基于區(qū)塊鏈的多互聯(lián)微電網(wǎng)分布式協(xié)調(diào)優(yōu)化調(diào)度

曹正斐，張忠輝，董治成，張文睿，丁晉晉

（國(guó)網(wǎng)張掖供電公司，張掖 734000）

在國(guó)家雙碳目標(biāo)下，高效、清潔、低碳是當(dāng)今世界能源發(fā)展的主流方向，以太陽(yáng)能、風(fēng)能、水能為代表的清潔能源發(fā)電將成為主導(dǎo)[1]，清潔能源需要電力設(shè)備轉(zhuǎn)化為電能，并依托大范圍互聯(lián)電力系統(tǒng)，才能實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)發(fā)利用[2]。傳統(tǒng)單一微電網(wǎng)已經(jīng)難以滿足大范圍區(qū)域的源荷平衡需求，其集中式分層管理方法不再適用微電網(wǎng)群協(xié)調(diào)控制。我國(guó)新能源系統(tǒng)規(guī)模巨大且網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，伴隨著分布式多元電源大量接入，以及與柔性負(fù)荷的互動(dòng)運(yùn)行，都增加了系統(tǒng)運(yùn)行的不確定性，使得多區(qū)域微電網(wǎng)互聯(lián)調(diào)度計(jì)劃制定和維持多區(qū)域微電網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行變得更加復(fù)雜困難。如何有效解決微電網(wǎng)群內(nèi)及多互聯(lián)微電網(wǎng)群間的能量管控、實(shí)現(xiàn)各個(gè)微電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行、保證微電網(wǎng)群整體利益最大化等問(wèn)題亟待解決[3]。

為有效促進(jìn)新能源跨區(qū)域消納，提升多微電網(wǎng)群供電可靠性，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在多區(qū)域微電網(wǎng)群優(yōu)化調(diào)度領(lǐng)域做出諸多研究。多區(qū)域微電網(wǎng)集群優(yōu)化模式主要分為集中式優(yōu)化和分布式優(yōu)化兩類。對(duì)于集中式優(yōu)化，文獻(xiàn)[4]考慮微電網(wǎng)中不同分布式電源存在互補(bǔ)性，利用全景理論的能量函數(shù)將多微網(wǎng)進(jìn)行分組聚合；文獻(xiàn)[5]針對(duì)離網(wǎng)型鄰近海島多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)，通過(guò)結(jié)合蒙特卡羅的粒子群優(yōu)化算法實(shí)現(xiàn)互聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)合運(yùn)行優(yōu)化。然而集中式優(yōu)化并不適用于大范圍多區(qū)域優(yōu)化，集中式調(diào)度中心對(duì)于區(qū)域聯(lián)合優(yōu)化模型求解困難，且難以揭示多主體間的交互行為，易受調(diào)度中心系統(tǒng)故障及各子區(qū)域微電網(wǎng)的影響，區(qū)域內(nèi)各主體愈發(fā)注重隱私使得集中式協(xié)調(diào)優(yōu)化變得更加困難。分布式優(yōu)化有助于解決集中式優(yōu)化所面臨的難題，文獻(xiàn)[6]采用交替方向乘子法對(duì)多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行分布式調(diào)度優(yōu)化，該方法雖然存在集中調(diào)度中心但其不參與優(yōu)化調(diào)度計(jì)算，將其稱為“偽分布式調(diào)度”；文獻(xiàn)[7]基于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，結(jié)合具有二階收斂速度的分布式牛頓法和基于一致算法進(jìn)行信息傳遞，實(shí)現(xiàn)了微電網(wǎng)群運(yùn)行成本的全分布式運(yùn)行優(yōu)化。但是在實(shí)際多區(qū)域微電網(wǎng)互聯(lián)中，多區(qū)域內(nèi)部單元分布較分散，對(duì)通信能力及可靠性要求高。同時(shí)，現(xiàn)有的調(diào)度控制方式具有絕對(duì)的權(quán)限，不能有效接受外界監(jiān)督，容易出現(xiàn)事故問(wèn)題等。區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式分類賬、數(shù)據(jù)共享、智能決策、去中心化、可追溯等特性[8-10]為解決該問(wèn)題提供了新思路。同時(shí)，區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)中分布式能源具有相似的分布式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，為實(shí)際設(shè)備之間數(shù)據(jù)交互和信息安全傳輸提供了有利條件[11]。

