考慮綠色屬性的多微網(wǎng)間電能可信自治交易方法

王 棟，李 達(dá)，馮景麗，賈乾罡，平 健，嚴(yán) 正

（1. 國(guó)網(wǎng)數(shù)字科技控股有限公司，北京市 100053；2. 國(guó)家電網(wǎng)有限公司區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)驗(yàn)室，北京市 100053；3. 國(guó)網(wǎng)區(qū)塊鏈科技（北京）有限公司，北京市 100053；4. 電力傳輸與功率變換控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（上海交通大學(xué)），上海市 200240；5.上海交通大學(xué)國(guó)家電投智慧能源創(chuàng)新學(xué)院，上海市 200240）

0 引言

在響應(yīng)“雙碳”目標(biāo)［1］的要求下，推動(dòng)可再生能源生產(chǎn)和消納的重要性日益凸顯。為厘清可再生能源的綠色屬性，國(guó)內(nèi)已有省級(jí)電力交易中心開始在批發(fā)側(cè)市場(chǎng)試點(diǎn)綠色電力（以下簡(jiǎn)稱綠電）交易［2-3］。隨著海量分布式可再生能源的接入，配電側(cè)的微網(wǎng)聚合了海量分布式可再生能源和綠電需求用戶，其生產(chǎn)和消納綠電的潛力不容忽視。然而，當(dāng)前分布式可再生能源仍以“自發(fā)自用，余量上網(wǎng)”的方式消納。該機(jī)制未能充分激發(fā)微網(wǎng)生產(chǎn)和消納綠電的能力。一方面，對(duì)于綠電供過于求的微網(wǎng)，余量上網(wǎng)電量并未發(fā)揮其“綠色”附加價(jià)值［4］；另一方面，對(duì)于綠電供不應(yīng)求的微網(wǎng)，無(wú)法從外部購(gòu)買綠電來(lái)滿足自身負(fù)荷的綠色用電需求。因此，有必要引入微網(wǎng)間綠電交易機(jī)制，提高微網(wǎng)生產(chǎn)和消納可再生能源的積極性。

目前，微網(wǎng)間電能交易機(jī)制已被學(xué)術(shù)界廣泛研究，為設(shè)計(jì)微網(wǎng)間綠電交易機(jī)制提供了參考。文獻(xiàn)［5］提出一種由微網(wǎng)群交易中心協(xié)調(diào)的能量交易機(jī)制。文獻(xiàn)［6］提出一種由配電網(wǎng)交易平臺(tái)制定電價(jià)，微網(wǎng)對(duì)價(jià)格作出響應(yīng)的電能交易框架。文獻(xiàn)［7］提出一種基于動(dòng)態(tài)合作博弈的多微網(wǎng)間共治交易方法。文獻(xiàn)［8］提出一種基于納什議價(jià)的多微網(wǎng)間電能交易方法。文獻(xiàn)［9］提出一種考慮智能建筑特性的多微網(wǎng)間端對(duì)端能量交易方法。然而，以上研究均側(cè)重于電能交易，并未充分量化綠電生產(chǎn)消納的價(jià)值。

微網(wǎng)間交易具備自組織、自交易特點(diǎn)。保證交易透明性及可信賴性是激發(fā)微網(wǎng)積極參與綠電交易的重要前提。區(qū)塊鏈技術(shù)具備可追溯、不可篡改的特征［10］，可以解決能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)管理、能源計(jì)量認(rèn)證和電力數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)等場(chǎng)景的信任問題［11］。近年來(lái)，已有一些研究討論了區(qū)塊鏈在微網(wǎng)間電能交易場(chǎng)景的應(yīng)用方案。文獻(xiàn)［12］提出了基于公有鏈的微網(wǎng)產(chǎn)消者間電能智能交易合約。文獻(xiàn)［13］提出一種基于公有鏈的園區(qū)間多邊用電權(quán)交易機(jī)制。上述研究所采用的工作量證明共識(shí)算法存在較大的能源浪費(fèi)，與清潔低碳的能源發(fā)展方向相違背。文獻(xiàn)［14］提出了基于聯(lián)盟鏈的微網(wǎng)間電能交易系統(tǒng)框架，設(shè)計(jì)了用于實(shí)現(xiàn)電能交易的鏈碼，并闡述了整個(gè)交易流程。文獻(xiàn)［15］提出一種基于聯(lián)盟鏈的微網(wǎng)間能源產(chǎn)消者博弈定價(jià)策略。上述研究基于實(shí)用拜占庭容錯(cuò)（practical Byzantine fault tolerance，PBFT）機(jī)制達(dá)成共識(shí)，而PBFT 機(jī)制共識(shí)過程較高的通信復(fù)雜度使其在工程應(yīng)用中仍存在一定的局限性。

