关键词：
分布式能源
市场交易
区块链
非合作博弈
摘要：
随着能源需求的快速增长以及对环境保护的更高要求,以光伏、风电、储能等用户发电设备为主流的分布式能源网络发展迅速,随之而来的电能市场化交易需求越发旺盛。分布式能源市场化交易由于用户分散和发用电时空不确定性,存在着小额、高频、随机的新特征,由交易中心主导的集中式交易无法较好满足分布式交易在效率、安全性等方面的需求。当前,区块链技术去中心化、开放式、自治化、匿名化和不可伪造性等优势,已经用于金融、医疗、社会治理等多个专业领域,其技术特点与分布式能源交易具有较高的匹配度。采用区块链技术开展分布式能源交易具有较高可行性,本论文将基于区块链技术促进分布式能源交易及消纳,主要开展了以下三方面工作:
首先,研究并阐述了区块链去中心化、安全性、开放性等技术特征,介绍了国内外现行较为典型的分布式能源交易模式。然后,通过对区块链技术特点和分布式能源交易特征的分析对比,从理论层面先验了将区块链技术应用于分布式能源交易当中的匹配性、可行性。相关研究表明,分布式能源交易时空分散、交易随机、高频小额的特点,对去中心化、高可靠的新型分布式交易模式具有较大需求,可以与区块链技术高度适配,将能源交易分散到用户自治、网络共识的新模式,有助于整合电力资源、提高交易效率,这为基于区块链促进分布式能源交易提供了可行的技术路径。
其次,结合分布式能源市场化交易参与的用户权益平等、产消身份实时转化等特点,以及电力系统源网荷储动态平衡的物理约束,提出一种基于联盟链构建的交易信息和能源传输相耦合的区块链结构,用以开展分布式能源交易。其中,用户交易信息通过交易信息链,在用户中高效传递并分布存储,实现交易信息的公开透明;而电力网络潮流限值等用户物理特征存储在能源传输链上,在能源传输链上的共识竞争出的节点,完成安全校核并向交易信息链提供校核结果。两条区块链分别存储交易和物理信息,同步运行并将结果耦合,实现去中心化和低信息存储占用,让分布式能源交易更加高效开展。同时,设定延时性能、吞吐量等分布式网络测试指标,对耦合链模式与传统单链模式在分布式交易中实际运行情况进行对比测试,验证耦合链模式更短延时、更大网络吞吐量和更高安全性能的优势,能更好适应分布式能源市场交易。
最后,引入非合作博弈模式,针对分布式能源市场化交易特征,建立包含服务商节点和用户节点的分布式能源双层主从博弈模型,该模型的上层为服务商节点,根据电网侧的购售电价调整在分布式能源网络中的购售电价,以此与下层的用户节点开展博弈,促进用户参与市场交易定价策略的改变和发电计划的优化,提高能源利用效率和经济性,同时求证了该主从博弈模型通过循环迭代,可以求得纳什均衡解。然后引入元模型算法,将双层主从博弈模型简化为单层博弈模型,以此加快收敛,提升博弈求解效率。最后,设定算例条件及用户参数,通过yamlib和cplex工具包在matlab中进行算例仿真,比较博弈对推动分布式能源交易的积极作用,验证了以服务商作为上层推动者、用户为下层跟进者的主从博弈可行性,表明该模式能够一定程度上促进分布式能源的市场化交易和就地消纳,实现分布式能源网络经济高效运行。
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