王曉敏 孫宏揚 胡如樂 張建中 張繼英

（1.南方電網(wǎng)數(shù)字企業(yè)科技（廣東）有限公司，廣東 廣州 510700；2.北京科東電力控制系統(tǒng)有限責任公司，北京 100192）

1 南方區(qū)域電力交易主體合作演化研究

1.1 基于聯(lián)盟鏈構建多層次電力交易模型

該文提出的南方區(qū)域電力交易主體合作演化研究利用聯(lián)盟鏈技術作為電力交易的核心，構建多層次電力交易模型。通過模型節(jié)點信用激勵機制，減少違約行為，提高用戶的履約度，進而滿足不同節(jié)點的售電與用電需求，以實現(xiàn)不同需求節(jié)點之間有序交易的目標[1]。

該文構建的基于聯(lián)盟鏈的多層次電力交易模型網(wǎng)絡層基礎架構以聯(lián)盟鏈技術為內(nèi)核，節(jié)點之間電力交易數(shù)據(jù)及合同的存儲工作均在模型的網(wǎng)絡層中完成。此外，在網(wǎng)絡層中，該文還添加了以聯(lián)盟鏈技術為核心的P2P 交易平臺與交易模式，提高多層次電力交易模型運行的質(zhì)量。在設計模型中，電力交易節(jié)點履約信用，作為信用激勵機制[2]。設定模型所有上鏈節(jié)點的履約信用初始值，當電力交易節(jié)點發(fā)生違約情況時，節(jié)點信用扣除值的計算如公式（1）所示。

式中：Ui為模型節(jié)點在第i次違約電力交易中的信用扣除值；Ui-1、Ui-2分別為在第i-1、i-2 次違約電力交易中的信用扣除值。

通過計算得出違約電力交易中模型節(jié)點對應的信用扣除值。對正常參與電力交易的節(jié)點來說，其模型節(jié)點履約信用值的計算如公式（2）所示。

通過計算得出電力交易節(jié)點履約信用，將其作為基于聯(lián)盟鏈的多層次電力交易模型的節(jié)點信用激勵機制，提高用戶的履約度，為后續(xù)的電力交易主體合作演化奠定良好基礎。

1.2 電力交易智能合約設計

上述基于聯(lián)盟鏈構建多層次電力交易模型可提高交易中用戶的履約度。接下來對電力交易智能合約進行設計，以實現(xiàn)自動執(zhí)行電力交易結(jié)算的目標。

該文設計的電力交易智能合約的原理示意圖如圖1所示。

圖1 電力交易智能合約基本原理示意圖

首先，各個電力交易節(jié)點之間通過協(xié)同的方式和交易雙方簽名、交易電量、規(guī)則以及電子貨幣等達成電子協(xié)同，利用狀態(tài)機實時區(qū)分并控制電力交易狀態(tài)，根據(jù)制定好的電力交易規(guī)則自愿執(zhí)行交易。其次，基于P2P 網(wǎng)絡傳播途徑，在聯(lián)盟鏈中寫入通過共識驗證的各項交易信息。結(jié)合預言機與外部適配器建立鏈下通信，與外界取得聯(lián)系，獲取安全可靠的電力交易外部數(shù)據(jù)[3]。然后在該基礎上設定觸發(fā)智能合約的條件，如果電力交易滿足相應的觸發(fā)條件，則將該項交易推送至待驗證隊列，當待驗證通過且能夠被半數(shù)以上模型節(jié)點共識認同后，認為電力交易完成。如果電力交易不滿足相應觸發(fā)條件，則不會將該項交易記錄在聯(lián)盟鏈區(qū)塊中，需要返回并重復上述步驟，直至獲取符合電力交易要求的數(shù)據(jù)為止。

1.3 電力交易主體合作演化

完成上述電力交易智能合約設計后，進行電力交易主體合作演化研究。首先，為了保證配電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性與安全性，需要對電力交易通信的可靠性做出分析，建立電力交易風險管控模型，明確滿足電力交易要求的主體。其次，在電力交易實行階段，利用智能電表實時記錄電能的動態(tài)變化，使電網(wǎng)內(nèi)各個交易節(jié)點對電能的產(chǎn)消達成共識。該階段的電量費用計算如公式（3）所示。

