張 巍，盧 驤

（上海理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，上海市 200093）

0 引言

隨著電力體制改革的深入與太陽(yáng)能、風(fēng)能、儲(chǔ)能電池等分布式能源滲透率的不斷提高，分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易迎來(lái)了新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)［1-2］?！蛾P(guān)于進(jìn)一步深化電力體制改革的若干意見(jiàn)》［3］指出，售電側(cè)市場(chǎng)放開(kāi)是深化電力體制改革的重點(diǎn)任務(wù)之一，消費(fèi)者與生產(chǎn)者之間的界限模糊化［4］，電力交易平臺(tái)以及交易模式呈現(xiàn)多元化的趨勢(shì)［5］。

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（P2P）交易模式與電力交易平臺(tái)的特性需求具有很高的契合度［6］，可以作為支撐電能交易的底層技術(shù)。區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N不可篡改的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，其公開(kāi)性、開(kāi)放性、可驗(yàn)證性及去中心化的特點(diǎn)，在分布式能源交易管理方面體現(xiàn)出較大的優(yōu)勢(shì)［7-9］。考慮到傳統(tǒng)交易模式維護(hù)成本高、缺乏透明度，當(dāng)前眾多學(xué)者以區(qū)塊鏈技術(shù)作為分布式記賬技術(shù)，在能源互聯(lián)網(wǎng)中的電力交易領(lǐng)域進(jìn)行了一些嘗試［10-12］，并依據(jù)政策制定符合中國(guó)國(guó)情的分布式能源區(qū)塊鏈交易模式［13］，研究其適應(yīng)性，最終搭建了可提高分布式能源市場(chǎng)運(yùn)行效率、降低交易安全風(fēng)險(xiǎn)的售配電交易平臺(tái)，在一定程度上解決了現(xiàn)有分布式能源交易方式的弊端［14-16］?；趨^(qū)塊鏈進(jìn)行電能交易是利用區(qū)塊鏈的不可篡改性、公開(kāi)性、開(kāi)放性以及去中心化特點(diǎn)，不經(jīng)過(guò)第三方直接生成合約訂單，從而使得合約訂單內(nèi)容不可被篡改，節(jié)省了第三方中介費(fèi)用，這些優(yōu)勢(shì)也是常規(guī)的合約訂單所不具備的。

儲(chǔ)能在用戶的能源管理中發(fā)揮著重要的作用［17］，而物理儲(chǔ)能的投資成本較高，不適用于電力市場(chǎng)中小規(guī)模的分布式能源用戶。因此，通過(guò)儲(chǔ)能聚合商（energy storage aggregator，ESA）將中央物理儲(chǔ)能轉(zhuǎn)化為可分離的虛擬容量出售給用戶，使得虛擬儲(chǔ)能能夠在一組用戶之間進(jìn)行共享，既減少了物理電能儲(chǔ)能投資，又減少了使用儲(chǔ)能用戶的成本［18-19］。文獻(xiàn)［20-21］提出了“云儲(chǔ)能”的概念，其中的商業(yè)模式為儲(chǔ)能聚合商參與交易的研究奠定了基礎(chǔ)。在傳統(tǒng)交易模式下，共享儲(chǔ)能存在多邊交易矛盾沖突、結(jié)算規(guī)則復(fù)雜、經(jīng)營(yíng)模式單一、周期時(shí)間獨(dú)立冗長(zhǎng)等問(wèn)題，對(duì)此國(guó)內(nèi)外學(xué)者也開(kāi)展了一定的研究。一方面，使用4 個(gè)階段的雙向拍賣的共享儲(chǔ)能機(jī)制，應(yīng)對(duì)共享儲(chǔ)能中儲(chǔ)能用戶的互補(bǔ)性和替代性需求，防止出現(xiàn)壟斷競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題［22-23］；另一方面，中國(guó)青海省已開(kāi)展“區(qū)塊鏈+共享儲(chǔ)能應(yīng)用”試點(diǎn)，利用區(qū)塊鏈解決共享儲(chǔ)能目前存在的問(wèn)題，對(duì)于解決新能源消納問(wèn)題具有現(xiàn)實(shí)意義［24］。

