CN112308409B - 一种基于区块链的综合能源系统协调运行优化方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种基于区块链的综合能源系统协调运行优化方法及系统，利用区块链技术形成智能合约运营区块链，建立公共交易平台；输入能源交易代理对应的综合能源系统内的设备类型及其参数，根据自身产能和耗能情况，能源交易代理将交易信息实时上传至公共交易平台；建立综合能源系统多区域协调运行优化模型，采用MATLAB环境下的商业求解器YALMIP+GUROBI进行求解；输出求解结果。本发明先利用区块链技术建立了公平公开的交易平台，然后形成相应的激励机制吸引更多地系统参与交易，同时系统间的能源交易免去了大量的人工成本，使得交易双方的交易成本更低，同时没有过多地中间成本，能源供方可以以更高的价格出售能源，需求方可以以更低的价格收购能源。
Description
技术领域
本发明涉及综合能源系统优化技术领域，具体涉及一种基于区块链的综合能源系统协调运行优化方法及系统。
背景技术
区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制和加密算法等计算机技术的新型应用模式。区块链本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术，是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性和生成下一个区块。
传统交易往往采用集中式交易，系统之间无法直接进行交易。但当参与交易的系统过多时就会出现以下问题：一会造成大量的产消者导致交易中心运行成本高、运行效率低、决策耗时长，难以满足实时运行的需求；二是交易中心与产消者之间存在信任问题，难以保证交易的公平性、透明性与信息有效性；三是中心机构容易导致信息安全风险，危害交易安全及产消者的隐私安全。
相比传统技术体系，区块链拥有三个方面的优势：一是相对安全，区块链可以确保交易不可被伪造，虚假交易不能被记录，并且历史交易不能被修改；二是相对透明，为降低信任带来的摩擦，区块链为交易各方提供透明的各方不可抵赖的分布式数据账本，相比传统的数据被业务网络中的单独一方所掌握，透明度得以提升；三是相比高效，区块链的智能合约可以减少资金的周转环节以及人工对账过程，业务结算和清算的效率得以提升。因此利用区块链技术建立去中心化的交易平台，减弱交易中心的影响更适合于现代多系统之间的交易。
发明内容
本发明提出的一种基于区块链的综合能源系统协调运行优化方法及系统，可解决上述技术缺陷。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种基于区块链的综合能源系统协调运行优化方法，包括以下步骤：
步骤1、利用区块链技术形成智能合约运营区块链，建立公共交易平台，整个区块链结构需要包含运营层、数据层、网络层、共识层、激励层和合约层，所有参与交易的系统在入驻交易平台前都要签订合约并遵守交易规则：
(1)所有系统间交易都必须经过交易中心的认证和许可；
(2)参与交易的系统之间不允许私下直接交易，所有交易都必须经过公共交易平台；
(3)允许所有交易的结果和数据都会被交易平台记录并公开；
达成上述条件的系统被允许加入交易平台，并被分配账户以进行费用结算、信息交互和虚拟货币交易。
步骤2、输入参与交易的各个综合能源系统内各设备类型(包括空调、吸收式制冷机、燃气锅炉、微型燃气轮机、储能设备、P2G设备、可再生能源发电设备)及其参数，输入购电电价和购气气价；输入综合能源系统的电力负荷需求、热负荷需求和冷负荷需求，各负荷需求满足对应的功率平衡；
