CN111342490A - 一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，包括步骤：S1、建立多类型分布式电源多运行模式下的控制和响应策略；S2、通过可编程方法与分布式电源的就地控制系统结合，实现分布式电源的指令响应；S3、为分布式电源建立节点区块，确定各节点的区块体记录数据模型和共识机制；S4、节点入网，根据管控中心指令，对分布式电源控制并网和离网以及调度指令反向穿透的分布式电源内部协调控制；S5、节点将调度时段内的指令、响应策略和响应结果记录该时段新区块的区块体，向全网共享实现数据的记录和传递；S6、管控中心根据各分布式电源的实际调度指令响应能力动态调整分布式电源的控制策略。本发明解决虚拟电厂管辖的分布式电源的数据可测和协调控制问题。

Description

一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法

技术领域

本发明涉及能源、信息的技术领域，尤其是指一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法。

背景技术

业内习知，虚拟电厂是一种基于分布式电源等资源的聚合实现协调优化，作为一个独立系统参与电网调度和电力市场的协调管理系统。虚拟电厂可以有效地解决分布式电源可测、可控的问题，有助于解决可再生能源的消纳，实现柔性化负荷的灵活响应和更好的供需平衡。虚拟电厂正在成为未来可再生分布式能源解决方案的重要组织形式。

在分布式电源的管理上，目前仍然存在一些显著的问题：

1、分布式电源的可测可控性不足。分布式光伏、风电、储能的可测和可控一体化、信息的跨安全区双向流动仍然面临进一步的技术完善和更灵活高效的安全风险管控。

2、分布式电源的响应和控制要求多样。光伏、风电、储能、柴电乃至电动汽车、楼宇负荷的响应和控制要求多样，运行模式和协调管理策略多样，设备接口和标识的标准化程度不足，在实际的运营管理中，实现标准化的管理和响应仍然较为困难。

3、海量分布式电源和用户的数据安全性保障有待提升。在基于场景的分布式源、网、荷以及基于资源向多维用户提供能源服务的过程中，多样化资源管控、灵活的服务响应、海量数据的处理都需要更为可靠、灵活的安全性技术保障。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，可以有效解决虚拟电厂管辖的分布式电源的数据可测和协调控制问题，结合区块链技术，实现分布式电源控制策略和响应结果的可靠记录、存储和传递。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，包括以下步骤：

S1、建立多类型分布式电源多运行模式下的控制和响应策略

建立源侧、荷侧、储能型分布式电源的并网/离网运行模式及控制模型，所述源侧分布式电源包括光伏、风电、燃气发电、柴油发电、蒸汽/热水锅炉、燃煤电站这些发电系统，所述荷侧分布式电源包括楼宇负荷、工业负荷、社区负荷、电动汽车这些荷侧负荷中心，所述储能型分布式电源包括电池储能、蓄热、蓄冷、抽水蓄能这些能源存储系统；建立所有类型分布式电源所有运行模式下的编程实现算法，支持分布式电源基于调度指令和实际运行状态做出模式自动切换；

S2、根据分布式电源的类型和模式，通过可编程方法与分布式电源的就地控制系统结合，实现分布式电源的指令响应，如下：

为每个分布式电源配置运算、存储和通信功能的物联网模块、工业逻辑控制模块、电气执行机构模块、电能计量模块；在时间离散化之后，建立各分布式电源在不同模式下的算法模型，并通过工业控制可编程语言实现其控制逻辑，并将相应的编程模型录入物联网模块和工业逻辑控制模块，实现对管控中心的响应和对分布式电源节点的控制；

S3、为分布式电源建立节点区块，确定各节点的区块体记录数据模型和共识机制，如下：

将每个分布式电源作为区块链节点处理，基于分布式电源的物联网模块，建立区块创建、上链机制和广播、收发功能；根据节点类型，确定各节点各调度时段所创建区块的区块体中的数据记录模型，以及数据上链后的共识机制；

S4、节点入网，根据管控中心指令，对分布式电源控制并网和离网以及调度指令反向穿透的分布式电源内部协调控制，如下：

分布式电源节点并网，通过物联网模块的通信功能实时接收管控中心调度指令和调度结果；物联网模块在接到指令后，根据预制的运行模式控制和算法模型实现实时的调度响应，并通过工业逻辑控制模块实现对分布式电源的并网和离网控制；物联网模块的模式适配算法和控制指令通过反向穿透送入分布式电源的就地控制系统，实现分布式电源的控制响应；

S5、节点将调度时段内的指令、响应策略和响应结果记录该时段新区块的区块体，向全网共享实现数据的记录和传递，如下：

在时间离散化后的每个时段内，分布式电源节点按照固定时间间隔将调度指令内容、调度响应策略、调度响应结果以及所需的基础参数、计量结果写入新创建区块的区块体；通过物联网模块向局域网进行广播，实现数据的记录和传递，而其它节点按照共识机制对该节点的响应内容进行认证，认证通过后，该区块正式生效并写入区块链的下一区块；

