陳濤，劉洋，李文峰，許立雄，馬騰

(1.四川大學(xué)電氣工程學(xué)院，成都市 610065；2.國網(wǎng)河南省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院，鄭州市 450052)

0 引 言

可再生能源的大力發(fā)展緩解了環(huán)境污染、氣候變化、化石能源枯竭等問題。微網(wǎng)通過多能聯(lián)供、優(yōu)化調(diào)度等方法能夠?qū)崿F(xiàn)可再生能源的有效消納[1-3]，是電力系統(tǒng)提升可再生能源消納能力的有效方法之一[4]。但可再生能源的出力不確定性和無法準(zhǔn)確預(yù)測給微網(wǎng)的調(diào)度運(yùn)行帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，同時(shí)單微網(wǎng)對各類分布式電源系統(tǒng)的消納能力有限[5]，導(dǎo)致微網(wǎng)中的棄風(fēng)、棄光現(xiàn)象較為嚴(yán)重[6-8]。而在區(qū)域內(nèi)進(jìn)行多微網(wǎng)功率交互是提高可再生能源滲透率[9]、減少分布式電源對上級電網(wǎng)沖擊[10]、減少微網(wǎng)內(nèi)儲能單元和機(jī)組啟停次數(shù)[11]的有效方法。

現(xiàn)有針對多微網(wǎng)群交易的研究主要以微網(wǎng)群總運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，建立集中式優(yōu)化調(diào)度模型。文獻(xiàn)[12]計(jì)及負(fù)荷及可再生能源不確定性，以各場景下總運(yùn)行成本削減最大為目標(biāo)，構(gòu)建優(yōu)化調(diào)度模型。文獻(xiàn)[13]搭建了考慮風(fēng)電不確定性的區(qū)域多微網(wǎng)系統(tǒng)峰谷分時(shí)電價(jià)制定模型，并采用負(fù)荷轉(zhuǎn)移率刻畫峰谷分時(shí)電價(jià)用戶響應(yīng)度以增強(qiáng)應(yīng)對風(fēng)電不確定性的能力。以上文獻(xiàn)采用考慮可再生能源不確定性的集中式優(yōu)化調(diào)度方法，提高了微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性和可再生能源消納率，但在調(diào)度運(yùn)行過程中傳輸各微網(wǎng)私有的可再生能源預(yù)測信息、報(bào)價(jià)信息、調(diào)度計(jì)劃等是不可避免的，如何保證多微網(wǎng)運(yùn)行中信息的安全性是目前研究的重點(diǎn)[14-15]。

區(qū)塊鏈技術(shù)具有去中心化、公共信息公開透明、交易速度快、交易信息可追溯且不可篡改等優(yōu)勢，在電力市場、能源互聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用[16-18]。文獻(xiàn)[17]提出基于區(qū)塊鏈和連續(xù)雙向拍賣機(jī)制的微電網(wǎng)電力交易模式及報(bào)價(jià)策略，并提出自適應(yīng)進(jìn)取性交易策略應(yīng)對連續(xù)拍賣市場中價(jià)格波動(dòng)頻繁問題。文獻(xiàn)[18]提出基于雙重拍賣市場的分布式P2P能源交易方法，產(chǎn)消者生成能源供求信息后在市場中發(fā)起P2P交易。智能合約是運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的可編程程序，其可信賴、不可逆的特點(diǎn)是交易市場達(dá)成交易的基礎(chǔ)[19]。文獻(xiàn)[20]提出了基于區(qū)塊鏈的集成能源管理平臺，并把智能合約作為虛擬聚合器，實(shí)現(xiàn)雙邊貿(mào)易機(jī)制的同時(shí)優(yōu)化了微電網(wǎng)中的能量流。文獻(xiàn)[21]提出了基于智能合約的區(qū)域能源交易模型，區(qū)域內(nèi)部產(chǎn)消者通過雙向拍賣機(jī)制得出清算價(jià)格，觸發(fā)狀態(tài)機(jī)執(zhí)行合約，完成交易。以上研究充分發(fā)揮了區(qū)塊鏈和智能合約的優(yōu)勢，但并未考慮可再生能源的出力不確定性對微網(wǎng)間功率交互的影響，也未考慮多微網(wǎng)市場交易結(jié)果對微網(wǎng)中各設(shè)備出力調(diào)整的可能性。

