基于區(qū)塊鏈的虛擬電廠可信交易

李強　李冰　常哲銘

摘? 要：基于區(qū)塊鏈技術(shù)的虛擬電廠可信交易平臺對虛擬電廠交易能否用、用在哪里、怎么管理、怎樣收益更高等問題進行了研究，搭建涵蓋電池再利用服務(wù)、儲能運行服務(wù)及儲能運營服務(wù)在內(nèi)的全鏈條服務(wù)，從交易撮合、代理運營等維度探索驗證集成儲能的可持續(xù)運營模式。儲能運行服務(wù)和儲能運營服務(wù)則將目標(biāo)對準提升儲能的運維管理水平和擴展儲能收益渠道，整合儲能資源參與電網(wǎng)需求響應(yīng)，實現(xiàn)儲能用戶、平臺、電網(wǎng)多方共贏。

關(guān)鍵詞：虛擬電廠;區(qū)塊鏈技術(shù);可信交易

中圖分類號：TP311.1? 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）17-0165-04

Abstract： The trusted transaction platform of virtual power plant based on blockchain technology studies the following problems：? whether the virtual power plant transaction can be used， where it can be used， how to manage it and how to make more profits. It builds a whole chain service covering battery reuse service， energy running operation service and energy storage running service， and explores and verifies the sustainable operation mode of integrated energy storage from the dimensions of transaction matching and agency operation. Energy storage operation service and energy storage operation service aim to improve the operation and maintenance management level of energy storage， expand the revenue channels of energy storage， integrate energy storage resources， participate in the demand response of power grid， and realize the win-win situation of energy storage users， platforms and power grid.

Keywords： virtual power plant; blockchain technology; trusted transaction

0? 引? 言

當(dāng)前，國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)和研究機構(gòu)對儲能利用的重要性和預(yù)期的經(jīng)濟效益已有明確的認識。除此之外，應(yīng)用于儲能系統(tǒng)（包括集中式儲能，分布式儲能等）的區(qū)塊鏈技術(shù)也受到研究者關(guān)注。

本文首先從分布式能源市場規(guī)模、新能源消納形勢、電力提示改革與政策支持、區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展應(yīng)用進行分析，尋求電網(wǎng)中分布式資源消納的新途徑，指出了區(qū)塊鏈技術(shù)與虛擬電廠的契合點;然后，總結(jié)了基于區(qū)塊鏈的虛擬電廠可信交易平臺構(gòu)建基礎(chǔ);最后，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈的虛擬電廠可信交易平臺，為儲能用戶提供電池再利用服務(wù)、儲能運行服務(wù)、儲能運營服務(wù)等全鏈條服務(wù)，促進電池、儲能多種運營模式的驗證推廣。

1? 形勢與政策

1.1? 分布式能源市場規(guī)模

2020年，年度可再生能源實際新增裝機容量近280吉瓦，是1999年以來的最高同比增長。盡管流行病對全球供應(yīng)鏈產(chǎn)生了強烈影響，但2020年的可再生能源新增裝機容量比2019年增長了45%以上，這有望推動分布式能源資源管理系統(tǒng)市場的需求。

未來能源互聯(lián)網(wǎng)以分布式能源（Distributed Energy Resources， DER）為主要的一次能源[1]。虛擬電廠（Virtural Power Plant， VPP）是未來能源互聯(lián)網(wǎng)的重要形式之一，是利用先進信息通信技術(shù)，實現(xiàn)分布式能源、儲能系統(tǒng)、可控負荷、電動汽車等DERs（Distributed Energy Resources）的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網(wǎng)運行的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)，被認為是能源互聯(lián)網(wǎng)的終極組態(tài)[2]。

1.2? 新能源消納形勢

目前，我國的可再生能源產(chǎn)業(yè)形勢正在發(fā)生巨大的轉(zhuǎn)變，正由裝機規(guī)模高速增長向高比例消納時代邁進，尤為突出的是風(fēng)電、光電從過去的“微不足道”變?yōu)椤芭e足輕重”，但由于新能源發(fā)電的波動性和隨機性，特別是分布式發(fā)電的“弱調(diào)度”特點，高滲透率電力系統(tǒng)運行控制難度加大，需要研究多資源、多目標(biāo)、多約束的協(xié)調(diào)控制技術(shù)[3]。