S6、管控中心根据各分布式电源的实际调度指令响应能力动态调整分布式电源的控制策略，如下：

管控中心根据区块链的数据记录评估各分布式电源的调度响应能力，动态调整各分布式电源的控制策略，针对分布式电源的控制响应能力，远程实现分布式电源的运行模式优化和固件升级，从而最大程度保证能源局域网络的整体最优。

所述步骤1)包括以下步骤：

S11、建立所有类型分布式电源集合，每个集合包括该电源的所有运行模式及其控制策略；

分布式电源集合表示为：

Ω(D)＝[D₁,D₂,D₃,D₄]^T

其中，T代表转置，D_i是第i种分布式电源的运行模式集合，表示为：

D_i＝[d_i1,d_i2,d_i3,d_i4,…,d_ij]^T

其中，d_ij是第i种分布式电源的第j种运行模式；

S12、建立控制分布式电源所有运行模式下的分时段控制策略集和关键参数集，分别表示为：

C_i＝[C_i1,C_i2,C_i3,C_i4,…,C_iJ]^T

其中，C_ij是第i种分布式电源的第j种运行模式下的控制策略；

Η_i＝[h_i1,h_i2,h_i3,h_i4,…,h_iK]^T

其中，h_ik是第i种分布式电源的第k种关键运行参数；

S13、为每种分布式电源建立基于关键参数触发的运行模式切换机制，根据优选实施例不同运行模式下的控制策略集、关键参数集，以及负荷调度指令，实现分布式电源不同运行模式之间的切换；

在步骤S1，建立了所有分布式电源的运行模式、关键参数集和控制切换策略，形成了基本模型库，支持实施例根据实际的分布式电源类型实现功能模块化的快速组合。

所述步骤2)包括以下步骤：

S21、在实际的虚拟电厂能源网络内，根据实际的分布式电源的类型确定其运行模式集合；

S22、根据调度控制需求以及运行模式集、关键参数集，确定该分布式电源的控制响应策略；

S23、为每个分布式电源配置可编程控制器，可编程控制器包括物联网模块、工业逻辑控制模块、电气执行机构模块、电能计量模块；其中，所述物联网模块带有运算、存储和通信功能，实现中心控制、管控中心的信息上发和指令接收以及有信息传递要求的用户之间的通信；所述工业逻辑控制模块主要通过电气逻辑控制实现并网、离网和电路切换；所述电气执行机构模块主要实现电路的通断、电路保护和紧急动作；所述电能计量模块主要实现电量和电能质量的精确测量；

S24、将步骤S22中满足分布式电源运行和控制要求的算法通过可编程的方式录入物联网模块，工业逻辑控制模块和电气执行机构模块根据分布式电源的类型和路数做针对性构建，实现与分布式电源电气接线相匹配，具体如下：

将步骤S1中确定的运行模式、控制策略及核心算法录入物联网模块，将工控逻辑程序烧录入工业逻辑控制模块，结合分布式电源的实际路数、网架结构，通过“搭积木”的方式搭建电气执行机构模块，最终，实现与分布式电源的电气连接和信息连接；

S25、通过模拟指令集调试分布式电源系统，确定其全运行模式下对调度指令的可靠响应，具体如下：

在完成指令和算法烧录以及系统搭建之后，采用模拟仿真器模拟虚拟电厂管控中心以及分布式电源，验证可编程控制器对所有运行模式下的可靠数据采集、指令响应和电气动作。

在步骤3)中，主要是确定各分布式电源节点的数据上链规则，其具体实现过程包括以下步骤：

S31、每个分布式电源作为独立节点，记作n_i，i＝1,2,3,…,N，每个节点分配IP、计算确定公钥私钥密钥对，并将信息存储在节点的物联网模块中，同时存入中心信息数据库；

S32、将连续时间进行离散化，全天24小时均分为Z个时段，其中z∈{1,2,3，…,Z}，每个时段的时长为Δt，由各节点的物联网模块按照固定时间间隔为每个节点建立区块；

S33、确定每个节点区块体的数据模型，在完成数据记录后，由物联网模块向全网广播；其中，区块记录的数据包括：调度负荷有功功率、光伏实际有功功率、光伏预测发电功率、风机实际有功功率、风机预测有功功率、柴油机发电有功功率、蓄电池充放电供、蓄电池SOC、交流负荷输出控制(0、1)、直流负荷输出控制(0、1)、光伏运行模式、风机运行模式、柴油机状态、蓄电池充放电模式；

S34、管控中心和其它关联节点在收到该节点的新区块时，根据其控制响应结果和关联节点需求的满足情况，验证该节点分布式电源的区块结果，在满足共识规则之后，该节点的新区块得到认证并链入该节点区块链尾部。

