布式轉(zhuǎn)換[3]，分散型虛擬電廠獲得了更多關(guān)注，其具有更好的可擴(kuò)展性和開(kāi)放性。在分散型虛擬電廠中，通常利用多智能體技術(shù)實(shí)現(xiàn)DERs的分布式通信，通過(guò)智能體與鄰居節(jié)點(diǎn)之間的信息交互，實(shí)現(xiàn)自我調(diào)節(jié)，并最終趨向于一致性變量[4-5]。但多智能體技術(shù)由于無(wú)法高效準(zhǔn)確獲取全局信息，需要通過(guò)不斷迭代逼近一致性結(jié)果，存在計(jì)算不夠準(zhǔn)確和效率偏低等問(wèn)題。

以多智能體一致性理論為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)分散協(xié)同模式和當(dāng)前主流區(qū)塊鏈技術(shù)的理念高度一致，為基于區(qū)塊鏈的分布式能源系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)提供了良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)[6]。區(qū)塊鏈有望成為能源互聯(lián)網(wǎng)信息基礎(chǔ)架構(gòu)的核心部分之一，相關(guān)學(xué)者研究了區(qū)塊鏈技術(shù)在配電網(wǎng)去中心化交易機(jī)制[7]、自動(dòng)需求響應(yīng)系統(tǒng)[8]、能源互聯(lián)網(wǎng)多模塊協(xié)同自治模式[9]、配電網(wǎng)電力交易[10]等領(lǐng)域的應(yīng)用。區(qū)塊鏈與分散式虛擬電廠在去中心化、分散協(xié)同、區(qū)域自治等方面相吻合，比如在分散式虛擬電廠中沒(méi)有中心控制機(jī)構(gòu)，各DERs通過(guò)直接數(shù)據(jù)交換獲取全局信息，然后自主完成本節(jié)點(diǎn)的調(diào)控運(yùn)行。基于區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)單元間高效的分布式通信，利用數(shù)據(jù)廣播、信息交互，進(jìn)而達(dá)到各單元運(yùn)行特性的一致性，因此應(yīng)用區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制實(shí)現(xiàn)分布式調(diào)度策略及虛擬電廠最優(yōu)運(yùn)行具有可行性。

針對(duì)區(qū)塊鏈在虛擬電廠中應(yīng)用，文獻(xiàn)[11]展望了區(qū)塊鏈技術(shù)在虛擬電廠中的應(yīng)用前景，分析了區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于虛擬電廠的可行性，構(gòu)建了區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于虛擬電廠的模型。文獻(xiàn)[12]基于能源區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了虛擬電廠運(yùn)行與調(diào)度模型，模型可準(zhǔn)確反映需求側(cè)實(shí)時(shí)信息，有助于VPP進(jìn)行環(huán)境友好、信息透明的穩(wěn)定調(diào)度，并提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性和存儲(chǔ)安全性。文獻(xiàn)[13]針對(duì)以實(shí)時(shí)電價(jià)為驅(qū)動(dòng)的能源互聯(lián)網(wǎng)，結(jié)合區(qū)塊鏈安全、透明、去中心化等特性，建立基于區(qū)塊鏈的虛擬電廠模型。區(qū)塊鏈根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景劃分為公有鏈、聯(lián)盟鏈和私有鏈，上述研究基于公有鏈開(kāi)展，而虛擬電廠由多個(gè)不同主體構(gòu)成，采用聯(lián)盟鏈及相關(guān)技術(shù)更為合適。