在點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易下的電力交易市場(chǎng)中，違約風(fēng)險(xiǎn)是最重要的一種風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)經(jīng)濟(jì)手段對(duì)其進(jìn)行控制是保證電力市場(chǎng)穩(wěn)定發(fā)展的一種重要手段［25-26］，需以經(jīng)濟(jì)為約束建立電力市場(chǎng)合同違約懲罰機(jī)制、棄風(fēng)棄光懲罰機(jī)制和可中斷負(fù)荷響應(yīng)獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制［27］，并對(duì)違約風(fēng)險(xiǎn)提出綜合評(píng)估方法及聯(lián)合規(guī)避策略［28］。

本文針對(duì)配售電交易中的便利性和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，提出了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易下儲(chǔ)能聚合商共享自營(yíng)多模式交易模型。首先，提出一種點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易下的電能交易總框架；然后，通過(guò)對(duì)交易周期的優(yōu)化，縮短交易周期，并對(duì)各參與用戶的報(bào)價(jià)進(jìn)行建模，設(shè)計(jì)了用戶交易的匹配規(guī)則及違約補(bǔ)償模型，并通過(guò)智能合約加以實(shí)現(xiàn)。

1 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易下的電能交易總框架

在本文提出的電能交易總框架中，參與電能交易的主體包含售電公司、分布式能源用戶、日常用電用戶以及儲(chǔ)能聚合商?；趨^(qū)塊鏈的電能交易市場(chǎng)一般分為應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、網(wǎng)絡(luò)層和物理層，如圖1所示［29］。

圖1 基于區(qū)塊鏈的儲(chǔ)能聚合商電能交易總框架Fig.1 Blockchain based general energy trading framework of energy storage aggregator

應(yīng)用層中的用戶使用分布式應(yīng)用程序（decentralized application，DApp）對(duì)鏈上發(fā)布的公開(kāi)信息進(jìn)行查詢，通過(guò)用戶能源管理器（user energy manager，UEM）制定交易策略。UEM 是一種可根據(jù)用戶意愿和發(fā)用電信息，在鏈上發(fā)起交易并最終簽訂交易訂單的用戶側(cè)服務(wù)軟件。用戶側(cè)發(fā)用電信息從智能電表中導(dǎo)入，電力市場(chǎng)信息從DApp 中讀取，用戶意愿是各用戶自主選擇其對(duì)能源的處理方式。應(yīng)用層中的市場(chǎng)主體用戶包含了售電公司、分布式能源用戶、日常用電用戶和儲(chǔ)能聚合商。其中，售電公司只進(jìn)行簡(jiǎn)單的電價(jià)和發(fā)電量上報(bào)，日常用電用戶直接與售電公司進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易，不使用儲(chǔ)能，也不考慮盈利和購(gòu)電費(fèi)用的最優(yōu)化。隨著風(fēng)光等分布式能源不斷增多，應(yīng)用層中的交易主體除傳統(tǒng)的電廠等供應(yīng)商和售電公司等消費(fèi)者外，還出現(xiàn)了產(chǎn)銷結(jié)合的分布式能源提供者以及以盈利為目的的儲(chǔ)能聚合商。

儲(chǔ)能聚合商是兼具儲(chǔ)能租賃和電能買(mǎi)賣的盈利型用戶，可以讓所有鏈上用戶根據(jù)其不斷變化的需求靈活更改要購(gòu)買(mǎi)的儲(chǔ)能容量，鼓勵(lì)用戶利用能量存儲(chǔ)，從而增加用戶對(duì)存儲(chǔ)的需求，并同時(shí)進(jìn)行電能的低買(mǎi)高賣，通過(guò)雙重盈利模式，增加儲(chǔ)能聚合商的利潤(rùn)。這些新交易主體的加入，令應(yīng)用層的用戶更加多元化，上鏈的交易信息更加復(fù)雜化。數(shù)據(jù)層主要是根據(jù)智能合約篩選符合用戶意愿的合約訂單，并檢測(cè)其是否符合電能交易應(yīng)該履行的基本物理約束。網(wǎng)絡(luò)層保證了區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間信息交互的安全性。物理層進(jìn)行電能傳輸，并將智能電表上對(duì)實(shí)際電能充放的數(shù)據(jù)反饋到區(qū)塊鏈中，與鏈上的訂單信息進(jìn)行對(duì)比，從而完成資金結(jié)算，避免了欺詐性交易。在分布式能源供應(yīng)方和儲(chǔ)能聚合商同時(shí)加入的電力市場(chǎng)總框架中，供應(yīng)方提交的供應(yīng)能力和價(jià)格及需求方提交的購(gòu)買(mǎi)需求和價(jià)格等交易信息存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上，每一個(gè)參與的主體都可以平等獲取和發(fā)布信息。每次交易行為都通過(guò)智能合約進(jìn)行，降低了交易成本及門(mén)檻，為小規(guī)模參與者提供了很大的便利，也令儲(chǔ)能聚合商具有了更大的利潤(rùn)空間。