為此，本文提出了基于區(qū)塊鏈的微網(wǎng)間綠電交易方法，允許含分布式可再生能源、儲(chǔ)能及綠電負(fù)荷的微網(wǎng)間相互交易綠電，以量化綠電生產(chǎn)消納的價(jià)值。建立了基于納什議價(jià)理論［16］的綠電交易滾動(dòng)出清模型及結(jié)算方法，以保證綠電交易的資源最優(yōu)配置以及市場(chǎng)紅利分配的公平性。提出了基于聯(lián)盟鏈的微網(wǎng)間綠電交易實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)了綠電交易智能合約及基于簡(jiǎn)化代理拜占庭容錯(cuò)（simplified delegated Byzantine fault tolerance，SDBFT）［17］的微網(wǎng)間綠電交易共識(shí)過程，在降低共識(shí)過程通信復(fù)雜度的同時(shí)，以可信自治的方式實(shí)現(xiàn)了多微網(wǎng)間的綠電交易。

1 微網(wǎng)間綠電交易模型

本文提出的微網(wǎng)間綠電交易機(jī)制如圖1 所示。

圖1 微網(wǎng)間綠電交易機(jī)制Fig.1 Green electricity trading mechanism among microgrids

對(duì)于綠電供大于求（本地可再生能源出力大于負(fù)荷需求）的微網(wǎng)，可以分布式能源上網(wǎng)電價(jià)向電網(wǎng)企業(yè)出售富余電能，或向其他微網(wǎng)出售綠電；對(duì)于供不應(yīng)求（本地可再生能源出力小于負(fù)荷需求）的微網(wǎng)，可以終端銷售電價(jià)從電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)買電能，或從其他微網(wǎng)購(gòu)買綠電。微網(wǎng)間綠電交易包含交易出清和交易結(jié)算兩個(gè)主要部分：

1）交易出清：在時(shí)段v，參與綠電交易的微網(wǎng)首先提交自身從v+1 時(shí)段到v+T時(shí)段的報(bào)價(jià)信息，并交納交易保證金；然后，市場(chǎng)以T為出清窗口求解得到微網(wǎng)間綠電交易出清結(jié)果；最后，市場(chǎng)將出清結(jié)果返回給參與交易的微網(wǎng)，并在微網(wǎng)確認(rèn)結(jié)果后，在v+1 時(shí)段按照出清結(jié)果交割綠電。

2）交易結(jié)算：在完成電能交割后，根據(jù)微網(wǎng)側(cè)智能電表的計(jì)量數(shù)據(jù)，在v+2 時(shí)段計(jì)算微網(wǎng)間綠電交易偏差量并執(zhí)行結(jié)算，然后將結(jié)算結(jié)果返回參與交易的微網(wǎng)。

1.1 綠電交易出清

為確定綠電交易的出清結(jié)果，本節(jié)首先建立單個(gè)微網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行模型。隨后，提出基于納什議價(jià)的綠電交易滾動(dòng)出清模型及求解方法，保證市場(chǎng)的資源配置效率最優(yōu)性及交易紅利分配公平性。

1.1.1 單微網(wǎng)運(yùn)行模型

1）目標(biāo)函數(shù)

微網(wǎng)中的工商業(yè)和居民均存在綠電需求：對(duì)于工業(yè)用戶而言，使用綠電能夠?yàn)槠渖唐穾?lái)更高的附加價(jià)值；對(duì)于商業(yè)居民用戶而言，使用綠電能夠契合其節(jié)能減排的積極性。微網(wǎng)中具有綠色屬性需求的工商業(yè)用戶需要提交自身的綠電不足損失函數(shù)，如式（2）所示。本文將該函數(shù)定義為線性形式［18］，其他形式的綠電不足損失函數(shù)同樣適用于本文交易機(jī)制。

式中：ai、bi分別為微網(wǎng)i中燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電成本的二次項(xiàng)、一次項(xiàng)系數(shù)；PGTi，t為 微 網(wǎng)i中 的 燃 氣 輪 機(jī) 在 時(shí)段t的平均功率。

