CN113112083A - 一种基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法。该发明在考虑电动汽车的充电行为和产消者的经济利益的前提下使用区块链技术进行配电网能量管理，旨在减少电动汽车无序充电对电网的影响，并通过派遣产消者来平衡功率，消耗可再生资源。所述方法包含以下步骤:部署配能链及智能合约，各实体加入配能链网络节点；各实体节点上传相应预测信息；配电系统供应商(DSO)发布分时电价；配电系统供应商(DSO)监控实时信息；配电系统供应商(DSO)发布电动汽车(EVs)有序充电方案；配电系统供应商(DSO)发布产消者调节任务；配电系统供应商(DSO)实施配电计划；系统中各个实体完成配电计划并执行交易并返还结果。

Description

一种基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法
技术领域
本发明属于能源区块链领域，具体涉及了一种基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法。
背景技术
为应对能源及环境问题，可再生能源在现代电力系统中被广泛应用。然而，风能、太阳能等可再生能源的间歇性和不确定性，将给电力系统的安全和经济运行带来新的挑战。屋顶光伏和电动汽车的广泛应用，也给传统配电网的运行带来新的问题。他们具有渗透性强、规模大、充放电无序等特点。而配电供应商(DSO)、可再生能源发电商(RES)、产消者之间没有价格信息交流渠道，并且电动汽车(EVs)、产消者等在配电网络中的交易具有额度小、数量多、发生频繁等特点。
现如今由于区块链技术具有信息开放透明、数据开放可信以及区块信息可追溯等特点，利用区块链技术开展主动配电网电力交易，不仅可以使交易信息公开透明，还可使区块链信息的动态特性适应电力交易中的动态变化。同时，利用智能合约和P2P信息交互技术，配电网电力市场内部不需要设立额外的第三方监督机构，即可进行公平、安全的电力交易。通常，电网中的区块链类型根据面向的受众客户不同，可分为公有链和私有链。公有链中的所有用户节点具有全部权限，其形式最接近于公众服务，一般应用于多实体、大范围广域系统，所需维护成本较大；私有链通常仅对单独的个人或实体开放，其权限可以被完全控制，一般适用于某种特定服务或能源交易类型。
发明内容
针对以上新可再生能源，产消者、电动汽车及区块链等的特点及区块链管理模式存在的问题，本发明提出基于配能链优化方法，以解决电动汽车的耦合，可再生能源的消耗率低和电动汽车无序充电带来的不利影响的技术问题。
为了解决上述技术问题本发明所采用的技术方案是：
一种基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
步骤1，配电系统供应商部署配能链及智能合约，可再生能源发电商、产消者、电动汽车、一般用户等加入配能链网络节点各节点上传预测信息；
步骤2，配电系统供应商发布分时电价；
步骤3，配电系统供应商监控实时信息；
步骤4，根据有序充电迭代优化算法发布电动汽车的有序充电方案；
步骤5，根据功率波动准则及改进粒子群算法发布产消者监管任务；
步骤6，配电系统供应商实施配电计划；
步骤7，系统中各个实体完成配电方案，执行交易并返还结果；
进一步地，部署配能链及智能合约，各实体按要求加入配能链网络节点，包括：
由配电系统运营商(DSO)部署配能链及智能合约；
可再生能源发电商、电动汽车、产消者、普通用户等加入到配能链网络节点中；
进一步地，各实体节点上传预测信息，包括：
可再生能源发电商(RES)上传发电量预测信息，负荷节点也上传预测信息，产消者上传能量存储容量，剩余存储容量与使用能量存储的成本。
进一步地，配电系统供应商(DSO)发布分时电价，包括：
配电系统供应商(DSO)通过配能链将峰谷电价信息发布到每个节点；
进一步地，配电系统供应商(DSO)监控实时信息，包括：
配电系统供应商(DSO)读取系统中各实体上传的功率信息，检测配电网的功率波动情况；
进一步地，根据有序充电迭代优化(OCIO)算法发布电动汽车(EVs)有序充电方案，包括：
电动汽车(EVs)根据荷电状态发布充电请求，包配电系统供应商(DSO)接受电动汽车(EVs)充电请求，并根据有序充电迭代优化(OCIO)算法智能合约将电动汽车(EVs)安排在对配电网络冲击最小和充电成本较低的时刻充电；
进一步地，根据功率波动准则及改进粒子群(mPSO)算法发布产消者监管任务，包括：
智能合约将参与交易的预交易订单与采集实际交易执行过程中产生的计量数据进行对比；
当可再生能源发电商发电预测值与实际发电量不一致时，产生用电偏差，通过配能链技术应用的嵌入共识机制将采集到的计量数据以对等网络的形式广播至各实体，进行数据的分布式存储；
