CN109583753B - 一种基于区域内部交易的智能电网监控系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区域内部交易的智能电网监控系统及其控制方法，其中系统包括：区块链模块和智能计算模块；区域内部的所有用户、所有发电模块和所有热电联产模块均独立于主电网，热能和电能尽在区域内交换和消纳；区块链模块，用于获取区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量；智能计算模块，用于利用区块链模块的信息，以智能电网监控系统的经济利益最大为目的，得到各个用户的购电量和购热量、各个发电模块的售电量以及各个热电联产模块的购气量、售电量和售热量。本发明运行可靠、不会用户隐私泄露，新能源发电实现本地消纳。
Description
技术领域
本发明属于人工智能领域，更具体地，涉及一种基于区域内部交易的智能电网监控系统及其控制方法。
背景技术
近年来，随着人类对环境问题的日趋重视，新能源发电技术得到迅猛发展。目前比较常见的新能源发电技术包括分布式太阳能发电，分布式风力发电等。尽管越来越多的地方开始布局分布式新能源发电系统，但由于其与天气、气候等不确定因素紧密相关，造成新能源发电技术存在较大地随机性，进而造成新能源并网后对电网的可靠运行造成威胁；由于其随机性大，运行不稳定，新能源发电也不为大众接受和消纳，弃电时有发生。同时，分布式新能源发电系统大多建立在偏远山区，其电力输送成本较高，也是导致新能源弃电现象出现的重要原因。
另外，传统电网采用集中式的监控方法，不仅对其可靠性运行不利，用户的用电信息需要传送给集中监控设备，容易造成用户隐私泄露问题。
由此可见，现有技术存在电网的可靠运行差、用户隐私泄露，新能源发电无法实现本地消纳等技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于区域内部交易的智能电网监控系统及其控制方法，由此解决现有技术存在电网的可靠运行差、用户隐私泄露，新能源发电无法实现本地消纳的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于区域内部交易的智能电网监控系统，所述区域内部包括：多个用户、多个发电模块和多个热电联产模块，所述智能电网监控系统包括：区块链模块和智能计算模块；
所述区域内部的所有用户、所有发电模块和所有热电联产模块均独立于主电网，热能和电能尽在区域内交换和消纳；
所述区块链模块，用于获取区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量；
所述智能计算模块，用于利用区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量，以智能电网监控系统的经济利益最大为目的，得到各个用户的购电量和购热量、各个发电模块的售电量以及各个热电联产模块的购气量、售电量和售热量。
进一步地，用户以家庭为单位，包括电冰箱，洗衣机，洗碗机、电灯、电视机、电动汽车和暖气片。
进一步地，发电模块包括光伏发电模块和风力发电模块。
进一步地，热电联产模块，用于以天然气为原料产生热能和电能，利用热能为区域内部的用户供热，利用电能为区域内部的用户供电。
进一步地，智能计算模块包括多个分布式计算模块，分布式计算模块的数目与用户、发电模块、热电联产模块的数目之和相等，分布式计算模块通过区块链模块获取区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量后进行计算。
按照本发明的另一方面，提供了一种基于区域内部交易的智能电网监控系统的控制方法，依次包括如下步骤：
(1)多个分布式计算模块分别通过区块链模块获取区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量，进而得到每个分布式计算模块对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息；
(2)利用每个分布式计算模块对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息，得到每个分布式计算模块对应的协同参数；
(3)每个分布式计算模块利用其对应的购电量信息，购气量信息、售电量信息、协同参数和当前电价，以智能电网监控系统的经济利益最大为目的进行计算，得到当前每个分布式计算模块对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息；
(4)重复步骤(1)-(3)，直到步骤(3)中相邻两次计算所得的购电量信息，购气量信息以及售电量信息之间的差值不超过设定阈值；
(5)将最后一次计算所得的购电量信息，购气量信息以及售电量信息分布式存储在区块链模块中；
(6)各用户、发电模块、热电联产模块从区块链模块中分布式获取其对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息，即得到各个用户的购电量和购热量、各个发电模块的售电量以及各个热电联产模块的购气量、售电量和售热量，由此进行电力生产、销售和输送。