微網(wǎng)i參與綠電交易的過網(wǎng)費(fèi)成本為：

式中：φ為過網(wǎng)費(fèi)費(fèi)率；Pij，t為t時(shí)段微網(wǎng)i向微網(wǎng)j出售的綠電 功率，且 有Pij，t=-Pji，t。

式（5）表示綠電的買賣雙方將分?jǐn)傊Ц哆^網(wǎng)費(fèi)給電網(wǎng)企業(yè)。通過引入過網(wǎng)費(fèi)，可以防止因用戶側(cè)端對(duì)端（peer-to-peer，P2P）交易導(dǎo)致配電網(wǎng)安全約束越限，并在分布式綠電交易中為市場(chǎng)成員提供明確的價(jià)格信號(hào)［19］。

當(dāng)微網(wǎng)i的綠電出力高于綠電需求時(shí)，可以向電網(wǎng)企業(yè)出售富余電量，所得收益為：

式中：γ為分布式能源上網(wǎng)電價(jià)；PDER，gi，t為 微 網(wǎng)i的 綠電余量上網(wǎng)部分功率。

微網(wǎng)i向其他微網(wǎng)出售綠電的收益如下：

微網(wǎng)i中儲(chǔ)能裝置的充放電功率約束以及存儲(chǔ)能量約束可以表示為［20］：

1.1.2 基于納什議價(jià)的微網(wǎng)間綠電交易滾動(dòng)出清理性微網(wǎng)參與微網(wǎng)間交易的前提是綠電交易可以降低自身的綜合用能成本。因此，微網(wǎng)在綠電交易前后的成本需要滿足個(gè)人理性約束，即

基于納什議價(jià)的滾動(dòng)出清模型可以寫為如下形式：

式中：M為參與綠電交易的微網(wǎng)數(shù)量；Ω為微網(wǎng)間綠電交易的出清變量集合，即Ω={πij，t，Pij，t}。

由于出清模型式（14）高度非線性，直接求解難度較大，故本文引入兩階段的求解方法［8］。將模型式（14）轉(zhuǎn)化為社會(huì)總成本最小化和支付效益最大化兩個(gè)依次求解的子問題，得到微網(wǎng)間的交易出清結(jié)果。

1）社會(huì)總成本最小化

根據(jù)算術(shù)-幾何均值不等式，當(dāng)模型式（14）的目標(biāo)函數(shù)取得最優(yōu)解時(shí)需滿足：

通過求解由式（2）—式（12）、式（17）定義的社

2）支付效益最大化

在確定最優(yōu)交易量后，將優(yōu)化變量回代到式（14）并取對(duì)數(shù)來(lái)確定綠電交易價(jià)格。在滾動(dòng)出清模式下，v時(shí)段將得到v+1 至v+T時(shí)段的出清電量，但實(shí)際只執(zhí)行v+1 時(shí)段的出清結(jié)果。因此，支付效益最大化子問題也只需求解得出v+1 時(shí)段的出清價(jià)格，即

通過求解模型式（18），可以得到v+1 時(shí)段的微網(wǎng)間綠電交易出清價(jià)格，出清過程完成。

1.2 綠電交易結(jié)算

在綠電交易出清后，出清結(jié)果將提交至電網(wǎng)企業(yè)。實(shí)際交割后，電網(wǎng)企業(yè)根據(jù)微網(wǎng)側(cè)部署的智能電表所讀取的數(shù)據(jù)進(jìn)行如下操作：1）對(duì)于非微網(wǎng)間綠電交易部分，與微網(wǎng)直接結(jié)算；2）對(duì)于微網(wǎng)間綠電交易部分，向微網(wǎng)結(jié)算過網(wǎng)費(fèi)；3）將智能電表數(shù)據(jù)記錄上鏈，由區(qū)塊鏈結(jié)算微網(wǎng)間綠電交易，保證計(jì)量數(shù)據(jù)及結(jié)算結(jié)果的可信、可查、可驗(yàn)。