根据电动汽车有序充电方案的结果发布系统实时偏差，智能合约根据改进粒子群(mPSO)算法及用户需求响应并发布产消者与电力用户调节奖励任务，以保证对应时段的配网电量平衡和供需平衡关系；
得到的数据发送至各实体进行数据的分布式存储。
进一步地，配电系统供应商(DSO)实施配电计划，包括：
配电系统供应商(DSO)根据配能链网络发布的最终交易结果，实施配电计划。
进一步地，系统中各个实体完成配电方案并执行交易并返还结果，包括：
系统中各个实体完成配电方案并执行交易，交易完成后，电动汽车与普通用户支付金额，并上传执行结果，产消者获得调节奖励，更新剩余容量。
与现有技术相比，本发明将达到的有益效果有：该发明通过合理利用生产者和电动汽车，降低系统运行成本，促进区域内可再生能源的消费。构建配能链区域能源交易平台。平台共享配电网设备参数、运行数据等信息。智能合约计算交易计划，配能链发布和记录信息。基于配能链的分布式能源交易平台可以处理区域内大量生产者和电动汽车产生的小交易。与常规区块链管理技术相比，其权限部分开放，同时共识过程受到预选节点控制，参与电力市场的主体需事先得到相关机构(如政府或者现有上级电网单位)授权。与传统交易系统相比被授权后的主体可完成不同能源服务商之间的利益分配、交易核算等应用，电力交易将在配电网内部呈现自由市场的优点。
附图说明
图1是本发明方法实施例的流程示意图；
图2是本发明有序充电迭代优化(OCIO)算法示意图；
图3是本发明改进粒子群(mPSO)算法示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。以下实施例仅用于更加清楚的说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明具体实施方式提供了一种基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法，其目的是在考虑了电动汽车(EVs)的充电行为和产消者的经济利益的条件下，减少了电动汽车(EVs)无序充电对电网的影响，并通过产消者来提供能量或消耗过剩能量来平衡电力需求。
如图1所示，是本方案的流程示意图，所述方法包如下步骤：
(1)初始化系统
配电系统供应商(DSO)负责部署配能链网络及智能合约，可再生能源发电商(RES)、电动汽车(EVs)、产消者、及其他节点共同参与并维护该网络，其中配能链包含两类不同权限的节点：调度节点和本地节点。其中，调度节点为不开放节点，其对配能链数据具有完全可读及写入权限。而本地节点则为半开放节点，需由配能链内部授权才能参与读取和写入，而且其读写权限开放度有所限制。根据配电网电力市场交易主体之间的关系，将配电系统供应商(DSO)、电动汽车(EVs)、产消者授权为半开放的本地节点，主要负责整合配电网内部各分布式资源，记录并上报可用供电电量和需求电量。调度节点为配能链中某一非特定节点，其通常可由本地节点动态产生。调度节点数据分布式存储在配能链中，并具有可追溯性。以上被授权节点的主要功能包括交易数据存储、交易账户存储以及交易服务。配能链中的所有交易记录按照时间戳形式保存在数据存储区。电力市场各参与单位的虚拟地址和网络账户的映射关系保存在账户存储区。而交易服务则用以保证各主体交易的正常进行和停止；
参与电力市场的主体需事先得到相关机构(如政府或者现有上级电网单位)授权，被授权后的主体参与电力交易将在配电网内部呈现自由市场的特性。
(2)上传预测信息
在运行初始阶段，可再生能源发电商(RES)向配能链网络上传发电量预测信息，一般用户上传负荷信息，产消者上传能量存储容量，剩余的存储容量，以及使用能量存储的成本。
(3)监控实时信息，安排电动汽车(EVs)有序充电
配电系统运营商(DSO)读取系统中各实体上传的实时功率信息，监控配电网的功率波动情况；
配电系统运营商(DSO)接收电动汽车充电请求，包括电动汽车需要充电时间、允许充电时间、SOC等信息；
配电系统运营商(DSO)根据有序充电迭代优化(OCIO)算法，在电动汽车允许的时间内，将电动汽车(EVs)安排在负载和充电成本较低的时刻充电；
由于电动汽车(EVs)充电改变了配电网的功耗，配电系统运营(DSO)需要重新计算实时总负荷。
(4)发布产消者调节任务
根据(3)重新计算的实时总负荷并读取可再生资源发电商(RES)实时发电情况，此时产生功率波动，配电系统运营商(DSO)根据波动准则判定是否需要发布产消者调节任务，若无需发布产消者调节任务则直接发布配电计划，若需要发布产消者调节任务，则配电系统运营商(DSO)根据改进粒子群(mPSO)算法发布产消者调节任务。当发电大于用电(即正功率波动)时，则配电系统运营商(DSO)根据改进粒子群(mPSO)算法及成本情况发布产消者消纳任务。当发电小于用电(即负功率波动)时，则配电系统运营商(DSO)根据改进粒子群(mPSO)算法及成本情况发布产消者供能任务。
(5)实施配电计划并返还结果