步骤3、不同能源系统根据自身产能和耗能情况上传实时交易信息至公共交易平台，产能型综合能源系统将多余产能作为商品，其余综合能源系统根据交易信息提出交易申请，卖方在接受交易申请后进入交易流程，交易流程结束后，作为买方的综合能源系统获得相应的能源交易量；
步骤4、根据步骤3进行的能源交易情况和步骤2所提供综合能源系统的需求与参数等信息建立多系统联合优化运行模型，具体包括：以综合能源系统日运行成本最小为目标函数；考虑空调运行约束、燃气锅炉运行约束、燃气轮机运行约束、储能约束、吸收式制冷机约束、风机运行约束、光伏运行约束和P2G设备运行约束；
步骤5、根据步骤4建立的模型和系统间能源交易情况，并基于步骤1所提供的能源需求类型、设备类型及参数、分时电价信息、天然气价格、电/热/冷负荷的需求数据，采用MATLAB环境下的商业求解器YALMIP+GUROBI进行求解，区块链的建立则利用以太坊技术；
步骤6、输出步骤5的求解结果，日运行成本和各类能源购买量，同时将自己部分可出售产能经由区块链技术发布于公共交易平台进行后续交易；
进一步的，联合优化运行模型中各个系统之间的设备存在差异，因此目标函数并非完全相同：
以运行成本最低为目标函数时如下式所示：
式中，πei,t为单位时段t内的从来源i购电的电价；πgi,t为从来源i购天然气的价格；Pei,t为单位时段t内从来源i购电的功率，Pgi,t为单位时段t内从来源i购气的功率，i为系统购能来源即上级网络或其他系统。
以运行成本和碳排放同时最低为目标函数时，如下式所示：
FC＝λ(EP-EL) (3)
式中，EP为IES实际的碳排放量；a1，b1，c1为火电碳排放计算系数，a2，b2，c2为天然气供能碳排放系数；Pgtr,t为单位时段t内燃气轮机和燃气锅炉输出功率之和；EL为IES的无偿碳排放额；T为一日时段总数，为24h；△t为单位时段时长，为1h；δ为单位电量排放份额，本文取区域电量边际排放因子和容量边际因子的加权平均值0.648；Pe,t为单位时段t内的外购电力功率；Pgt,t为单位时段t内输入燃气设备的天然气功率；ηgt为燃气设备的能量转换效率。
进一步的，为了吸引更多的系统参与交易，需要建立合适的激励机制促进交易：
激励机制是在组织系统中，激励主体系统运用多种激励手段并使之规范化和相对固定化，而与激励客体相互作用、相互制约的结构、方式、关系及演变规律的总和。适当的激励机制可以吸引更多的用户参与交易，促进交易市场良性发展。
综合能源系统交易优先权激励机制的形成方法为：
(1)参与交易的各个系统会签订调控中心制定的协议，即各系统接受调控中心调度部分能源；
(2)交易中心会推行一种虚拟货币Qcoin，该货币只会在区块链上进行交易，无法兑换为实际货币，根据各系统参与交易的情况，交易中心会将Qcoin注入各系统节点的账户中，参与程度越高的系统获得的Qcoin会越多；
(3)在实际交易中，在可购买能源有限的情况下可以通过支付虚拟货币获得交易优先权，优先进行能源交易；
(4)每笔交易的情况都会在区块链中记录和储存并向其余节点公开。
进一步的，步骤2中所述的各负荷平衡为：
(1)电功率平衡约束
式中，Le是电负荷需求，α是直接将电能供给给用户的电能分配系数，Pe是电网向综合能源系统提供的功率，Se是蓄电池储存或释放的能量，
是燃气轮机的电效率，
是输入燃气轮机的天然气功率，Pec是可再生能源发电向综合能源系统提供的电功率，Pes是综合能源系统向其他系统交易(买入或卖出)的电功率；
(2)冷功率平衡
式中，Lc是冷负荷需求，
是空调制冷效率，
是输入空调用于制冷的电功率，
是吸收式制冷机的制冷效率,
是输入吸收式制冷机的热功率；
(3)热功率平衡
式中，Lh是热负荷需求，
是空调的制热效率，