需要注意的是，負(fù)荷和綠電出力實(shí)際值往往和預(yù)測(cè)值存在偏差。在這種情況下，規(guī)定實(shí)際綠電發(fā)電量將依次滿足本地需求、微網(wǎng)間交易交割需求，富余部分則由電網(wǎng)企業(yè)收購(gòu)。同時(shí)，若某微網(wǎng)同時(shí)向多個(gè)微網(wǎng)出售綠電，則按照交易量比例分配實(shí)際交割量。當(dāng)賣方微網(wǎng)i向買方微網(wǎng)j實(shí)際交割的綠電小于其成交量時(shí)，微網(wǎng)i需要對(duì)微網(wǎng)j支付補(bǔ)償。補(bǔ)償由兩部分組成：一是由于綠電不足導(dǎo)致的綠電不足損失補(bǔ)償（以微網(wǎng)j的綠電效用系數(shù)為參考）；二是由于電能不足導(dǎo)致的供求不平衡補(bǔ)償（以從電網(wǎng)企業(yè)購(gòu)電的終端銷售電價(jià)為參考），如式（19）所示。

2 微網(wǎng)間綠電交易的區(qū)塊鏈實(shí)現(xiàn)方法

本章提出基于聯(lián)盟鏈的微網(wǎng)間綠電交易實(shí)現(xiàn)方法，以微網(wǎng)群自治方式保證交易的公正可信。在合約層，設(shè)計(jì)微網(wǎng)間綠電交易出清及結(jié)算智能合約，實(shí)現(xiàn)合約化、自動(dòng)化的交易出清和結(jié)算過程；在共識(shí)層，提出基于SDBFT 的微網(wǎng)交易共識(shí)過程，保障交易結(jié)果的可信賴性。

2.1 微網(wǎng)間綠電交易智能合約

微網(wǎng)間分布式綠電交易智能合約包括兩個(gè)主要部分：交易出清智能合約和交易結(jié)算智能合約，如圖2（a）所示。

圖2 綠電交易共識(shí)過程Fig.2 Consensus process of green electricity trading

2.1.1 微網(wǎng)間綠電交易出清智能合約SC1

微網(wǎng)間綠電交易出清智能合約包括3 個(gè)功能函數(shù)：交易請(qǐng)求函數(shù)、求解談判破裂點(diǎn)函數(shù)和求解納什議價(jià)函數(shù)。具體定義如下：

1）交易請(qǐng)求函數(shù)：該函數(shù)由參與交易的微網(wǎng)調(diào)用，負(fù)責(zé)收集微網(wǎng)購(gòu)售綠電請(qǐng)求和報(bào)價(jià)信息（即式（1）—式（12）包含的目標(biāo)函數(shù)和約束條件），并依次調(diào)用求解談判破裂點(diǎn)函數(shù)及求解納什議價(jià)函數(shù)。同時(shí)，在智能合約地址存儲(chǔ)微網(wǎng)交納的交易保證金，以防范虛假交易請(qǐng)求。

2）求解談判破裂點(diǎn)函數(shù)：該函數(shù)根據(jù)不同微網(wǎng)提交的目標(biāo)函數(shù)和約束條件，按照式（1）—式（11）、式（13）計(jì)算各微網(wǎng)的納什議價(jià)談判破裂點(diǎn)Cnoni。

3）求解納什議價(jià)函數(shù)：該函數(shù)根據(jù)納什議價(jià)談判破裂點(diǎn)，求解微網(wǎng)間綠電交易出清模型式（14），得到微網(wǎng)間的綠電交易量及交易價(jià)。

2.1.2 微網(wǎng)間綠電交易結(jié)算智能合約SC2

微網(wǎng)間綠電交易結(jié)算智能合約主要包括兩個(gè)函數(shù)部分：

1）校核函數(shù)：該函數(shù)由各微網(wǎng)調(diào)用，根據(jù)微網(wǎng)間綠電實(shí)際交割測(cè)量值和成交信息，計(jì)算得到各微網(wǎng)的偏差懲罰和實(shí)際收益，隨后調(diào)用支付函數(shù)。

2）支付函數(shù)：該函數(shù)從買方微網(wǎng)賬戶中扣除交易支付費(fèi)用，并轉(zhuǎn)賬給賣方微網(wǎng)賬戶，最后將結(jié)余返還給各個(gè)參與交易的微網(wǎng)。

