基于區(qū)塊鏈的多微電網(wǎng)交易機(jī)制建模與優(yōu)化

徐小舒，付保川，2*，趙 升，吳征天，2，許馨尹，2

（1.蘇州科技大學(xué) 電子與信息工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009；2.蘇州智慧城市研究院，江蘇 蘇州 215009）

微電網(wǎng)為分布式可再生能源（Distributed Renewable Energy，DRE）提供了可靠的消納環(huán)境[1-2]，隨著DRE技術(shù)的發(fā)展和政策的鼓勵(lì)，配電網(wǎng)中電力生產(chǎn)者和消費(fèi)者之間的界限變得模糊[3]。這些容量小、數(shù)量眾多且分布廣泛的DRE 逐漸進(jìn)入市場(chǎng)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)微電網(wǎng)電能交易的研究主要圍繞交易機(jī)制和電能優(yōu)化調(diào)度的方法上。文獻(xiàn)[4]建立了電網(wǎng)公司、新增實(shí)體和用戶構(gòu)成的靜態(tài)非合作博弈模型，并采用粒子群算法求得了博弈的均衡解。文獻(xiàn)[5]結(jié)合ADMM 算法和模型預(yù)測(cè)控制法，提出了一種微電網(wǎng)群分布式優(yōu)化調(diào)度策略，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)間能量互補(bǔ)，提高可再生能源消納能力和系統(tǒng)運(yùn)行可靠性。然而上述文獻(xiàn)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)均為集中式架構(gòu)，隨著計(jì)算量的增大，這種中心化系統(tǒng)面臨許多問(wèn)題，例如高運(yùn)營(yíng)成本、高時(shí)間消耗和隱私泄漏等安全問(wèn)題[6]。

區(qū)塊鏈作為一種分布式賬本，可以實(shí)現(xiàn)在沒(méi)有第三方可信機(jī)構(gòu)監(jiān)管下，無(wú)信任關(guān)系節(jié)點(diǎn)之間的價(jià)值通信[7]，其去中心、自信任的特點(diǎn)可以解決集中式系統(tǒng)潛在的安全問(wèn)題。文獻(xiàn)[8]提出了一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的微電網(wǎng)電能交易方法，通過(guò)設(shè)計(jì)專屬代幣和智能合約來(lái)保障用戶交易安全，并提出了基于信用的共識(shí)機(jī)制來(lái)約束用戶行為。文獻(xiàn)[9]設(shè)計(jì)了一種分布式優(yōu)化市場(chǎng)出清模型，并將其部署在區(qū)塊鏈上來(lái)解決交易過(guò)程中隱私信息暴露和泄漏的問(wèn)題，同時(shí)采用多鏈協(xié)同的方法來(lái)提高區(qū)塊鏈的分布式計(jì)算效率。文獻(xiàn)[10]提出了一種基于用戶信用的需求響應(yīng)資源信用管理方法，將交易流程編寫(xiě)為智能合約，使用區(qū)塊鏈技術(shù)提高管理自動(dòng)化程度。

以上研究均使用智能合約來(lái)自動(dòng)執(zhí)行交易流程，減少了因中心化干預(yù)造成的系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全問(wèn)題，但是各個(gè)微電網(wǎng)與大電網(wǎng)的頻繁交互，將會(huì)對(duì)大電網(wǎng)的運(yùn)行管理造成額外負(fù)擔(dān)，如何減少微電網(wǎng)對(duì)大電網(wǎng)的影響，提高DRE 的就地消納空間是文中關(guān)注的重點(diǎn)。對(duì)此，筆者將研究重點(diǎn)聚焦于微電網(wǎng)之間，首先分析多微電網(wǎng)電能交易市場(chǎng)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出多微電網(wǎng)電能交易架構(gòu)，隨后根據(jù)該架構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)電能交易機(jī)制，以微電網(wǎng)總體成本最低為優(yōu)化目標(biāo)，采用雙邊交易機(jī)制促進(jìn)電能出清，最后給出微電網(wǎng)電能交易機(jī)制的智能合約實(shí)現(xiàn)方法。

1 多微電網(wǎng)電能交易架構(gòu)