是输入空调用于制热的电功率，
是燃气轮机的热效率，
是燃气锅炉的热效率，
是输入燃气锅炉的天然气功率，Pg是综合能源系统向上级网络购买的天然气功率，Pgs是综合能源系统从其他系统交易(买入或售出)的气功率；
进一步的，步骤4中所述的燃气轮机运行约束表示为：
式中，
是燃气轮机的电功率，
是燃气轮机的热功率，
是燃气轮机的电效率，
是燃气轮机的额定功率；
进一步的，步骤4中所述的燃气锅炉运行约束表示为：
式中，
是燃气锅炉的热功率，
是燃气锅炉的额定功率；
进一步的，步骤4中所述的空调运行约束表示为：
式中，
是空调制冷效率，
是空调的制热效率，
是输入空调用于制冷的电功率，
是输入空调用于制热的电功率，
是输入空调的电功率，
是空调的额定功率。
进一步的，步骤4中所述的吸收式制冷机运行约束表示为：
式中，
是吸收式制冷机的制冷效率,
是输入吸收式制冷机的热功率；
是吸收式制冷机的额定功率。
进一步的，步骤4中所述的储能约束表示为：
式中，Smin和Smax为储能设备储能的最大值与最小值，S是储能设备实际储存能量的数值，
和
分别为储能设备充能功率的极值，
是储能设备的实际充能功率，
和
分别为储能设备放能功率的极值，
是储能设备实际放能功率。
进一步的，步骤4中所述的可再生能源出力约束表示为
式中，
和
为风电机组出力最小值与最大值，Pwind是风电机组出力实际值，
和
为光伏机组出力最小值和最大值，Psolar是光伏机组出力实际值。
进一步的，步骤4中所述的P2G设备运行约束为：
式中，
为P2G设备输入电功率实际值，
为P2G设备的额定功率，ηP2G为P2G设备电转气效率，
为P2G设备实际输出气功率。
另一方面，本发明还公开一种基于区块链的综合能源系统协调运行优化系统，
包括以下单元，
公共交易平台建立单元，用于利用区块链技术形成智能合约运营区块链，建立公共交易平台，所有参与交易的综合能源系统均通过自己的能源交易代理进行交易流程，交易代理在入驻交易平台前都要签订合约并遵守交易规则：
达成上述条件的交易代理被允许加入交易平台，并被分配账户以进行费用结算、信息交互和虚拟货币交易；
数据输入单元，用于输入能源交易代理对应的综合能源系统内的设备类型及其参数，输入购电电价和购气气价，输入综合能源系统的电力负荷需求、热负荷需求和冷负荷需求，各负荷需求满足对应的功率平衡；
交易信息上传单元，用于根据自身产能和耗能情况，能源交易代理将交易信息实时上传至公共交易平台，能源供方将多余产能作为商品，能源需求方根据交易信息提出交易申请，供需双方经公共交易平台认证后进入交易流程，交易流程结束后，能源需求方获得相应的能源交易量；
多区域协调运行优化模型建立单元，用于根据能源交易情况和所提供综合能源系统的需求与参数信息建立综合能源系统多区域协调运行优化模型，具体包括：以综合能源系统日运行成本最小为目标函数；考虑空调运行约束、燃气锅炉运行约束、燃气轮机运行约束、储能约束、吸收式制冷机约束、风机运行约束、光伏运行约束和P2G设备运行约束；
求解单元，用于根据步骤4建立的模型和系统间能源交易情况，并基于所提供的能源需求类型、设备类型及参数、分时电价信息、天然气价格、电/热/冷负荷的需求数据，采用MATLAB环境下的商业求解器YALMIP+GUROBI进行求解；
发布交易单元，用于输出求解结果，日运行成本和各类能源购买量，同时将自己部分可出售产能经由区块链技术发布于公共交易平台进行后续交易。
由上述技术方案可知，先利用区块链技术建立了公平公开的交易平台，然后形成相应的激励机制吸引更多地系统参与交易，同时系统间的能源交易免去了大量的人工成本，使得交易双方的交易成本更低，同时没有过多地中间成本，能源供方可以以更高的价格出售能源，需求方可以以更低的价格收购能源。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