式中：ar為電力用戶的實際用電量；pr為單位電量價格。

獲取電量費用后，在上述構建的多層次電力交易模型中平衡費用，進而定義電力交易去中心化度。電力交易去中心化度的計算如公式（4）所示。

式中：TAM為聯(lián)盟鏈參與的分布式電力交易數(shù)量；TAN為單一中心的集中式電力交易數(shù)量。

獲取電力交易去中心化度后，該文主要分3 個階段來設計南方區(qū)域電力交易主體合作演化流程，如圖2所示。

圖2 南方區(qū)域電力交易主體合作演化流程

首先，在上述構建的多層次電力交易模型中注冊節(jié)點，接受節(jié)點的售電與購電需求。其次，向南方區(qū)域電力交易中心提交交易申請，完成電力交易與電能出清。到達交易時間后，由交易中心提起驗證工作，判定雙方是否按照合同約定使用、發(fā)出電能[4]。如果存在違約行為，則按違約處理，清算節(jié)點信用值，交付相應的違約金。違約金分配完畢后，按照當前交易的電量結(jié)算交易金額。如果不存在違約行為，則按照合約交割，完成電力交易主體合作演化。

2 試驗分析

2.1 試驗準備

上述內(nèi)容便是該文利用聯(lián)盟鏈技術提出的南方區(qū)域電力交易主體合作演化研究的全部流程。在提出的電力交易主體合作演化研究投入實際配電網(wǎng)使用前，需要對其有效性及應用效果進行驗證，確認研究無誤后，方可投入使用。此次試驗對某地區(qū)配電網(wǎng)R時段電力交易流程進行模擬。該時段內(nèi)，配電網(wǎng)電力交易流程中的核心環(huán)節(jié)為系統(tǒng)撮合階段與循環(huán)掛牌階段。利用MATLAB 模擬分析軟件模擬配電網(wǎng)R時段5 個發(fā)電節(jié)點與10 個用電節(jié)點，進而進行電力P2P 交易。為了在試驗中更容易區(qū)別，將R時段電力交易發(fā)電節(jié)點依次編號為1～5，將用電節(jié)點依次編號為A～J。試驗中參與電力交易的節(jié)點信息分別見表1、表2。

表1 R 時段電力交易發(fā)電節(jié)點信息

表2 R 時段電力交易用電節(jié)點信息

根據(jù)表1、表2 的發(fā)電、用電節(jié)點信息可知電力交易時段電力的真實傳輸情況及動態(tài)變化。以聯(lián)盟鏈技術為核心搭建電力P2P 交易平臺，為電力節(jié)點提供交易場所，為發(fā)電方與用電方提供服務，實時提交交易信息。在該基礎上，使用上述提出的電力交易合作演化步驟完成整個電力交易流程，檢驗電力交易結(jié)果。

2.2 結(jié)果分析

為了使試驗結(jié)果更具有說服力與可信度，特引入2 個對照組，通過對比的方式驗證提出方法的可行性。將上述基于聯(lián)盟鏈技術的南方區(qū)域電力交易主體合作演化研究設置為試驗組，將文獻[5-6]提出的演化機制研究分別設置為對照組1 與對照組2，對比并分析3 種研究的應用結(jié)果。

選取配電網(wǎng)電力交易有效供給率為該次試驗的評價指標，其計算如公式（5）所示。

式中：Q為配電網(wǎng)電力交易有效供給率；Ra為根據(jù)電力交易意向成功完成電力交易的數(shù)量；R為總電力交易完成量。

交易有效供給率Q越高，說明電力交易存在違約與調(diào)整的情況越少，交易質(zhì)量越高，主體合作演化效果越好，反之同理。利用模擬分析軟件，模擬并測定各時段的電力交易有效供給率，繪制如圖3所示的評價指標對比示意圖。

圖3 電力交易有效供給率對比結(jié)果

從圖3 可以看出，3 種方法表現(xiàn)出了明顯的性能差異。其中，該文提出的基于聯(lián)盟鏈技術的電力交易主體合作演化研究應用后，各時段下的電力交易有效供給率始終維持在較高水平，在負荷高峰時期也未出現(xiàn)下滑情況。而對照組1 與對照組2 提出的研究應用后，電力交易有效供給率的波動幅度較大，在負荷高峰時期存在明顯下滑趨勢，交易質(zhì)量較低。由此對比結(jié)果不難看出，該文提出的基于聯(lián)盟鏈技術的電力交易主體合作演化研究具有較高的可行性，能夠有效降低區(qū)域電力交易的調(diào)整量與違約率，多維度地提高電力交易質(zhì)量。

3 結(jié)語

綜上所述，為了改善傳統(tǒng)電力交易模式中交易數(shù)據(jù)過于集中化、監(jiān)管機構過于中心化的問題，該文在傳統(tǒng)電力交易模式的基礎上，引入聯(lián)盟鏈技術，以南方區(qū)域為例，進行了基于聯(lián)盟鏈技術的南方區(qū)域電力交易主體合作演化研究。該文的研究全方位、多維度地反映了配電網(wǎng)運行過程中，各個電力交易主體市場行為的動態(tài)演化過程，通過聯(lián)盟鏈，主動有效地優(yōu)化了電力交易的各項決策，形成了更完善的配電網(wǎng)電力交易體系，具有重要的研究意義。