进一步地，步骤(2)包括如下步骤：
(2a)依次将用户、发电模块、热电联产模块编号为1至N，即用户、发电模块、热电联产模块对应的分布式计算模块编号为1至N，所述协同参数包括电量协同参数和热量协同参数；
(2b)对于用户模块、发电模块、热电联产模块，其对应的分布式计算模块的电量协同参数通过如下公式计算：
其中，N为用户、发电模块、热电联产模块的数目之和；
为分布式计算模块i在第k+1步的电量协同参数值，
为分布式计算模块i在第k步的电量协同参数值，gi为分布式计算模块i的发电量，di为所有用户的用电需求，xij为分布式计算模块i向分布式计算模块j售出的电量值；xji为分布式计算模块j向分布式计算模块i售出的电量值；
(2c)对于热电联产模块，其对应的分布式计算模块的热量协同参数通过如下公式迭代计算：
其中，
为分布式计算模块i在第k步的热量协同参数值，
为分布式计算模块i在第k+1步的热量协同参数值，hi为所有用户的供热需求之和，
为分布式计算模块i在第k步的购气量，ai为分布式计算模块i对应的热电联产模块的能源转换效率。
进一步地，步骤(3)依次包括如下步骤：
(3a)根据当前电价和燃气价，建立用于表征电网的投资消耗的性能指标函数c：
其中，pij为分布式计算模块i向分布式计算模块j售电时的售电价格，nij为分布式计算模块i向分布式计算模块j供热时的购气价格，zij为分布式计算模块i向分布式计算模块j供热时的购气量，
(3b)计算c对于xij和zij的偏导数，分别记为此次迭代中c对于xij和zij的偏导数为
和
并利用如下公式计算迭代更新：
其中，b为校正参数，
为在第k步分布式计算模块i向分布式计算模块j售出的电量值，
为在第k+1步分布式计算模块i向分布式计算模块j售出的电量值，
为在第k+1步分布式计算模块i向分布式计算模块j的供热量，
为在第k步分布式计算模块i向分布式计算模块j的供热量；g为有界算子，当
为负值时，
为0，当
超过管网最大电量输送负荷的阈值时，
为管网最大电量输送负荷的阈值，当
为负值时，
为0，当
超过管网最大热量输送负荷的阈值时，
为管网最大热量输送负荷的阈值；由此得到当前每个分布式计算模块对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
(1)本发明通过使用区块链模块进行信息交互，用户(相当于能源子网)之间可以进行信息交互，因而在故障发生时其发现和向外界的传送更加容易，从而极大增强了电网的可靠性。同时，由于用户(相当于能源子网)的状态能够快速传递至区块链模块，利用该模块能够更快的进行故障诊断，从而加快了故障诊断效率，从而增强电网的可靠性。
(2)本发明通过基于区块链模块的控制方法，家庭用户的发电信息，用电时间表无须在所有用户之间进行传递，从而较好的保护了用户的隐私。
(3)本发明通过基于区块链模块的控制方法，无需人为的进行电力市场的日前调度，节省劳动资源。
(4)本发明有效增强电网运行的可靠性，可实现电力的灵活调度，减小输送距离，发电及用电效率得到提升。通过区域内部的电气调配，可以提高能源的利用效率。
(5)本发明通过区块链模块，可在保护用户及发电端数据隐私的前提下，选择购电和购气策略，并为用户制定电器的使用时间计划，既降低了发电端的成本，也使用户同时通过合理安排电器的使用时间来参与调度，进一步达到减小对电网冲击的技术效果；同时，这两种技术手段的结合也能合理减小用户的用电成本。即通过区块链模块来为发电端、供热端选择购电和购气策略，可以为用户制定电器的使用时间计划，能起到给发电端、供热端、用户带来经济效益，以及进一步增强电网可靠性，促进新能源发电的消纳的技术效果。
(6)本发明通过迭代运算选取售电量信息和购气量信息，同时，保证迭代得到的售电量不超过管网最大电量输送负荷的阈值，保证迭代得到的购气量不超过管网最大热量输送负荷的阈值；从而保证整个管网的电量输送负荷和热量输送负荷都在管网可承担的区间内，也进一步增强电网可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于区域内部交易的智能电网监控系统的结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，一种基于区域内部交易的智能电网监控系统，所述区域内部包括：多个用户、多个发电模块和多个热电联产模块，所述智能电网监控系统包括：区块链模块和智能计算模块；
所述区域内部的所有用户、所有发电模块和所有热电联产模块均独立于主电网，热能和电能尽在区域内交换和消纳；
所述区块链模块，用于获取区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量；
所述智能计算模块，用于利用区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量，以智能电网监控系统的经济利益最大为目的，得到各个用户的购电量和购热量、各个发电模块的售电量以及各个热电联产模块的购气量、售电量和售热量。