(1)、区块链技术建立的交易平台具有去中心化的特性，保证了各节点数据的安全性，同时交易情况会对全平台公开发布，保证了交易的公正性，解决了传统交易模式中，集中式交易中心随着交易参与者的增多而大幅提高运行成本和运行效率的问题，以及交易中心保有对数据处理和储存的大量权利，难以保证交易的公平性与公正性而导致交易中心与参与者之间的信任问题；
(2)、区块链技术建立的公共交易平台省去了数据记录、数据存储、账本记录和安全维护等大量人工成本和中间费用，因此系统间交易可以获得更多利润并降低成本，即系统既可以以更高的价格出售能源，也可以以更低的价格购买能源。
(3)、发明提出了发行虚拟货币作为激励机制的概念，交易过程中能源的供给总是有限的，当多个系统同时对有限的能源进行交易时，支付一定量的虚拟货币就可以获得一定的优先交易权。虚拟货币是由交易中心分配，系统在交易平台的参与程度越高，获得的虚拟货币就会越多，可以激励不参与交易的系统加入交易。
附图说明
图1是基于区块链技术的多系统联合运行优化方法的系统间交易模式图；
图2是一种基于区块链技术的多系统联合运行优化方法的交易流程图；
图3(3a、3b、3c)是各系统模型图；
图4(4a、4b、4c)是各园区夏季典型日不同时段负荷需求曲线；
图5是不同时段能源价格图；
图6是能源出售价格图；
图7是风机和光伏出力曲线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例所述的基于区块链的综合能源系统协调运行优化方法，包括以下步骤：
步骤1、利用区块链技术形成智能合约运营区块链，建立公共交易平台，整个区块链结构需要包含运营层、数据层、网络层、共识层、激励层和合约层，所有参与交易的系统在入驻交易平台前都要签订合约并遵守交易规则：
(1)所有系统间交易都必须经过交易中心的认证和许可；
(2)参与交易的系统之间不允许私下直接交易，所有交易都必须经过公共交易平台；
(3)允许所有交易的结果和数据都会被交易平台记录并公开；
达成上述条件的系统被允许加入交易平台，并被分配账户以进行费用结算、信息交互和虚拟货币交易。
步骤2、输入参与交易的各个综合能源系统内各设备类型(包括空调、吸收式制冷机、燃气锅炉、微型燃气轮机、储能设备、P2G设备、可再生能源发电设备)及其参数，输入购电电价和购气气价；输入综合能源系统的电力负荷、热负荷和冷负荷；
步骤3、不同能源系统根据自身产能和耗能情况上传实时交易信息至公共交易平台，产能型综合能源系统将多余产能作为商品，其余综合能源系统根据交易信息提出交易申请，卖方在接受交易申请后进入交易流程，交易流程结束后，作为买方的综合能源系统获得相应的能源交易量；
步骤4、根据步骤3进行的能源交易情况和步骤2所提供综合能源系统的需求与参数等信息建立多系统联合优化运行模型，具体包括：以综合能源系统日运行成本最小为目标函数；考虑空调运行约束、燃气锅炉运行约束、燃气轮机运行约束、储能约束、吸收式制冷机约束、风机运行约束、光伏运行约束和P2G设备运行约束；
步骤5、根据步骤4建立的模型和系统间能源交易情况，并基于步骤1所提供的能源需求类型、设备类型及参数、分时电价信息、天然气价格、电/热/冷负荷的需求数据，采用MATLAB环境下的商业求解器YALMIP+GUROBI进行求解，区块链的建立则利用以太坊技术；
步骤6、输出步骤5的求解结果，日运行成本和各类能源购买量，同时将自己部分可出售产能经由区块链技术发布于公共交易平台进行后续交易；
其中，联合优化运行模型中各个系统之间的设备存在差异，因此目标函数并非完全相同：
