CN108711077B - 一种基于区块链技术的光伏型微电网交易方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链技术的光伏型微电网交易方法，在传统光伏微电网中加入了区块链技术，这样光伏用户可以实现对负荷和光伏功率的预测以及实现用户间点对点的电力交易的控制，再在物理模型的基础上进行微电网交易，此时将购电用户群和售电用户群之间组成了一个不完全信息非合作博弈模型，通过求解该博弈可以得到微电网最优内部电价，以及用户获得的微电网内的电力交易份额，用户根据以上数据在微电网内自由匹配交易并签订交易的智能合约，最后通过区块链控制交易的执行以后交易的结算，这样在整个交易过程得到简化。

Description

一种基于区块链技术的光伏型微电网交易方法

技术领域

本发明属于微电网电力交易技术领域，更为具体地讲，涉及一种基于区块链技术的光伏型微电网交易方法。

背景技术

随着化石能源的枯竭以及环境污染的日益严重，使得充分利用可再生能源成为全球的共识。以太阳能为代表的可再生能源分布式发电已经成为新型电力系统重要能源来源，各国学术界和工程界均给予极大的关注。

目前，我国分布式光伏发电主要采用的是“自发自用，余电上网”策略，该政策在短期能促进分布式光伏发电的发展，但并不能解决在光伏上网的固有问题—光伏发电存在波动，余电上网对电网存在较大冲击；余电上网电量少，但长距离输送却存在比较大的网损。长期来看，对于光伏发电采用的“自发自用，余电上网”必然会增大电网的运维难度；从用户角度来说，失去政府补贴后电网收购光伏余电的价格偏低。

另一方面，随着区块链技术的出现，因为区块链技术是一种去中心化的分布式共享数据库，能够实现去中心化的点对点交易，改变了现有交易的模式，区块链技术有望用于革新电力交易方式。

综上，分布式光伏发电将来必是电网重要电力来源，但由于“自发自用，余电上网”的政策在长期上不能解决光伏上网的固有问题，所以需要新方法来解决分布式光伏余电的消纳问题。基于区块链技术的微电网内部电力交易可简化用户间的电力交易，减小微电网对大电网的冲击，增加用户售电收益。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于区块链技术的光伏型微电网交易方法，基于区块链技术的光伏型微电网电力交易体系来减小光伏余电对电网的冲击，同时增加光伏用户的售电收入。

为实现上述发明目的，本发明一种基于区块链技术的光伏型微电网交易方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、搭建基于区块链技术的光伏型微电网电力交易物理模型；

(2)、根据搭建的物理模型计算每个用户在一个交易周期内的净输出功率(2.1)、设光伏型微电网中共计n个用户，一个交易周期由H个时段组成；那么，第i个用户在一个交易周期内的负荷为：