在步骤4)中，实现实时调度指令响应并形成控制动作，其具体实现过程包括以下步骤：

S41、当分布式能源节点入网后，管控中心根据主网调度、辅助服务和区域能源供需情况下发调度指令至各节点；

S42、节点收到调度指令后，通过关键参数驱动和运行模式匹配确定调度策略，由工业编程控制模块控制电气执行机构进行电气动作，确保总体并网、离网策略满足调度要求；

S43、当存在分布式电源系统内部控制响应要求时，由物联网模块内置的算法策略，通过分布式电源通信接口并反向穿透安全区，由分布式电源的就地控制系统进行内部控制响应，生产数据和响应结果再正向穿透传递给物联网模块；当分布式电源具备直接双向控制能力时，由物联网模块直接进行分布式电源控制并获得响应执行结果。

所述步骤5)包括以下步骤：

S51、在调度的时段结束时，分布式电源节点的物联网模块从计量模块获取计量结果，从物联网模块的计算功能模块获取调度策略，从分布式电源获取控制执行结果；分布式电源节点的物联网模块计算产生新的区块，将获取数据写入新区块的区块体；

S52、将产生的新区块通过其通信功能向全网包括管控中心广播；

S53、管控中心及关联节点对其结果进行验证，当达到共识机制要求时，新的区块生效并链入该节点区块链的尾部，实现了区块链延长。

在步骤S51中，建立每个节点的分布式记账模型，为每个节点分配独立的IP地址，通过计算生成各节点的公钥和私钥，确定每个区块所需要记录的节点信息，包括节点状态信息以及所需要记录的响应信息；建立区域主信息数据库，用于记录节点信息，并做实时调度过程中的区块信息的备份储存；在每个时段结束时，按照上述方法获取需要写入区块的数据。

在步骤S52中，在第k时段结束时，风光柴储电站作为独立节点生成一个新的区块B_i(k)，将该时段节点的状态信息、响应策略和响应结果记录在新的区块中，供全网节点共享，实现节点之间通过区块来相互传递信息，同时，该节点的区块信息同步上传到主信息数据库，用于备份储存。

在步骤S53中，当管控中心确定风光柴储电站有效响应了调度指令，向该节点发送确认信息，由该节点正式将新产生的区块链入该节点的区块链尾部；对该节点：k时刻的区块B_i(k)，其区块头等于k-1时刻区块的Hash值；k时刻的区块B_i(k)，其区块体内，所有记录的数据根据Hash算法自动生成存储数据Hash值的默克尔树，防止在交易过程中出现篡改的问题；k+1时刻的区块B_i(k+1)，其区块头存有区块B_i(k)的Hash值，其区块体内根据k+1时刻存储数据Hash值的默克尔树，从而实现邻区块首尾Hash值单向连接的链式存储；其中，所述区块均包含时间戳。

所述步骤S6包括以下步骤：

S61、管控中心从各节点的区块链中获取前若干时刻的调度指令、调度策略和调度响应结果；

S62、根据不同类型节点的控制和响应特性模型，评估确定节点的控制和响应能力指标；

S63、根据节点响应能力计算结果，动态调整管控中心对各分布式电源的调度策略组合，并实现下一个调度时段的总体调度模型；

S64、当分布式电源的响应能力触发阈值时，由节点的物联网模块按照运行模式的要求确定新的控制策略；当分布式电源节点需要进行系统、固件、组件、运行模式升级或变更时，由管控中心远程建立节点物联网模块的连接，实现远程升级。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、为虚拟电厂提供了分布式电源的可测可控能力，能够实现对源侧、荷侧、储能等不同类型分布式电源的协调控制。

2、以可编程的方式支持多类型分布式电源多种运行模式之间的灵活控制和运营支持，并可在响应能力变化、运行模式优化等情况下支持本地或远程的可编程优化或升级，支持分布式电源的快速入网和灵活策略调整。

3、结合区块链技术，提供了分布式电源控制指令和计量、响应结果的可靠记录、存储和传递，提高了分布式电源并网及协调管理的信息安全水平。

附图说明

图1是优选实施例的风光储柴可编程控制系统示意图。

图2是优选实施例的虚拟电厂可编程控制方法流程图。

图3是优选实施例的区块记录数据内容和生成过程示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

图1是优选实施例的系统示意图，具体为风光储柴联合发电系统，包括一个50MW风电场、一个35MW/70MWh储能电站、一个30MW光伏电站，一个200kW柴油发电机组。风机、光伏、柴油发电机组经相应的变压器、逆变器接入直流母线。直流母线可经过直流输出控制器向外输出直流负荷，也可以经过直流-交流转换器转换为交流负荷后，由交流输出控制器向外输出交流负荷。可编程控制器接收虚拟电厂管控中心的指令，采用本实施例所提供的基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法控制输出运行指令，控制直流输出控制器、交流输出控制器、风机控制器、光伏逆变器、柴油机逆变器和蓄电池储能控制器控制系统和各分布式电源的控制策略和运行模式。