基于以上問(wèn)題，本文引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于區(qū)塊鏈的多微電網(wǎng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)3 級(jí)模式的分布式協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)，將集中式調(diào)度轉(zhuǎn)換為全新的部分去中心化、區(qū)域電網(wǎng)間信息交互的分布式調(diào)度模式。然后，構(gòu)建了兩階段優(yōu)化調(diào)度模型，日前預(yù)調(diào)度階段旨在形成預(yù)調(diào)度計(jì)劃，并通過(guò)廣播區(qū)塊進(jìn)行廣播；在日內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)控階段，各節(jié)點(diǎn)接收并驗(yàn)證預(yù)調(diào)度廣播后，對(duì)預(yù)調(diào)度功率偏差進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)控，構(gòu)建以微電網(wǎng)區(qū)域內(nèi)運(yùn)行成本最優(yōu)為目標(biāo)的實(shí)時(shí)調(diào)控模型。其次，通過(guò)列約束生成C&CG（column constraint generation）算法將構(gòu)建的日前-日內(nèi)雙層調(diào)度模型分解成主、子問(wèn)題進(jìn)行交互迭代求解。最后，通過(guò)算例分析驗(yàn)證了本文所提方法的可行性，有效地提高了區(qū)域微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的新能源消納能力和區(qū)域整體的經(jīng)濟(jì)性。

1 基于區(qū)塊鏈的多互聯(lián)微電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)

1.1 多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)調(diào)度架構(gòu)

如圖1 所示，本文基于區(qū)塊鏈技術(shù)設(shè)計(jì)了多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)多層協(xié)調(diào)調(diào)度決策框架。微電網(wǎng)內(nèi)相互協(xié)作的各主體主要包括分布式發(fā)電DG（distributed generation）設(shè)備、負(fù)荷聚合商LA（load aggregator）和儲(chǔ)能設(shè)備ESS（energy-storage systems）。DG作為源側(cè)，通過(guò)分布式風(fēng)電、微型燃?xì)廨啓C(jī)等設(shè)備為微電網(wǎng)內(nèi)外提供穩(wěn)定可靠的電力。LA包括固定負(fù)荷、可平移負(fù)荷、可削減負(fù)荷等，通過(guò)有償調(diào)節(jié)用能行為參與互動(dòng)響應(yīng)，充分調(diào)動(dòng)可控負(fù)荷的積極性。ESS 是微電網(wǎng)內(nèi)的能源存儲(chǔ)設(shè)備，通過(guò)對(duì)ESS充放電來(lái)補(bǔ)償DG 出力的波動(dòng)性和不可控性，增強(qiáng)系統(tǒng)的DG接納能力和提高能源利用效率[12]。微電網(wǎng)內(nèi)各設(shè)備作為統(tǒng)一主體對(duì)外參與互聯(lián)系統(tǒng)分布式調(diào)度和安全運(yùn)行，對(duì)內(nèi)聚合自身服務(wù)范圍內(nèi)的靈活性資源，促進(jìn)系統(tǒng)能量供需平衡。多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)分布式調(diào)度機(jī)制主要包括互聯(lián)系統(tǒng)日前預(yù)調(diào)度計(jì)劃和日內(nèi)實(shí)時(shí)運(yùn)行調(diào)控兩個(gè)階段。首先，在前一天由區(qū)塊鏈調(diào)度中心制定未來(lái)24 h內(nèi)時(shí)隔15 min的調(diào)度計(jì)劃，然后通過(guò)各主節(jié)點(diǎn)向各區(qū)域微電網(wǎng)進(jìn)行廣播；然后微電網(wǎng)根據(jù)接收到的經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案，在保證安全經(jīng)濟(jì)約束的前提下進(jìn)行區(qū)域內(nèi)自治優(yōu)化。多微電網(wǎng)預(yù)調(diào)度和實(shí)時(shí)調(diào)控兩階段存在順序銜接關(guān)系，并通過(guò)微電網(wǎng)間交互迭代，實(shí)現(xiàn)區(qū)域整體運(yùn)行成本最優(yōu)目標(biāo)。