其中，i＝1,2,…,n，h＝1,2,…,H，

表示第i个用户在第h个时段的负荷；

(2.2)、预测第i个用户在光伏系统的发电功率为：

(2.3)、计算第i个用户在一个交易周期内的净输出功率为：

同理，可以得到其余用户在一个交易周期内的净输出功率；

(3)、判断每个用户在一个交易时段内的交易状态

当

时，则将第i个用户的交易状态记为需要售电，该用户标记为售电用户，并存放在购电用户群集合B中；当

时，则将第i个用户的交易状态记为需要购电，该用户标记为购电用户，并存放在售电用户群集合S中；

(4)、计算各交易时间段内所有购电用户的总购电功率

和所有售电用户的总售电功率

其中，N_B＝|B|和N_S＝|S|分别表示购电用户群集合B中购电用户的数量和售电用户群集合S中售电用户的数量；

(5)、计算第j个售电用户在一个交易时段内的用电效益；

其中，p^h为微电网的内部电价；

为第j个售电用户的用电效益参数；

为第j个售电用户在一个交易时段内的负荷；

为第j个售电用户在光伏系统的发电功率；

(6)、计算第k个购电用户在一个交易时段内的购电费用；

其中，

为第k个购电用户在一个交易时段内的负荷；

为第k个购电用户在光伏系统的发电功率；

为第k个购电用户从微电网售电用户处购买的购电份额；

(7)、根据总购电功率

和总售电功率

确定微电网的内部电价p^h；

(7.1)、计算总购电功率

和总售电功率

(7.2)、当

时，p^h＝0,

为第j个售电用户获得的微电网内的售电份额；

(7.3)、当

时，p^h＝p_l,

p_l为微电网的内部最低电价；

(7.4)、当

时，微电网内购电用户群和售电用户群组成最优用电计划的博弈模型：

其中，E_j为售电用户j的用电量

的策略集，P为符合取值范围内的微电网内部电价策略集，即[p_l,p_h]，p_h为微电网的内部最高电价；C为微电网内购电用户群购电的总费用，即：

在微电网内购电用户集合的购电费用C最低时，将微电网内总售电功率

按负荷需求功率比例分配给各个购电用户，此时各个购电用户的购电费用也达到最低，从而得到：

(8)、电力交易及结算

(8.1)、电力交易

根据微电网内部电价以及购售电用户获得微电网电力交易份额，购售电用户进行自由匹配电力交易；

(8.2)、电力结算

电力结算时进行误差补偿，具体为：

售电用户误差补偿：当

时，

ΔP为售电补偿量；当

时，

购电用户误差补偿：当

时，

为购电补偿量；当

时，

本发明的发明目的是这样实现的：

本发明基于区块链技术的光伏型微电网交易方法，通过建立物理模型和数学博弈模型，确定微电网最优内部电价，实现了微电网内用户间的电力交易，这样减小了微电网对大电网的冲击、减小了购电用户的购电费用并增加了售电用户的用电效益。具体来讲，在传统光伏微电网中加入了区块链技术，这样光伏用户可以实现对负荷和光伏功率的预测以及实现用户间点对点的电力交易的控制，再在物理模型的基础上进行微电网交易，此时将购电用户群和售电用户群之间组成了一个不完全信息非合作博弈模型，通过求解该博弈可以得到微电网最优内部电价，以及用户获得的微电网内的电力交易份额，用户根据以上数据在微电网内自由匹配交易并签订交易的智能合约，最后通过区块链控制交易的执行以后交易的结算，这样在整个交易过程得到简化。

同时，本发明基于区块链技术的光伏型微电网交易方法还具有以下有益效果：

(1)、本发明中所有的交易以及交易数据传输都通过网上在线完成，自动化程度较高，减小了人力成本；

(2)、本发明利用了区块链技术数据分布式存储的特点，所有用户均可查看历史交易数据，确保了交易的公平性，保证了用户的利益；

(3)、本发明建立了完整的利用区块链的光伏型微电网交易模型交易体系，不仅给出区块链技术用于光伏型微电网的电力交易的价格体系，为光伏用户间的电力交易提供指导，更为区块链技术将来用于微电网、大电网间电力交易提供了思路。

附图说明

图1是本发明基于区块链技术的光伏型微电网交易方法流程图；

图2是基于区块链技术的光伏型微电网电力交易物理模型图；

图3是售电用户的误差补偿流程图；

图4是购电用户的误差补偿流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

实施例

图1是本发明基于区块链技术的光伏型微电网交易方法流程图。

在本实施例中，如图1所示，本发明一种基于区块链技术的光伏型微电网交易方法，包括以下步骤：

S1、搭建基于区块链技术的光伏型微电网电力交易物理模型；

基于区块链技术的光伏型微电网电力交易体系对物理条件有一定的要求，具体来说，本交易模型是建立在区块链技术智能合约上的，属于电力时前交易范畴，所以需要对光伏用户的光伏发电量和负荷进行预测，并且需要能同时计量光伏用户的购电量以及售电量。

如图2所示，在该物理模型中，每个用户均安装了光伏发电系统，以及集成了区块链模块、通信模块和用户发电负荷预测模块的用户能量管理系统，能量管理系统有两个功能：作为分布式区块链的一个节点，进行电力交易的控制；作为用户用电指导者，一方面预测用户的光伏系统输出功率并写入区块链的分布式数据库，另外一方面为用户用电行为给出建议。所有微电网内用户通过微电网服务商连接到大电网。微电网内的服务商作为微电网的能量管理系统和区块链系统的一个节点，服务商能从区块链节点读取交易数据的权利，但不能写入数据，会收取用户一定的服务费用。

S2、根据搭建的物理模型计算每个用户在一个交易周期内的净输出功率

S2.1、设光伏型微电网中共计n个用户，一个交易周期由H个时段组成；那么，第i个用户在一个交易周期内的负荷为：

其中，i＝1,2,…,n，h＝1,2,…,H，

表示第i个用户在第h个时段的负荷；

在本实施例中，一个交易周期设置为一天，并将一个交易周期分为24个交易时段，即每个交易时段为一个小时；

S2.2、预测第i个用户在光伏系统的发电功率为：

S2.3、综合以上两公式，可以计算出第i个用户在一个交易周期内的净输出功率为：

其中，

第i个用户在第h个时段净输出功率；

同理，可以得到其余用户在一个交易周期内的净输出功率，在此不再赘述。

S3、判断每个用户在一个交易时段内的交易状态

不同交易周期段内用户的净输出功率是有所差异的，当

时，则将第i个用户的交易状态记为需要售电，该用户标记为售电用户，并存放在购电用户群集合B中；当

时，则将第i个用户的交易状态记为需要购电，该用户标记为购电用户，并存放在售电用户群集合S中；这样根据用户在交易周期内的购、售电行为，就将微电网内的光伏用户分为了售电用户和购电用户两类。