2 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易下的儲(chǔ)能聚合商交易流程

2.1 共享與自營(yíng)相結(jié)合的儲(chǔ)能聚合商交易流程設(shè)計(jì)

儲(chǔ)能聚合商利用區(qū)塊鏈的開(kāi)放性和公開(kāi)性，便捷地進(jìn)行周期性的儲(chǔ)能租賃服務(wù)及售電服務(wù)。傳統(tǒng)交易模式下各周期相互獨(dú)立，如附錄A 圖A1 所示［14］。用戶進(jìn)行鏈上信息交易具有時(shí)間上的真空期，從而不能在任意時(shí)刻與儲(chǔ)能聚合商進(jìn)行鏈上信息交易。

本文設(shè)計(jì)的交易流程在進(jìn)行鏈上儲(chǔ)能租賃及售電交易的同時(shí)進(jìn)行物理層的傳輸，增加了交易周期次數(shù)，從而提高了儲(chǔ)能聚合商的盈利和提升了用戶的便利度，交易周期如附錄A 圖A2 所示。交易周期由3 個(gè)階段組成，分為4 個(gè)時(shí)段，其中t0—t2為鏈上信息交易階段，t1—t3為物理層電能傳輸階段，t3—t4為資金結(jié)算階段。資金結(jié)算不影響下一周期的鏈上信息交易及物理傳輸，故下一周期的開(kāi)始時(shí)間不考慮上一周期的資金結(jié)算時(shí)間。由于受物理層電能傳輸不能同時(shí)傳入和傳出的限制，將電能傳輸階段均勻分為t1—t2和t2—t3兩個(gè)時(shí)段，同時(shí)也將鏈上信息交易階段均勻分為t0—t1和t1—t2兩個(gè)時(shí)段，在前一周期的物理傳輸進(jìn)行完第1 個(gè)時(shí)段時(shí)，便開(kāi)始下一周期的鏈上信息交易。

在此交易周期的條件下，共享與自營(yíng)相結(jié)合的儲(chǔ)能聚合商交易流程如圖2 所示。

圖2 共享與自營(yíng)模式相結(jié)合的儲(chǔ)能聚合商交易流程圖Fig.2 Trading flow chart of energy storage aggregators in combined sharing and self-operating modes

共享與自營(yíng)相結(jié)合的儲(chǔ)能聚合商具體交易步驟如下。

步驟1：儲(chǔ)能聚合商ESAi在加入基于區(qū)塊鏈的電力市場(chǎng)后，同時(shí)對(duì)全網(wǎng)發(fā)布可租賃儲(chǔ)能、購(gòu)電和接收電力憑證的信息（電力憑證是根據(jù)用戶實(shí)際租賃儲(chǔ)能后存儲(chǔ)的電能，由智能電表在區(qū)塊鏈上記錄下的數(shù)據(jù)，發(fā)放電力憑證即記錄存儲(chǔ)電能的數(shù)據(jù)，收回電力憑證即記錄提取電能的數(shù)據(jù)）。

式中：KESAi為通過(guò)對(duì)多個(gè)同一時(shí)段周期交易數(shù)據(jù)分析得到的儲(chǔ)能聚合商i的預(yù)測(cè)系數(shù)。

具有儲(chǔ)能需求的用戶上報(bào)需求量，售電用戶上報(bào)售電量和售電電價(jià)，通過(guò)儲(chǔ)能聚合商發(fā)布的智能合約進(jìn)行篩選，最終通過(guò)用戶對(duì)儲(chǔ)能聚合商發(fā)布的信息進(jìn)行簽名，生成交易訂單。需要使用電力憑證提取存儲(chǔ)電量的用戶上報(bào)提取電量，由儲(chǔ)能聚合商驗(yàn)證其提取的電量是否與電力憑證記錄的電量相匹配，若匹配則生成提取電量的訂單。

