摘 要：基于區(qū)塊鏈技術(shù)的虛擬電廠可信交易平臺(tái)對(duì)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(jìn)行了研究，搭建涵蓋電池再利用服務(wù)、儲(chǔ)能運(yùn)行服務(wù)及儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)服務(wù)在內(nèi)的全鏈條服務(wù)，從交易撮合、代理運(yùn)營(yíng)等維度探索驗(yàn)證集成儲(chǔ)能的可持續(xù)運(yùn)營(yíng)模式。儲(chǔ)能運(yùn)行服務(wù)和儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)服務(wù)則將目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)提升儲(chǔ)能的運(yùn)維管理水平和擴(kuò)展儲(chǔ)能收益渠道，整合儲(chǔ)能資源參與電網(wǎng)需求響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能用戶、平臺(tái)、電網(wǎng)多方共贏。

　　關(guān)鍵詞：虛擬電廠;區(qū)塊鏈技術(shù);可信交易

　　0 引 言

　　當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外相關(guān)企業(yè)和研究機(jī)構(gòu)對(duì)儲(chǔ)能利用的重要性和預(yù)期的經(jīng)濟(jì)效益已有明確的認(rèn)識(shí)。除此之外，應(yīng)用于儲(chǔ)能系統(tǒng)(包括集中式儲(chǔ)能，分布式儲(chǔ)能等)的區(qū)塊鏈技術(shù)也受到研究者關(guān)注。

　　本文首先從分布式能源市場(chǎng)規(guī)模、新能源消納形勢(shì)、電力提示改革與政策支持、區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展應(yīng)用進(jìn)行分析，尋求電網(wǎng)中分布式資源消納的新途徑，指出了區(qū)塊鏈技術(shù)與虛擬電廠的契合點(diǎn);然后，總結(jié)了基于區(qū)塊鏈的虛擬電廠可信交易平臺(tái)構(gòu)建基礎(chǔ);最后，構(gòu)建基于物聯(lián)網(wǎng)和區(qū)塊鏈的虛擬電廠可信交易平臺(tái)，為儲(chǔ)能用戶提供電池再利用服務(wù)、儲(chǔ)能運(yùn)行服務(wù)、儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)服務(wù)等全鏈條服務(wù)，促進(jìn)電池、儲(chǔ)能多種運(yùn)營(yíng)模式的驗(yàn)證推廣。

　　1 形勢(shì)與政策

　　1.1 分布式能源市場(chǎng)規(guī)模

　　2020年，年度可再生能源實(shí)際新增裝機(jī)容量近280吉瓦，是1999年以來(lái)的最高同比增長(zhǎng)。盡管流行病對(duì)全球供應(yīng)鏈產(chǎn)生了強(qiáng)烈影響，但2020年的可再生能源新增裝機(jī)容量比2019年增長(zhǎng)了45%以上，這有望推動(dòng)分布式能源資源管理系統(tǒng)市場(chǎng)的需求。

　　未來(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)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(lái)能源互聯(lián)網(wǎng)的重要形式之一，是利用先進(jìn)信息通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分布式能源、儲(chǔ)能系統(tǒng)、可控負(fù)荷、電動(dòng)汽車等DERs(Distributed Energy Resources)的聚合和協(xié)調(diào)優(yōu)化，以作為一個(gè)特殊電廠參與電力市場(chǎng)和電網(wǎng)運(yùn)行的電源協(xié)調(diào)管理系統(tǒng)，被認(rèn)為是能源互聯(lián)網(wǎng)的終極組態(tài)[2]。

　　1.2 新能源消納形勢(shì)

　　目前，我國(guó)的可再生能源產(chǎn)業(yè)形勢(shì)正在發(fā)生巨大的轉(zhuǎn)變，正由裝機(jī)規(guī)模高速增長(zhǎng)向高比例消納時(shí)代邁進(jìn)，尤為突出的是風(fēng)電、光電從過去的“微不足道”變?yōu)?ldquo;舉足輕重”，但由于新能源發(fā)電的波動(dòng)性和隨機(jī)性，特別是分布式發(fā)電的“弱調(diào)度”特點(diǎn)，高滲透率電力系統(tǒng)運(yùn)行控制難度加大，需要研究多資源、多目標(biāo)、多約束的協(xié)調(diào)控制技術(shù)[3]。

　　2020年全國(guó)棄風(fēng)電量166.1億千瓦時(shí)，風(fēng)電利用率96.5%，同比提升0.5個(gè)百分點(diǎn);棄光電量52.6億千瓦時(shí)，光伏發(fā)電利用率98.0%，與去年基本持平。