S4、计算各交易时间段内所有购电用户的总购电功率

和所有售电用户的总售电功率

其中，N_B＝|B|和N_S＝|S|分别表示购电用户群集合B中购电用户的数量和售电用户群集合S中售电用户的数量；

S5、计算第j个售电用户在一个交易时段内的用电效益；

微电网内部电价p^h应该高于大电网的购电价格p_gs，并且低于大电网的售电价格p_gb，设微电网的内部电价最低为p_l，微电网的内部电价最高为p_h，即微电网内部电价需要满足下式：p_gs＜p_l≤p^h≤p_h＜p_gb；

对一个确定的交易周期分析，在内部电价的刺激下，为了获得更多利益，用户会调整自身负荷的大小，使其偏离预测值，为了衡量售电用户用电量和售电量之间的合理程度，引入用户用电效益函数，表述如下：

其中，p^h为微电网的内部电价；

为第j个售电用户的用电效益参数，各交易(时段)用户的用电效益参数会有所不同，售电用户以追求用电效益最大化为目标；

为第j个售电用户在一个交易时段内的负荷；

为第j个售电用户在光伏系统的发电功率；

S6、对于微电网内光伏产能不足需要购买电能的用户，可以从微电网内的售电用户处和大电网处购电，那么第k个购电用户在一个交易时段内的购电费用；

其中，

为第k个购电用户在一个交易时段内的负荷；

为第k个购电用户在光伏系统的发电功率；

为第k个购电用户从微电网售电用户处购买的购电份额，且满足：

S7、根据总购电功率

和总售电功率

确定微电网的内部电价p^h；

S7.1、计算总购电功率

和总售电功率

根据微电网内总购电功率

和总售电功率

可以将光伏型微电网内存在的电力交易分为以下三种情况讨论；

S7.2、当

时，即微电网内的用户均光伏产能不足或光伏产能为0，微电网内用户间不开展电力交易，此时微电网内的用户均只能以价格p_gb从大电网购电，那么p^h＝0,

x_j为第j个售电用户获得的微电网内的售电份额；

S7.3、当

时，此时微电网内部分用户的光伏产能过剩需要出售过剩光伏电能，部分用户的光伏产能不足需要购买电能，且微电网内产能过剩，需要向大电网售电，那么此时p^h＝p_l,

p_l为微电网的内部最低电价；

S7.4、当

时，微电网内购电用户群和售电用户群组成了多方参与的非合作完全信息静态博弈模型，在这个模型中，购电用户群是模型中的领导者，售电用户群是跟随着，购电用户制定微电网内部电价，售电用户根据微电网内部电价调整用电策略，选择最优用电计划，该博弈模型可以表示如下：

其中，E_j为售电用户j的用电量

的策略集，P为符合取值范围内的微电网内部电价策略集，即[p_l,p_h]，p_h为微电网的内部最高电价；C为微电网内购电用户群购电的总费用，即：

在微电网内购电用户集合的购电费用C最低时，将微电网内总售电功率

按负荷需求功率比例分配给各个购电用户，此时各个购电用户的购电费用也达到最低，从而得到：

其中，

S8、电力交易及结算

S8.1、电力交易

根据微电网内部电价以及购售电用户获得微电网电力交易份额，购售电用户进行自由匹配电力交易，确定交易的双方签订智能合约，智能合约存储到区块链中，到相应的交易时段，区块链控制交易执行并在交易结束后执行交易结算，并转移交易资金。