圖1 基于區(qū)塊鏈的多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)調(diào)度架構(gòu)Fig.1 Scheduling framework for multi-microgrid interconnected system based on block chain

1.2 多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的區(qū)塊鏈群交互運(yùn)行機(jī)制

多區(qū)域微電網(wǎng)協(xié)調(diào)調(diào)度過(guò)程中，各微電網(wǎng)需要獲取其他微電網(wǎng)設(shè)備運(yùn)行信息（例如DG、LA、ESS等），微電網(wǎng)間將出現(xiàn)頻繁的分布式雙向電力和數(shù)據(jù)通信。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理技術(shù)能夠低成本、高效率存儲(chǔ)微電網(wǎng)間交互數(shù)據(jù)，并且區(qū)塊鏈通信鏈路技術(shù)的去中心化、加密傳輸可以實(shí)現(xiàn)個(gè)體之間高效、準(zhǔn)確、全局的信息交互與共享，可為協(xié)調(diào)調(diào)度過(guò)程和區(qū)域電網(wǎng)安全運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持和去中心化管理。

區(qū)塊鏈與多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)具有相似的拓?fù)湫螒B(tài)，從兩者技術(shù)融合的角度出發(fā)，設(shè)計(jì)了如圖2所示的多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的區(qū)塊鏈交互運(yùn)行機(jī)制。在微電網(wǎng)區(qū)塊鏈感知層，通過(guò)在分散式節(jié)點(diǎn)布置不同類型的傳感器、智能電表等收集和預(yù)處理基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，將感知層所獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)固件層的加密技術(shù)與共識(shí)機(jī)制、合約層的智能合約與激勵(lì)機(jī)制、應(yīng)用層的分布式計(jì)算等區(qū)塊鏈技術(shù)組合成資產(chǎn)鏈、技術(shù)鏈和調(diào)度鏈的區(qū)塊鏈群[13]。資產(chǎn)鏈可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模分布式“無(wú)信任”資產(chǎn)管理，并將可調(diào)配資源容量、調(diào)配時(shí)間段、所處地域等信息進(jìn)行能源認(rèn)證后寫(xiě)入?yún)^(qū)塊鏈，為區(qū)塊鏈群實(shí)現(xiàn)提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和運(yùn)算基礎(chǔ)；技術(shù)鏈主要通過(guò)運(yùn)用分布式的估計(jì)方法對(duì)微電網(wǎng)各節(jié)點(diǎn)的狀態(tài)進(jìn)行估計(jì)和分析，并形成發(fā)用電計(jì)劃；調(diào)度鏈則對(duì)技術(shù)鏈提供的互聯(lián)系統(tǒng)發(fā)用電計(jì)劃進(jìn)行安全校核管理，實(shí)現(xiàn)微電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行、決策和調(diào)度。

圖2 多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的區(qū)塊鏈體系架構(gòu)Fig.2 Block chain framework for multi-microgrid interconnected system

1.3 智能合約及激勵(lì)機(jī)制設(shè)計(jì)

區(qū)塊鏈技術(shù)中的智能合約預(yù)先編譯協(xié)定并存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈的程序代碼中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)度決策響應(yīng)效果[14]。在日前預(yù)調(diào)度階段，調(diào)度中心區(qū)塊鏈群通過(guò)各分散節(jié)點(diǎn)收集并聚合各微電網(wǎng)供用側(cè)需求，形成發(fā)用電計(jì)劃；在日內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)控階段，將發(fā)用電計(jì)劃編譯成智能合約的形式并自動(dòng)執(zhí)行代碼進(jìn)行微電網(wǎng)內(nèi)獨(dú)立運(yùn)行優(yōu)化。