　　用戶安裝分布式電源設(shè)備除了裝機(jī)成本之外，還包括后期的維護(hù)成本，在目前有政府新能源補(bǔ)貼措施的前提下，尚可接受，但隨著補(bǔ)貼措施的逐步取消，對(duì)于用戶而言，裝機(jī)成本將增大，這也意味著將在一定程度上阻礙新能源的發(fā)展。為了進(jìn)一步促進(jìn)新能源的發(fā)展，在無(wú)法改變裝機(jī)成本的同時(shí)，需要增加用戶的收入，以抵消成本帶來(lái)的壓力，需要尋求分布式資源消納的新途徑，按照“就近生產(chǎn)、就近消費(fèi)”的原則，能使能源的利用率增高，并且對(duì)于環(huán)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(fā)9號(hào)”文件提出有序向社會(huì)資本開放售電業(yè)務(wù)，同時(shí)積極發(fā)展分布式電源及需求側(cè)管理。因此，合理引導(dǎo)分布式能源用戶參與電力市場(chǎng)交易能夠有效解決分布式能源的消納問題[4]。

　　2017年10月，國(guó)家發(fā)改委和能源局聯(lián)合發(fā)布發(fā)改能源〔2017〕1901號(hào)《關(guān)于開展分布式發(fā)電市場(chǎng)化交易試點(diǎn)的通知》，提出建立一個(gè)分布式電力交易平臺(tái)的必要性，同時(shí)允許擁有分布式能源的用戶參與電力交易。

　　2020年9月，國(guó)家發(fā)展改革委和能源總局聯(lián)合發(fā)布了《關(guān)于開展現(xiàn)貨電力市場(chǎng)建設(shè)試點(diǎn)工作的通知》，明確指出了可再生能源發(fā)電本身具有間歇性和波動(dòng)性的特點(diǎn)，但現(xiàn)貨市場(chǎng)的開放能夠?qū)⒏鞣降膶?shí)時(shí)供需信息及時(shí)發(fā)送，也將為分布式能源的消納提供便捷。

　　1.4 區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展應(yīng)用

　　目前區(qū)塊鏈的應(yīng)用主要涉及銀行和支付、人工智能、保險(xiǎn)、共享經(jīng)濟(jì)、能源管理等領(lǐng)域，相信隨著區(qū)塊鏈基礎(chǔ)技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，其應(yīng)用領(lǐng)域會(huì)不斷擴(kuò)展，其巨大潛力逐漸被金融行業(yè)、能源行業(yè)等領(lǐng)域所認(rèn)可[5]?；趨^(qū)塊鏈模式下，可以使電力生產(chǎn)者、售電部門及消費(fèi)者實(shí)現(xiàn)直接聯(lián)系，利用智能合同來(lái)約束三者之間的關(guān)系[5]。區(qū)塊鏈與分散式虛擬電廠在去中心化、分散協(xié)同、區(qū)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(jī)構(gòu)，各DERs通過直接數(shù)據(jù)交換獲取全局信息，然后自主完成本節(jié)點(diǎn)的調(diào)控運(yùn)行[6]。

　　2 可信交易平臺(tái)構(gòu)建基礎(chǔ)

　　基于區(qū)塊鏈技術(shù)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能單元數(shù)據(jù)、電能交易數(shù)據(jù)以區(qū)塊鏈方式分布式記賬儲(chǔ)存和可追溯;同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)基于安全多方計(jì)算的隱匿知識(shí)共享，研究自組織聯(lián)盟鏈，儲(chǔ)能需求響應(yīng)多方根據(jù)業(yè)務(wù)需求獲取憑證，選擇性多鏈數(shù)據(jù)記賬;其次，為實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能充放電需求及分布式儲(chǔ)能系統(tǒng)智能化接入的快速響應(yīng)和自動(dòng)執(zhí)行，以及快速交易結(jié)算和靈活可靠數(shù)據(jù)管理，研究?jī)?chǔ)能系統(tǒng)儲(chǔ)電/放電交易的智能化合約和分布式賬本技術(shù)規(guī)范;最后，針對(duì)多個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型，開發(fā)基于區(qū)塊鏈的儲(chǔ)能需求響應(yīng)數(shù)據(jù)管理和交易結(jié)算算法代碼，采用token進(jìn)行生態(tài)收益及時(shí)結(jié)算，在仿真環(huán)境中實(shí)現(xiàn)算法代碼的測(cè)試驗(yàn)證。

　　項(xiàng)目設(shè)計(jì)一種基于區(qū)塊鏈的三層能源交易架構(gòu)，如表1所示，并引入弱中心化的管理方式，以應(yīng)對(duì)去中心化帶來(lái)的效率低下的問題，提高區(qū)塊鏈處理速度。

　　3 基于區(qū)塊鏈的虛擬電廠可信交易平臺(tái)設(shè)計(jì)

　　3.1 技術(shù)架構(gòu)

　　該平臺(tái)從下到上可以分為底層平臺(tái)層、支撐層、應(yīng)用層及展示層等幾個(gè)層級(jí)，其技術(shù)架構(gòu)如圖1所示。

　　平臺(tái)依托于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)與交易中心、上級(jí)需求響應(yīng)平臺(tái)及儲(chǔ)能單元智能管理裝置的互聯(lián)互通。結(jié)合應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的鏈?zhǔn)焦芾砗捅Ｕ辖灰追?wù)的公正透明。