如图2和图3所示，本实施例所提供的基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，具体情况如下：

S1、建立多类型分布式电源多运行模式下的控制和响应策略

建立源侧分布式电源，如光伏、风电、燃气发电、柴油发电、蒸汽/热水锅炉、燃煤电站等以及荷侧楼宇负荷、工业负荷、社区负荷等分布式负荷以及电动汽车等柔性负荷，以及储能侧的电池储能、蓄热、蓄冷、抽水蓄能等储能型分布式电源的并网/离网运行模式及控制模型。建立所有类型分布式电源所有运行模式下的编程实现算法，支持分布式电源基于调度指令和实际运行状态做出模式自动切换，其具体实现过程包括：

S11、建立所有类型分布式电源集合，每个集合包括该电源的所有运行模式及其控制策略。

分布式电源集合表示为：

Ω(D)＝[D₁,D₂,D₃,D₄]^T

其中，T代表转置，D_i是第i种分布式电源的运行模式集合，表示为：

D_i＝[d_i1,d_i2,d_i3,d_i4,…,d_ij]^T

其中，d_ij是第i种分布式电源的第j种运行模式。

S12、建立控制分布式电源站所有运行模式下的分时段控制策略集和关键参数集，分别表示为：

C_i＝[C_i1,C_i2,C_i3,C_i4,…,C_iJ]^T

其中，C_ij是第i种分布式电源的第j种运行模式下的控制策略。

Η_i＝[h_i1,h_i2,h_i3,h_i4,…,h_iK]^T

其中，h_ik是第i种分布式电源的第k种关键运行参数。

S13、为每种分布式电源建立基于关键参数触发的运行模式切换机制。

根据优选实施例不同运行模式下的控制策略集、关键参数集，以及负荷调度指令，实现分布式电源不同运行模式之间的切换。

在步骤S1中，建立了所有分布式电源的运行模式、关键参数集和控制切换策略，形成了基本模型库，支持实施例根据实际的分布式电源类型实现功能模块化的快速组合。

S2、根据分布式电源的类型和模式，通过可编程方法与分布式电源的就地控制系统结合，实现分布式电源的指令响应。

为每个分布式电源配置运算、存储和通信功能的物联网模块、工业逻辑控制模块、电气执行机构模块、电能计量模块。在时间离散化之后，建立各分布式电源在不同模式下的算法模型，并通过工业控制可编程语言实现其控制逻辑，并将相应的编程模型录入物联网模块和工业逻辑控制模块，实现对管控中心的响应和对分布式电源节点的控制。

为实现上述内容，步骤S2的实现过程如下：

S21、在实际的虚拟电厂能源网络内，根据实际的分布式电源的类型确定其运行模式集合。

分布式电源运行模式组合见表1：

表1优选实施例的分布式电源运行模式组合

S22、根据调度控制需求以及运行模式集、关键参数集，确定该分布式电源的控制响应策略。

优选实施例在风光正常接入运行工况(C1)下的典型控制策略集见表2。表2为一个典型调度周期内的各分布式电源控制集合，其中，Δt为一个控制周倩时间间隔。优选实施例中，Δt＝15分钟。

表2实施例风光正常运行状态(C₁)下的控制策略集

调度时间(Δt)	1	2	3	4	5	6
							D<sub>1</sub>	2	2	2	2	2	2
D<sub>2</sub>	1	1	1	1	1	1
							D<sub>3</sub>	1	1	1	0	0	2
D<sub>4</sub>	0	0	0	0	1	1

优选实施例中，以有功功率负荷跟随为例，确定的关键参数集见表3。

表3实施例有功功率跟随下的分布式电源关键参数集(部分)

优选实施例的部分切换机制见表4。

表4优选实施例的运行模式切换机制(部分)

S23、为每个分布式电源配置可编程控制器，可编程控制器包括物联网模块、工业逻辑控制模块、电气执行机构模块、电能计量模块。其中，物联网模块带有运算、存储和通信功能，实现中心控制、管控中心的信息上发和指令接收以及其他有信息传递要求的用户之间的通信；工业逻辑控制模块主要通过电气逻辑控制实现并网、离网和电路切换；电气执行机构模块主要实现电路的通断、电路保护和紧急动作；电能计量模块主要实现电量和电能质量的精确测量。

优选实施例的物联网模块选用物联网AI芯片作为核心计算模块，采用可擦除存储器作为存储模块，采用电力专用5G通信模块作为远程通信模块。物联网AI芯片的优选实施例是勘智K210，提供0.5Tpos的算力，支持多输入参数下的指令解析、控制策略输出。工业逻辑控制模块采用工控PLC控制模块，用于接收物联网模块的指令输出，进一步控制电气执行机构模块动作，以及向各分布式电源控制器的指令输出。电气执行机构模块优选继电执行器，用于分布式电源输出负荷的通断，以及紧急工况下的遮断和保护。电能计量模块的优选实施例是采用电压传感器、电流互感器、温度互感器以及单片机模块，用于获取电压、电流、有功、无功、功率因素等关键信息。

S24、将步骤S22中满足分布式电源运行和控制要求的算法通过可编程的方式录入物联网模块。相应地，在“积木化”的模块基础上，工业逻辑控制模块和电气执行机构模块根据分布式电源的类型和路数做针对性构建，实现与分布式电源电气接线相匹配。