基于智能合約的多微電網(wǎng)兩階段聯(lián)合滾動(dòng)優(yōu)化流程如下。

步驟1數(shù)據(jù)上傳階段。各微電網(wǎng)上報(bào)未來(lái)24 h的源荷預(yù)測(cè)結(jié)果。

步驟2微電網(wǎng)兩階段決策階段。生成兩階段優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，多次迭代優(yōu)化運(yùn)算，輸出全局最優(yōu)策略。

步驟3調(diào)度中心安全校核。調(diào)度中心根據(jù)各微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)上報(bào)的優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)安全驗(yàn)證校核，得到調(diào)整后的校核方案。

步驟4激勵(lì)實(shí)時(shí)調(diào)控。為刺激互聯(lián)系統(tǒng)中各微電網(wǎng)積極參與日內(nèi)實(shí)時(shí)運(yùn)行調(diào)控，利用智能合約自動(dòng)指導(dǎo)激勵(lì)分配，評(píng)估各微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)參與實(shí)時(shí)調(diào)控作出的貢獻(xiàn)度給予一定獎(jiǎng)勵(lì)。該獎(jiǎng)勵(lì)可以是虛擬貨幣或者安全校核、阻塞管理等操作的優(yōu)先權(quán)。

2 多區(qū)域微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)兩階段協(xié)調(diào)調(diào)度模型

2.1 日前預(yù)調(diào)度模型

考慮多區(qū)域微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的整體經(jīng)濟(jì)性，各微電網(wǎng)間主要通過(guò)聯(lián)絡(luò)線進(jìn)行功率交換。以區(qū)域整體運(yùn)行成本最低為優(yōu)化目標(biāo)構(gòu)建日前預(yù)調(diào)度模型，其目標(biāo)函數(shù)的表達(dá)式為

式中：T為日前調(diào)度時(shí)間間隔，取T=96；M為微電網(wǎng)個(gè)數(shù)；n為微電網(wǎng)m中分布式電源數(shù)量；PDG,i,m,t為t時(shí)段微電網(wǎng)m中分布式電源i的出力；CDG()為互聯(lián)微電網(wǎng)整體運(yùn)行成本函數(shù)。各成本的表達(dá)式為

式中：Cin為微電網(wǎng)初始投資成本；Cma為分布式設(shè)備維護(hù)成本；Co為微電網(wǎng)運(yùn)行成本；Cen為環(huán)境成本；p為運(yùn)行中的分布式電源設(shè)備數(shù)量；Ai為分布式電源i的運(yùn)行設(shè)備所占比率，取值為[0，1]；Cin,i為單種設(shè)備投資成本；r為銀行利率；α為設(shè)備使用年限；CDG,i為分布式電源i的維護(hù)成本；PDG,i為分布式電源i的出力；TDG,i為分布式電源i的運(yùn)行周期；為分布式電源i的最大出力；β為設(shè)備運(yùn)行年限；Ct,i為t時(shí)段分布式電源i的運(yùn)行成本；δDG,i為分布式電源i的燃料消耗速率；Cs,i為分布式電源i的燃料消耗速率；Cz,i分別為分布式電源i的第z種污染氣體的排放成本；lz為第z種污染氣體排放對(duì)應(yīng)輸出功率參數(shù)；Dz,i、Bz,i為分布式電源i對(duì)應(yīng)第z種污染氣體的一、二次項(xiàng)系數(shù)；w為排放污染氣體種類數(shù)量。

日前預(yù)調(diào)度階段約束主要是保證供用電之間的功率平衡、各DG出力不越限、各微電網(wǎng)內(nèi)部線路安全約束及互聯(lián)微電網(wǎng)交換功率限制等，其約束條件的表達(dá)式為