进一步地，用户以家庭为单位，包括电冰箱，洗衣机，洗碗机、电灯、电视机、电动汽车和暖气片。
进一步地，发电模块包括光伏发电模块和风力发电模块。
进一步地，热电联产模块，用于以天然气为原料产生热能和电能，利用热能为区域内部的用户供热，利用电能为区域内部的用户供电。
进一步地，智能计算模块包括多个分布式计算模块，分布式计算模块的数目与用户、发电模块、热电联产模块的数目之和相等，分布式计算模块通过区块链模块获取区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量后进行计算。
一种基于区域内部交易的智能电网监控系统的控制方法，依次包括如下步骤：
(1)多个分布式计算模块分别通过区块链模块获取区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量，进而得到每个分布式计算模块对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息；
(2)利用每个分布式计算模块对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息，得到每个分布式计算模块对应的协同参数；
(3)每个分布式计算模块利用其对应的购电量信息，购气量信息、售电量信息、协同参数和当前电价，以智能电网监控系统的经济利益最大为目的进行计算，得到当前每个分布式计算模块对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息；
(4)重复步骤(1)-(3)，直到步骤(3)中相邻两次计算所得的购电量信息，购气量信息以及售电量信息之间的差值不超过设定阈值；
(5)将最后一次计算所得的购电量信息，购气量信息以及售电量信息分布式存储在区块链模块中；
(6)各用户、发电模块、热电联产模块从区块链模块中分布式获取其对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息，即得到各个用户的购电量和购热量、各个发电模块的售电量以及各个热电联产模块的购气量、售电量和售热量，由此进行电力生产、销售和输送。
进一步地，步骤(2)包括如下步骤：
(2a)依次将用户、发电模块、热电联产模块编号为1至N，即用户、发电模块、热电联产模块对应的分布式计算模块编号为1至N，所述协同参数包括电量协同参数和热量协同参数；
(2b)对于用户模块、发电模块、热电联产模块，其对应的分布式计算模块的电量协同参数通过如下公式计算：
其中，N为用户、发电模块、热电联产模块的数目之和；
为分布式计算模块i在第k+1步的电量协同参数值，
为分布式计算模块i在第k步的电量协同参数值，gi为分布式计算模块i的发电量，di为所有用户的用电需求，xij为分布式计算模块i向分布式计算模块j售出的电量值；xji为分布式计算模块j向分布式计算模块i售出的电量值；
(2c)对于热电联产模块，其对应的分布式计算模块的热量协同参数通过如下公式迭代计算：
其中，
为分布式计算模块i在第k步的热量协同参数值，
为分布式计算模块i在第k+1步的热量协同参数值，hi为所有用户的供热需求之和，
为分布式计算模块i在第k步的购气量，ai为分布式计算模块i对应的热电联产模块的能源转换效率。
进一步地，步骤(3)依次包括如下步骤：
(3a)根据当前电价和燃气价，建立用于表征电网的投资消耗的性能指标函数c：
其中，pij为分布式计算模块i向分布式计算模块j售电时的售电价格，nij为分布式计算模块i向分布式计算模块j供热时的购气价格，zij为分布式计算模块i向分布式计算模块j供热时的购气量，
(3b)计算c对于xij和zij的偏导数，分别记为此次迭代中c对于xij和zij的偏导数为
和
并利用如下公式计算迭代更新：
其中，b为校正参数，
为在第k步分布式计算模块i向分布式计算模块j售出的电量值，
为在第k+1步分布式计算模块i向分布式计算模块j售出的电量值，
为在第k+1步分布式计算模块i向分布式计算模块j的供热量，
为在第k步分布式计算模块i向分布式计算模块j的供热量；
g为有界算子，当
为负值时，
为0，当
超过管网最大电量输送负荷的阈值时，
为管网最大电量输送负荷的阈值，当
为负值时，
为0，当
超过管网最大热量输送负荷的阈值时，
为管网最大热量输送负荷的阈值；由此得到当前每个分布式计算模块对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息。
优选地，监控系统中还包括二氧化碳认证环节，且优化目标中包含二氧化碳排放指标，通过最小化总的经济指标，不仅可以优化成本控制，还可以促进清洁能源的使用。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种基于区域内部交易的智能电网监控系统的控制方法，其特征在于，所述区域内部包括：多个用户、多个发电模块和多个热电联产模块，所述智能电网监控系统包括：区块链模块和智能计算模块；