2020年全國棄風(fēng)電量166.1億千瓦時，風(fēng)電利用率96.5%，同比提升0.5個百分點;棄光電量52.6億千瓦時，光伏發(fā)電利用率98.0%，與去年基本持平。

用戶安裝分布式電源設(shè)備除了裝機成本之外，還包括后期的維護成本，在目前有政府新能源補貼措施的前提下，尚可接受，但隨著補貼措施的逐步取消，對于用戶而言，裝機成本將增大，這也意味著將在一定程度上阻礙新能源的發(fā)展。為了進一步促進新能源的發(fā)展，在無法改變裝機成本的同時，需要增加用戶的收入，以抵消成本帶來的壓力，需要尋求分布式資源消納的新途徑，按照“就近生產(chǎn)、就近消費”的原則，能使能源的利用率增高，并且對于環(huán)境的污染排放也將降低。

1.3? 電力體制改革與政策支持

2015年3月，“中發(fā)9號”文件提出有序向社會資本開放售電業(yè)務(wù)，同時積極發(fā)展分布式電源及需求側(cè)管理。因此，合理引導(dǎo)分布式能源用戶參與電力市場交易能夠有效解決分布式能源的消納問題[4]。

2017年10月，國家發(fā)改委和能源局聯(lián)合發(fā)布發(fā)改能源〔2017〕1901號《關(guān)于開展分布式發(fā)電市場化交易試點的通知》，提出建立一個分布式電力交易平臺的必要性，同時允許擁有分布式能源的用戶參與電力交易。

2020年9月，國家發(fā)展改革委和能源總局聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開展現(xiàn)貨電力市場建設(shè)試點工作的通知》，明確指出了可再生能源發(fā)電本身具有間歇性和波動性的特點，但現(xiàn)貨市場的開放能夠?qū)⒏鞣降膶崟r供需信息及時發(fā)送，也將為分布式能源的消納提供便捷。

1.4? 區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展應(yīng)用

目前區(qū)塊鏈的應(yīng)用主要涉及銀行和支付、人工智能、保險、共享經(jīng)濟、能源管理等領(lǐng)域，相信隨著區(qū)塊鏈基礎(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其應(yīng)用領(lǐng)域會不斷擴展，其巨大潛力逐漸被金融行業(yè)、能源行業(yè)等領(lǐng)域所認可[5]。基于區(qū)塊鏈模式下，可以使電力生產(chǎn)者、售電部門及消費者實現(xiàn)直接聯(lián)系，利用智能合同來約束三者之間的關(guān)系[5]。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有中心控制機構(gòu)，各DERs通過直接數(shù)據(jù)交換獲取全局信息，然后自主完成本節(jié)點的調(diào)控運行[6]。

2? 可信交易平臺構(gòu)建基礎(chǔ)

基于區(qū)塊鏈技術(shù)，實現(xiàn)儲能單元數(shù)據(jù)、電能交易數(shù)據(jù)以區(qū)塊鏈方式分布式記賬儲存和可追溯;同時，為了實現(xiàn)基于安全多方計算的隱匿知識共享，研究自組織聯(lián)盟鏈，儲能需求響應(yīng)多方根據(jù)業(yè)務(wù)需求獲取憑證，選擇性多鏈數(shù)據(jù)記賬;其次，為實現(xiàn)儲能充放電需求及分布式儲能系統(tǒng)智能化接入的快速響應(yīng)和自動執(zhí)行，以及快速交易結(jié)算和靈活可靠數(shù)據(jù)管理，研究儲能系統(tǒng)儲電/放電交易的智能化合約和分布式賬本技術(shù)規(guī)范;最后，針對多個儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，開發(fā)基于區(qū)塊鏈的儲能需求響應(yīng)數(shù)據(jù)管理和交易結(jié)算算法代碼，采用token進行生態(tài)收益及時結(jié)算，在仿真環(huán)境中實現(xiàn)算法代碼的測試驗證。

項目設(shè)計一種基于區(qū)塊鏈的三層能源交易架構(gòu)，如表1所示，并引入弱中心化的管理方式，以應(yīng)對去中心化帶來的效率低下的問題，提高區(qū)塊鏈處理速度。

3? 基于區(qū)塊鏈的虛擬電廠可信交易平臺設(shè)計

3.1? 技術(shù)架構(gòu)