本文綜合考慮可再生能源出力的不確定性、多微網(wǎng)市場信息的安全性、各微網(wǎng)對市場價(jià)格波動(dòng)的響應(yīng)程度和可再生能源不確定性對多微網(wǎng)交易的影響，設(shè)計(jì)多微網(wǎng)去中心化電能交易智能合約輔助制定微網(wǎng)日前魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案。其中單微網(wǎng)為自主調(diào)度，采用魯棒優(yōu)化刻畫可再生能源的不確定參數(shù)，以微網(wǎng)運(yùn)行成本最低為目標(biāo)，通過雙層迭代優(yōu)化調(diào)度微網(wǎng)內(nèi)的能源資源。考慮到多微網(wǎng)市場價(jià)格波動(dòng)較大，設(shè)計(jì)自適應(yīng)定價(jià)策略確定交易報(bào)價(jià)，并在智能電表中預(yù)置報(bào)價(jià)函數(shù)完成微網(wǎng)定價(jià)。對于多微網(wǎng)電能交易設(shè)計(jì)智能合約以去中心化交易機(jī)制完成交易匹配，并基于區(qū)塊鏈底層技術(shù)完成交易信息儲存。由分布式交易智能合約確定的交易計(jì)劃作為單微網(wǎng)可調(diào)魯棒優(yōu)化的輸入循環(huán)探索可行解。最后以微網(wǎng)群利益最大化為目標(biāo)選出最優(yōu)可行解作為區(qū)塊鏈輔助決策下的微網(wǎng)日前魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度方案。

1 基于區(qū)塊鏈輔助決策的多微網(wǎng)能量協(xié)調(diào)框架

區(qū)塊鏈作為去中心化交易和智能合約的重要基礎(chǔ)技術(shù)，為多微網(wǎng)電能交易市場去中心化和智能合約程序化保障參與者的權(quán)利與義務(wù)提供了公平可靠的平臺。本文提出的去中心化多微網(wǎng)電能交易系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。多微網(wǎng)市場交易模式包括兩個(gè)階段，第1階段微網(wǎng)采用魯棒優(yōu)化模型制定電能調(diào)度計(jì)劃，并根據(jù)計(jì)劃和區(qū)塊鏈上的歷史價(jià)格基于智能電表獲得自適應(yīng)價(jià)格；第2階段在基于區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的多微網(wǎng)去中心化交易市場中微網(wǎng)先后調(diào)用不同智能合約，輸入自適應(yīng)價(jià)格數(shù)據(jù)和電能計(jì)劃觸發(fā)智能合約的預(yù)置響應(yīng)條件改變智能合約狀態(tài)，根據(jù)預(yù)置響應(yīng)規(guī)則得出合約值并輸出動(dòng)作，最終完成多個(gè)微網(wǎng)的交易匹配得到多微網(wǎng)去中心化交易市場的電能交易計(jì)劃。以上兩階段通過自適應(yīng)價(jià)格和多微網(wǎng)電能交易計(jì)劃的傳遞循環(huán)探索微網(wǎng)調(diào)度方案。

圖1 多微網(wǎng)電能交易系統(tǒng)架構(gòu)Fig.1 Architecture of multi-microgrid energy trading system

本文研究的多微網(wǎng)交易市場拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖2所示，市場中的主體包括配電網(wǎng)運(yùn)營商和連接在配電網(wǎng)絡(luò)中的微網(wǎng)運(yùn)營商。各主體通過區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)傳遞數(shù)據(jù)。在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，配電網(wǎng)運(yùn)營商節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)協(xié)助平衡多微網(wǎng)交易市場中參與者的電負(fù)荷；微網(wǎng)運(yùn)營商節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)微網(wǎng)內(nèi)機(jī)組的運(yùn)行與配置并與其余節(jié)點(diǎn)交互電能以平衡電負(fù)荷。

圖2 多微網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.2 Structure of multi-microgrid system

為使本文研究的多微網(wǎng)交易市場更具代表性，考慮采用不同類型的微網(wǎng)作為市場內(nèi)的參與主體，具體包括傳統(tǒng)微電網(wǎng)和熱電聯(lián)供的微能源網(wǎng)。傳統(tǒng)微電網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2中微網(wǎng)3所示；微能源網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2中微網(wǎng)1、2、4所示。微網(wǎng)中包括可再生能源機(jī)組、微型燃?xì)廨啓C(jī)(micro turbine, MT)、燃料電池(fuel cell, FC)、燃?xì)忮仩t(electric boiler, EB)、電儲能(electrical energy storage, EES)、熱儲能(heat storage, HS)等運(yùn)行單元。微網(wǎng)能量管理框架見附錄A1。