2.2 微網(wǎng)綠電交易共識(shí)過程

在微網(wǎng)間綠電交易過程中，一組預(yù)先選舉產(chǎn)生的微網(wǎng)作為區(qū)塊鏈共識(shí)節(jié)點(diǎn)，共同執(zhí)行綠電交易智能合約。在每次交易出清或交易結(jié)算過程中，由其中一個(gè)共識(shí)節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)，主導(dǎo)當(dāng)前出清或結(jié)算結(jié)果的共識(shí)過程，其他共識(shí)節(jié)點(diǎn)作為從節(jié)點(diǎn)，檢驗(yàn)并確認(rèn)主節(jié)點(diǎn)執(zhí)行結(jié)果的正確性。本文提出了基于SDBFT 的微網(wǎng)綠電交易共識(shí)方案，以確保共識(shí)節(jié)點(diǎn)按智能合約執(zhí)行微網(wǎng)間綠電交易出清及結(jié)算過程，如圖2（b）所示。圖中，X代表未承擔(dān)共識(shí)責(zé)任的微網(wǎng)，D0為共識(shí)主節(jié)點(diǎn)，D1～DK為共識(shí)從節(jié)點(diǎn)。在每輪市場(chǎng)出清和結(jié)算結(jié)束后，將更換主節(jié)點(diǎn)。假設(shè)更換后的主節(jié)點(diǎn)為Dk，則k需滿足k=(kcurrent+1)mod(K+1)，其中kcurrent為當(dāng)前主節(jié)點(diǎn)編號(hào)。由于同一配電網(wǎng)內(nèi)的微網(wǎng)地理位置接近，且微網(wǎng)節(jié)點(diǎn)規(guī)模相對(duì)較小，本節(jié)認(rèn)為微網(wǎng)節(jié)點(diǎn)間的通信滿足同步性假設(shè)，即由一個(gè)節(jié)點(diǎn)發(fā)出的信息可在確定且已知的時(shí)長(zhǎng)內(nèi)被其余節(jié)點(diǎn)接收。這一假設(shè)也被當(dāng)前能源區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制研究所采用［17，21］。在該情況下，區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)能夠容納小于總共識(shí)節(jié)點(diǎn)數(shù)一半的惡意節(jié)點(diǎn)。

在SDBFT 共識(shí)算法下，每輪微網(wǎng)綠電交易共識(shí)過程共包括5 個(gè)步驟：提交請(qǐng)求、發(fā)起提議、驗(yàn)證提議、發(fā)布結(jié)果和更換主節(jié)點(diǎn)。本文以微網(wǎng)間綠電交易出清智能合約執(zhí)行為例，介紹其共識(shí)過程。

附錄A 論證了當(dāng)超過半數(shù)的共識(shí)節(jié)點(diǎn)為誠(chéng)實(shí)節(jié)點(diǎn)時(shí)，基于SDBFT 的微網(wǎng)交易共識(shí)方案可保證綠電交易出清過程的可信賴性。交易結(jié)算的共識(shí)過程與交易出清的共識(shí)過程類似，不再贅述。SDBFT共識(shí)算法下，微網(wǎng)間綠電交易共識(shí)過程的通信時(shí)間復(fù)雜度為O（K）。相較于基于PBFT 的微網(wǎng)綠電交易共識(shí)方案（通信復(fù)雜度為O（K2）），SDBFT 共識(shí)算法可以減輕共識(shí)節(jié)點(diǎn)之間的通信負(fù)擔(dān)，提高微網(wǎng)間綠電交易的出清和結(jié)算效率。

綜上所述，微網(wǎng)間的綠電交易規(guī)則由智能合約規(guī)定且由全部共識(shí)節(jié)點(diǎn)共同存儲(chǔ)備份，使交易規(guī)則難以被第三方節(jié)點(diǎn)篡改。微網(wǎng)間的綠電交易結(jié)果由各共識(shí)節(jié)點(diǎn)通過SDBFT 共識(shí)算法確認(rèn)和驗(yàn)證，任一共識(shí)節(jié)點(diǎn)均無(wú)法篡改交易結(jié)果?；趨^(qū)塊鏈的微網(wǎng)綠電交易方法確保了交易過程的透明、可信。

3 算例仿真

算例包含4 個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的微網(wǎng)，微網(wǎng)中的設(shè)備包含分布式可再生能源、儲(chǔ)能裝置和電力用戶，其參數(shù)設(shè)置如表1 所示［22］。滾動(dòng)優(yōu)化時(shí)間窗口T從24 h遞減到1 h，每個(gè)優(yōu)化時(shí)段長(zhǎng)度Δt為1 h。

表1 不同微網(wǎng)的運(yùn)行參數(shù)設(shè)置Table 1 Operation parameter setting of different microgrids