國(guó)內(nèi)外機(jī)構(gòu)也開(kāi)始探索基于區(qū)塊鏈的虛擬電廠實(shí)踐，美國(guó)通用電氣公司（GE）利用區(qū)塊鏈構(gòu)建虛擬發(fā)電廠，將IBM開(kāi)發(fā)的區(qū)塊鏈平臺(tái)Hyperledger集成到公司的Predix平臺(tái)中，用區(qū)塊鏈控制分布式發(fā)電廠，也是為了應(yīng)對(duì)大型中央發(fā)電廠向分布式發(fā)電轉(zhuǎn)變的發(fā)展趨勢(shì)。日本電子零組件大廠京瓷（Kyocera）進(jìn)行區(qū)塊鏈技術(shù)的虛擬電廠實(shí)驗(yàn)，基于P2P交易平臺(tái)，將太陽(yáng)能發(fā)電設(shè)備的電力，在各用戶間有效分配。在國(guó)內(nèi)，國(guó)家電網(wǎng)有限公司利用自主研發(fā)的區(qū)塊鏈平臺(tái)開(kāi)展分布式能源交易，該平臺(tái)后續(xù)將應(yīng)用到能效管理、綠證、碳交易、虛擬電廠等應(yīng)用場(chǎng)景。

綜上所述，本文針對(duì)完全分散型虛擬電廠，基于其與區(qū)塊鏈在去中心化、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交互和分散協(xié)同等方面的一致性，提出利用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬電廠分布式調(diào)度，結(jié)合等耗量微增率準(zhǔn)則，將微增量特征作為一致性變量，實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。結(jié)合區(qū)塊鏈共識(shí)算法，每個(gè)分布式能源節(jié)點(diǎn)獨(dú)立計(jì)算各個(gè)機(jī)組的新功率，并將新功率數(shù)據(jù)上鏈存儲(chǔ)，同時(shí)保持微增量特征全局一致性，實(shí)現(xiàn)負(fù)荷在機(jī)組間的合理分配。

2 相關(guān)知識(shí)

2.1 VPP分布式調(diào)度模型

本文以有功功率負(fù)荷最優(yōu)分配為例開(kāi)展，所謂最優(yōu)分配是在滿足一定量負(fù)荷持續(xù)供電的前提下，使發(fā)電設(shè)備在產(chǎn)生電能的過(guò)程中單位時(shí)間內(nèi)消耗的能源最少，通常采用“等耗量微增率準(zhǔn)則”在機(jī)組間分配負(fù)荷[14]。為簡(jiǎn)化描述，采用不計(jì)網(wǎng)損的有功最優(yōu)分配方案。

假設(shè)有DERs中的發(fā)電機(jī)組成本函數(shù)為二次型，用Fi(Pi)表示成本函數(shù)，實(shí)現(xiàn)VPP最小發(fā)電成本為：

其中，n表示VPP中DERs機(jī)組的個(gè)數(shù)，Pi表示機(jī)組i的輸出功率，VPP的總成本記為F，F(xiàn)i(Pi)，ai、bi和ci表示成本函數(shù)的系數(shù)。

VPP內(nèi)部的所有DERs機(jī)組在運(yùn)行時(shí)滿足整個(gè)系統(tǒng)的有功功率平衡，不考慮網(wǎng)損的情況下，即有：

PLD表示所有用戶的負(fù)荷總需求量。

依據(jù)“等耗量微增率準(zhǔn)則”在機(jī)組間分配負(fù)荷，當(dāng)達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行時(shí)，所有機(jī)組的微增量特征λ一致，λ可以用一階微分計(jì)算得到，即：

因此，可以將λ作為區(qū)塊鏈中各節(jié)點(diǎn)間的一致性變量，隨著負(fù)荷的變化進(jìn)行調(diào)整，但全網(wǎng)保持一致。

2.2 聯(lián)盟鏈中共識(shí)機(jī)制

依據(jù)區(qū)塊鏈所服務(wù)對(duì)象的不同，一般區(qū)塊鏈劃分為：公有鏈、私有鏈和聯(lián)盟鏈。公有鏈對(duì)所有用戶開(kāi)放，節(jié)點(diǎn)可以隨意進(jìn)出；私有鏈由單個(gè)組織控制，只對(duì)本單位開(kāi)放；聯(lián)盟鏈介于公有鏈和私有鏈之間，對(duì)一個(gè)特定的行業(yè)組織開(kāi)放，且要求每個(gè)新加入的節(jié)點(diǎn)都需要經(jīng)過(guò)驗(yàn)證和審核。聯(lián)盟鏈可以適應(yīng)包含少量故障或作惡節(jié)點(diǎn)的情況，具有一定容錯(cuò)特性。