2 基于智能合約的去中心化多微網(wǎng)市場交易模式

構(gòu)建去中心化多微網(wǎng)交易模式關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)合理的電能交易模式和智能合約。智能合約是一種預(yù)置響應(yīng)條件和響應(yīng)規(guī)則的運(yùn)行在區(qū)塊鏈上的代碼。當(dāng)智能合約接收到外部輸入數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)觸發(fā)預(yù)置響應(yīng)條件激活預(yù)置響應(yīng)規(guī)則改變智能合約狀態(tài)。其優(yōu)點(diǎn)在于采用固定的預(yù)置規(guī)則代替依賴人仲裁和執(zhí)行的合同，實(shí)現(xiàn)參與者的點(diǎn)對點(diǎn)交易和全平臺監(jiān)督。

本文設(shè)計(jì)的多微網(wǎng)去中心化市場交易模式包含2個(gè)智能合約，分別為多微網(wǎng)交易市場判定智能合約和分布式交易智能合約。微網(wǎng)首先調(diào)用交易市場判定智能合約輸入交易電價(jià)與電量信息觸發(fā)預(yù)置響應(yīng)條件判定交易市場模式，其次調(diào)用分布式交易智能合約完成多微網(wǎng)去中心化交易市場的電能匹配。集產(chǎn)消一體的微網(wǎng)節(jié)點(diǎn)作為逐利的獨(dú)立運(yùn)營主體，通過智能電表內(nèi)置自適應(yīng)報(bào)價(jià)策略按照優(yōu)化調(diào)度結(jié)果完成對自身購/售電電量的價(jià)格制定。

2.1 基于智能電表的自適應(yīng)定價(jià)策略

在分布式電源滲透率較高的電力系統(tǒng)中，各微網(wǎng)的供給與需求具有很強(qiáng)的隨機(jī)性和波動(dòng)性。微網(wǎng)在每輪交易的報(bào)價(jià)須緊跟市場價(jià)格波動(dòng),在快速變化的環(huán)境中迅速做出合理的價(jià)格調(diào)整以獲得更多利潤。

智能電表是集成微處理器應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的智能化儀表能夠?qū)崿F(xiàn)雙向計(jì)量、遠(yuǎn)程通信、本地通信、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交互、多種電價(jià)計(jì)費(fèi)、與用戶互動(dòng)等功能。智能電表的上述功能能夠保障微網(wǎng)運(yùn)營商從區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中快速獲取鏈上公開的歷史成交價(jià)，且其秒級的計(jì)算能力，能夠?qū)崿F(xiàn)微網(wǎng)在每輪交易中快速報(bào)價(jià)，滿足其與智能合約數(shù)據(jù)銜接的要求。

在多微網(wǎng)交易市場中，智能電表的定價(jià)須滿足約束式(1)[18]。

(1)

在多微網(wǎng)交易市場中，智能電表預(yù)置的自適應(yīng)定價(jià)計(jì)算式為式(2)—(5)。

(2)

(3)

(4)

(5)

式中：γin,b、γin,s、γex,b和γex,s分別為內(nèi)緣買方、內(nèi)緣賣方、外緣買方和外緣賣方的目標(biāo)報(bào)價(jià)，當(dāng)買方的購電估價(jià)高于競爭均衡價(jià)格時(shí)為內(nèi)緣買方，否則為外緣買方，當(dāng)賣方的售電估價(jià)低于競爭均衡價(jià)格時(shí)為內(nèi)緣賣方，否則為外緣賣方；P*表示競爭均衡價(jià)格；r為進(jìn)取度因子，表示微網(wǎng)達(dá)成交易的意愿強(qiáng)烈程度(當(dāng)處于內(nèi)緣交易時(shí)，r=0表示中性交易方)；θ為進(jìn)取率因子，表示多微網(wǎng)市場的價(jià)格波動(dòng)程度；Ci、li分別是買方微網(wǎng)和賣方微網(wǎng)的購電估價(jià)和售電估價(jià)；ξmin、ξmax分別是市場規(guī)定最低購電價(jià)和最高售電價(jià)格。