将步骤S1中确定的运行模式、控制策略及核心算法录入物联网模块，将工控逻辑程序烧录如工业逻辑控制模块。进一步，结合分布式电源的实际路数、网架结构，通过“搭积木”的方式搭建电气执行机构模块。最终，实现与分布式电源的电气连接和信息连接。

S25、通过模拟指令集调试分布式电源系统，确定其全运行模式下对调度指令的可靠响应。

在完成指令和算法烧录以及系统搭建之后，采用模拟仿真器模拟虚拟电厂管控中心以及分布式电源，验证可编程控制器对所有运行模式下的可靠数据采集、指令响应和电气动作。优选实施例中的模拟仿真器采用一部PC作为上位机，上位机可以完整模拟调度中心，采用另一部PC作为下位机，用于模拟分布式电源。可编程控制器与上位机、下位机之间采用A/D转换器实现必要的模/数转换，采用与实际环境相同的专用5G模块实现与虚拟电厂管控中心的模拟通信。

S3、为分布式电源建立节点区块，确定各节点的区块体记录数据模型和共识机制。

将每个分布式电源作为区块链节点处理。基于分布式电源的物联网模块，建立区块创建、上链机制和广播、收发功能。根据节点类型，确定各节点各调度时段所创建区块的区块体中的数据记录模型，以及数据上链后的共识机制。

所述步骤S3主要是确定各分布式电源节点的数据上链规则，其具体实现过程包括：

S31、每个分布式电源作为独立节点，记作n_i(i＝1,2,3,…,N)。每个节点分配IP、计算确定公钥私钥密钥对，并将信息存储在节点的物联网模块中，同时存入中心信息数据库。

优选实施例中，一个可编程控制器控制风光柴储电站，可以将该电站作为一个独立节点。

S32、将连续时间进行离散化。全天24小时均分为Z个时段，其中z∈{1,2,3，…,Z}，每个时段的时长为Δt，由各节点的物联网模块按照固定时间间隔为每个节点建立区块。

S33、确定每个节点区块体的数据模型，在完成数据记录后，由物联网模块向全网广播。

优选实施例的区块记录数据包括：调度负荷有功功率、光伏实际有功功率、光伏预测发电功率、风机实际有功功率、风机预测有功功率、柴油机发电有功功率、蓄电池充放电供、蓄电池SOC、交流负荷输出控制(0、1)、直流负荷输出控制(0、1)、光伏运行模式、风机运行模式、柴油机状态、蓄电池充放电模式。

S34、管控中心和其它关联节点在收到该节点的新区块时，根据其控制响应结果和关联节点需求的满足情况，验证该节点分布式电源的区块结果，在满足共识规则之后，该节点的新区块得到认证并链入该节点区块链尾部。

S4、节点入网，根据管控中心指令，对分布式电源控制并网和离网以及调度指令反向穿透的分布式电源内部协调控制。

分布式电源节点并网，通过物联网模块的通信功能实时接收管控中心调度指令和调度结果。物联网模块在接到指令后，根据预制的运行模式控制和算法模型实现实时的调度响应，并通过工业逻辑控制模块实现对分布式电源的并网和离网控制。进一步，物联网模块的模式适配算法和控制指令通过反向穿透送入分布式电源的就地控制系统，实现分布式电源的控制响应。

所述步骤S4实现实时调度指令响应并形成控制动作，其具体实现过程包括：

S41、当分布式能源节点入网后，管控中心根据主网调度、辅助服务和区域能源供需情况下发调度指令至各节点。

S42、节点收到调度指令后，通过关键参数驱动和运行模式匹配确定调度策略，由工业编程控制模块控制电气执行机构进行电气动作，确保总体并网、离网策略满足调度要求。

优选实施例中，当调度中心发出指令，不需要该电站发电上网时，由可编程控制器接收指令后，输出指令给PLC工控模块，由PLC控制继电器动作，切断该电站发电上网。当调度中心需要调度该电站发电上网时，控制输出保证电站并网。

S43、当存在分布式电源系统内部控制响应要求时，由物联网模块内置的算法策略，通过分布式电源通信接口并反向穿透安全区，由分布式电源的就地控制系统进行内部控制响应，生产数据和响应结果再正向穿透传递给物联网模块。当分布式电源具备直接双向控制能力时，由物联网模块直接进行分布式电源控制并获得响应执行结果。

优选实施例中，该风光柴储电站采用电力专网实现与虚拟电厂管控中心之间的通信。所述的电力专网采用电力专用5G无线通信网络。在实际运行中，如果存在与位于电力专网之外的信息系统进行通信和控制响应时，在电站侧可编程控制器之前设置电力专用双向通信物理隔离装置，通过物理层的隔断保证正向和反向穿透电力内网的通信安全。