一般不同類型的區(qū)塊鏈采用不同的共識(shí)機(jī)制，拜占庭容錯(cuò)（Byzantine Fault Tolerance，BFT）是區(qū)塊鏈共識(shí)算法中需要解決的核心問(wèn)題之一。比特幣的POW和以太坊的POS等是公有鏈算法，解決的是包括眾多共識(shí)節(jié)點(diǎn)情況下的BFT。而實(shí)用拜占庭容錯(cuò)算法（Practical Byzantine Fault Tolerance，PBFT）是在聯(lián)盟鏈共識(shí)節(jié)點(diǎn)較少的情況下BFT的一種解決方案。相較于公有鏈的POW、POS等，PBFT采用各個(gè)節(jié)點(diǎn)投票來(lái)達(dá)成共識(shí)的機(jī)制，可以解決分叉問(wèn)題并提升效率。PBFT的運(yùn)行環(huán)境要求是一個(gè)相對(duì)封閉的集群，每一次共識(shí)需要多次兩兩節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，通信量是O(n2)，n是集群中節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。PBFT適合行業(yè)、政府等主導(dǎo)的聯(lián)盟鏈，是節(jié)點(diǎn)數(shù)量有限且不需要虛擬貨幣激勵(lì)機(jī)制系統(tǒng)的理想選擇?；谔摂M電廠的運(yùn)行特性，本文選擇聯(lián)盟鏈，并采用PBFT共識(shí)算法。

PBFT算法前提是通過(guò)密碼學(xué)技術(shù)保證節(jié)點(diǎn)之間的消息通信是不可篡改的。PBFT具有一定容錯(cuò)特性，假設(shè)系統(tǒng)中的總節(jié)點(diǎn)數(shù)為：|n|=3f+1，f為PBFT容忍故障或者惡意節(jié)點(diǎn)數(shù)，也就是為了保障整個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要有2f+1個(gè)正常節(jié)點(diǎn)。PBFT執(zhí)行過(guò)程包括三個(gè)階段：預(yù)準(zhǔn)備（pre-prepare）、準(zhǔn)備（prepare）和確認(rèn)（commit），通過(guò)三階段執(zhí)行方式保證一致性。聯(lián)盟鏈中，經(jīng)典的代表項(xiàng)目是IBM Hyperledger組織下的Fabric項(xiàng)目，F(xiàn)abric0.6版本使用PBFT算法。

表1 多智能體與區(qū)塊鏈技術(shù)的異同點(diǎn)

3 區(qū)塊鏈與多智能體技術(shù)

多智能體技術(shù)是分布式人工智能的重要分支，是20世紀(jì)末至21世紀(jì)初國(guó)際上人工智能的前沿學(xué)科，其研究的目的在于采用自底向上的方式解決大型、復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。多智能體技術(shù)具有自主性、分布性、協(xié)調(diào)性等特征，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自組織、自學(xué)習(xí)及推理能力。當(dāng)采用多智能體技術(shù)解決實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題時(shí)，具有魯棒性、可靠性和較高的問(wèn)題求解效率，在能源電力行業(yè)獲得了廣泛應(yīng)用和研究，如實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)化控制策略[15]、交流微網(wǎng)電流保護(hù)[16]、電力市場(chǎng)環(huán)境下的電源規(guī)劃[17]等。