自適應(yīng)定價(jià)方法中進(jìn)取度因子和進(jìn)取率因子與目標(biāo)價(jià)格的關(guān)系如圖3所示。賣方微網(wǎng)的目標(biāo)價(jià)格根據(jù)進(jìn)取度因子從-1到1的變化由最高售電價(jià)格逐漸變化到售電限價(jià)li，同理，買方微網(wǎng)的目標(biāo)價(jià)格根據(jù)進(jìn)取度因子從-1到1的變化由最低購電價(jià)格逐漸變化到購電限價(jià)Ci。而進(jìn)取率因子的大小影響微網(wǎng)的目標(biāo)價(jià)格趨近于限價(jià)速率的不同，圖中進(jìn)取率因子θ1<θ2<θ3<θ4，表示進(jìn)取率越小，在進(jìn)取度為0附近的定價(jià)變化越快，反之則變化越慢。微網(wǎng)根據(jù)市場波動(dòng)程度靈活調(diào)整進(jìn)取度因子和進(jìn)取率因子，便能通過智能電表得出目標(biāo)定價(jià)。

圖3 進(jìn)取性模型Fig.3 Aggressive model

2.2 多微網(wǎng)交易市場判定智能合約

多微網(wǎng)去中心化交易市場的主體制定的魯棒調(diào)度計(jì)劃會(huì)在不同時(shí)刻呈現(xiàn)售電、購電或不參與交易3種狀態(tài)。而在不同時(shí)刻，多微網(wǎng)去中心化交易市場就會(huì)呈現(xiàn)購電電量大于、等于或小于售電電量的3種情況。為了提高多微網(wǎng)去中心化交易市場的競爭性，多微網(wǎng)交易市場判定智能合約接收微網(wǎng)購/售電量數(shù)據(jù)觸發(fā)預(yù)置條件改變合約狀態(tài)為兩種結(jié)果[22]，一是賣方市場模式，二是買方市場模式。

多微網(wǎng)交易市場判定智能合約的預(yù)置條件包括式(6)、(7)。各微網(wǎng)調(diào)用智能合約首先根據(jù)預(yù)置條件式(6)完成售電/購電電量的累加。其次根據(jù)預(yù)置條件式(7)完成當(dāng)前階段多微網(wǎng)交易市場模式的判定，若滿足式(7)的條件，即所有買方欲購電量大于/等于賣方待售電量，則為賣方市場交易模式；否則為買方市場交易模式。

(6)

Pbuy.total(t)≥Psell.total(t)

(7)

2.3 分布式交易智能合約

多微網(wǎng)去中心化交易市場采用雙向拍賣機(jī)制，分布式交易智能合約的調(diào)用主體與多微網(wǎng)交易市場判定智能合約的合約狀態(tài)有關(guān)。若為賣方市場，則由買方調(diào)用分布式交易智能合約定價(jià)并競價(jià)以獲得相較于配網(wǎng)電價(jià)更低的購電價(jià)格；若為買方市場，則由賣方調(diào)用分布式交易智能合約定價(jià)并競價(jià)以獲得相較于配網(wǎng)電價(jià)更高的售電電價(jià)。分布式交易智能合約預(yù)置賣方和買方市場兩種模式的響應(yīng)條件和響應(yīng)規(guī)則，在此以賣方市場交易模式為例說明。

(8)

買方選出最優(yōu)賣方，其智能電表根據(jù)最優(yōu)賣方電價(jià)完成定價(jià)后根據(jù)預(yù)置條件式(9)判定最優(yōu)買方購電電價(jià)，若滿足條件，則更新最優(yōu)買方購電電價(jià)為當(dāng)前買方定價(jià)。需指出的是智能合約中存儲的價(jià)格信息不公開給調(diào)用其的微網(wǎng)，保證了競價(jià)的公平性。

(9)

在賣方交易市場中，買賣雙方達(dá)成交易后，按照成交價(jià)格計(jì)算微網(wǎng)運(yùn)行成本，并根據(jù)預(yù)置條件式(10)計(jì)算本輪交易中的總運(yùn)行成本。

(10)