以运行成本最低为目标函数时如下式所示：
式中，πei,t为单位时段t内的从来源i购电的电价；πgi,t为从来源i购天然气的价格；Pei,t为单位时段t内从来源i购电的功率，Pgi,t为单位时段t内从来源i购气的功率，i为系统购能来源即上级网络或其他系统。
以运行成本和碳排放同时最低为目标函数时，如下式所示：
FC＝λ(EP-EL) (3)
式中，EP为IES实际的碳排放量；a1，b1，c1为火电碳排放计算系数，a2，b2，c2为天然气供能碳排放系数；Pgtr,t为单位时段t内燃气轮机和燃气锅炉输出功率之和；EL为IES的无偿碳排放额；T为一日时段总数，为24h；△t为单位时段时长，为1h；δ为单位电量排放份额，本文取区域电量边际排放因子和容量边际因子的加权平均值0.648；Pe,t为单位时段t内的外购电力功率；Pgt,t为单位时段t内输入燃气设备的天然气功率；ηgt为燃气设备的能量转换效率。
为了吸引更多的系统参与交易，需要建立合适的激励机制促进交易：
激励机制是在组织系统中，激励主体系统运用多种激励手段并使之规范化和相对固定化，而与激励客体相互作用、相互制约的结构、方式、关系及演变规律的总和。适当的激励机制可以吸引更多的用户参与交易，促进交易市场良性发展。
综合能源系统交易优先权激励机制的形成方法为：
(1)参与交易的各个系统会签订调控中心制定的协议，即各系统接受调控中心调度部分能源；
(2)交易中心会推行一种虚拟货币Qcoin，该货币只会在区块链上进行交易，无法兑换为实际货币，根据各系统参与交易的情况，交易中心会将Qcoin注入各系统节点的账户中，参与程度越高的系统获得的Qcoin会越多；
(3)在实际交易中，在可购买能源有限的情况下可以通过支付虚拟货币获得交易优先权，优先进行能源交易；
(4)每笔交易的情况都会在区块链中记录和储存并向其余节点公开。
步骤2中所述的各负荷平衡为：
(1)电功率平衡约束
式中，Le是电负荷需求，α是直接将电能供给给用户的电能分配系数，Pe是电网向综合能源系统提供的功率，Se是蓄电池储存或释放的能量，
是燃气轮机的电效率，
是输入燃气轮机的天然气功率，Pec是可再生能源发电向综合能源系统提供的电功率，Pes是综合能源系统向其他系统交易(买入或卖出)的电功率；
(2)冷功率平衡
式中，Lc是冷负荷需求，
是空调制冷效率，
是输入空调用于制冷的电功率，
是吸收式制冷机的制冷效率,
是输入吸收式制冷机的热功率；
(3)热功率平衡
式中，Lh是热负荷需求，
是空调的制热效率，
是输入空调用于制热的电功率，
是燃气轮机的热效率，
是燃气锅炉的热效率，
是输入燃气锅炉的天然气功率，Pg是综合能源系统向上级网络购买的天然气功率，Pgs是综合能源系统从其他系统交易(买入或售出)的气功率；
步骤4中所述的燃气轮机运行约束表示为：
式中，
是燃气轮机的电功率，
是燃气轮机的热功率，
是燃气轮机的电效率，
是燃气轮机的额定功率；
步骤4中所述的燃气锅炉运行约束表示为：
式中，
是燃气锅炉的热功率，
是燃气锅炉的额定功率；
步骤4中所述的空调运行约束表示为：
式中，
是空调制冷效率，
是空调的制热效率，
是输入空调用于制冷的电功率，
是输入空调用于制热的电功率，
是输入空调的电功率，
是空调的额定功率。
步骤4中所述的吸收式制冷机运行约束表示为：
式中，
是吸收式制冷机的制冷效率,
是输入吸收式制冷机的热功率；
是吸收式制冷机的额定功率。
步骤4中所述的储能约束表示为：
式中，Smin和Smax为储能设备储能的最大值与最小值，S是储能设备实际储存能量的数值，
和
分别为储能设备充能功率的极值，
是储能设备的实际充能功率，
和
分别为储能设备放能功率的极值，
是储能设备实际放能功率。