但多智能體技術(shù)在20世紀(jì)提出，受當(dāng)時(shí)的設(shè)備存儲(chǔ)能力和網(wǎng)絡(luò)通信帶寬限制，其采用智能體和鄰居節(jié)點(diǎn)之間的不斷迭代方式去逼近最優(yōu)解或最終所有智能體達(dá)到近似一致性。隨著近年來(lái)理念與多智能體技術(shù)相近的區(qū)塊鏈技術(shù)出現(xiàn)，為類似問(wèn)題提供了更高效解決方案。隨著硬件設(shè)備存儲(chǔ)容量的提高，在每個(gè)節(jié)點(diǎn)中可以存儲(chǔ)更多的數(shù)據(jù)，如果只存儲(chǔ)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，可以適應(yīng)更大規(guī)模系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)需求；另外網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及帶寬有了極大改善，隨著5G等的普及，帶寬及通信延遲對(duì)系統(tǒng)的影響將越來(lái)越小。這樣每個(gè)節(jié)點(diǎn)可以存儲(chǔ)全網(wǎng)關(guān)鍵數(shù)據(jù)，并通過(guò)共識(shí)機(jī)制和智能合約更新數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)數(shù)據(jù)一致，從而獲取整體全景數(shù)據(jù)，為每個(gè)節(jié)點(diǎn)單獨(dú)決策提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)依據(jù)，并盡而不用迭代逼近，可以通過(guò)計(jì)算直接獲取。

以多智能體一致性理論為基礎(chǔ)的電力系統(tǒng)分散協(xié)同模式和當(dāng)前主流區(qū)塊鏈技術(shù)的理念高度一致，為基于區(qū)塊鏈的分布式能源系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)提供了良好的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)，區(qū)塊鏈系統(tǒng)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以認(rèn)為是分布式系統(tǒng)中的一個(gè)自主和自治的智能體，區(qū)塊鏈的工作模式是基于智能體之間談判、協(xié)調(diào)與協(xié)作的去中心化共識(shí)算法，其管理規(guī)則是智能合約。表1比較了多智能體與區(qū)塊鏈技術(shù)的異同點(diǎn)。

4 區(qū)塊鏈分布式調(diào)度模型

完全分散結(jié)構(gòu)的虛擬電廠，不存在中心化的控制機(jī)構(gòu)，各發(fā)電和用電單元通過(guò)直接交互和多次迭代最終完成決策過(guò)程。與分散型虛擬電廠理念相似，在區(qū)塊鏈中不存在中心化的節(jié)點(diǎn)，任意節(jié)點(diǎn)的權(quán)利和義務(wù)平等，系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)由整個(gè)系統(tǒng)中具有維護(hù)功能的節(jié)點(diǎn)來(lái)共同管理，且任一節(jié)點(diǎn)停止工作都不會(huì)影響系統(tǒng)整體的工作?；陔p方理念和需求的一致性，使區(qū)塊鏈有望成為構(gòu)建分散型虛擬電廠的底層架構(gòu)之一，實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的調(diào)控運(yùn)行。虛擬電廠與區(qū)塊鏈技術(shù)的特性比較如表2所示。

基于區(qū)塊鏈與虛擬電廠特性的吻合，可以利用區(qū)塊鏈構(gòu)建分散型虛擬電廠的底層信息架構(gòu)。各DERs組成區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信；利用共識(shí)機(jī)制，計(jì)算一致性變量；通過(guò)智能合約執(zhí)行控制決策。具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

表2 區(qū)塊鏈與虛擬電廠特性比較

圖1 基于區(qū)塊鏈的虛擬電廠信息架構(gòu)

如圖1所示，由物理的能量傳輸網(wǎng)和區(qū)塊鏈信息網(wǎng)組成，其中能量網(wǎng)負(fù)責(zé)電力傳輸，連接各個(gè)DERs。每個(gè)DERs單元對(duì)應(yīng)區(qū)塊鏈信息網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)節(jié)點(diǎn)，區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)與DER之間可以傳輸數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間組成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)。整個(gè)虛擬電廠的調(diào)控策略由區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)計(jì)算，并下發(fā)物理網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行。

5 分布式調(diào)度策略執(zhí)行過(guò)程

5.1 鏈上數(shù)據(jù)

依據(jù)經(jīng)濟(jì)調(diào)度“等耗量微增率準(zhǔn)則”在機(jī)組間分配負(fù)荷，當(dāng)達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行配置時(shí)，所有機(jī)組的微增量特征λ值相等，因此選擇λ為區(qū)塊鏈平臺(tái)的狀態(tài)信息，通過(guò)共識(shí)機(jī)制完成計(jì)算，并保持一致性。