2.4 基于智能合約的去中心化多微網(wǎng)電能交易執(zhí)行流程

本文研究的區(qū)塊鏈去中心化交易市場的具體交易流程如下：

步驟1：在t時(shí)刻，計(jì)劃參與多微網(wǎng)交易的微網(wǎng)調(diào)用多微網(wǎng)交易市場判定智能合約完成當(dāng)前市場模式判定。具體為，每個(gè)微網(wǎng)以計(jì)劃購/售電量為智能合約的觸發(fā)條件，通過智能合約的預(yù)置條件改變智能合約狀態(tài)。最終在預(yù)置時(shí)間內(nèi)或所有微網(wǎng)完成智能合約調(diào)用后終止調(diào)用，當(dāng)前智能合約狀態(tài)即為t時(shí)刻的市場交易模式。

步驟2：若t時(shí)刻為賣方市場，則所有賣方在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中廣播待售電量以及電價(jià)。所有買方接收到信息后分別調(diào)用分布式交易智能合約選出最優(yōu)的售電方，買方微網(wǎng)的智能電表依據(jù)最優(yōu)售電方報(bào)價(jià)自適應(yīng)定價(jià)，調(diào)用智能合約依據(jù)此定價(jià)根據(jù)預(yù)置條件完成最優(yōu)購電電價(jià)篩選。最終在預(yù)置時(shí)間內(nèi)或所有購電方微網(wǎng)完成智能合約調(diào)用后終止調(diào)用，此時(shí)售電方調(diào)用智能合約與最優(yōu)購電方達(dá)成交易并廣播到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)完成記賬。在此需指出在區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中所有購電方在一輪內(nèi)的報(bào)價(jià)為密封報(bào)價(jià)且微網(wǎng)一輪內(nèi)只能調(diào)用一次智能合約，保證了交易的公平性和安全性。

步驟3：在一輪內(nèi)若售電方有未售完電量，則進(jìn)行下一輪交易。在下一輪交易中售電方的智能電表動(dòng)作更新待售電量及報(bào)價(jià)并廣播到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中。買賣雙方微網(wǎng)以步驟2中的方式完成交易匹配。多微網(wǎng)去中心交易市場在購售方中的一方完成所有電能交易后結(jié)束交易。未在多微網(wǎng)市場中完成電量平衡的微網(wǎng)與配網(wǎng)進(jìn)行電能交互。微網(wǎng)完成所有時(shí)刻電能交易后，調(diào)用智能合約根據(jù)預(yù)置條件完成交易后的成本累加并廣播到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，所有節(jié)點(diǎn)完成記賬。

步驟4：單微網(wǎng)魯棒調(diào)度計(jì)劃決定微網(wǎng)節(jié)點(diǎn)在多微網(wǎng)分布式交易智能合約的結(jié)果，多微網(wǎng)分布式交易智能合約的結(jié)果為微網(wǎng)節(jié)點(diǎn)制定魯棒調(diào)度計(jì)劃提供新的指導(dǎo)價(jià)格。微網(wǎng)魯棒計(jì)劃和智能合約之間傳遞結(jié)果不斷探索新的可行運(yùn)行方案與交易方案。當(dāng)微網(wǎng)基于多微網(wǎng)交易價(jià)格求解主、子問題無法收斂到較小的間隙δ時(shí)，說明多微網(wǎng)的交易價(jià)格已無法作為單微網(wǎng)可調(diào)魯棒優(yōu)化模型制定調(diào)度計(jì)劃的指導(dǎo)價(jià)格，則停止參數(shù)傳遞。最終在分布式賬本記錄的n輪交易信息中，各微網(wǎng)以微網(wǎng)運(yùn)行成本總和最小為目標(biāo)選出經(jīng)濟(jì)效益最好的交易輪次作為最終的考慮可再生能源不確定性和多微網(wǎng)交易安全性的微網(wǎng)日前最優(yōu)運(yùn)行調(diào)度方案和交易計(jì)劃。

3 基于區(qū)塊鏈輔助決策的微網(wǎng)魯棒調(diào)度計(jì)劃

3.1 微網(wǎng)魯棒規(guī)劃模型

考慮可再生能源不確定性的微網(wǎng)日前經(jīng)濟(jì)調(diào)度雙層魯棒模型[1,23]可描述為式(11)。

(11)

考慮多微網(wǎng)交易日前運(yùn)行成本為式(12)。

min{C′da(x)=CMT+CFC+Cmicrogrid+CTrade}

(12)