圖1 為基于區(qū)塊鏈的多微電網(wǎng)電能交易總體框架，整個(gè)多微電網(wǎng)電能交易市場(chǎng)由多個(gè)微電網(wǎng)和大電網(wǎng)組成，作為區(qū)塊鏈點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，微電網(wǎng)間互為平等，通過(guò)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通行和交易。對(duì)于單個(gè)微電網(wǎng)，其出力由分布式發(fā)電機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)，如：光伏矩陣、風(fēng)力發(fā)電機(jī)和燃料發(fā)電機(jī)。同時(shí)，微電網(wǎng)內(nèi)部含有儲(chǔ)能設(shè)備，主要由蓄電池組成，用于協(xié)調(diào)電能產(chǎn)銷，供能不足時(shí)儲(chǔ)能設(shè)備出力，供能過(guò)剩時(shí)儲(chǔ)能設(shè)備對(duì)多余電能進(jìn)行儲(chǔ)納。微電網(wǎng)負(fù)荷端主要包括普通電力用戶和電動(dòng)汽車用戶。

圖1 多微電網(wǎng)電能交易總體框架

在微電網(wǎng)內(nèi)部，分布式能源由微電網(wǎng)端管理，用戶分布較廣，以用電為主，整個(gè)電能交易結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)“微電網(wǎng)-多用戶”的特點(diǎn)。這種交易結(jié)構(gòu)適合將微電網(wǎng)作為領(lǐng)導(dǎo)者，用戶作為跟隨者，雙方按照一對(duì)多結(jié)構(gòu)進(jìn)行交易。不過(guò)由于新能源發(fā)電受自然條件影響較大，而用戶用電行為比較單一，負(fù)荷需求波動(dòng)平穩(wěn)，社區(qū)微電網(wǎng)的交易環(huán)節(jié)會(huì)出現(xiàn)發(fā)電量和需求量不匹配的現(xiàn)象。當(dāng)發(fā)電量大于需求量時(shí)，盈余的電量需要向外界出售；當(dāng)發(fā)電量不足以滿足負(fù)荷需求時(shí)，社區(qū)微電網(wǎng)需要從外界購(gòu)入電量。如果只跟大電網(wǎng)進(jìn)行購(gòu)售電交易，不僅會(huì)給大電網(wǎng)正常運(yùn)行造成額外壓力，還會(huì)因大電網(wǎng)電價(jià)固定，微電網(wǎng)不能靈活進(jìn)行電能交易而額外增加不必要的成本。

與單個(gè)微電網(wǎng)電能交易結(jié)構(gòu)不同的是，在多微電網(wǎng)中，各微電網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)中呈平行分布，互不依賴。在此結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上形成的電能交易市場(chǎng)中，交易各方也呈現(xiàn)互為平等的關(guān)系。整個(gè)市場(chǎng)中存在多個(gè)買(mǎi)方和多個(gè)賣方，這種交易成員結(jié)構(gòu)與雙邊拍賣機(jī)制的成員結(jié)構(gòu)一致。所以雙邊拍賣機(jī)制相較于傳統(tǒng)一對(duì)多形式的交易機(jī)制，更能夠促進(jìn)電能在微電網(wǎng)間的就近消納，在多微電網(wǎng)電能交易市場(chǎng)中適配度更高。而區(qū)塊鏈安全加密的特點(diǎn)使交易信息更透明；智能合約替代第三方機(jī)構(gòu)，用戶之間直接交易不僅可以提高交易效率，還可以進(jìn)一步保障交易過(guò)程的隱私、無(wú)干擾；鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)讓數(shù)據(jù)不可篡改而易驗(yàn)證，促進(jìn)交易市場(chǎng)的監(jiān)管更加便利。

2 微電網(wǎng)出力優(yōu)化模型

2.1 分布式發(fā)電端

微電網(wǎng)中分布式發(fā)電單元的主要出力機(jī)構(gòu)為光伏（PV）和風(fēng)力發(fā)電機(jī)（WT）等DRE。傳統(tǒng)燃料發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急發(fā)電設(shè)備，僅用于應(yīng)對(duì)社區(qū)微電網(wǎng)電能供應(yīng)不足的緊急情況，不用于正常情況下的電能生產(chǎn)，而微電網(wǎng)間交易的電能來(lái)自分布式能源生產(chǎn)的盈余電能，故不計(jì)入此模型的考量范圍。