依據(jù)區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲(chǔ)特點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)保存一份完整全局狀態(tài)數(shù)據(jù)備份，并與其他節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)保持同步。依據(jù)調(diào)度策略，每個(gè)發(fā)電機(jī)組需要保存全網(wǎng)中所有機(jī)組的功率信息Pi（單位：kW）和對(duì)應(yīng)機(jī)組的成本函數(shù)系數(shù)(ai,bi,ci)，通常成本函數(shù)保持不便，每次功率調(diào)整后新的功率上鏈存儲(chǔ)。利用區(qū)塊鏈技術(shù)使每個(gè)機(jī)組可以準(zhǔn)確獲取全局狀態(tài)信息。每個(gè)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)大致如圖2所示。

圖2 上鏈存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)

5.2 分布式調(diào)度執(zhí)行過(guò)程

依據(jù)PBFT共識(shí)執(zhí)行過(guò)程，結(jié)合等耗量微增率準(zhǔn)則，分布式調(diào)度計(jì)算過(guò)程如圖3所示。當(dāng)負(fù)荷總需求發(fā)生變化后，將功率調(diào)整需求廣播到所有機(jī)組，經(jīng)過(guò)PBFT共識(shí)，每個(gè)機(jī)組單獨(dú)計(jì)算新的功率和λ，并調(diào)整機(jī)組功率和廣播λ。同時(shí)將所有機(jī)組新的功率上鏈存儲(chǔ)，以備下次調(diào)整應(yīng)用。

圖3 分布式計(jì)算

具體流程如下：

（1）當(dāng)總負(fù)荷發(fā)生變化，激活主節(jié)點(diǎn)DER1的功率計(jì)算請(qǐng)求操作，主節(jié)點(diǎn)選取按照PBFT約定算法規(guī)則完成。

（2）主節(jié)點(diǎn)收到請(qǐng)求后，按照三階段協(xié)議規(guī)則向網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各DERs節(jié)點(diǎn)廣播請(qǐng)求。

首先是序號(hào)分配階段，主節(jié)點(diǎn)給請(qǐng)求賦值序號(hào)，不同請(qǐng)求具有不同的賦值序號(hào)，利用序號(hào)和請(qǐng)求操作構(gòu)造pre-prepare消息，并廣播給各DERs節(jié)點(diǎn)，在本階段將總的變化負(fù)荷PLD和功率計(jì)算請(qǐng)求發(fā)送到各節(jié)點(diǎn)。

然后是交互階段，各DERs節(jié)點(diǎn)接收pre-prepare消息，每個(gè)節(jié)點(diǎn)向其他DERs節(jié)點(diǎn)廣播prepare消息；如果節(jié)點(diǎn)收到了2f個(gè)不同節(jié)點(diǎn)的消息，代表該節(jié)點(diǎn)的prepare階段已經(jīng)完成，至此每個(gè)節(jié)點(diǎn)得到了變化后總的負(fù)荷PLD，具備計(jì)算新功率的條件。

最后是序號(hào)確認(rèn)階段，各節(jié)點(diǎn)對(duì)視圖內(nèi)的請(qǐng)求和次序進(jìn)行驗(yàn)證后，如果節(jié)點(diǎn)收到了2f+1個(gè)commit提交消息，代表大多數(shù)節(jié)點(diǎn)已經(jīng)進(jìn)入commit階段，這一階段已達(dá)成共識(shí)。于是節(jié)點(diǎn)會(huì)執(zhí)行請(qǐng)求，運(yùn)行結(jié)果。下面以區(qū)塊鏈中第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算過(guò)程為例，說(shuō)明按等耗量微增率準(zhǔn)則的功率分配計(jì)算過(guò)程。

依據(jù)分布式調(diào)度準(zhǔn)則，要求所有節(jié)點(diǎn)λ一致，即滿足公式（4）：

將公式（5）代入公式（2），得到公式（6）：

由于PLD已知，可計(jì)算得到DERsi新功率的，然后將代入公式（5），得到所有節(jié)點(diǎn)新的功率值，并將新的值更新到區(qū)塊鏈中；同時(shí)計(jì)算λ值，并將其發(fā)送給任務(wù)發(fā)起節(jié)點(diǎn)；驅(qū)動(dòng)DERs機(jī)組按照新的功率值工作。