2.2 日內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)控模型

在微電網(wǎng)日前調(diào)度階段，由于風(fēng)電和光伏等新能源出力的不確定因素，使得發(fā)電日前預(yù)測(cè)出力與實(shí)際出力之間存在較大偏差，對(duì)各微電網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性調(diào)控決策產(chǎn)生影響。本文通過(guò)區(qū)塊鏈向各節(jié)點(diǎn)廣播實(shí)時(shí)調(diào)控激勵(lì)方案，刺激互聯(lián)系統(tǒng)中各微電網(wǎng)積極參與日內(nèi)實(shí)時(shí)運(yùn)行調(diào)控，采用權(quán)威證明（proof of authority）共識(shí)機(jī)制，賦予不同節(jié)點(diǎn)一定的決策權(quán)、話語(yǔ)權(quán)參與實(shí)時(shí)調(diào)控，實(shí)現(xiàn)弱中心化的“共治”決策，保證微電網(wǎng)實(shí)時(shí)滾動(dòng)優(yōu)化運(yùn)行。實(shí)時(shí)調(diào)控優(yōu)化目標(biāo)主要是以各微電網(wǎng)實(shí)時(shí)調(diào)控成本最優(yōu)，其優(yōu)化變量主要包括常規(guī)機(jī)組下調(diào)及上調(diào)成本ΔCG_down和ΔCG_up、儲(chǔ)能實(shí)時(shí)調(diào)控成本ΔCES、微電網(wǎng)間交互成本ΔCex、棄風(fēng)棄光懲罰費(fèi)用Closs、燃?xì)廨啓C(jī)實(shí)時(shí)出力不可控調(diào)控成本、與配電網(wǎng)交易調(diào)控成本ΔCM、微型燃?xì)廨啓C(jī)調(diào)控成本Cr。實(shí)時(shí)調(diào)控階段的目標(biāo)函數(shù)及約束條件的表達(dá)式為

式中：NC為常規(guī)機(jī)組數(shù)量；分別為常規(guī)發(fā)電機(jī)組i在τ時(shí)間段的上調(diào)功率、上調(diào)單位功率的懲罰成本；分別為常規(guī)發(fā)電機(jī)組i在τ時(shí)間段的下調(diào)功率和下調(diào)單位功率的懲罰成本；Cch、Cdis分別為儲(chǔ)能設(shè)備充電、放電的單位功率成本；NW為新能源發(fā)電設(shè)備數(shù)量；分別為儲(chǔ)能設(shè)備充電、放電的調(diào)整功率；分別為微電網(wǎng)向主電網(wǎng)購(gòu)電和售電的電量調(diào)整量；λM為調(diào)整電價(jià)；λloss為新能源發(fā)電設(shè)備棄風(fēng)棄光懲罰單價(jià)；分別為新能源發(fā)電設(shè)備j在τ時(shí)間段的出力和調(diào)度出力；為松弛變量，表示為供氣調(diào)整量；Q為微型燃?xì)廨啓C(jī)數(shù)量；λr為供氣不可行懲罰費(fèi)用。

3 問(wèn)題轉(zhuǎn)化與求解過(guò)程

本文將構(gòu)建日前-日內(nèi)兩階段調(diào)度模型轉(zhuǎn)換為自適應(yīng)性魯棒兩階段優(yōu)化模型[15-16]進(jìn)行求解，使兩階段決策過(guò)程能根據(jù)互聯(lián)系統(tǒng)源荷等隨機(jī)變量的實(shí)際變化來(lái)進(jìn)行自適應(yīng)性調(diào)整。轉(zhuǎn)換后的自適應(yīng)兩階段魯棒調(diào)度優(yōu)化模型的目標(biāo)函數(shù)為