S8.2、电力结算

在交易结算时，由于预测数据存在误差，误差带来的损失需要由交易双方承担，但结算时需要考虑预测误差，预测误差补偿结的具体过程为：

1)、如图3所示，售电用户误差补偿：当没有误差时，正常结算；当

时，

ΔP为售电补偿量；当

时，

2)、如图4所示，购电用户误差补偿：当没有误差时，正常结算；当

时，

为购电补偿量；当

时，

实例

以某个包含5个光伏用户的微电网某天9：00-10:00的运行数据为例，首先根据用户能量管理系统的预测数据，确定用户属于售电用户还是购电用户，通过计算可得

故用户2、5是售电用户，用户1、3、4是购电用户。

那么买方总购电功率和卖方的总售电功率：

按照微电网内总购电功率e_TBP和总售电功率e_TSP的关系，

故计算相应内部电价p＝082元/kW·h；

购电用户所得微电网内电力交易份额：

用户1：

用户3：

用户4：

售电用户所得微电网内电力交易份额：

用户2：

用户5：

最后用户根据微电网内部电价以及所获得的微电网内部电力交易份额，自由匹配交易，确定交易的双方签订交易的智能合约，智能合约控制交易的进行并在交易时段结束后进行交易结算以及资金的转移。

尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (3)

1.一种基于区块链技术的光伏型微电网交易方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)、搭建基于区块链技术的光伏型微电网电力交易物理模型；

光伏型微电网电力交易物理模型中的每个用户均安装了光伏发电系统；光伏型微电网电力交易物理模型集成了区块链模块、通信模块和用户发电负荷预测模块的用户能量管理系统；所有微电网内用户通过微电网服务商连接到大电网；微电网内的服务商作为微电网的能量管理系统和区块链系统的一个节点，服务商能从区块链节点读取交易数据的权利，但不能写入数据，会收取用户一定的服务费用；

(2)、根据搭建的物理模型计算每个用户在一个交易周期内的净输出功率

(2.1)、设光伏型微电网中共计n个用户，一个交易周期由H个时段组成；那么，第i个用户在一个交易周期内的负荷为：

其中，i＝1,2,…,n，h＝1,2,…,H，

表示第i个用户在第h个时段的负荷；

(2.2)、预测第i个用户在光伏系统的发电功率为：

(2.3)、计算第i个用户在一个交易周期内的净输出功率为：

同理，可以得到其余用户在一个交易周期内的净输出功率；

(3)、判断每个用户在一个交易时段内的交易状态

当

时，则将第i个用户的交易状态记为需要售电，该用户标记为售电用户，并存放在购电用户群集合B中；当

时，则将第i个用户的交易状态记为需要购电，该用户标记为购电用户，并存放在售电用户群集合S中；

(4)、计算各交易时间段内所有购电用户的总购电功率

和所有售电用户的总售电功率

其中，N_B＝|B|和N_S＝|S|分别表示购电用户群集合B中购电用户的数量和售电用户群集合S中售电用户的数量；

(5)、计算第j个售电用户在一个交易时段内的用电效益；

其中，p^h为微电网的内部电价；

为第j个售电用户的用电效益参数；

为第j个售电用户在一个交易时段内的负荷；

为第j个售电用户在光伏系统的发电功率；

(6)、计算第k个购电用户在一个交易时段内的购电费用；

其中，

为第k个购电用户在一个交易时段内的负荷；

为第k个购电用户在光伏系统的发电功率；

为第k个购电用户从微电网售电用户处购买的购电份额；

(7)、根据总购电功率

和总售电功率

确定微电网的内部电价p^h；

(7.1)、计算总购电功率

和总售电功率

(7.2)、当

时，p^h＝0,

为第j个售电用户获得的微电网内的售电份额；

(7.3)、当

时，p^h＝p_l,

p_l为微电网的内部最低电价；

(7.4)、当

时，微电网内购电用户群和售电用户群组成最优用电计划的博弈模型：

其中，E_j为售电用户j的用电量

的策略集，P为符合取值范围内的微电网内部电价策略集，即[p_l,p_h]，p_h为微电网的内部最高电价；C为微电网内购电用户群购电的总费用，即：

在微电网内购电用户集合的购电费用C最低时，将微电网内总售电功率

按负荷需求功率比例分配给各个购电用户，此时各个购电用户的购电费用也达到最低，从而得到：

(8)、电力交易及结算

(8.1)、电力交易

根据微电网内部电价以及购售电用户获得微电网电力交易份额，购售电用户进行自由匹配电力交易；

(8.2)、电力结算

电力结算时进行误差补偿，具体为：

售电用户误差补偿：当

时，

ΔP为售电补偿量；当

时，

购电用户误差补偿：当

时，

为购电补偿量；当

时，

2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的光伏型微电网交易方法，其特征在于，所述的购电份额x_k满足：

3.根据权利要求1所述的基于区块链技术的光伏型微电网交易方法，其特征在于，所述的微电网内部电价p满足：p_gs＜p_l≤p^h≤p_h＜p_gb，其中，p_gs为大电网的购电价格，p_gb为大电网的售电价格，p_l为微电网的内部最低电价，p_h为微电网的内部最高电价。

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