微網(wǎng)典型日實(shí)際負(fù)荷曲線和綠電出力曲線如附錄B 圖B1 所示。假設(shè)預(yù)測(cè)值和實(shí)際值之間的偏差滿足：

3.1 交易出清

微網(wǎng)間電能交易情況如圖3 所示。其中，（G）表示考慮綠色屬性的交易情況，（N）表示不考慮綠色屬性的交易情況。在考慮可再生能源綠色屬性的情況下，由于微網(wǎng)1 和微網(wǎng)4 自身綠電產(chǎn)能不足以滿足本地綠電需求，在交易中為綠電買方。由于微網(wǎng)2 和微網(wǎng)3 自身綠電產(chǎn)能在滿足本地綠電需求后仍有富余，在交易中為綠電賣方。相較于不考慮綠色屬性的微網(wǎng)間交易，微網(wǎng)1 和微網(wǎng)4 多購(gòu)買了綠電，微網(wǎng)2 和微網(wǎng)3 多出售了綠電。由此可見，該機(jī)制促進(jìn)了賣方的綠電生產(chǎn)積極性并激發(fā)了買方的綠電消納潛力，有效提高了分布式綠電資源的就近消納水平。

圖3 微網(wǎng)間的綠電交易量Fig.3 Green electricity trading amounts among microgrids

微網(wǎng)間綠電交易出清后，各微網(wǎng)的綜合用能成本變化如圖4 所示。由圖可知，在基于納什議價(jià)的微網(wǎng)間綠電交易滾動(dòng)出清方法下，微網(wǎng)1～4 的成本在不同時(shí)段均得到了相同程度的降低。微網(wǎng)的總成本和過網(wǎng)費(fèi)如表2 所示，微網(wǎng)1～4 的總成本在交易后均減少了2 133 美元。結(jié)果表明，本文提出的出清方法實(shí)現(xiàn)了各市場(chǎng)成員的改進(jìn)，且所有微網(wǎng)公平地分配了綠電交易帶來(lái)的社會(huì)福利增量。

表2 不同微網(wǎng)的成本改善水平Table 2 Cost improvement levels of different microgrids

圖4 不同微網(wǎng)的成本變化Fig.4 Cost variation of different microgrids

在不考慮可再生能源綠色屬性的情況下，微網(wǎng)1～4 的成本分別為2 618、-2 664、-2 087、3 173 美元。由此可見，考慮綠色屬性的電能交易模式滿足了綠電買方對(duì)綠色屬性的需求，且充分體現(xiàn)了綠電賣方所提供的綠色屬性價(jià)值，買賣雙方的利益與不考慮綠色屬性的交易模式相比均得到了改善。各微網(wǎng)的收支情況如附錄C 圖C1 所示。

3.2 交易結(jié)算

在綠電交易中，微網(wǎng)2 和微網(wǎng)3 為綠電賣方，需要按照式（19）考核其結(jié)算偏差。為驗(yàn)證本文提出的滾動(dòng)出清方法在減少不確定性導(dǎo)致的微網(wǎng)收入損失方面的效果，本算例對(duì)比了本文出清方法與多時(shí)段統(tǒng)一出清方法下的微網(wǎng)偏差懲罰結(jié)果，如表3所示。

由表3 可知，相較于多時(shí)段統(tǒng)一出清方法，微網(wǎng)2 和微網(wǎng)3 在采用滾動(dòng)出清方法下的偏差懲罰分別減少了18.8 美元（15.0%）和13.5 美元（14.2%）。結(jié)果表明，本文提出的基于納什議價(jià)的微網(wǎng)間綠電交易滾動(dòng)出清方法可保障發(fā)用電不確定性環(huán)境下微網(wǎng)參與綠電交易的收益，維護(hù)其參與綠電交易的積極性。

表3 交易結(jié)算偏差懲罰結(jié)果Table 3 Trading settlement results of deviation penalties

3.3 交易共識(shí)過程

在微網(wǎng)綠電交易共識(shí)過程中，假設(shè)微網(wǎng)2～4 為預(yù)先選出的共識(shí)節(jié)點(diǎn)，微網(wǎng)1 為非共識(shí)節(jié)點(diǎn)。在某輪共識(shí)過程中，微網(wǎng)2 為主節(jié)點(diǎn)，微網(wǎng)3 和微網(wǎng)4 為從節(jié)點(diǎn)。在本算例中，共識(shí)節(jié)點(diǎn)有3 個(gè)，故系統(tǒng)可容納的惡意節(jié)點(diǎn)數(shù)量為1 個(gè)。本節(jié)以微網(wǎng)間綠電交易出清智能合約執(zhí)行為例，分情況分析共識(shí)節(jié)點(diǎn)作惡或宕機(jī)時(shí)區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)之間的通信情況，如圖5 所示。