式中：x為第日前預(yù)調(diào)度階段決策變量，表示發(fā)用電計(jì)劃；g為日前預(yù)調(diào)度階段目標(biāo)函數(shù)；ζ為隨機(jī)變量，表示新能源出力及負(fù)荷功率的不確定性；y為日內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)控階段的調(diào)控變量；f(y)為日內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)控的目標(biāo)函數(shù)；Ω(x,ζ)為y的可調(diào)控變量集合；U為隨機(jī)變量ζ的不確定性集合。

本文利用C&CG 算法對(duì)轉(zhuǎn)換后的目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行求解，并將其寫(xiě)成緊湊矩陣形式，即

式中：Ω為可調(diào)控變量集合；cTx為日前預(yù)調(diào)度階段目標(biāo)函數(shù)；dT為調(diào)控目標(biāo)函數(shù)系數(shù)矩陣；u為不確定性向量；Θ(x,u)為實(shí)時(shí)調(diào)控函數(shù)約束條件緊湊形式。Θ可表示為

式中：y|為實(shí)時(shí)調(diào)控階段目標(biāo)函數(shù)；H、E、F、G、L為相應(yīng)的系數(shù)矩陣；b為系數(shù)向量。

進(jìn)一步將模型解耦成主問(wèn)題和子問(wèn)題進(jìn)行迭代求解。主問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)和約束條件的表達(dá)式為

式中：m為迭代次數(shù)；為最壞情況發(fā)生概率；K為迭代計(jì)算總次數(shù)；ym為第m次迭代調(diào)控目標(biāo)函數(shù)；H1(x)為主問(wèn)題不等式約束；G1(x)為主問(wèn)題等式約束；η為實(shí)時(shí)調(diào)控階段最壞情況下調(diào)控成本。

子問(wèn)題的目標(biāo)函數(shù)和約束條件的表達(dá)式為

式中：H2(xm,y)為子問(wèn)題不等式約束條件；G2(xm,y)為子問(wèn)題等式約束條件。

在主-子問(wèn)題交互迭代求解及潮流計(jì)算過(guò)程中，由于涉及到主-子-主的遞階關(guān)系，并且多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的供電網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用集中式方法將占用較大計(jì)算資源，影響了求解效率。因此，本文將C&CG 算法與區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的邊緣計(jì)算方法[17-20]進(jìn)行結(jié)合，使得各微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分布式并行計(jì)算，以提高求解效率。通過(guò)上述計(jì)算可以更高效地得出互聯(lián)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)策略。算法求解流程如圖3 所示，其中UB、LB 分別為目標(biāo)函數(shù)上限初值、下限初值；分別為目標(biāo)函數(shù)上限最大值、下限最小值。

圖3 CC&G 算法求解主-子問(wèn)題的流程Fig.3 Flow chart for solving main-subproblem by CC&G algorithm

4 算例分析

4.1 算例設(shè)計(jì)及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本文啟動(dòng)4 個(gè)Docker 容器作為虛擬機(jī)運(yùn)行基礎(chǔ)環(huán)境，利用Docker容器作為Hyperledger Fabric 的運(yùn)行環(huán)境，其中有3 個(gè)節(jié)點(diǎn)作為微電網(wǎng)主節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)23作為調(diào)度中心節(jié)點(diǎn)，采用fabric-chaincode-java編寫(xiě)智能合約。將IEEE64 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)分解為3 個(gè)微電網(wǎng)區(qū)域，其中微電網(wǎng)1 包括1～22 節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)2 為主節(jié)點(diǎn)；區(qū)域2包含23～47節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)26為主節(jié)點(diǎn)；區(qū)域3包括48～64節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)57為主節(jié)點(diǎn)。兩區(qū)域微電網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線傳輸極限為10 MW。三區(qū)域微電網(wǎng)各分布式設(shè)備容量配置及節(jié)點(diǎn)位置如表1 所示。風(fēng)電維護(hù)成本為0.029 4￥/kW，光伏維護(hù)成本為0.009 4￥/kW，燃?xì)廨啓C(jī)維護(hù)成本為0.074 5￥/kW，儲(chǔ)能設(shè)備維護(hù)成本為0.082 7 ￥/kW。儲(chǔ)能設(shè)備相關(guān)參數(shù)如表2所示。