S5、节点将调度时段内的指令、响应策略和响应结果记录该时段新区块的区块体，向全网共享实现数据的记录和传递。

在时间离散化后的每个时段内，分布式电源节点按照固定时间间隔将调度指令内容、调度响应策略、调度响应结果以及必要的基础参数、计量结果写入新创建区块的区块体。通过物联网模块向局域网进行广播，实现数据的记录和传递。其他节点按照共识机制对该节点的响应内容进行认证，认证通过后，该区块正式生效并写入区块链的下一区块。

所述步骤S5的具体实现过程包括：

S51、在调度的时段结束时，分布式电源节点的物联网模块从计量模块获取计量结果，从物联网模块的计算功能模块获取调度策略，从分布式电源获取控制执行结果。

优选实施例中，将连续时间进行离散化。全天24小时均分为288个时段，即K＝288，每个时段的时长为Δt＝5min。在多个调度日中，均执行响应的时段划分方式。在每一个时段结束时，按照上述方式获取需要写入区块的数据。

S52、在调度的时段结束时，分布式电源节点的物联网模块计算产生新的区块，将获取数据写入新区块的区块体。

优选实施例总，建立每个节点的分布式记账模型，为每个节点分配独立的IP地址，通过计算生成各节点的公钥和私钥。确定每个区块所需要记录的节点信息，包括节点状态信息以及所需要记录的响应信息。建立区域主信息数据库，用于记录节点信息，并做实时调度过程中的区块信息的备份储存。在每个时段结束时，按照上述方法获取需要写入区块的数据。

S53、将产生的新区块通过其通信功能向全网(包括管控中心)广播。

优选实施例中，在第k时段结束时，风光柴储电站作为独立节点生成一个新的区块B_i(k)，将该时段节点的状态信息、响应策略和响应结果记录在新的区块中，供全网节点共享，实现节点之间通过区块来相互传递信息。同时，该节点的区块信息同步上传到主信息数据库，用于备份储存。

S54、管控中心及关联节点对其结果进行验证，当达到共识机制要求时，新的区块生效并链入该节点区块链的尾部，实现了区块链延长。

优选实施例中，当管控中心确定风光柴储电站有效响应了调度指令，向该节点发送确认信息，由该节点正式将新产生的区块链入该节点的区块链尾部。对该节点：k时刻的区块B_i(k)，其区块头等于k-1时刻区块的Hash值；k时刻的区块B_i(k)，其区块体内，所有记录的数据根据Hash算法自动生成存储数据Hash值的默克尔树(Merkle Tree)，防止在交易过程中出现篡改的问题；k+1时刻的区块B_i(k+1)，其区块头存有区块B_i(k)的Hash值，其区块体内根据k+1时刻存储数据Hash值的默克尔树，从而实现邻区块首尾Hash值单向连接的链式存储。所述的区块中均包含时间戳。

S6、管控中心根据各分布式电源的实际调度指令响应能力动态调整分布式电源的控制策略。

管控中心根据区块链的数据记录评估各分布式电源的调度响应能力，动态调整各分布式电源的控制策略。可选的，针对分布式电源的控制响应能力，远程实现分布式电源的运行模式优化和固件升级，从而最大程度保证能源局域网络的整体最优。

所述步骤S6的具体实现过程包括：

S61、管控中心从各节点的区块链中获取前若干时刻的调度指令、调度策略和调度响应结果。

S62、根据不同类型节点的控制和响应特性模型，评估确定节点的控制和响应能力指标。

S63、根据节点响应能力计算结果，动态调整管控中心对各分布式电源的调度策略组合，并实现下一个调度时段的总体调度模型。

S64、当分布式电源的响应能力触发阈值时，由节点的物联网模块按照运行模式的要求确定新的控制策略。当分布式电源节点需要进行系统、固件、组件、运行模式升级或变更时，由管控中心远程建立节点物联网模块的连接，实现远程升级。

所述的分布式电源是指源侧的光伏发电、风力发电、燃气电站、柴油发电等发电系统以及工业负荷、楼宇负荷、社区负荷等荷侧负荷中心，以及储能等能源存储系统。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立多类型分布式电源多运行模式下的控制和响应策略

建立源侧、荷侧、储能型分布式电源的并网/离网运行模式及控制模型，所述源侧分布式电源包括光伏、风电、燃气发电、柴油发电、蒸汽/热水锅炉、燃煤电站这些发电系统，所述荷侧分布式电源包括楼宇负荷、工业负荷、社区负荷、电动汽车这些荷侧负荷中心，所述储能型分布式电源包括电池储能、蓄热、蓄冷、抽水蓄能这些能源存储系统；建立所有类型分布式电源所有运行模式下的编程实现算法，支持分布式电源基于调度指令和实际运行状态做出模式自动切换；

S2、根据分布式电源的类型和模式，通过可编程方法与分布式电源的就地控制系统结合，实现分布式电源的指令响应，如下：

为每个分布式电源配置运算、存储和通信功能的物联网模块、工业逻辑控制模块、电气执行机构模块、电能计量模块；在时间离散化之后，建立各分布式电源在不同模式下的算法模型，并通过工业控制可编程语言实现其控制逻辑，并将相应的编程模型录入物联网模块和工业逻辑控制模块，实现对管控中心的响应和对分布式电源节点的控制；