　　3.2 應(yīng)用服務(wù)

　　基于區(qū)塊鏈的虛擬電廠可信交易平臺(tái)對(duì)虛擬電廠提供全鏈條服務(wù)，包括系統(tǒng)管理、梯次電池再利用服務(wù)、儲(chǔ)能運(yùn)行服務(wù)和儲(chǔ)能運(yùn)營(yíng)服務(wù)，平臺(tái)應(yīng)用架構(gòu)如圖2所示。

　　3.2.1 電池利用服務(wù)

　　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(wù)，主要包括電池溯源查詢等服務(wù)，提供退役電池編碼溯源，實(shí)現(xiàn)來(lái)源可查、質(zhì)量保證等。

　　3.2.1.2 儲(chǔ)能集成服務(wù)

　　交易撮合服務(wù)。為電池所有者與系統(tǒng)集成商提供求購(gòu)和供應(yīng)多方面撮合方式，達(dá)成電池所有者與電池儲(chǔ)能建設(shè)者的交易撮合。

　　集成商信息服務(wù)。提供退役電池安裝、儲(chǔ)能集成等信息服務(wù)。

　　案例分享服務(wù)。提供電池儲(chǔ)能成功案例分享服務(wù)，對(duì)集成商完成的歷史成功案例有更清晰的認(rèn)識(shí)，為集成等服務(wù)提供保障。

　　信息咨詢服務(wù)。提供電池儲(chǔ)能相關(guān)政策、法令法規(guī)、專家觀點(diǎn)等多方面的信息咨詢服務(wù)。

　　3.2.2 儲(chǔ)能運(yùn)行服務(wù)

　　3.2.2.1 接入管理

　　一體化建模。建立儲(chǔ)能模型，該模型需適應(yīng)各種類型儲(chǔ)能監(jiān)視及控制需求。

　　數(shù)據(jù)采集處理。對(duì)儲(chǔ)能系統(tǒng)實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集存儲(chǔ)，主要包括儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)、并網(wǎng)點(diǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)、逆變器運(yùn)行數(shù)據(jù)、電池組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)等。

　　3.2.2.2 能量管理

　　運(yùn)行監(jiān)視。展示儲(chǔ)能系統(tǒng)、儲(chǔ)能并網(wǎng)點(diǎn)、逆變器、電池組運(yùn)行關(guān)鍵信息數(shù)據(jù)，并以可視化手段對(duì)以上信息進(jìn)行形象化展示。

　　智能告警。實(shí)現(xiàn)對(duì)電池、儲(chǔ)能系統(tǒng)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(chǔ)能運(yùn)營(yíng)服務(wù)

　　3.2.3.1 智能調(diào)度

　　充放電管理。制定儲(chǔ)能在高充低放運(yùn)行模式下的充放電計(jì)劃并下發(fā)給各個(gè)分散儲(chǔ)能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)本地系統(tǒng)云策略。

　　需求響應(yīng)。代理儲(chǔ)能擁有方參與需求響應(yīng)，用戶可在平臺(tái)查詢儲(chǔ)能參與需求響應(yīng)方案建議、設(shè)置儲(chǔ)能參與需求響應(yīng)模式、查詢需求響應(yīng)盈利報(bào)表等。具體為：

　　(1)聚合管理。根據(jù)用戶需求確定儲(chǔ)能的參與模式進(jìn)行儲(chǔ)能聚合方式管理并建立聚合模型，對(duì)各類分散儲(chǔ)能參數(shù)數(shù)據(jù)和運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行整合管理，為儲(chǔ)能聚合體參與需求側(cè)響應(yīng)、調(diào)峰調(diào)頻服務(wù)提供基礎(chǔ)。

　　(2)響應(yīng)能力分析?；趦?chǔ)能運(yùn)行狀態(tài)，核算實(shí)時(shí)需求響應(yīng)能力，包含響應(yīng)的時(shí)間、各儲(chǔ)能站當(dāng)前響應(yīng)能力，為策略生成打下基礎(chǔ)。

　　(3)需量申報(bào)交互。提供與各個(gè)儲(chǔ)能站點(diǎn)及儲(chǔ)能聚合體參與需求響應(yīng)的交互接口，在收到響應(yīng)邀約時(shí)確定是否參與本次需求響應(yīng)并提報(bào)響應(yīng)信息。

　　(4)需求響應(yīng)策略管理。綜合各儲(chǔ)能站響應(yīng)能力與需量申報(bào)信息，根據(jù)經(jīng)濟(jì)最優(yōu)、時(shí)間最短、參與數(shù)量最少等參與模式制定具體響應(yīng)策略。根據(jù)電池儲(chǔ)能實(shí)際運(yùn)行情況，分別制定響應(yīng)速度優(yōu)先、成本降低優(yōu)先、容量滿足優(yōu)先等模式下的需求響應(yīng)分解規(guī)則，為需求響應(yīng)策略優(yōu)化和策略分解提供基礎(chǔ)。

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