表1 分布式設(shè)備容量配置及節(jié)點(diǎn)位置Tab.1 Distributed equipment capacity configuration and node location

表2 儲(chǔ)能設(shè)備相關(guān)參數(shù)Tab.2 Related parameters of energy-storage equipment

為了驗(yàn)證本文方法的有效性，設(shè)計(jì)了一個(gè)三區(qū)域微電網(wǎng)組成的系統(tǒng)進(jìn)行算例分析，互聯(lián)微電網(wǎng)典型日負(fù)荷預(yù)測(cè)情況如圖4所示。

圖4 互聯(lián)微電網(wǎng)典型日負(fù)荷預(yù)測(cè)情況Fig.4 Typical daily load forecasting of interconnected microgrids

4.2 算例結(jié)果分析

4.2.1 日前預(yù)調(diào)度階段

多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)采用3 層兩階段調(diào)控策略。首層為區(qū)塊鏈調(diào)度中心層，主要考慮輸配電網(wǎng)調(diào)度計(jì)劃與多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)響應(yīng)間的能量交互，并下發(fā)日前預(yù)調(diào)度計(jì)劃至中間層主節(jié)點(diǎn)；下層微電網(wǎng)根據(jù)主節(jié)點(diǎn)預(yù)調(diào)度計(jì)劃實(shí)現(xiàn)各個(gè)微電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行，同時(shí)考慮微電網(wǎng)之間的能量交互，實(shí)現(xiàn)相鄰微電網(wǎng)單元之間的電能交換。根據(jù)日前預(yù)調(diào)度階段計(jì)劃，各個(gè)微電網(wǎng)優(yōu)化運(yùn)行及與配電網(wǎng)電量交互情況如圖5所示。

圖5 多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)日前預(yù)調(diào)度功率情況Fig.5 Day-ahead pre-scheduling power of multimicrogrid interconnected system

如圖5 所示，各個(gè)微電網(wǎng)的DG 出力與負(fù)荷情況不同，其與外部電網(wǎng)進(jìn)行能量交互情況也存在差異，其中，負(fù)值為向外賣電來(lái)獲取經(jīng)濟(jì)效益，正值為從外界電網(wǎng)購(gòu)電來(lái)滿足自身需求。在日前預(yù)調(diào)度階段，微電網(wǎng)1 大部分時(shí)間都在向外界輸送電量，主要是因?yàn)轱L(fēng)電和光伏機(jī)組出力能較好地滿足本區(qū)域微電網(wǎng)的負(fù)荷需求，過(guò)剩的電量向外界輸送獲取經(jīng)濟(jì)收益；微電網(wǎng)2、3則更多地需要依靠從外界購(gòu)電來(lái)滿足各自區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷需求。對(duì)于多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)，在大部分時(shí)間內(nèi)各個(gè)微電網(wǎng)都是在互補(bǔ)支撐運(yùn)行，體現(xiàn)了區(qū)塊鏈智能調(diào)度中心在日前預(yù)調(diào)度階段對(duì)互聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行分布式協(xié)同調(diào)度的優(yōu)勢(shì)。

4.2.2 日內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)控階段

在日內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)控階段，各個(gè)微電網(wǎng)根據(jù)上層調(diào)度計(jì)劃進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)行優(yōu)化，由于負(fù)荷預(yù)測(cè)和DG 出力的不確定性，導(dǎo)致互聯(lián)系統(tǒng)產(chǎn)生不平衡功率。為保證各個(gè)微電網(wǎng)供需平衡，需要根據(jù)日內(nèi)調(diào)度需求對(duì)日前調(diào)度誤差進(jìn)行實(shí)時(shí)滾動(dòng)調(diào)控。