步骤4中所述的可再生能源出力约束表示为
式中，
和
为风电机组出力最小值与最大值，Pwind是风电机组出力实际值，
和
为光伏机组出力最小值和最大值，Psolar是光伏机组出力实际值。
步骤4中所述的P2G设备运行约束为：
式中，
为P2G设备输入电功率实际值，
为P2G设备的额定功率，ηP2G为P2G设备电转气效率，
为P2G设备实际输出气功率。
以下举例说明：
首先在实施优化前需要利用区块链技术建立相应的公共交易平台，其交易模式如图1所示，交易流程如图2所示；本发明实例中采用了三个不同园区的负荷需求情况，其中系统一以总运行成本和碳排放最低为优化目标，另两个系统以运行成本最低为优化目标，各系统模型如图3所示，负荷需求如图4所示，各时段能源价格见图5，能源出售价格见图6，风机和光伏出力见图7。
本发明实例中所用的各系统的设备信息见表1；在实例中出现两个系统同时相另一个系统发出能源交易申请，在无支付虚拟货币Qcoin的情况下，两系统各获得50％的交易量，参与优化的结果对比如表2所示；在其中一个系统支付Qcoin的情况下，获得一定程度的交易优先权，可以获得70％的交易量，参与优化的结果对比如表3所示。
表1各设备运行参数
表2两系统获得50％交易量优化对比
表3系统一获得70％交易量优化对比
根据表中数据可知，同上级网络相比，系统间交易时，能源买入价格更低，能源出售价格更高，因此能进一步减少成本和扩大收益。为了激励用户积极响应，参与程度高的用户会获得虚拟货币Qcoin，支付Qcoin可以在竞争时获得更多地交易权，通过表2和表3的对比可以发现交易权的扩大也会使成本减少，进而起到激励用户参与到交易平台中来。
另一方面，本发明还公开一种基于区块链的综合能源系统协调运行优化系统，
包括以下单元，
公共交易平台建立单元，用于利用区块链技术形成智能合约运营区块链，建立公共交易平台，所有参与交易的综合能源系统均通过自己的能源交易代理进行交易流程，交易代理在入驻交易平台前都要签订合约并遵守交易规则：
达成上述条件的交易代理被允许加入交易平台，并被分配账户以进行费用结算、信息交互和虚拟货币交易；
数据输入单元，用于输入能源交易代理对应的综合能源系统内的设备类型及其参数，输入购电电价和购气气价，输入综合能源系统的电力负荷需求、热负荷需求和冷负荷需求，各负荷需求满足对应的功率平衡；
交易信息上传单元，用于根据自身产能和耗能情况，能源交易代理将交易信息实时上传至公共交易平台，能源供方将多余产能作为商品，能源需求方根据交易信息提出交易申请，供需双方经公共交易平台认证后进入交易流程，交易流程结束后，能源需求方获得相应的能源交易量；
多区域协调运行优化模型建立单元，用于根据能源交易情况和所提供综合能源系统的需求与参数信息建立综合能源系统多区域协调运行优化模型，具体包括：以综合能源系统日运行成本最小为目标函数；考虑空调运行约束、燃气锅炉运行约束、燃气轮机运行约束、储能约束、吸收式制冷机约束、风机运行约束、光伏运行约束和P2G设备运行约束；
求解单元，用于根据步骤4建立的模型和系统间能源交易情况，并基于所提供的能源需求类型、设备类型及参数、分时电价信息、天然气价格、电/热/冷负荷的需求数据，采用MATLAB环境下的商业求解器YALMIP+GUROBI进行求解；
发布交易单元，用于输出求解结果，日运行成本和各类能源购买量，同时将自己部分可出售产能经由区块链技术发布于公共交易平台进行后续交易。
可理解的是，本发明实施例提供的系统与本发明实施例提供的方法相对应，相关内容的解释、举例和有益效果可以参考上述方法中的相应部分。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (4)