式中：CMT為MT的發(fā)電成本；CFC為FC的發(fā)電成本；Cmicrogrid為微電網(wǎng)在多微網(wǎng)去中心化交易市場的功率平衡成本；CTrade為與配電網(wǎng)平衡功率的交互成本。

日前運(yùn)行層約束包括能量平衡約束、可控機(jī)組運(yùn)行約束、儲能運(yùn)行約束和交互功率約束，其中能量平衡約束為式(13)，其余約束式詳見參考文獻(xiàn)[1]。

(13)

微網(wǎng)執(zhí)行調(diào)控層目標(biāo)函數(shù)包括各可控機(jī)組的上調(diào)成本和下調(diào)成本、平衡市場功率交互成本和棄可再生能源機(jī)組出力成本。執(zhí)行調(diào)控層的約束包括能量平衡約束、可再生能源機(jī)組出力約束、功率交互的調(diào)整約束。執(zhí)行調(diào)控層的目標(biāo)函數(shù)式及約束函數(shù)式詳見參考文獻(xiàn)[1]。

3.2 微網(wǎng)魯棒規(guī)劃求解

模型式(11)是考慮分布式電源出力不確定性的min-max-min優(yōu)化問題。在此優(yōu)化問題中，日前最優(yōu)調(diào)度方案x是基于最惡劣可再生能源出力場景u得到的，日前運(yùn)行層的最優(yōu)調(diào)度方案x決定了執(zhí)行調(diào)控層的調(diào)控方案y，調(diào)控方案y影響了最惡劣出力場景u。模型中日前運(yùn)行層和執(zhí)行調(diào)控層兩層無法一次解出，因此采用列約束生成算法將原模型分成主問題式(14)和子問題。子問題的max-min結(jié)構(gòu)難以直接解出，由此運(yùn)用線性優(yōu)化強(qiáng)對偶理論將子問題轉(zhuǎn)化為max結(jié)構(gòu)，再采用Big-M法對其進(jìn)行線性化處理，并引入可調(diào)參數(shù)Γ對不確定區(qū)間進(jìn)行描述，得到最終模型為式(15)。

模型分解后求解流程如圖4所示。

圖4 魯棒模型求解流程Fig.4 Flow chart of robust model resolving

(14)

式中：θ*為子問題的理想最優(yōu)解；a、b、c為目標(biāo)函數(shù)中的系數(shù)矩陣；D、F、G、m、s為等式約束的系數(shù)矩陣；E、J、K、L、p、w為不等式約束的系數(shù)矩陣。

(15)

4 算例分析

智能合約大多采用以太坊、超級賬本等平臺實(shí)現(xiàn)部署與應(yīng)用。這些平臺把區(qū)塊鏈技術(shù)作為分布式賬本數(shù)據(jù)架構(gòu)封裝于底層，智能合約嵌入平臺即可實(shí)現(xiàn)調(diào)用。本文側(cè)重于在智能合約整體框架下構(gòu)建的多微網(wǎng)電能分布式交易模型。因此采用Matlab驗(yàn)證該模式在智能合約實(shí)現(xiàn)下的有效性和可行性。

4.1 算例介紹

本文算例采用4個(gè)不同類型微電網(wǎng)組成的多微電網(wǎng)，針對該典型多微網(wǎng)日前調(diào)度與交易的情形驗(yàn)證本文的正確性。

各典型日微網(wǎng)1—4中熱、電負(fù)荷預(yù)測曲線和可再生能源機(jī)組出力曲線見附圖B1。微網(wǎng)與電網(wǎng)的購電電價(jià)為1.50元/(kW·h)、售電電價(jià)為0.45元/(kW·h)。優(yōu)化周期為24 h，時(shí)間間隔為1 h。

4.2 單微網(wǎng)日前魯棒性調(diào)度計(jì)劃

設(shè)定各微網(wǎng)的可調(diào)魯棒參數(shù)Γ1=Γ2=Γ3=Γ4=10。根據(jù)文中所提方法，微網(wǎng)1—4分別經(jīng)過8、5、3、6次迭代獲得最優(yōu)解。各微網(wǎng)在此情況下的各機(jī)組出力和儲能充放功率見附圖B2。上述日前調(diào)度方案中的各微網(wǎng)運(yùn)行成本見表1，表1中購電成本為負(fù)值表示該微網(wǎng)售電。

表1 各微網(wǎng)日前調(diào)度計(jì)劃的運(yùn)行成本Table 1 Operation cost of day-ahead scheduling plan for each microgrid 元