步驟2：在步驟1 的鏈上交易完成后，將租賃儲(chǔ)能的訂單發(fā)送給物理傳輸服務(wù)方進(jìn)行電能傳輸，電能傳輸費(fèi)用由租賃方支付。電能傳輸完成后，由智能電表向鏈上反饋實(shí)際傳輸?shù)碾娔埽⒂蓛?chǔ)能聚合商根據(jù)實(shí)際儲(chǔ)存電能向租賃用戶發(fā)放電力憑證VESAi。

在物理層進(jìn)行電能傳輸?shù)耐瑫r(shí)，儲(chǔ)能聚合商向全網(wǎng)發(fā)布售電信息，即

儲(chǔ)能聚合商發(fā)布的售電信息通過(guò)智能合約與鏈上的電能需求信息進(jìn)行匹配，匹配成功的用戶對(duì)該售電信息進(jìn)行簽名，最終生成交易訂單。

步驟3：將賣電的交易訂單及使用電力憑證提取電力的訂單發(fā)送給物理傳輸方，進(jìn)行電能傳輸，傳輸費(fèi)用由儲(chǔ)能聚合商支付。傳輸完成后，智能電表反饋實(shí)際傳輸電量，由此收回電力憑證。

步驟4：根據(jù)鏈上的交易訂單信息，與實(shí)際物理電能傳輸進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)行計(jì)及違約懲罰費(fèi)用的資金結(jié)算。

2.2 資金結(jié)算與違約懲罰設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的儲(chǔ)能聚合商交易策略中，分布式能源發(fā)電的不確定性較大，用戶的預(yù)測(cè)能力普遍不足，因此造成違約的可能性也較大。

對(duì)于售電用戶計(jì)及違約懲罰的資金結(jié)算如附錄A 圖A3 所示。當(dāng)售電用戶與儲(chǔ)能聚合商生成交易訂單之后，如果并未向儲(chǔ)能聚合商提供與之對(duì)應(yīng)的電量，那么將根據(jù)中標(biāo)量與實(shí)際發(fā)電量的偏差電量對(duì)其進(jìn)行懲罰。售電用戶違約懲罰費(fèi)用即對(duì)購(gòu)電用戶的補(bǔ)償費(fèi)用RUserj的計(jì)算公式為：

式中：M為懲罰系數(shù)；Qj″為交易訂單上的交易電量與實(shí)際傳輸電量之間偏差電量的絕對(duì)值；P為交易電價(jià)。

當(dāng)儲(chǔ)能聚合商作為售電方和接收電力憑證方時(shí)需要放出電能，但當(dāng)其自身電能不足時(shí)，計(jì)及違約懲罰的資金結(jié)算如附錄A 圖A4 所示。儲(chǔ)能聚合商根據(jù)中標(biāo)量與實(shí)際發(fā)電量的偏差電量，向鏈上發(fā)布購(gòu)電信息，通過(guò)購(gòu)買(mǎi)相應(yīng)的電能彌補(bǔ)偏差電量，并根據(jù)最終電能傳輸時(shí)間和初始傳輸時(shí)間的偏差，對(duì)購(gòu)電用戶及使用電力憑證的用戶進(jìn)行補(bǔ)償。儲(chǔ)能聚合商i的補(bǔ)償費(fèi)用的計(jì)算公式為：

式中：H為違約補(bǔ)償系數(shù)；t為偏差時(shí)間為售電交易訂單和提取電量訂單上的交易電量與實(shí)際傳輸電量之間偏差電量的絕對(duì)值。

結(jié)算完成后，最終由智能合約根據(jù)結(jié)算結(jié)果對(duì)雙方進(jìn)行轉(zhuǎn)賬，本周期資金結(jié)算階段結(jié)束。

2.3 智能合約設(shè)計(jì)

按照交易流程將智能合約分為3 個(gè)階段進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖3 所示，分別為鏈上信息交易階段、支付階段和結(jié)算階段。其中，支付階段是指為達(dá)成交易訂單的用戶進(jìn)行預(yù)支付的階段，較為簡(jiǎn)單，此處不做詳細(xì)敘述。