該平臺從下到上可以分為底層平臺層、支撐層、應(yīng)用層及展示層等幾個層級，其技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

平臺依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)與交易中心、上級需求響應(yīng)平臺及儲能單元智能管理裝置的互聯(lián)互通。結(jié)合應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的鏈式管理和保障交易服務(wù)的公正透明。

3.2? 應(yīng)用服務(wù)

基于區(qū)塊鏈的虛擬電廠可信交易平臺對虛擬電廠提供全鏈條服務(wù)，包括系統(tǒng)管理、梯次電池再利用服務(wù)、儲能運行服務(wù)和儲能運營服務(wù)，平臺應(yīng)用架構(gòu)如圖2所示。

3.2.1? 電池利用服務(wù)

3.2.1.1? 電池全生命周期管理

提供電池全生命周期管理服務(wù)，主要包括電池溯源查詢等服務(wù)，提供退役電池編碼溯源，實現(xiàn)來源可查、質(zhì)量保證等。

3.2.1.2? 儲能集成服務(wù)

交易撮合服務(wù)。為電池所有者與系統(tǒng)集成商提供求購和供應(yīng)多方面撮合方式，達成電池所有者與電池儲能建設(shè)者的交易撮合。

集成商信息服務(wù)。提供退役電池安裝、儲能集成等信息服務(wù)。

案例分享服務(wù)。提供電池儲能成功案例分享服務(wù)，對集成商完成的歷史成功案例有更清晰的認識，為集成等服務(wù)提供保障。

信息咨詢服務(wù)。提供電池儲能相關(guān)政策、法令法規(guī)、專家觀點等多方面的信息咨詢服務(wù)。

3.2.2? 儲能運行服務(wù)

3.2.2.1? 接入管理

一體化建模。建立儲能模型，該模型需適應(yīng)各種類型儲能監(jiān)視及控制需求。

數(shù)據(jù)采集處理。對儲能系統(tǒng)實時運行數(shù)據(jù)進行采集存儲，主要包括儲能系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)、并網(wǎng)點運行數(shù)據(jù)、逆變器運行數(shù)據(jù)、電池組監(jiān)測數(shù)據(jù)等。

3.2.2.2? 能量管理

運行監(jiān)視。展示儲能系統(tǒng)、儲能并網(wǎng)點、逆變器、電池組運行關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)，并以可視化手段對以上信息進行形象化展示。

智能告警。實現(xiàn)對電池、儲能系統(tǒng)的異常和越界告警，包括電壓異常告警（單體過壓、欠壓告警）、溫度異常告警（過溫、欠溫告警）、電池荷電量低告警等。

3.2.3? 儲能運營服務(wù)

3.2.3.1? 智能調(diào)度

充放電管理。制定儲能在高充低放運行模式下的充放電計劃并下發(fā)給各個分散儲能系統(tǒng)，實現(xiàn)本地系統(tǒng)云策略。

需求響應(yīng)。代理儲能擁有方參與需求響應(yīng)，用戶可在平臺查詢儲能參與需求響應(yīng)方案建議、設(shè)置儲能參與需求響應(yīng)模式、查詢需求響應(yīng)盈利報表等。具體為：

（1）聚合管理。根據(jù)用戶需求確定儲能的參與模式進行儲能聚合方式管理并建立聚合模型，對各類分散儲能參數(shù)數(shù)據(jù)和運行數(shù)據(jù)進行整合管理，為儲能聚合體參與需求側(cè)響應(yīng)、調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)提供基礎(chǔ)。

（2）響應(yīng)能力分析?；趦δ苓\行狀態(tài)，核算實時需求響應(yīng)能力，包含響應(yīng)的時間、各儲能站當(dāng)前響應(yīng)能力，為策略生成打下基礎(chǔ)。

（3）需量申報交互。提供與各個儲能站點及儲能聚合體參與需求響應(yīng)的交互接口，在收到響應(yīng)邀約時確定是否參與本次需求響應(yīng)并提報響應(yīng)信息。

（4）需求響應(yīng)策略管理。綜合各儲能站響應(yīng)能力與需量申報信息，根據(jù)經(jīng)濟最優(yōu)、時間最短、參與數(shù)量最少等參與模式制定具體響應(yīng)策略。根據(jù)電池儲能實際運行情況，分別制定響應(yīng)速度優(yōu)先、成本降低優(yōu)先、容量滿足優(yōu)先等模式下的需求響應(yīng)分解規(guī)則，為需求響應(yīng)策略優(yōu)化和策略分解提供基礎(chǔ)。