1）情景1：從節(jié)點(diǎn)作惡或宕機(jī)

圖5（a）中，若從節(jié)點(diǎn)D1存在作惡或宕機(jī)行為。以作惡為例，分析如下：提交請(qǐng)求階段，節(jié)點(diǎn)X、從節(jié)點(diǎn)D1和從節(jié)點(diǎn)D2分別將自身的報(bào)價(jià)信息發(fā)送給主節(jié)點(diǎn)D0，主節(jié)點(diǎn)D0求解得到綠電納什議價(jià)交易量和交易價(jià)格。在發(fā)起提議階段，主節(jié)點(diǎn)D0將求解得到的結(jié)果發(fā)送給節(jié)點(diǎn)X、從節(jié)點(diǎn)D1和從節(jié)點(diǎn)D2。此時(shí)，惡意從節(jié)點(diǎn)D1不承認(rèn)主節(jié)點(diǎn)D0求解的正確交易結(jié)果。但是，主節(jié)點(diǎn)D0仍然可以生成不少于2 個(gè)簽名（包括自身簽名）的有效區(qū)塊。因此，所有微網(wǎng)仍能就綠電交易出清結(jié)果達(dá)成一致。

圖5 微網(wǎng)間共識(shí)過程示意圖Fig.5 Schematic diagram of consensus process among microgrids

2）情景2：主節(jié)點(diǎn)作惡或宕機(jī)

在圖5（b）中，若主節(jié)點(diǎn)D0存在作惡或宕機(jī)行為。以作惡為例，分析如下：在提交請(qǐng)求階段和發(fā)起提議階段之后，主節(jié)點(diǎn)D0本應(yīng)將已經(jīng)驗(yàn)證正確的求解結(jié)果打包成區(qū)塊并發(fā)送給其他微網(wǎng)節(jié)點(diǎn)。但此時(shí)，如圖5（c）所示，主節(jié)點(diǎn)D0篡改交易結(jié)果，即壓低另一賣方（從節(jié)點(diǎn)D1）的綠電出售價(jià)格，抬高自身的綠電出售價(jià)格。此時(shí)，從節(jié)點(diǎn)D2首先發(fā)現(xiàn)并立即向其他所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送更換主節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求信息（進(jìn)入更換主節(jié)點(diǎn)步驟）。其他微網(wǎng)在確認(rèn)該更換主節(jié)點(diǎn)請(qǐng)求信息合法后，忽略當(dāng)前主節(jié)點(diǎn)的求解結(jié)果，并向新的主節(jié)點(diǎn)D1重新發(fā)送交易請(qǐng)求信息。該輪共識(shí)過程重新開始。

綜上所述，在本文提出的基于SDBFT 的微網(wǎng)綠電交易共識(shí)過程下，當(dāng)從節(jié)點(diǎn)或主節(jié)點(diǎn)存在惡意行為或故障時(shí)，綠電交易仍能正常出清和結(jié)算。

4 結(jié)語(yǔ)

本文建立了基于區(qū)塊鏈的微網(wǎng)間綠電交易滾動(dòng)出清和結(jié)算機(jī)制及模型，提出了相應(yīng)的綠電交易智能合約及基于SDBFT 的綠電交易共識(shí)過程。結(jié)果表明，本文提出的滾動(dòng)出清方法實(shí)現(xiàn)了綠電出力及需求的經(jīng)濟(jì)、高效平衡，確保了各微網(wǎng)收益的改進(jìn)。微網(wǎng)間綠電交易智能合約保證了交易規(guī)則的透明性和不可篡改性。基于SDBFT 的綠電交易共識(shí)過程在提高通信效率的同時(shí)，能夠有效抵御節(jié)點(diǎn)作惡或宕機(jī)風(fēng)險(xiǎn)，維持了自治交易環(huán)境下交易出清及結(jié)算結(jié)果的可信賴性。

未來(lái)的研究將著力于以下方面：研究大規(guī)模微網(wǎng)集群的綠電交易方案，進(jìn)一步提高綠電交易出清和結(jié)算的速度；融合綠電交易與碳交易，為實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)構(gòu)建更加高效的配電側(cè)市場(chǎng)機(jī)制。

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