基于區塊鏈的虛擬電廠可信交易

李強　李冰　常哲銘

摘? 要：基于區塊鏈技術的虛擬電廠可信交易平臺對虛擬電廠交易能否用、用在哪里、怎么管理、怎樣收益更高等問題進行了研究，搭建涵蓋電池再利用服務、儲能運行服務及儲能運營服務在內的全鏈條服務，從交易撮合、代理運營等維度探索驗證集成儲能的可持續運營模式。儲能運行服務和儲能運營服務則將目標對準提升儲能的運維管理水平和擴展儲能收益渠道，整合儲能資源參與電網需求響應，實現儲能用戶、平臺、電網多方共贏。

關鍵詞：虛擬電廠;區塊鏈技術;可信交易

中圖分類號：TP311.1? 文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2021）17-0165-04

Abstract： The trusted transaction platform of virtual power plant based on blockchain technology studies the following problems：? whether the virtual power plant transaction can be used， where it can be used， how to manage it and how to make more profits. It builds a whole chain service covering battery reuse service， energy running operation service and energy storage running service， and explores and verifies the sustainable operation mode of integrated energy storage from the dimensions of transaction matching and agency operation. Energy storage operation service and energy storage operation service aim to improve the operation and maintenance management level of energy storage， expand the revenue channels of energy storage， integrate energy storage resources， participate in the demand response of power grid， and realize the win-win situation of energy storage users， platforms and power grid.

Keywords： virtual power plant; blockchain technology; trusted transaction

0? 引? 言

當前，國內外相關企業和研究機構對儲能利用的重要性和預期的經濟效益已有明確的認識。除此之外，應用于儲能系統（包括集中式儲能，分布式儲能等）的區塊鏈技術也受到研究者關注。

本文首先從分布式能源市場規模、新能源消納形勢、電力提示改革與政策支持、區塊鏈技術發展應用進行分析，尋求電網中分布式資源消納的新途徑，指出了區塊鏈技術與虛擬電廠的契合點;然后，總結了基于區塊鏈的虛擬電廠可信交易平臺構建基礎;最后，構建基于物聯網和區塊鏈的虛擬電廠可信交易平臺，為儲能用戶提供電池再利用服務、儲能運行服務、儲能運營服務等全鏈條服務，促進電池、儲能多種運營模式的驗證推廣。

1? 形勢與政策

1.1? 分布式能源市場規模

2020年，年度可再生能源實際新增裝機容量近280吉瓦，是1999年以來的最高同比增長。盡管流行病對全球供應鏈產生了強烈影響，但2020年的可再生能源新增裝機容量比2019年增長了45%以上，這有望推動分布式能源資源管理系統市場的需求。

未來能源互聯網以分布式能源（Distributed Energy Resources， DER）為主要的一次能源[1]。虛擬電廠（Virtural Power Plant， VPP）是未來能源互聯網的重要形式之一，是利用先進信息通信技術，實現分布式能源、儲能系統、可控負荷、電動汽車等DERs（Distributed Energy Resources）的聚合和協調優化，以作為一個特殊電廠參與電力市場和電網運行的電源協調管理系統，被認為是能源互聯網的終極組態[2]。

1.2? 新能源消納形勢

目前，我國的可再生能源產業形勢正在發生巨大的轉變，正由裝機規模高速增長向高比例消納時代邁進，尤為突出的是風電、光電從過去的“微不足道”變為“舉足輕重”，但由于新能源發電的波動性和隨機性，特別是分布式發電的“弱調度”特點，高滲透率電力系統運行控制難度加大，需要研究多資源、多目標、多約束的協調控制技術[3]。

2020年全國棄風電量166.1億千瓦時，風電利用率96.5%，同比提升0.5個百分點;棄光電量52.6億千瓦時，光伏發電利用率98.0%，與去年基本持平。

用戶安裝分布式電源設備除了裝機成本之外，還包括后期的維護成本，在目前有政府新能源補貼措施的前提下，尚可接受，但隨著補貼措施的逐步取消，對于用戶而言，裝機成本將增大，這也意味著將在一定程度上阻礙新能源的發展。為了進一步促進新能源的發展，在無法改變裝機成本的同時，需要增加用戶的收入，以抵消成本帶來的壓力，需要尋求分布式資源消納的新途徑，按照“就近生產、就近消費”的原則，能使能源的利用率增高，并且對于環境的污染排放也將降低。

1.3? 電力體制改革與政策支持

2015年3月，“中發9號”文件提出有序向社會資本開放售電業務，同時積極發展分布式電源及需求側管理。因此，合理引導分布式能源用戶參與電力市場交易能夠有效解決分布式能源的消納問題[4]。

2017年10月，國家發改委和能源局聯合發布發改能源〔2017〕1901號《關于開展分布式發電市場化交易試點的通知》，提出建立一個分布式電力交易平臺的必要性，同時允許擁有分布式能源的用戶參與電力交易。