分布式發(fā)電單元的發(fā)電成本函數(shù)通?？山票硎緸橐粋€(gè)二次凸函數(shù)[11]

式中：成本系數(shù)ai、bi、ci均為常數(shù)，Pi，t為第i 個(gè)微電網(wǎng)在t 時(shí)段的分布式能源出力，滿足如下約束

2.2 儲(chǔ)能端

微電網(wǎng)中儲(chǔ)能設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)微電網(wǎng)電能的盈存虧補(bǔ)，是平衡分布式發(fā)電端出力和用電終端需求的關(guān)鍵。該模型中儲(chǔ)能設(shè)備主要由鉛酸蓄電池組成，電動(dòng)汽車（Electric Vehicle，EV）在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中還不能實(shí)現(xiàn)放電，故不作為該儲(chǔ)能成本模型的考慮因素。

儲(chǔ)能設(shè)備充放電功率為

其中：Δt 為儲(chǔ)能設(shè)備充放電時(shí)間；Pc和Pd分別為儲(chǔ)能設(shè)備充放電功率；ηc和ηd分別為儲(chǔ)能設(shè)備充放電效率。由此得出儲(chǔ)能設(shè)備運(yùn)行成本

其中：csto，i為設(shè)備的平均維護(hù)成本。同時(shí)，為了延長(zhǎng)蓄電池這類儲(chǔ)能設(shè)備的使用壽命，儲(chǔ)能設(shè)備的運(yùn)行遵循以下約束條件

2.3 目標(biāo)函數(shù)

結(jié)合上述成本模型，可以得出微電網(wǎng)總發(fā)電成本為

微電網(wǎng)與大電網(wǎng)之間的交易成本為

其中：Vt和ξtVt分別為大電網(wǎng)售電和購(gòu)電價(jià)；Pp，i，t為大電網(wǎng)和微電網(wǎng)i 之間的輸電功率，大于零代表電能從大電網(wǎng)向微電網(wǎng)i 傳輸。

微電網(wǎng)之間的交易成本為

其中：α 和β 分別為微電網(wǎng)期望售電和購(gòu)電價(jià)；Pw，i，t為微電網(wǎng)i 和其余微電網(wǎng)之間的輸電功率，大于零代表微電網(wǎng)i 向其余微電網(wǎng)售電。

某個(gè)微電網(wǎng)和外界的電能交易量為

其中：Preq，i，t為微電網(wǎng)內(nèi)總負(fù)荷需求。

綜上所述，在多微電網(wǎng)電能交易市場(chǎng)中，最小化所有參與微電網(wǎng)的綜合成本是多微電網(wǎng)出力優(yōu)化的目標(biāo)函數(shù)，可表示為

3 電能交易出清機(jī)制

3.1 雙邊拍賣機(jī)制

在多微電網(wǎng)電能交易市場(chǎng)中，電能交易參與者為若干個(gè)地位平等的微電網(wǎng)，此類市場(chǎng)結(jié)構(gòu)為典型的多方買(mǎi)賣市場(chǎng)結(jié)構(gòu)。多微電網(wǎng)電能交易的過(guò)程由不同時(shí)段劃分，大電網(wǎng)的售電價(jià)不隨時(shí)段的變化而變化，但微電網(wǎng)間的購(gòu)、售電價(jià)會(huì)隨著不同時(shí)段Ptd的改變而改變。交易參與者通常會(huì)選擇與其他出價(jià)更低的微電網(wǎng)進(jìn)行交易。為了防止利益相關(guān)的惡意定價(jià)、競(jìng)標(biāo)等違規(guī)行為的產(chǎn)生，對(duì)多微電網(wǎng)電能交易市場(chǎng)公平公開(kāi)的市場(chǎng)環(huán)境和穩(wěn)定有序的電能流通造成影響，有必要建立一種動(dòng)態(tài)管理方法來(lái)實(shí)現(xiàn)更高效的電能交易。