1.一种基于区块链的综合能源系统协调运行优化方法，其特征在于：
包括以下步骤：
步骤1、利用区块链技术形成智能合约运营区块链，建立公共交易平台，所有参与交易的综合能源系统均通过自己的能源交易代理进行交易流程，交易代理在入驻交易平台前都要签订合约并遵守交易规则：
达成上述条件的交易代理被允许加入交易平台，并被分配账户以进行费用结算、信息交互和虚拟货币交易；
步骤2、输入能源交易代理对应的综合能源系统内的设备类型及其参数，输入购电电价和购气气价，输入综合能源系统的电力负荷需求、热负荷需求和冷负荷需求，各负荷需求满足对应的功率平衡；
步骤3、根据自身产能和耗能情况，能源交易代理将交易信息实时上传至公共交易平台，能源供方将多余产能作为商品，能源需求方根据交易信息提出交易申请，供需双方经公共交易平台认证后进入交易流程，交易流程结束后，能源需求方获得相应的能源交易量；
步骤4、根据步骤3进行的能源交易情况和步骤2所提供综合能源系统的需求与参数信息建立综合能源系统多区域协调运行优化模型，具体包括：以综合能源系统日运行成本最小为目标函数；考虑空调运行约束、燃气锅炉运行约束、燃气轮机运行约束、储能约束、吸收式制冷机约束、风机运行约束、光伏运行约束和P2G设备运行约束；
步骤5、根据步骤4建立的模型和系统间能源交易情况，并基于步骤1所提供的能源需求类型、设备类型及参数、分时电价信息、天然气价格、电/热/冷负荷的需求数据，采用MATLAB环境下的商业求解器YALMIP+GUROBI进行求解；
步骤6、输出步骤5的求解结果，日运行成本和各类能源购买量，同时将自己部分可出售产能经由区块链技术发布于公共交易平台进行后续交易；
其中，所述步骤2中所述的各负荷需求满足对应的功率平衡包括：
(1)电功率平衡
式中，Le,t是时段t内的电负荷需求，α是电能供给给用户的分配系数，Pe,t是时段t内电网向综合能源系统提供的电功率，Se,t是蓄电池储存或释放的能量，
是燃气轮机的电效率，
是时段t内燃气轮机的天然气输入功率，Pec,t是时段t内可再生能源提供的电功率，Pes,t是时段t内综合能源系统向其他系统交易的电功率；
(2)冷功率平衡
式中，Lc,t是时段t内的冷负荷需求，
是空调制冷效率，
是时段t内空调用于制冷的电功率，
是吸收式制冷机的制冷效率,
是时段t内输入吸收式制冷机的热功率；
(3)热功率平衡
式中，Lh,t是时段t内的热负荷需求，
是空调的制热效率，
是时段t内空调用于制热电功率，
是燃气轮机的热效率，
是燃气锅炉的热效率，
是时段t内输入燃气锅炉的天然气功率，Pg,t是时段t内向上级网络购买的天然气功率，Pgs,t是时段t内从其他系统交易的气功率；
所述步骤4中所述的燃气轮机运行约束表示为：
式中，
和
分别为燃气轮机的电功率、热功率和输入功率，
是燃气轮机的电效率；
为燃气轮机的额定功率；
所述的燃气锅炉运行约束表示为：
式中，
为燃气锅炉的热功率；
和
分别为燃气锅炉的输入功率和额定功率；
步骤4中所述的空调运行约束表示为：
式中，
和
分别是空调的制冷和制热效率，
和
分别是输入空调的制冷电功率和制热电功率，
和
分别是空调的电功率和额定功率；
所述的吸收式制冷机运行约束表示为：
式中，
是吸收式制冷机的制冷效率,
和
分别是吸收式制冷机的热功率和额定功率；
步骤4中所述的储能约束表示为：
式中，Smin和Smax为储能设备储能的最大值与最小值，S是储能设备实际储存能量的数值，
和
分别为储能设备充能功率的极值，
和
是储能设备的实际充能功率和实际放能功率，
和
分别为储能设备放能功率的极值；
步骤4中所述的可再生能源出力约束表示为
式中，
和
为风电机组出力最小值与最大值，PWT是风电机组出力实际值，
和