2020年9月，國家發展改革委和能源總局聯合發布了《關于開展現貨電力市場建設試點工作的通知》，明確指出了可再生能源發電本身具有間歇性和波動性的特點，但現貨市場的開放能夠將各方的實時供需信息及時發送，也將為分布式能源的消納提供便捷。

1.4? 區塊鏈技術發展應用

目前區塊鏈的應用主要涉及銀行和支付、人工智能、保險、共享經濟、能源管理等領域，相信隨著區塊鏈基礎技術的不斷發展和完善，其應用領域會不斷擴展，其巨大潛力逐漸被金融行業、能源行業等領域所認可[5]。基于區塊鏈模式下，可以使電力生產者、售電部門及消費者實現直接聯系，利用智能合同來約束三者之間的關系[5]。區塊鏈與分散式虛擬電廠在去中心化、分散協同、區域自治等方面相吻合，比如在分散式虛擬電廠中沒有中心控制機構，各DERs通過直接數據交換獲取全局信息，然后自主完成本節點的調控運行[6]。

2? 可信交易平臺構建基礎

基于區塊鏈技術，實現儲能單元數據、電能交易數據以區塊鏈方式分布式記賬儲存和可追溯;同時，為了實現基于安全多方計算的隱匿知識共享，研究自組織聯盟鏈，儲能需求響應多方根據業務需求獲取憑證，選擇性多鏈數據記賬;其次，為實現儲能充放電需求及分布式儲能系統智能化接入的快速響應和自動執行，以及快速交易結算和靈活可靠數據管理，研究儲能系統儲電/放電交易的智能化合約和分布式賬本技術規范;最后，針對多個儲能系統的數據模型，開發基于區塊鏈的儲能需求響應數據管理和交易結算算法代碼，采用token進行生態收益及時結算，在仿真環境中實現算法代碼的測試驗證。

項目設計一種基于區塊鏈的三層能源交易架構，如表1所示，并引入弱中心化的管理方式，以應對去中心化帶來的效率低下的問題，提高區塊鏈處理速度。

3? 基于區塊鏈的虛擬電廠可信交易平臺設計

3.1? 技術架構

該平臺從下到上可以分為底層平臺層、支撐層、應用層及展示層等幾個層級，其技術架構如圖1所示。

平臺依托于物聯網技術，實現與交易中心、上級需求響應平臺及儲能單元智能管理裝置的互聯互通。結合應用區塊鏈技術，實現對數據的鏈式管理和保障交易服務的公正透明。

3.2? 應用服務

基于區塊鏈的虛擬電廠可信交易平臺對虛擬電廠提供全鏈條服務，包括系統管理、梯次電池再利用服務、儲能運行服務和儲能運營服務，平臺應用架構如圖2所示。

3.2.1? 電池利用服務

3.2.1.1? 電池全生命周期管理

提供電池全生命周期管理服務，主要包括電池溯源查詢等服務，提供退役電池編碼溯源，實現來源可查、質量保證等。

3.2.1.2? 儲能集成服務

交易撮合服務。為電池所有者與系統集成商提供求購和供應多方面撮合方式，達成電池所有者與電池儲能建設者的交易撮合。

集成商信息服務。提供退役電池安裝、儲能集成等信息服務。

案例分享服務。提供電池儲能成功案例分享服務，對集成商完成的歷史成功案例有更清晰的認識，為集成等服務提供保障。

信息咨詢服務。提供電池儲能相關政策、法令法規、專家觀點等多方面的信息咨詢服務。

3.2.2? 儲能運行服務

3.2.2.1? 接入管理

一體化建模。建立儲能模型，該模型需適應各種類型儲能監視及控制需求。

數據采集處理。對儲能系統實時運行數據進行采集存儲，主要包括儲能系統運行數據、并網點運行數據、逆變器運行數據、電池組監測數據等。

3.2.2.2? 能量管理

運行監視。展示儲能系統、儲能并網點、逆變器、電池組運行關鍵信息數據，并以可視化手段對以上信息進行形象化展示。

智能告警。實現對電池、儲能系統的異常和越界告警，包括電壓異常告警（單體過壓、欠壓告警）、溫度異常告警（過溫、欠溫告警）、電池荷電量低告警等。

3.2.3? 儲能運營服務

3.2.3.1? 智能調度

充放電管理。制定儲能在高充低放運行模式下的充放電計劃并下發給各個分散儲能系統，實現本地系統云策略。

需求響應。代理儲能擁有方參與需求響應，用戶可在平臺查詢儲能參與需求響應方案建議、設置儲能參與需求響應模式、查詢需求響應盈利報表等。具體為：

（1）聚合管理。根據用戶需求確定儲能的參與模式進行儲能聚合方式管理并建立聚合模型，對各類分散儲能參數數據和運行數據進行整合管理，為儲能聚合體參與需求側響應、調峰調頻服務提供基礎。