雙邊拍賣機(jī)制能夠?qū)崿F(xiàn)資源的靈活分配，保證多方交易協(xié)調(diào)有序的進(jìn)行，被廣泛用于多方買(mǎi)賣的交易市場(chǎng)中[12]。雙邊拍賣機(jī)制主要分為兩種形式：連續(xù)雙邊拍賣（Continuous Double Auction）和集中競(jìng)價(jià)（Call Market）。集中競(jìng)價(jià)需要在一定時(shí)間內(nèi)收集所有交易方的報(bào)價(jià)和電量，經(jīng)過(guò)多次運(yùn)算后統(tǒng)一出清。這種交易模式需要參與者在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成報(bào)價(jià)，且撮合計(jì)算量比較大，系統(tǒng)計(jì)算負(fù)荷重。所以文中選擇更為靈活的多方連續(xù)雙邊拍賣機(jī)制，在規(guī)定交易周期內(nèi)，交易雙方可隨時(shí)匹配，完成交易。

3.2 初始價(jià)格模型

由式（9）可知，當(dāng)Ptd＜0 時(shí)，微電網(wǎng)的分布式能源出力可以滿足用戶需求，且有盈余電能可供售賣，定義這類微電網(wǎng)為賣方集合S={s1，s2，…，sM}；當(dāng)Ptd＞0 時(shí)，微電網(wǎng)內(nèi)能源出力無(wú)法滿足用戶總需求，微電網(wǎng)需要從外界購(gòu)電，定義這類微電網(wǎng)為買(mǎi)方集合B={b1，b2，…，bN}，si和bi分別為買(mǎi)、賣方集合內(nèi)的參與微電網(wǎng)。

交易開(kāi)始時(shí)，所有參與交易的微電網(wǎng)都要提交初始報(bào)價(jià)，買(mǎi)方定價(jià)表達(dá)式為

其中：αt和ξt均為電價(jià)系數(shù)，值都為常數(shù)。賣方定價(jià)表達(dá)式為

其中：γt為賣方成本系數(shù)，表達(dá)式為

3.3 出清價(jià)格模型

當(dāng)交易參與多方完成初始報(bào)價(jià)申報(bào)后，為反映初始交易中的電能供需關(guān)系，在此給出完善后的彈性價(jià)格[13]，表達(dá)式如下

其中：K0，j為基準(zhǔn)彈性價(jià)格，εx為彈性系數(shù)。

為了更具體地反映交易過(guò)程中市場(chǎng)內(nèi)部電能供需關(guān)系，文中將彈性價(jià)格和買(mǎi)賣匹配雙方的初始報(bào)價(jià)相結(jié)合，設(shè)計(jì)了如下出清價(jià)格模型

4 拍賣智能合約設(shè)計(jì)

上節(jié)給出了雙邊拍賣機(jī)制模型，但是在多微電網(wǎng)電能交易市場(chǎng)中，由于微電網(wǎng)間互為平等，市場(chǎng)中沒(méi)有公信第三方機(jī)構(gòu)擔(dān)任信息中轉(zhuǎn)媒介，雙邊拍賣機(jī)制難以順利展開(kāi)。所以這節(jié)引入智能合約技術(shù)，其本質(zhì)是運(yùn)行在區(qū)塊鏈上、按照需求導(dǎo)向編碼的、具有一定約束力的計(jì)算機(jī)程序。將雙邊拍賣流程和關(guān)鍵步驟編碼成智能合約，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯的自動(dòng)執(zhí)行，消除第三方作惡的隱患。既可以解決交易多方的信任問(wèn)題，還可以同步記錄關(guān)鍵交易信息，上傳至區(qū)塊鏈，保障交易數(shù)據(jù)安全。這節(jié)將基于上述給出的雙邊拍賣價(jià)格模型，設(shè)計(jì)具體的交易流程，提出雙邊拍賣出清機(jī)制，并將其智能合約化。

4.1 雙邊拍賣流程

將一天24 h 分為T(mén) 個(gè)周期，則交易周期集合為：T={1，2，…，t}。圖2 為雙邊拍賣流程示意圖，具體交易步驟如下。

圖2 雙邊拍賣流程示意圖

步驟一微電網(wǎng)在每個(gè)時(shí)段統(tǒng)計(jì)該時(shí)段微電網(wǎng)內(nèi)部的電能供銷情況，各自計(jì)算出自身Ptd，并根據(jù)Ptd確定其在該交易時(shí)段，多微電網(wǎng)電能交易市場(chǎng)中的角色，購(gòu)電微電網(wǎng)集合為B，售電微電網(wǎng)集合為S。