（5）響應(yīng)執(zhí)行評價。根據(jù)儲能實際運行數(shù)據(jù)，記錄儲能對需求響應(yīng)分解策略的執(zhí)行情況，比如合格率、響應(yīng)時間等，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，為收益管理和運行策略優(yōu)化提供依據(jù)。

3.2.3.2? 用戶管理

賬戶管理。提供對賬戶信息的管理，包括用戶注冊、用戶登錄、用戶權(quán)限管理、用戶信息修改以及用戶等級修改等服務(wù)。

檔案管理包括：

（1）用戶檔案管理。提供用戶建檔、檔案查詢、檔案修改等服務(wù)。儲能檔案管理：提供儲能建檔、檔案查詢、檔案修改等服務(wù)。

（2）合約管理。對在平臺簽訂的各種交易合同進行全生命周期管理。

3.2.3.3? 收益結(jié)算

收益管理包括：

（1）充放電收益管理。以儲能運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對各類儲能單體及聚合體的充放電收益進行階段核算，并提供同比、環(huán)比等對比分析功能。

（2）需求側(cè)響應(yīng)收益管理。以儲能參與需求側(cè)響應(yīng)的計劃數(shù)據(jù)及實際運行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，對各類儲能單體及聚合體的需求側(cè)響應(yīng)收益進行階段核算。

（3）收益分配。根據(jù)收益模式及平臺與儲能、單體與聚合體之間的收益分配原則，進行收益分配核算。

（4）收益報表。形成平臺、儲能收益報表并推送給各參與主體。

清分結(jié)算管理包括：

（1）清分管理。將當(dāng)日的全部網(wǎng)絡(luò)交易數(shù)據(jù)按照各成員行之間本代它、它代本、貸記、借記、筆數(shù)、金額、軋差凈額等進行匯總、整理、分類。對支付指令進行發(fā)送、接收及核對確認，形成全面交換結(jié)算工具和支付信息，并建立最終結(jié)算頭寸。

（2）結(jié)算管理。根據(jù)交易結(jié)果和交易所有關(guān)規(guī)定對會員交易保證金、盈虧、手續(xù)費、交割貨款和其他有關(guān)款項進行的計算、劃撥。

3.3? 示范工程接入

南向?qū)崿F(xiàn)對集中管理的儲能單元狀態(tài)數(shù)據(jù)實時采集、能量計量及設(shè)備控制，北向?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)上傳至虛擬電廠平臺及滿足本項目的需求響應(yīng)。儲能電站詳細接入情況如表2所示。

在儲能站形成本地采集、匯總和遠程轉(zhuǎn)發(fā)的功能模塊，站內(nèi)BMS及PCS的遙測、遙信數(shù)據(jù)全部接入儲能單元智能管理裝置，并且通過標(biāo)準的遠動規(guī)約統(tǒng)一上傳至能量管理平臺。

4? 結(jié)? 論

本文主要基于區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計了一套能源互聯(lián)網(wǎng)分布式能源下的虛擬電廠交易平臺，針對多個儲能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，開發(fā)基于區(qū)塊鏈的儲能需求響應(yīng)數(shù)據(jù)管理和交易結(jié)算算法代碼，采用token進行生態(tài)收益及時結(jié)算，實現(xiàn)分布式能源的高速并網(wǎng)和可信交易。項目研究成果可推廣應(yīng)用在多個場景、多種模式下的儲能系統(tǒng)，能夠加強儲能用戶與電網(wǎng)之間的互動，幫助用戶提升能量管理安全性和運營效益。

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作者簡介：李強（1983—），男，漢族，湖北荊州人，研發(fā)工程師，本科，研究方向：計算機科學(xué)與技術(shù);李冰（1985—），男，漢族，廣西賀州人，客戶經(jīng)理，本科，研究方向：儲能市場化應(yīng)用的關(guān)鍵問題常哲銘（1983—），男，漢族，吉林白城人，工程師，本科，研究方向：數(shù)據(jù)中心供配電系統(tǒng)及儲能系統(tǒng)。