S3、为分布式电源建立节点区块，确定各节点的区块体记录数据模型和共识机制，如下：

将每个分布式电源作为区块链节点处理，基于分布式电源的物联网模块，建立区块创建、上链机制和广播、收发功能；根据节点类型，确定各节点各调度时段所创建区块的区块体中的数据记录模型，以及数据上链后的共识机制；

S4、节点入网，根据管控中心指令，对分布式电源控制并网和离网以及调度指令反向穿透的分布式电源内部协调控制，如下：

分布式电源节点并网，通过物联网模块的通信功能实时接收管控中心调度指令和调度结果；物联网模块在接到指令后，根据预制的运行模式控制和算法模型实现实时的调度响应，并通过工业逻辑控制模块实现对分布式电源的并网和离网控制；物联网模块的模式适配算法和控制指令通过反向穿透送入分布式电源的就地控制系统，实现分布式电源的控制响应；

S5、节点将调度时段内的指令、响应策略和响应结果记录该时段新区块的区块体，向全网共享实现数据的记录和传递，如下：

在时间离散化后的每个时段内，分布式电源节点按照固定时间间隔将调度指令内容、调度响应策略、调度响应结果以及所需的基础参数、计量结果写入新创建区块的区块体；通过物联网模块向局域网进行广播，实现数据的记录和传递，而其它节点按照共识机制对该节点的响应内容进行认证，认证通过后，该区块正式生效并写入区块链的下一区块；

S6、管控中心根据各分布式电源的实际调度指令响应能力动态调整分布式电源的控制策略，如下：

管控中心根据区块链的数据记录评估各分布式电源的调度响应能力，动态调整各分布式电源的控制策略，针对分布式电源的控制响应能力，远程实现分布式电源的运行模式优化和固件升级，从而最大程度保证能源局域网络的整体最优。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，其特征在于，所述步骤1)包括以下步骤：

S11、建立所有类型分布式电源集合，每个集合包括该电源的所有运行模式及其控制策略；

分布式电源集合表示为：

Ω(D)＝[D₁,D₂,D₃,D₄]^T

其中，T代表转置，D_i是第i种分布式电源的运行模式集合，表示为：

D_i＝[d_i1,d_i2,d_i3,d_i4,…,d_ij]^T

其中，d_ij是第i种分布式电源的第j种运行模式；

S12、建立控制分布式电源所有运行模式下的分时段控制策略集和关键参数集，分别表示为：

C_i＝[C_i1,C_i2,C_i3,C_i4,…,C_iJ]^T

其中，C_ij是第i种分布式电源的第j种运行模式下的控制策略；

Η_i＝[h_i1,h_i2,h_i3,h_i4,…,h_iK]^T

其中，h_ik是第i种分布式电源的第k种关键运行参数；

S13、为每种分布式电源建立基于关键参数触发的运行模式切换机制，根据优选实施例不同运行模式下的控制策略集、关键参数集，以及负荷调度指令，实现分布式电源不同运行模式之间的切换；

在步骤S1，建立了所有分布式电源的运行模式、关键参数集和控制切换策略，形成了基本模型库，支持实施例根据实际的分布式电源类型实现功能模块化的快速组合。

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，其特征在于，所述步骤2)包括以下步骤：

S21、在实际的虚拟电厂能源网络内，根据实际的分布式电源的类型确定其运行模式集合；

S22、根据调度控制需求以及运行模式集、关键参数集，确定该分布式电源的控制响应策略；

S23、为每个分布式电源配置可编程控制器，可编程控制器包括物联网模块、工业逻辑控制模块、电气执行机构模块、电能计量模块；其中，所述物联网模块带有运算、存储和通信功能，实现中心控制、管控中心的信息上发和指令接收以及有信息传递要求的用户之间的通信；所述工业逻辑控制模块主要通过电气逻辑控制实现并网、离网和电路切换；所述电气执行机构模块主要实现电路的通断、电路保护和紧急动作；所述电能计量模块主要实现电量和电能质量的精确测量；

S24、将步骤S22中满足分布式电源运行和控制要求的算法通过可编程的方式录入物联网模块，工业逻辑控制模块和电气执行机构模块根据分布式电源的类型和路数做针对性构建，实现与分布式电源电气接线相匹配，具体如下：

将步骤S1中确定的运行模式、控制策略及核心算法录入物联网模块，将工控逻辑程序烧录入工业逻辑控制模块，结合分布式电源的实际路数、网架结构，通过“搭积木”的方式搭建电气执行机构模块，最终，实现与分布式电源的电气连接和信息连接；

S25、通过模拟指令集调试分布式电源系统，确定其全运行模式下对调度指令的可靠响应，具体如下：

在完成指令和算法烧录以及系统搭建之后，采用模拟仿真器模拟虚拟电厂管控中心以及分布式电源，验证可编程控制器对所有运行模式下的可靠数据采集、指令响应和电气动作。

4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，其特征在于，在步骤3)中，主要是确定各分布式电源节点的数据上链规则，其具体实现过程包括以下步骤：