（2）響應能力分析。基于儲能運行狀態，核算實時需求響應能力，包含響應的時間、各儲能站當前響應能力，為策略生成打下基礎。

（3）需量申報交互。提供與各個儲能站點及儲能聚合體參與需求響應的交互接口，在收到響應邀約時確定是否參與本次需求響應并提報響應信息。

（4）需求響應策略管理。綜合各儲能站響應能力與需量申報信息，根據經濟最優、時間最短、參與數量最少等參與模式制定具體響應策略。根據電池儲能實際運行情況，分別制定響應速度優先、成本降低優先、容量滿足優先等模式下的需求響應分解規則，為需求響應策略優化和策略分解提供基礎。

（5）響應執行評價。根據儲能實際運行數據，記錄儲能對需求響應分解策略的執行情況，比如合格率、響應時間等，并對相關數據進行統計分析，為收益管理和運行策略優化提供依據。

3.2.3.2? 用戶管理

賬戶管理。提供對賬戶信息的管理，包括用戶注冊、用戶登錄、用戶權限管理、用戶信息修改以及用戶等級修改等服務。

檔案管理包括：

（1）用戶檔案管理。提供用戶建檔、檔案查詢、檔案修改等服務。儲能檔案管理：提供儲能建檔、檔案查詢、檔案修改等服務。

（2）合約管理。對在平臺簽訂的各種交易合同進行全生命周期管理。

3.2.3.3? 收益結算

收益管理包括：

（1）充放電收益管理。以儲能運行數據為基礎，對各類儲能單體及聚合體的充放電收益進行階段核算，并提供同比、環比等對比分析功能。

（2）需求側響應收益管理。以儲能參與需求側響應的計劃數據及實際運行數據為基礎，對各類儲能單體及聚合體的需求側響應收益進行階段核算。

（3）收益分配。根據收益模式及平臺與儲能、單體與聚合體之間的收益分配原則，進行收益分配核算。

（4）收益報表。形成平臺、儲能收益報表并推送給各參與主體。

清分結算管理包括：

（1）清分管理。將當日的全部網絡交易數據按照各成員行之間本代它、它代本、貸記、借記、筆數、金額、軋差凈額等進行匯總、整理、分類。對支付指令進行發送、接收及核對確認，形成全面交換結算工具和支付信息，并建立最終結算頭寸。

（2）結算管理。根據交易結果和交易所有關規定對會員交易保證金、盈虧、手續費、交割貨款和其他有關款項進行的計算、劃撥。

3.3? 示范工程接入

南向實現對集中管理的儲能單元狀態數據實時采集、能量計量及設備控制，北向實現數據上傳至虛擬電廠平臺及滿足本項目的需求響應。儲能電站詳細接入情況如表2所示。

在儲能站形成本地采集、匯總和遠程轉發的功能模塊，站內BMS及PCS的遙測、遙信數據全部接入儲能單元智能管理裝置，并且通過標準的遠動規約統一上傳至能量管理平臺。

4? 結? 論

本文主要基于區塊鏈技術設計了一套能源互聯網分布式能源下的虛擬電廠交易平臺，針對多個儲能系統的數據模型，開發基于區塊鏈的儲能需求響應數據管理和交易結算算法代碼，采用token進行生態收益及時結算，實現分布式能源的高速并網和可信交易。項目研究成果可推廣應用在多個場景、多種模式下的儲能系統，能夠加強儲能用戶與電網之間的互動，幫助用戶提升能量管理安全性和運營效益。

參考文獻：

[1] 董朝陽，趙俊華，文福拴，等.從智能電網到能源互聯網：基本概念與研究框架 [J].電力系統自動化，2014，38（15）：1-11.

[2] 艾芊.虛擬電廠——能源互聯網的終極組態 [M].北京：科學出版社，2018.

[3] 蘇南.國網傾力破解高比例新能源消納難題 [N].中國能源報，2020-09-28（22）.

[4] 郁浩，陸青.泛在電力物聯網下基于區塊鏈的分布式資源參與電力市場交易 [J].山東電力技術，2020，47（3）：42-48.

[5] 劉釗.區塊鏈基礎技術的特點及潛在應用 [J].數字通信世界，2019（5）：193-194.

[6] 周國亮，李剛.區塊鏈背景下虛擬電廠分布式調度策略研究 [J].計算機工程與應用，2020，56（15）：268-273.

作者簡介：李強（1983—），男，漢族，湖北荊州人，研發工程師，本科，研究方向：計算機科學與技術;李冰（1985—），男，漢族，廣西賀州人，客戶經理，本科，研究方向：儲能市場化應用的關鍵問題常哲銘（1983—），男，漢族，吉林白城人，工程師，本科，研究方向：數據中心供配電系統及儲能系統。