如圖6 所示，通過(guò)對(duì)日內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)控修正日前預(yù)調(diào)度偏差，除了在t=8 h時(shí)段日前實(shí)時(shí)調(diào)控出力與實(shí)際出力出現(xiàn)較大偏差，其余時(shí)刻均實(shí)現(xiàn)了高準(zhǔn)確度實(shí)時(shí)調(diào)控，滿足了多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)日內(nèi)功率調(diào)控能夠跟隨電網(wǎng)實(shí)際調(diào)度需求，有效降低了日前預(yù)調(diào)度功率偏差。

圖6 多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)實(shí)時(shí)調(diào)控功率輸出Fig.6 Power output from multi-microgrid interconnected system under real-time control

如圖7 所示，在t=1～7 h 時(shí)段，整個(gè)多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)出力低，上層區(qū)塊鏈調(diào)度中心做出調(diào)度決策，從配電網(wǎng)購(gòu)電來(lái)保證互聯(lián)區(qū)域負(fù)荷工作，同時(shí)給微電網(wǎng)儲(chǔ)能設(shè)備充電。在t=15～16 h時(shí)段，多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)DG 出力充足，同時(shí)該時(shí)段分時(shí)電價(jià)較高，因此在該時(shí)段內(nèi)向配電網(wǎng)售電來(lái)獲取收益。

圖7 互聯(lián)系統(tǒng)日內(nèi)儲(chǔ)能功率調(diào)控及功率交換特性Fig.7 Characteristics of energy-storage power scheduling and power exchange in interconnected system

表3 給出了傳統(tǒng)調(diào)度方法與本文方法運(yùn)行成本對(duì)比。在日前預(yù)調(diào)度階段，傳統(tǒng)調(diào)度方法運(yùn)行成本低于本文方法，其主要原因是傳統(tǒng)調(diào)度方法未充分考慮風(fēng)電和光伏等新能源發(fā)電及負(fù)荷預(yù)測(cè)不確定性的影響，致使傳統(tǒng)調(diào)度方法在實(shí)時(shí)調(diào)控階段調(diào)控運(yùn)行成本和棄風(fēng)棄光損失較高。故綜合考慮兩階段總運(yùn)行成本，本文方法要低于傳統(tǒng)調(diào)度方法。

表3 本文所提調(diào)度方法與傳統(tǒng)調(diào)度方法運(yùn)行成本對(duì)比Tab.3 Comparison of operation cost between the proposed and traditional scheduling methods

在計(jì)算效率方面，本文所提的各微電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分布式并行計(jì)算時(shí)間為83.4 s，其中潮流計(jì)算時(shí)間52.2 s，而傳統(tǒng)集中式調(diào)度算法計(jì)算時(shí)間431.3 s，其中潮流計(jì)算時(shí)間為327.1 s，本文方法的調(diào)度決策時(shí)間更短，采用區(qū)塊鏈技術(shù)下的分布式并行計(jì)算提高了計(jì)算效率。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于區(qū)塊鏈拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)高度的相似性，以及可實(shí)現(xiàn)集中式調(diào)度難以達(dá)到的可擴(kuò)展性和兼容性，首先構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈的多微電網(wǎng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)三層兩階段調(diào)度模式的分布式協(xié)調(diào)調(diào)度架構(gòu)，并設(shè)計(jì)了多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)的區(qū)塊鏈群交互運(yùn)行機(jī)制；然后，將多微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)聯(lián)合優(yōu)化問(wèn)題，分解為日前預(yù)調(diào)度階段和日內(nèi)實(shí)時(shí)調(diào)度階段兩階段模型；其次，通過(guò)CC&G 算法將兩階段模型轉(zhuǎn)換成主-子問(wèn)題進(jìn)行交互迭代求解，并結(jié)合區(qū)塊鏈邊緣計(jì)算方法進(jìn)行分布式并行求解；最后，通過(guò)三區(qū)域微電網(wǎng)互聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行算例分析，表明本文方法能有效地降低微電網(wǎng)運(yùn)行成本，增加互聯(lián)系統(tǒng)新能源消納率和經(jīng)濟(jì)收益，提高調(diào)度決策效率。