所述区域内部的所有用户、所有发电模块和所有热电联产模块均独立于主电网，热能和电能尽在区域内交换和消纳；
所述区块链模块，用于获取区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量；
所述智能计算模块，用于利用区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量，以智能电网监控系统的经济利益最大为目的，得到各个用户的购电量和购热量、各个发电模块的售电量以及各个热电联产模块的购气量、售电量和售热量；
所述热电联产模块，用于以天然气为原料产生热能和电能，利用热能为区域内部的用户供热，利用电能为区域内部的用户供电；
所述智能计算模块包括多个分布式计算模块，分布式计算模块的数目与用户、发电模块、热电联产模块的数目之和相等，分布式计算模块通过区块链模块获取区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量后进行计算；
所述控制方法依次包括如下步骤：
(1)多个分布式计算模块分别通过区块链模块获取区域内部各个用户的用电需求和供热需求、各个发电模块的发电量以及各个热电联产模块的用气需求、发电量和发热量，进而得到每个分布式计算模块对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息；
(2)利用每个分布式计算模块对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息，得到每个分布式计算模块对应的协同参数；
(3)每个分布式计算模块利用其对应的购电量信息，购气量信息、售电量信息、协同参数和当前电价，以智能电网监控系统的经济利益最大为目的进行计算，得到当前每个分布式计算模块对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息；
(4)重复步骤(1)-(3)，直到步骤(3)中相邻两次计算所得的购电量信息，购气量信息以及售电量信息之间的差值不超过设定阈值；
(5)将最后一次计算所得的购电量信息，购气量信息以及售电量信息分布式存储在区块链模块中；
(6)各用户、发电模块、热电联产模块从区块链模块中分布式获取其对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息，即得到各个用户的购电量和购热量、各个发电模块的售电量以及各个热电联产模块的购气量、售电量和售热量，由此进行电力生产、销售和输送；
所述步骤(2)包括如下步骤：
(2a)依次将用户、发电模块、热电联产模块编号为1至N，即用户、发电模块、热电联产模块对应的分布式计算模块编号为1至N，所述协同参数包括电量协同参数和热量协同参数；
(2b)对于用户模块、发电模块、热电联产模块，其对应的分布式计算模块的电量协同参数通过如下公式计算：
其中，N为用户、发电模块、热电联产模块的数目之和；
为分布式计算模块i在第k+1步的电量协同参数值，
为分布式计算模块i在第k步的电量协同参数值，gi为分布式计算模块i的发电量，di为所有用户的用电需求，xij为分布式计算模块i向分布式计算模块j售出的电量值；xji为分布式计算模块j向分布式计算模块i售出的电量值；
(2c)对于热电联产模块，其对应的分布式计算模块的热量协同参数通过如下公式迭代计算：
其中，
为分布式计算模块i在第k步的热量协同参数值，
为分布式计算模块i在第k+1步的热量协同参数值，hi为所有用户的供热需求之和，
为分布式计算模块i在第k步的购气量，ai为分布式计算模块i对应的热电联产模块的能源转换效率。
2.如权利要求1所述的一种基于区域内部交易的智能电网监控系统的控制方法，其特征在于，所述步骤(3)依次包括如下步骤：
(3a)根据当前电价和燃气价，建立用于表征电网的投资消耗的性能指标函数c：
其中，pij为分布式计算模块i向分布式计算模块j售电时的售电价格，nij为分布式计算模块i向分布式计算模块j供热时的购气价格，zij为分布式计算模块i向分布式计算模块j供热时的购气量，
(3b)计算c对于xij和zij的偏导数，分别记为此次迭代中c对于xij和zij的偏导数为
和
并利用如下公式计算迭代更新：
其中，b为校正参数，
为在第k步分布式计算模块i向分布式计算模块j售出的电量值，
为在第k+1步分布式计算模块i向分布式计算模块j售出的电量值，
为在第k+1步分布式计算模块i向分布式计算模块j的供热量，
为在第k步分布式计算模块i向分布式计算模块j的供热量；
g为有界算子，当
为负值时，
为0，当
超过管网最大电量输送负荷的阈值时，
为管网最大电量输送负荷的阈值，当
为负值时，
为0，当
超过管网最大热量输送负荷的阈值时，
为管网最大热量输送负荷的阈值；由此得到当前每个分布式计算模块对应的购电量信息，购气量信息以及售电量信息。
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