为光伏机组出力最小值和最大值，PPV是光伏机组出力实际值；
步骤4中所述的P2G设备运行约束为：
式中，
为P2G设备输入电功率实际值，
为P2G设备的额定功率，ηP2G为P2G设备电转气效率，
为P2G设备实际输出气功率。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的综合能源系统协调运行优化方法，其特征在于：所述以综合能源系统日运行成本最小为目标函数包括：
以运行成本最低为目标函数时，如下式所示：
式中，πei,t和πgi,t为单位时段内的来源i的购电电价和购气气价格；Pei,t和Pgi,t为单位时段内来源i的购电功率和购气功率，i为系统购能来源即上级网络或其他综合能源系统；
以运行成本最低和碳排放最低为目标函数时，如下式所示：
FC＝λ(EP-EL) (3)
式中，EP和EL为综合能源系统实际的碳排放量和无偿碳排放额度；a1、b1、c1为火电碳排放计算系数，a2，b2，c2为天然气供能碳排放系数；Pgtr,t为时段t内燃气轮机和燃气锅炉输出功率之和；T为一天的时段总数，一般选择为24；Δt为单位时段时长，一般选择为1h；δ为单位电量排放份额；Pe,t和Pgt,t分别为时段t内的电网向综合能源系统提供的电功率和气网向综合能源系统提供的天然气功率；ηGB和ηCHP分别为燃气锅炉和燃气轮机的能量转换效率。
3.根据权利要求2所述的基于区块链的综合能源系统协调运行优化方法，其特征在于：
所述步骤3还包括：
为了吸引更多的系统参与交易，需要建立合适的激励机制促进交易：
综合能源系统交易优先权激励机制的形成方法为：
(1)参与交易的综合能源系统会签订调控中心制定的协议，即各系统接受调控中心调度部分能源；
(2)公共交易平台会推行一种虚拟货币Qcoin，该货币只会在区块链上进行交易，无法兑换为实际货币，根据各综合能源系统参与交易的情况，交易中心会将Qcoin注入各系统节点的账户中，参与程度越高获得的Qcoin会越多；
(3)在实际交易中，在可购买能源有限的情况下可以通过支付虚拟货币获得交易优先权，优先进行能源交易；
(4)每笔交易的情况都会在区块链中记录和储存并向其余节点公开。
4.一种基于区块链的综合能源系统协调运行优化系统，用于实现权利要求1-3任意一项所述的基于区块链的综合能源系统协调运行优化方法，其特征在于：
包括以下单元，
公共交易平台建立单元，用于利用区块链技术形成智能合约运营区块链，建立公共交易平台，所有参与交易的综合能源系统均通过自己的能源交易代理进行交易流程，交易代理在入驻交易平台前都要签订合约并遵守交易规则：
达成上述条件的交易代理被允许加入交易平台，并被分配账户以进行费用结算、信息交互和虚拟货币交易；
数据输入单元，用于输入能源交易代理对应的综合能源系统内的设备类型及其参数，输入购电电价和购气气价，输入综合能源系统的电力负荷需求、热负荷需求和冷负荷需求，各负荷需求满足对应的功率平衡；
交易信息上传单元，用于根据自身产能和耗能情况，能源交易代理将交易信息实时上传至公共交易平台，能源供方将多余产能作为商品，能源需求方根据交易信息提出交易申请，供需双方经公共交易平台认证后进入交易流程，交易流程结束后，能源需求方获得相应的能源交易量；
多区域协调运行优化模型建立单元，用于根据能源交易情况和所提供综合能源系统的需求与参数信息建立综合能源系统多区域协调运行优化模型，具体包括：以综合能源系统日运行成本最小为目标函数；考虑空调运行约束、燃气锅炉运行约束、燃气轮机运行约束、储能约束、吸收式制冷机约束、风机运行约束、光伏运行约束和P2G设备运行约束；
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