圖3 智能合約設(shè)計(jì)Fig.3 Design of smart contract

2.3.1 鏈上信息交易階段

鏈上信息交易階段的智能合約包含了儲(chǔ)能租賃智能合約、電能自營(yíng)智能合約和電力憑證智能合約。儲(chǔ)能租賃智能合約中，由于是既定的儲(chǔ)能聚合商對(duì)需要購(gòu)買(mǎi)儲(chǔ)能的用戶進(jìn)行篩選，而租賃儲(chǔ)能的單位價(jià)格已經(jīng)確定，因此智能合約中無(wú)須考慮價(jià)格因素。

用戶租賃的儲(chǔ)能容量根據(jù)其對(duì)下一周期多余電量的預(yù)測(cè)決定，不同用戶其預(yù)測(cè)能力不一，故設(shè)立租賃用戶預(yù)測(cè)能力系數(shù)fUserj，該系數(shù)表示用戶實(shí)際存儲(chǔ)電量與租賃儲(chǔ)能容量的貼近程度。預(yù)測(cè)能力系數(shù)越大，表明貼近程度越高，則該用戶匹配的優(yōu)先級(jí)更高，以此篩選更優(yōu)質(zhì)的用戶，降低儲(chǔ)能聚合商運(yùn)營(yíng)違約的可能性。

式中：x為T(mén)N周期用戶j曾經(jīng)與該儲(chǔ)能聚合商交易的次數(shù)為T(mén)N周期用戶j實(shí)際存儲(chǔ)的電量；為T(mén)N周期用戶j的租賃儲(chǔ)能量。

在使用排序函數(shù)將用戶的租賃量、租賃時(shí)長(zhǎng)和預(yù)測(cè)能力系數(shù)進(jìn)行排序后，使用層次分析法計(jì)算出綜合排名，最終根據(jù)綜合排名由高到低進(jìn)行交易，直至租賃容量上限。

在電能自營(yíng)的智能合約中，在求購(gòu)電能時(shí)將生產(chǎn)者按報(bào)價(jià)從低到高放入撮合隊(duì)列，在出售電能時(shí)將消費(fèi)者按報(bào)價(jià)從高到低放入撮合隊(duì)列，最終考慮自身求購(gòu)最高電價(jià)和售電最低電價(jià)的約束進(jìn)行撮合，直至達(dá)到儲(chǔ)能聚合商的需求和可售電能上限時(shí)結(jié)束撮合，并將撮合成功的用戶生成交易訂單。

電力憑證的智能合約主要是驗(yàn)證發(fā)起提取電力憑證的用戶的真實(shí)性，對(duì)比需要提取電量與存儲(chǔ)電量，如果需要提取電量小于存儲(chǔ)電量，則生成電能提取訂單。

2.3.2 結(jié)算階段

結(jié)算階段主要由電能反饋函數(shù)、對(duì)比函數(shù)和轉(zhuǎn)賬函數(shù)組成。3 個(gè)函數(shù)均使用sendTransaction 方式調(diào)用，使用該方式需要?jiǎng)?chuàng)建一筆新的交易，若交易執(zhí)行成功則執(zhí)行者獲得本次新交易的費(fèi)用，該筆費(fèi)用由電能存儲(chǔ)交易雙方共同承擔(dān)。其中，電能反饋函數(shù)根據(jù)電網(wǎng)中實(shí)際傳輸電量向記錄本次交易的信息鏈進(jìn)行反饋，并記錄下本次實(shí)際傳輸電量。對(duì)比函數(shù)在反饋函數(shù)記錄完成之后，將其數(shù)據(jù)與交易訂單中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，實(shí)現(xiàn)違約懲罰計(jì)算、過(guò)網(wǎng)費(fèi)計(jì)算和用戶預(yù)測(cè)能力系數(shù)的更新。最后，由轉(zhuǎn)賬函數(shù)根據(jù)對(duì)比函數(shù)計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行最終轉(zhuǎn)賬，并記錄本次交易結(jié)束。