步驟二購(gòu)電微電網(wǎng)提交Ptd，i，t和bi，t，售電微電網(wǎng)提交Ptd，j，t和sj，t。雙邊拍賣機(jī)制將各微電網(wǎng)上傳的信息按順序排列。

步驟三系統(tǒng)獲取購(gòu)電微電網(wǎng)報(bào)價(jià)中的最大值和售電微電網(wǎng)報(bào)價(jià)中的最小值。兩值比較，如果，該輪交易無(wú)法完成，需要各方重新報(bào)價(jià)，回到步驟二；如果，交易可以匹配，匹配雙方依照Ptd，i，t和Ptd，j，t中的較小值作為最終交易電量，且雙方按照確定交易，交易需求優(yōu)先得到滿足的微電網(wǎng)退出拍賣流程，另一方的需求交易量減掉該筆交易的最終交易電量，更新其Ptd進(jìn)入步驟二重新參與拍賣交易。

步驟四執(zhí)行步驟二、三，直到購(gòu)電微電網(wǎng)集合和售電微電網(wǎng)集合的其中一方交易總需求被滿足，滿足需求的集合記錄交易信息并退出拍賣流程，而剩下需求未滿足的參與者將被安排與大電網(wǎng)依照大電網(wǎng)電價(jià)進(jìn)行交易。

4.2 智能合約函數(shù)設(shè)計(jì)

結(jié)合多微電網(wǎng)電能交易市場(chǎng)特點(diǎn)，對(duì)其潛在功能需求進(jìn)行分析，同時(shí)依據(jù)上文提出的雙邊拍賣機(jī)制，整個(gè)交易過(guò)程需要用到的智能合約應(yīng)具有隊(duì)列報(bào)名、報(bào)價(jià)發(fā)布、撮合出清、結(jié)果核驗(yàn)、交易結(jié)算等功能。基于智能合約的多微電網(wǎng)電能交易流程如圖3 所示。

圖3 智能合約函數(shù)邏輯圖

（1）隊(duì)列報(bào)名功能主要用來(lái)對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)部電能情況進(jìn)行匯總。在微電網(wǎng)正式報(bào)名參與群電能雙邊拍賣前，給予微電網(wǎng)參考，來(lái)決定是否參與拍賣。如果微電網(wǎng)具有參與拍賣的需求，則調(diào)用智能合約進(jìn)行報(bào)名，報(bào)名后智能合約會(huì)根據(jù)微電網(wǎng)電能情況自動(dòng)判斷其參與電能交易的角色。如果是購(gòu)電方，將其分配進(jìn)買(mǎi)方隊(duì)列B={b1，b2，…，bN}；如果報(bào)名微電網(wǎng)是售電方，則將其分配至賣方隊(duì)列S={s1，s2，…，sM}。

（2）報(bào)價(jià)發(fā)布功能用于生成微電網(wǎng)報(bào)價(jià)。確定報(bào)價(jià)前，微電網(wǎng)可以自行設(shè)置αt和ξt這類價(jià)格參數(shù)的值，如果微電網(wǎng)不自行設(shè)置，合約將獲取默認(rèn)數(shù)值。除這些值外，合約還會(huì)獲取大電網(wǎng)電價(jià)Vt等市場(chǎng)全局信息以及Ptd等微電網(wǎng)內(nèi)部電能信息。數(shù)據(jù)獲取完成后，合約自動(dòng)生成報(bào)價(jià)。

（3）撮合出清的功能邏輯主體是上文提出的雙邊拍賣機(jī)制，具體步驟參考拍賣步驟。如果微電網(wǎng)可以順利進(jìn)入拍賣階段，整個(gè)撮合出清過(guò)程都由智能合約完成，沒(méi)有外界干預(yù)，交易結(jié)果會(huì)返回至微電網(wǎng)端。

（4）結(jié)果檢驗(yàn)功能主要完成微電網(wǎng)的數(shù)字簽名和記錄上鏈。微電網(wǎng)接受到交易結(jié)果后，可以通過(guò)對(duì)比哈希值驗(yàn)證結(jié)果的真實(shí)性。如果微電網(wǎng)對(duì)交易結(jié)果不滿意，可以拒絕交易并參與新一輪的拍賣。但是智能合約會(huì)對(duì)這種違約行為進(jìn)行記錄，從而影響該微電網(wǎng)的交易信譽(yù)。如果微電網(wǎng)對(duì)交易結(jié)果沒(méi)有異議，可以用其私鑰對(duì)交易結(jié)果進(jìn)行數(shù)字簽名。而礦工收到這些數(shù)字簽名后會(huì)再度對(duì)交易結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證，確認(rèn)無(wú)誤后打包，將這些交易信息記錄至區(qū)塊鏈。