4.3 考慮多微網(wǎng)去中心化交易市場的調(diào)度與交易計(jì)劃

在多微網(wǎng)交易市場中，設(shè)定自適應(yīng)報(bào)價(jià)因子θmin=-8、θmax=2。為保證市場交易速度，假設(shè)每個(gè)微網(wǎng)在交易開始都是進(jìn)取的，設(shè)定微網(wǎng)的初始進(jìn)取因子r=0.1。微網(wǎng)間聯(lián)絡(luò)線的最大傳輸功率為600 kW?？烧{(diào)魯棒參數(shù)設(shè)置與4.2節(jié)相同。

各微網(wǎng)每輪迭代結(jié)果如表2所示，迭代結(jié)果顯示，在多微網(wǎng)交易價(jià)格的指導(dǎo)下定價(jià)的單微網(wǎng)在經(jīng)過4輪探索后，微網(wǎng)3、4魯棒優(yōu)化不能收斂于間隙δ=100。因此選取前3輪的單微網(wǎng)魯棒調(diào)度計(jì)劃和多微網(wǎng)交易方案進(jìn)行比較。

表2 各微網(wǎng)每輪迭代結(jié)果Table 2 Iteration results of each round of each microgrid

表3為前3輪各微網(wǎng)參與多微網(wǎng)交易每輪的日前魯棒調(diào)度計(jì)劃的運(yùn)行成本。以微網(wǎng)群體利益最大化為目標(biāo)，可見第2輪的微網(wǎng)群總成本是最低的，故選取第2輪的交易計(jì)劃為最終多微網(wǎng)交易計(jì)劃。第2輪中各微網(wǎng)的機(jī)組出力如圖5所示。

圖5 各微網(wǎng)參與多微網(wǎng)交易情況下的機(jī)組出力計(jì)劃Fig.5 Unit output plan of each microgrid participating in multi-microgrid transaction

表3 各微網(wǎng)參與多微網(wǎng)交易每輪的成本Table 3 Cost of each microgrid participating in multi-microgrid transaction 元

圖6為第2輪交易匹配結(jié)果，在第2輪交易中，買賣雙方共進(jìn)行3次交易匹配完成電量交易，以第1時(shí)刻為例，第1輪次微網(wǎng)3從微網(wǎng)1購得電量531 kW·h；第2輪次微網(wǎng)4從微網(wǎng)2購得電量480 kW·h；第3輪次微網(wǎng)4從微網(wǎng)1購得電量39.5 kW·h。

圖6 第2輪交易匹配結(jié)果Fig.6 Matching results of the second round of transactions

4.4 可調(diào)魯棒參數(shù)對多微網(wǎng)市場交易的影響

為體現(xiàn)本模型對可再生能源的出力不確定性參數(shù)有調(diào)節(jié)能力，本節(jié)不改變4.2、4.3小節(jié)中其他參數(shù)，僅考慮可調(diào)魯棒參數(shù)Γ變化后對多微網(wǎng)市場交易的影響，可調(diào)魯棒參數(shù)取Γ=0和Γ=24。

可調(diào)魯棒參數(shù)Γ取0時(shí)，模型相當(dāng)于確定性模型，可調(diào)魯棒參數(shù)Γ取24時(shí)，魯棒模型相對于4.3節(jié)(Γ=10)保守。本節(jié)對比確定性模型(Γ=0)與不確定模型(?！?)優(yōu)化結(jié)果和可調(diào)魯棒參數(shù)值取值不同的優(yōu)化結(jié)果，分析不同可調(diào)魯棒參數(shù)對多微網(wǎng)市場交易的影響。優(yōu)化結(jié)果如表4、5所示。表6對比了各微網(wǎng)參與多微網(wǎng)交易和未參與多微網(wǎng)交易的獲利情況。

表6 未參與多微網(wǎng)交易與參與多微網(wǎng)交易購電成本對比Table 6 Power purchase costs of micro-microgrid participating in multi-microgrid transactions or not元

4.5 結(jié)果分析

1)由表4—6可知，在不同魯棒參數(shù)下，各微網(wǎng)參與多微網(wǎng)交易比未參與多微網(wǎng)交易花費(fèi)更少的運(yùn)行成本。在魯棒調(diào)度計(jì)劃中引入分布式交易智能合約可以有效降低微網(wǎng)運(yùn)行成本，且魯棒參數(shù)的選擇不影響多微網(wǎng)交易市場對微網(wǎng)運(yùn)行成本的削減作用。