3 算例分析

3.1 參數(shù)設(shè)定

應(yīng)用場(chǎng)景中包含6 種不同用戶，其中用戶1～3為分布式能源用戶；用戶4 為需要從儲(chǔ)能聚合商處購(gòu)買(mǎi)電能的用戶；用戶5 為日常用電用戶；用戶6 為儲(chǔ)能聚合商；用戶7 為儲(chǔ)能租賃商；用戶8 為電能自營(yíng)商。根據(jù)其中分布式能源用戶處理電能的方式不同，分別構(gòu)建兩種不同場(chǎng)景，場(chǎng)景1 中的分布式能源用戶考慮將過(guò)剩電能進(jìn)行存儲(chǔ)，各用戶職能如附錄A 表A1所示。

場(chǎng)景2 在場(chǎng)景1 的基礎(chǔ)上，將分布式能源用戶處理過(guò)剩電能的方式變?yōu)橹苯釉阪溕铣鍪?，其他用戶職能保持不變，各用戶職能如附錄A 表A2 所示。

鑒于分布式能源發(fā)電設(shè)備的功率短周期內(nèi)的預(yù)測(cè)相對(duì)準(zhǔn)確，將仿真測(cè)試中的每個(gè)時(shí)段設(shè)為15 min，全天共采集96 組數(shù)據(jù)。為比較兩種場(chǎng)景下各用戶的收益，采集用戶1～3 的發(fā)電量及日常用電量如附錄A 圖A5 所示。

儲(chǔ)能設(shè)備一般采用的鋰電池使用壽命tU為9 年，購(gòu)買(mǎi)成本為1.1 元/（kW·h），儲(chǔ)能聚合商的盈利系數(shù)設(shè)置為0.05，物理傳輸成本PT為0.05 元/（kW·h），儲(chǔ)能聚合商自營(yíng)盈利系數(shù)為0.4。違約懲罰系數(shù)M為0.5，違約補(bǔ)償系數(shù)H為0.01。電價(jià)取用戶1～3 當(dāng)?shù)氐姆謺r(shí)電價(jià)，22：00—06：00 為谷時(shí)，谷時(shí)電價(jià)為0.307 元/（kW·h），峰時(shí)電價(jià)為0.617 元/（kW·h）。

3.2 分布式能源用戶交易結(jié)果分析

本文交易策略的仿真使用以太坊在線仿真平臺(tái)Remix 進(jìn)行，分別導(dǎo)入場(chǎng)景1 和場(chǎng)景2 的數(shù)據(jù)，并按固定比例兌換以太幣和人民幣。為便于比較分布式能源用戶的收益，忽略交易過(guò)程中產(chǎn)生的Gas 費(fèi)用，且不考慮違約問(wèn)題，在此基礎(chǔ)上將分布式能源用戶的需求與儲(chǔ)能商進(jìn)行撮合。

當(dāng)用戶發(fā)用電之差小于0 時(shí)，用戶支付電費(fèi)直接從電網(wǎng)購(gòu)買(mǎi)電能，而當(dāng)發(fā)用電之差大于0 時(shí)，場(chǎng)景1 中的用戶1～3 通過(guò)在Remix 中設(shè)置好的solidity 智能合約文件與匹配到的儲(chǔ)能聚合商用戶6 以及單獨(dú)的儲(chǔ)能租賃商7 進(jìn)行儲(chǔ)能租賃交易，交易結(jié)果如附錄A 圖A6 所示。96 個(gè)周期中用戶1 需要的總儲(chǔ)能租賃量為18.471 kW·h，匹配成功的儲(chǔ)能量為17.624 kW ·h；用 戶2 需要的總儲(chǔ)能租賃量為10.942 kW·h，匹配成功的儲(chǔ)能量為10.227 kW·h；用戶3 需要的總儲(chǔ)能租賃量為42.495 kW·h，匹配成功的儲(chǔ)能量為40.883 kW·h。

場(chǎng)景2 中的用戶1～3 與收購(gòu)電能的用戶7 和用戶8 也根據(jù)智能合約進(jìn)行匹配，交易結(jié)果如附錄A圖A7 所示。96 個(gè)周期中用戶1 需要出售的總電能為18.471 kW·h，匹配成功的電能為18.023 kW·h；用戶2 需要出售的總電能為10.942 kW·h，匹配成功的電能為10.911 kW·h；用戶3 需要出售的總電能為42.495 kW·h，匹配成功的電能為39.694 kW·h。