（5）交易結(jié)算功能主要監(jiān)控交易電能的傳輸和完成購(gòu)電微電網(wǎng)的支付。售電微電網(wǎng)按照檢驗(yàn)后上鏈的交易結(jié)果進(jìn)行電能的傳輸，傳輸?shù)膶?shí)際電量會(huì)由智能合約進(jìn)行記錄，購(gòu)電微電網(wǎng)會(huì)按照記錄的實(shí)際電量進(jìn)行支付。支付的結(jié)果會(huì)記錄至區(qū)塊鏈中。

5 算例仿真分析

5.1 交易情景設(shè)置和參數(shù)配置

以一個(gè)含有三個(gè)微電網(wǎng)MG1、MG2 和MG3 的多微電網(wǎng)為例進(jìn)行仿真分析，他們都屬于本地搭建的以太坊私有區(qū)塊鏈上的授權(quán)節(jié)點(diǎn)，可以使用Dapp 提交并查看交易數(shù)據(jù)，與智能合約交互，從而直接參與到電能的交易。結(jié)合仿真實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，配電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)和各微電網(wǎng)的參數(shù)分別見(jiàn)表1、表2，負(fù)荷情況如圖2 所示，微電網(wǎng)內(nèi)部燃料發(fā)電機(jī)排放參數(shù)參照文獻(xiàn)[14]。截止2021 年1 月1 日，以太幣兌換人民幣匯率為1∶3 712.42。

表1 大電網(wǎng)分時(shí)電價(jià)

表2 微電網(wǎng)參數(shù)

5.2 仿真分析

以各微電網(wǎng)綜合發(fā)電成本最低為優(yōu)化目標(biāo)，得到3 個(gè)微電網(wǎng)在各時(shí)段分布式能源出力的優(yōu)化值，如圖5所示?？梢钥闯?，分布式能源出力集中在8-21 時(shí)段，這段時(shí)間正好是大電網(wǎng)用電高峰時(shí)段，微電網(wǎng)集中出力自產(chǎn)自銷可以有效緩解大電網(wǎng)運(yùn)行壓力，有助于電網(wǎng)削峰填谷。通過(guò)對(duì)比圖4 和5，可以看出，在17-22 時(shí)段，微電網(wǎng)DRE 出力較高，在其他時(shí)段，微電網(wǎng)DRE 出力可以完全滿足微電網(wǎng)的負(fù)荷需求。

圖4 微電網(wǎng)負(fù)荷情況

圖5 微電網(wǎng)分布式能源出力優(yōu)化結(jié)果

在雙向拍賣機(jī)制中，各微電網(wǎng)通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)，不斷更新自己的報(bào)價(jià)，最終達(dá)到均衡穩(wěn)定的狀態(tài)。圖6 展示了經(jīng)過(guò)雙向拍賣機(jī)制優(yōu)化后3 個(gè)微電網(wǎng)的總費(fèi)用，與微電網(wǎng)只與大電網(wǎng)進(jìn)行電能交易時(shí)的總費(fèi)用的對(duì)比。

總的來(lái)看，兩種策略的總費(fèi)用在不同時(shí)段的變化趨勢(shì)趨于一致，由于低谷時(shí)段的綜合電價(jià)和對(duì)電能的負(fù)荷需求要遠(yuǎn)低于高峰時(shí)段，所以在低谷時(shí)段，兩種策略的總花費(fèi)都維持較低水平。而在7-8 時(shí)段和17-21 時(shí)段兩段用電高峰時(shí)期，較高的負(fù)荷需求使得兩種策略的總花費(fèi)增長(zhǎng)較快。