S31、每个分布式电源作为独立节点，记作n_i，i＝1,2,3,…,N，每个节点分配IP、计算确定公钥私钥密钥对，并将信息存储在节点的物联网模块中，同时存入中心信息数据库；

S32、将连续时间进行离散化，全天24小时均分为Z个时段，其中z∈{1,2,3，…,Z}，每个时段的时长为Δt，由各节点的物联网模块按照固定时间间隔为每个节点建立区块；

S33、确定每个节点区块体的数据模型，在完成数据记录后，由物联网模块向全网广播；其中，区块记录的数据包括：调度负荷有功功率、光伏实际有功功率、光伏预测发电功率、风机实际有功功率、风机预测有功功率、柴油机发电有功功率、蓄电池充放电供、蓄电池SOC、交流负荷输出控制(0、1)、直流负荷输出控制(0、1)、光伏运行模式、风机运行模式、柴油机状态、蓄电池充放电模式；

S34、管控中心和其它关联节点在收到该节点的新区块时，根据其控制响应结果和关联节点需求的满足情况，验证该节点分布式电源的区块结果，在满足共识规则之后，该节点的新区块得到认证并链入该节点区块链尾部。

5.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，其特征在于，在步骤4)中，实现实时调度指令响应并形成控制动作，其具体实现过程包括以下步骤：

S41、当分布式能源节点入网后，管控中心根据主网调度、辅助服务和区域能源供需情况下发调度指令至各节点；

S42、节点收到调度指令后，通过关键参数驱动和运行模式匹配确定调度策略，由工业编程控制模块控制电气执行机构进行电气动作，确保总体并网、离网策略满足调度要求；

S43、当存在分布式电源系统内部控制响应要求时，由物联网模块内置的算法策略，通过分布式电源通信接口并反向穿透安全区，由分布式电源的就地控制系统进行内部控制响应，生产数据和响应结果再正向穿透传递给物联网模块；当分布式电源具备直接双向控制能力时，由物联网模块直接进行分布式电源控制并获得响应执行结果。

6.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，其特征在于，所述步骤5)包括以下步骤：

S51、在调度的时段结束时，分布式电源节点的物联网模块从计量模块获取计量结果，从物联网模块的计算功能模块获取调度策略，从分布式电源获取控制执行结果；分布式电源节点的物联网模块计算产生新的区块，将获取数据写入新区块的区块体；

S52、将产生的新区块通过其通信功能向全网包括管控中心广播；

S53、管控中心及关联节点对其结果进行验证，当达到共识机制要求时，新的区块生效并链入该节点区块链的尾部，实现了区块链延长。

7.根据权利要求6所述的一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，其特征在于：在步骤S51中，建立每个节点的分布式记账模型，为每个节点分配独立的IP地址，通过计算生成各节点的公钥和私钥，确定每个区块所需要记录的节点信息，包括节点状态信息以及所需要记录的响应信息；建立区域主信息数据库，用于记录节点信息，并做实时调度过程中的区块信息的备份储存；在每个时段结束时，按照上述方法获取需要写入区块的数据。

8.根据权利要求6所述的一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，其特征在于：在步骤S52中，在第k时段结束时，风光柴储电站作为独立节点生成一个新的区块B_i(k)，将该时段节点的状态信息、响应策略和响应结果记录在新的区块中，供全网节点共享，实现节点之间通过区块来相互传递信息，同时，该节点的区块信息同步上传到主信息数据库，用于备份储存。

9.根据权利要求6所述的一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，其特征在于：在步骤S53中，当管控中心确定风光柴储电站有效响应了调度指令，向该节点发送确认信息，由该节点正式将新产生的区块链入该节点的区块链尾部；对该节点：k时刻的区块B_i(k)，其区块头等于k-1时刻区块的Hash值；k时刻的区块B_i(k)，其区块体内，所有记录的数据根据Hash算法自动生成存储数据Hash值的默克尔树，防止在交易过程中出现篡改的问题；k+1时刻的区块B_i(k+1)，其区块头存有区块B_i(k)的Hash值，其区块体内根据k+1时刻存储数据Hash值的默克尔树，从而实现邻区块首尾Hash值单向连接的链式存储；其中，所述区块均包含时间戳。

10.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂可编程控制方法，其特征在于，所述步骤S6包括以下步骤：

S61、管控中心从各节点的区块链中获取前若干时刻的调度指令、调度策略和调度响应结果；

S62、根据不同类型节点的控制和响应特性模型，评估确定节点的控制和响应能力指标；

S63、根据节点响应能力计算结果，动态调整管控中心对各分布式电源的调度策略组合，并实现下一个调度时段的总体调度模型；

S64、当分布式电源的响应能力触发阈值时，由节点的物联网模块按照运行模式的要求确定新的控制策略；当分布式电源节点需要进行系统、固件、组件、运行模式升级或变更时，由管控中心远程建立节点物联网模块的连接，实现远程升级。

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