表4 可調(diào)魯棒參數(shù)Γ=0時(shí)優(yōu)化結(jié)果Table 4 Optimization results when the adjustable robustness parameter Γ is 0 元

表5 可調(diào)魯棒參數(shù)Γ=24時(shí)優(yōu)化結(jié)果Table 5 Optimization results when the adjustablerobustness parameter Γ is 24 元

2)對比附圖B2、圖5與圖6，在各微網(wǎng)參與到多微網(wǎng)交互后，都在多微網(wǎng)市場中實(shí)現(xiàn)了與其他微網(wǎng)的電能交易。各微網(wǎng)利用電儲能，在多微網(wǎng)市場競價(jià)獲得較低電價(jià)的電量后儲存起來以降低微網(wǎng)運(yùn)行成本。例如，微網(wǎng)4在01:00—02:00時(shí)間段內(nèi)，利用蓄電池實(shí)現(xiàn)低價(jià)時(shí)充電高價(jià)時(shí)放電，降低了微網(wǎng)運(yùn)行成本。

3)對比表3、4和5，當(dāng)Γ取為0時(shí)，魯棒優(yōu)化結(jié)果與確定性優(yōu)化等效。由于該方案未考慮可再生能源出力的不確定性，日前選取預(yù)測值為依據(jù)制定調(diào)度計(jì)劃，所以該方案的日前購電成本較不確定性方案小。但由于日前調(diào)度計(jì)劃未考慮可再生能源出力的不確定性，調(diào)控層運(yùn)行成本過高，導(dǎo)致該方案的總成本比不確定性方案高；當(dāng)Γ取為24時(shí)，魯棒優(yōu)化結(jié)果最保守。由于該方案在日前調(diào)度時(shí)考慮更多的可再生能源出力不確定性，日前運(yùn)行成本高于Γ=10時(shí)和Γ=0時(shí)的方案，導(dǎo)致相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)性更劣，這是可調(diào)魯棒參數(shù)的選擇相對保守導(dǎo)致的。

5 結(jié) 論

本文設(shè)計(jì)了區(qū)塊鏈輔助決策下的微網(wǎng)日前魯棒經(jīng)濟(jì)調(diào)度方法。區(qū)塊鏈技術(shù)和智能合約技術(shù)保障了微網(wǎng)交易的安全性、交易信息的可追溯性和資金結(jié)轉(zhuǎn)的即時(shí)性?；趨^(qū)塊鏈技術(shù)的整體框架，考慮可再生能源出力不確定性的微網(wǎng)魯棒日前調(diào)度結(jié)果與分布式交易智能合約結(jié)果的互相影響，循環(huán)求解得出微網(wǎng)的較優(yōu)的調(diào)度計(jì)劃和交易計(jì)劃。最終通過仿真得到以下結(jié)論：

1)微網(wǎng)在日前魯棒調(diào)度計(jì)劃中引入采用區(qū)塊鏈的分布式數(shù)據(jù)存儲和點(diǎn)對點(diǎn)交易技術(shù)的分布式交易智能合約，能有效降低微網(wǎng)購電成本，增加微網(wǎng)的售電收益。

2)微網(wǎng)考慮可再生能源出力不確定性能降低微網(wǎng)總體運(yùn)行成本，且調(diào)度方案具有較強(qiáng)的應(yīng)對可再生能源不確定風(fēng)險(xiǎn)的能力。

3)微網(wǎng)可調(diào)魯棒參數(shù)選擇過大，使得微網(wǎng)日前運(yùn)行調(diào)度計(jì)劃魯棒性過強(qiáng)，降低微網(wǎng)經(jīng)濟(jì)性。

本文側(cè)重于智能合約整體框架下的多微網(wǎng)電能交易邏輯實(shí)現(xiàn)，下一步將綜合考慮多微網(wǎng)之間數(shù)據(jù)傳輸安全及速度對交易的影響以及當(dāng)多微網(wǎng)內(nèi)微網(wǎng)數(shù)量增多對交易速度的影響。并對微網(wǎng)考慮源荷雙重不確定性對微網(wǎng)調(diào)度與平臺交易的影響等問題做深入研究。