對(duì)比兩個(gè)策略來(lái)看，只與大電網(wǎng)進(jìn)行電能交易是如今最主要的電能交易策略，從圖6 中可以看出，經(jīng)過(guò)多微電網(wǎng)電能交易機(jī)制優(yōu)化后的微電網(wǎng)總花費(fèi)低于只與大電網(wǎng)進(jìn)行電能交易的微電網(wǎng)總花費(fèi)，在用電低谷時(shí)期尤為明顯，是因?yàn)橛秒姷凸葧r(shí)期大電網(wǎng)電價(jià)較低，微電網(wǎng)內(nèi)部負(fù)荷需求較低，微電網(wǎng)基礎(chǔ)拍賣報(bào)價(jià)低，隨之出清電價(jià)結(jié)果低，所以總花費(fèi)降低效果顯著。

圖6 優(yōu)化前后微電網(wǎng)總費(fèi)用對(duì)比

同時(shí)，表3 展示了多微電網(wǎng)電能交易中3 個(gè)參與微電網(wǎng)進(jìn)行內(nèi)部雙邊拍賣后的收益情況?？梢?jiàn)，經(jīng)過(guò)多微電網(wǎng)電能交易機(jī)制優(yōu)化后，參與交易微電網(wǎng)的總體收益更加可觀，總收益增加了約0.005 2 個(gè)以太幣，約合人民幣19.56 元。從微電網(wǎng)個(gè)體收益上看，相比于以最低入網(wǎng)價(jià)售電給大電網(wǎng)，微電網(wǎng)1 和微電網(wǎng)3 經(jīng)過(guò)雙邊拍賣后獲得了更高收益，而微電網(wǎng)2 優(yōu)化后的收益不及優(yōu)化前收益。這說(shuō)明雙邊拍賣競(jìng)價(jià)具有高靈活性，風(fēng)險(xiǎn)與利益共存，用戶可能通過(guò)參與雙邊拍賣取得更高收益，也可能取得不理想的收益，但是總體而言，基于雙邊拍賣的多微電網(wǎng)電能交易機(jī)制優(yōu)化結(jié)果較好，可以提升微電網(wǎng)自身的經(jīng)濟(jì)效益，并且在很大程度上降低了整體的經(jīng)濟(jì)費(fèi)用，進(jìn)一步促進(jìn)系統(tǒng)內(nèi)資源分配的有效性。

表3 交易參與者收益對(duì)比

6 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)微電網(wǎng)內(nèi)部電能交易DRE 消納能力不足、增加大電網(wǎng)運(yùn)行壓力等問(wèn)題，提出了基于區(qū)塊鏈的多微電網(wǎng)電能交易機(jī)制。結(jié)合區(qū)塊鏈去中心化、透明、安全等特點(diǎn)設(shè)計(jì)了多微電網(wǎng)電能交易架構(gòu)，分析了交易市場(chǎng)內(nèi)參與者的組成特點(diǎn)和交易角色。在交易優(yōu)化設(shè)計(jì)中采用了雙邊拍賣機(jī)制，構(gòu)建了多微電網(wǎng)電能協(xié)調(diào)優(yōu)化模型，以最小化多微電網(wǎng)綜合發(fā)電成本和電能交易成本之和為目標(biāo)函數(shù)，提出了競(jìng)價(jià)出清模型，并基于以上模型闡述了智能合約的設(shè)計(jì)思路。最后通過(guò)算例分析驗(yàn)證交易機(jī)制的可行性。

在文中提出的多微電網(wǎng)電能交易市場(chǎng)中，區(qū)塊鏈的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在：（1）不需要任何數(shù)據(jù)傳輸中介，節(jié)點(diǎn)可以通過(guò)非對(duì)稱加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸和驗(yàn)證，提高通信效率；（2）整個(gè)拍賣流程均由智能合約自動(dòng)執(zhí)行，人工無(wú)法干預(yù)，且交易記錄上鏈，可驗(yàn)證、不可改，保證交易的公開(kāi)透明和安全。

考慮到多微電網(wǎng)規(guī)模的潛在擴(kuò)張會(huì)對(duì)區(qū)塊鏈交易平臺(tái)的運(yùn)行提出更大挑戰(zhàn)，后續(xù)工作可以結(jié)合區(qū)塊鏈的分片、閃電網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，提高區(qū)塊鏈系統(tǒng)的運(yùn)行速度和吞吐量，從而進(jìn)一步優(yōu)化微電網(wǎng)在進(jìn)行電能交易時(shí)的體驗(yàn)。