撮合完成后，從Remix 平臺(tái)中讀取用戶1～3 在各周期部分時(shí)間合并的情景下進(jìn)行交易的次數(shù)，與在各周期完全獨(dú)立的傳統(tǒng)模式下的交易次數(shù)進(jìn)行對(duì)比，如表1 所示。

所有用戶在周期合并的情景下，只需要32 h 就可以完成96 個(gè)周期，而在周期獨(dú)立的情景下，則需要48 h 才能完成96 個(gè)周期，因此在單位時(shí)間內(nèi)，周期的合并可以增加交易次數(shù)。由表1 可知，用戶1、2、3 在周期合并的情景下，在96 個(gè)周期內(nèi)分別增加了6 次、11 次、14 次交易。因此，在周期合并的情景下，單位時(shí)間內(nèi)交易周期數(shù)量更多，同周期數(shù)量時(shí)交易次數(shù)也增多，交易次數(shù)的增加令用戶可參與電能交易的頻率增加，從而提高了鏈上用戶交易的便利性。

表1 96 周期用戶的交易次數(shù)對(duì)比Table 1 Comparison of transaction times of users in 96 cycles

將兩種場(chǎng)景下的相同用戶的數(shù)據(jù)通過(guò)MATLAB 進(jìn)行仿真，對(duì)比其收益。為方便比較，將存儲(chǔ)的電能與峰時(shí)電能進(jìn)行等價(jià)轉(zhuǎn)換，并使用各用戶發(fā)用電電量都較多的09：00—13：00 時(shí)段比較用戶收益。該時(shí)段用戶1～3 在兩種情景下的收益對(duì)比如圖4 所示。

圖4 09：00—13：00 時(shí)段用戶收益比較Fig.4 Comparison of user revenue in period 09：00—13：00

由仿真結(jié)果可知，用戶1 在09：00—13：00 時(shí)段發(fā)用電電量差的總值為2.577 kW·h，在場(chǎng)景1 下將這些電量與儲(chǔ)能聚合商進(jìn)行交易，使用儲(chǔ)能租賃獲得的轉(zhuǎn)化收益為0.554 元，而在場(chǎng)景2 下將這些電量直接出售可獲得的收益為0.438 元；用戶2 在09：00—13：00 時(shí)段發(fā)用電電量差的總值為0.348 kW·h，同樣在場(chǎng)景1 下使用儲(chǔ)能租賃獲得的轉(zhuǎn)化收益為0.075 元，在場(chǎng)景2 下將這些電量直接出售可獲得的收益為0.059 元；用戶3 在09：00—13：00時(shí)段發(fā)用電電量差的總值為9.558 kW·h，同樣在場(chǎng)景1 下使用儲(chǔ)能租賃獲得的轉(zhuǎn)化收益為2.044元，在場(chǎng)景2 下將這些電量直接出售可獲得的收益為1.625 元。

由圖4 可以看出，用戶1～3 在用戶發(fā)用電電量差大于0 的時(shí)段，場(chǎng)景1 下的收益大于場(chǎng)景2 下的收益，且隨著各用戶發(fā)用電電量差的增加，場(chǎng)景1 與場(chǎng)景2 下的收益差值也隨之增加?？紤]到售電電價(jià)隨時(shí)間有峰谷變化，對(duì)用戶1～3 全天總收益進(jìn)行分析，得到兩種場(chǎng)景下用戶全天的收益如附錄A 圖A8所示。由圖可知，用戶1～3 在場(chǎng)景1 下的全天收益也大于場(chǎng)景2 下的全天收益。對(duì)比兩種交易策略可知，當(dāng)利用儲(chǔ)能聚合商進(jìn)行儲(chǔ)能租賃時(shí)，將分布式能源發(fā)出的實(shí)時(shí)過(guò)剩電能進(jìn)行存儲(chǔ)，其收益大于直接出售過(guò)剩電能，這使得分布式能源用戶收益更高，在使用儲(chǔ)能租賃的同時(shí)也令儲(chǔ)能聚合商獲取了利潤(rùn)，達(dá)成了雙贏。