（3）任務(wù)發(fā)起者接收來(lái)自不同的節(jié)點(diǎn)響應(yīng)，若有2f+1個(gè)響應(yīng)λ值相等，則該響應(yīng)即為本次請(qǐng)求計(jì)算的結(jié)果，是全網(wǎng)一致性變量，本次分布式功率分配調(diào)整完成，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)經(jīng)濟(jì)調(diào)度。

由于分布式能源存在隨時(shí)加入和退出的問(wèn)題，當(dāng)有新的節(jié)點(diǎn)加入時(shí)，節(jié)點(diǎn)廣播自身參數(shù)及當(dāng)前功率值，請(qǐng)求完成新節(jié)點(diǎn)加入和功率再分配操作?；赑BFT機(jī)制，每個(gè)節(jié)點(diǎn)將新節(jié)點(diǎn)參數(shù)添加到鏈上存儲(chǔ)，同時(shí)基于準(zhǔn)則調(diào)整功率，保證系統(tǒng)運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)。當(dāng)有節(jié)點(diǎn)退出時(shí)，采用類似操作更新鏈上數(shù)據(jù)和調(diào)整功率。

6 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

為驗(yàn)證本文所提算法的有效性，通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行仿真驗(yàn)證。假設(shè)在某VPP系統(tǒng)內(nèi)分散了四個(gè)DERs，類型為微型燃?xì)獍l(fā)電機(jī)（Micro Gas Generators，MGGs），MGGs通過(guò)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)連接，每個(gè)MGG是網(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并假設(shè)該網(wǎng)絡(luò)存在一定網(wǎng)絡(luò)延時(shí)，但保證點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直接通信。機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和初始功率如表3所示[18]。

存在網(wǎng)絡(luò)時(shí)延的情況下，測(cè)試一致性變量λ的變化情況。從圖4可知，在初始t=1時(shí)刻，各機(jī)組的λ值不同，不滿足等耗量微增率準(zhǔn)則，系統(tǒng)沒(méi)有運(yùn)行在最優(yōu)狀態(tài)。通過(guò)一次PBFT共識(shí)后，在t=8時(shí)刻λ變量達(dá)到一致，系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。

表3 機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和初始功率

圖4 微增量特征λ值的變化情況

圖5 展示了在共識(shí)過(guò)程中，總負(fù)荷功率PLD與機(jī)組發(fā)電總功率sum(Pi)的對(duì)比，從圖中可以發(fā)現(xiàn)由于網(wǎng)絡(luò)延時(shí)和共識(shí)計(jì)算造成的系統(tǒng)波動(dòng)，但最終達(dá)到了功率平衡。

圖5 負(fù)荷總功率和發(fā)電總功率對(duì)比

圖6 展示了各個(gè)MGGs機(jī)組的有功功率調(diào)整情況，最終功率值穩(wěn)定在最優(yōu)運(yùn)行狀態(tài)。

圖6 各機(jī)組功率變化情況

7 結(jié)語(yǔ)

虛擬電廠將是未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的終極形態(tài)之一，實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的資源優(yōu)化配置，促進(jìn)分布式能源的消納。針對(duì)分散型虛擬電廠的優(yōu)化運(yùn)行，采用等耗量微增率準(zhǔn)則，結(jié)合分布式、去中心化、自治的區(qū)塊鏈技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬電廠的完全分布式運(yùn)行控制，并對(duì)通信、節(jié)點(diǎn)故障等因素具有一定的容錯(cuò)能力，提升了虛擬電廠的安全等級(jí)。后續(xù)將進(jìn)一步探討區(qū)塊鏈與虛擬電廠的深度融合技術(shù)，研究針對(duì)更多種DERs特性和運(yùn)行環(huán)境的優(yōu)化運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)虛擬的優(yōu)化調(diào)度運(yùn)行，促進(jìn)可再生能源的吸納。