3.3 共享與自營(yíng)儲(chǔ)能聚合商收益分析

進(jìn)一步比較分析用戶1～3 與單獨(dú)的儲(chǔ)能租賃商、電能自營(yíng)商以及本文模型中的共享與自營(yíng)相結(jié)合的儲(chǔ)能聚合商進(jìn)行交易之后的收益。假設(shè)實(shí)際存儲(chǔ)量與儲(chǔ)能租賃量的比值均為0.9，并且通過(guò)撮合匹配，用戶都能租賃到儲(chǔ)能，同時(shí)為了仿真結(jié)果比較的可信度，所有自營(yíng)商的收購(gòu)電價(jià)都取報(bào)價(jià)的最高值，而出售電價(jià)都取報(bào)價(jià)的最低值。構(gòu)建8 種不同情景分別對(duì)應(yīng)用戶1～3 處理剩余電能的不同方式，如附錄A 表A3 所示。

將數(shù)據(jù)通過(guò)MATLAB 進(jìn)行仿真，得到各種情景下3 種用戶的收益對(duì)比如圖5 所示。在各種情景下，由于儲(chǔ)能聚合商在本文的交易模式下，可以更充分地利用自身的儲(chǔ)能，令閑置儲(chǔ)能成為電能低買(mǎi)高賣的容器，使其獲得多模式交易的多重收益。由圖可知，單獨(dú)租賃少量?jī)?chǔ)能以及單獨(dú)進(jìn)行電能自營(yíng)的收益都較少，而共享與自營(yíng)相結(jié)合的儲(chǔ)能聚合商收益都較高。對(duì)比8 種不同情景下的收益可知，共享與自營(yíng)相結(jié)合的儲(chǔ)能聚合商在96 個(gè)周期中，其收益大于單獨(dú)儲(chǔ)能租賃商與電能自營(yíng)商的收益之和，這是由于共享儲(chǔ)能與電能自營(yíng)相結(jié)合的交易方式令電能的交易頻率更高，使得共享與自營(yíng)相結(jié)合的儲(chǔ)能聚合商的收益得到最大化。

圖5 共享與自營(yíng)儲(chǔ)能聚合商收益比較Fig.5 Revenue comparison of shared and self-operated energy storage aggregators

3.4 分布式能源用戶與儲(chǔ)能聚合商違約情況分析

3.1節(jié)給出的場(chǎng)景2 中，用戶1 和用戶6 當(dāng)天12：00—13：00 時(shí)段考慮其違約情況的實(shí)際交易數(shù)據(jù)如附錄A 表A4 所示。由表可知在該時(shí)段內(nèi)，用戶1 違約電量共0.089 kW·h，當(dāng)時(shí)的交易電價(jià)為0.425 元/（kW·h），則違約懲罰為0.018 9 元。用戶6為儲(chǔ)能聚合商，該時(shí)段的違約電量共3.4 kW·h，補(bǔ)償電量偏差時(shí)間為7.5 min，電網(wǎng)電價(jià)為0.617 元/（kW·h），則對(duì)購(gòu)電用戶的補(bǔ)償為0.255 元，儲(chǔ)能聚合商因該時(shí)段的違約所導(dǎo)致的虧損為2.353 元。由上述違約情況可以看出，本文設(shè)計(jì)的交易模型可有效處理各交易主體出現(xiàn)的違約情況，即對(duì)違約情況進(jìn)行懲罰，而對(duì)被違約用戶進(jìn)行補(bǔ)償。

4 結(jié)語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)了兼具共享與電能自營(yíng)的儲(chǔ)能聚合商的交易策略，并通過(guò)區(qū)塊鏈的平臺(tái)搭建了包含用戶應(yīng)用層、物理網(wǎng)絡(luò)層和智能合約的總體架構(gòu)。最后，通過(guò)Remix 和MATLAB 對(duì)用戶匹配交易進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果驗(yàn)證了本文所提出的交易模型提升了各用戶的便利性，提高了分布式能源用戶及儲(chǔ)能聚合商的經(jīng)濟(jì)收益，整體交易模型具有可行性和高效性。

該交易模型為共享儲(chǔ)能與分布式能源的交易在中國(guó)的發(fā)展提供了新的思路，后續(xù)將在交易模型的儲(chǔ)能與分布式能源的應(yīng)用方面加以深入研究，將其與靈活性資源相結(jié)合，進(jìn)一步完善該模型的實(shí)用性。

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