电动汽车(EVs)按照配能链网络发布的有序充电方案进行充电后，支付充电费用完成交易并上传执行结果。产消者完成规定任务后，获得奖励，更新剩余容量；
前面对本发明实施实例实现过程进行了大致描述，为使本领域技术人员能够更好地理解本发明并予以实施，下面结合相关技术原理进行进一步详细描述。
如图2所示，是本发明OCIC算法示意图，所述方法包含如下步骤：
(1)输入系统中电动(EVs)的数量N，充电价格
Figure BDA0003031235910000081
充电功率
Figure BDA0003031235910000082
(2)配电系统运营商(DSO)接收单位时间段内电动汽车(EVs)的充电请求；
(3)电动汽车(EVs)上传交易信息：电池情况(代表所需电量，此处详细说明下用户知道自己一次出行所需电量所以在充电时间结束前，电池所剩电量必须满足下次出行所有，且电池情况决定其所需充电时间)，充电允许时间；
(4)配电系统运营商(DSO)读取负荷信息，与峰谷平电价及时段，读取电动汽车(EVs)的充电允许时间、电池情况，判断其充电允许时间内是否含有谷与平电价时段，优先安排。若所需充电时间仍未能被全部满足，则需在峰电价时段安排充电，此时调用负荷信息例如晚峰18-21h则优先将所剩充电时间安排在负荷峰值较小时段如下顺序：18h 21h 19h20h，安排一次交易间隔内所有发出请求的EV的充电方案；
(5)得出系统内电动汽车(EVs)的充电成本和实时充电状态。
如图3所示，是本发明改进粒子群(mPSO)算法示意图，改进粒子群(mPSO)可以使粒子轨迹平滑，从而消除迭代后期由于不收敛和振荡而导致的局部优化停滞。所述方法包含如下步骤：
(1)输入调节任务(粒子)和速度；
(2)初始化粒子Xj和粒子速度Vj；
(3)粒子适应检测；
(4)根据适应度更新局部最优解与全局最优解；
(5)基于速度更新公式
Figure BDA0003031235910000091
Figure BDA0003031235910000092
更新粒子速度、位置；
(6)若满足算法收敛准则直接结束，若不满足算法收敛准则直接返回初始化粒子Xj和粒子速度Vj。

Claims (9)

1.一种基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法，其特征在于，所述方法包含以下步骤：
步骤1，配电系统供应商部署配能链及智能合约，可再生能源发电商、产消者、电动汽车、一般用户等加入配能链网络节点各节点上传预测信息；
步骤2，配电系统供应商发布分时电价；
步骤3，配电系统供应商监控实时信息；
步骤4，根据有序充电迭代优化算法发布电动汽车的有序充电方案；
步骤5，根据功率波动准则及改进粒子群算法发布产消者监管任务；
步骤6，配电系统供应商实施配电计划；
步骤7，系统中各个实体完成配电方案，执行交易并返还结果。
2.如权利要求1所述基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法，其特征在于，在该体系中，包含两类不同权限的节点：调度节点和本地节点；其中，调度节点为不开放节点，其对配能链数据具有完全可读及写入权限；而本地节点则为半开放节点，需由配能链内部授权才能参与读取和写入，而且其读写权限开放度有所限制；配能链中的所有交易记录按照时间戳形式保存在数据存储区；电力市场各参与单位的虚拟地址和网络账户的映射关系保存在账户存储区；而交易服务则用以保证各主体交易的正常进行和停止；参与电力市场的主体需事先得到相关机构如政府或者现有上级电网单位授权，被授权后的主体参与电力交易将在配电网内部呈现自由市场的特性。
3.如权利要求1所述基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法，其特征在于，配电系统供应商部署配能链及智能合约、可再生能源发电商、产消者、电动汽车、一般用户等加入配能链网络节点，配电系统供应商负责部署配能链网络及智能合约，电动汽车和产消者节点共同参与并维护该网络。
4.如权利要求1所述基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法，其特征在于，各实体节点上传预测信息，包括：
可再生能源发电商向配能链网络上传发电量预测信息，一般用户上传负荷信息，产消者上传能量存储容量，剩余的存储容量，以及使用能量存储的成本。
5.如权利要求1所述基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法，其特征在于，配电系统供应商通过配能链将峰谷电价信息发布到每个节点。
6.如权利要求1所述基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法，其特征在于，配电系统运营商读取系统中各实体上传的实时功率信息，监控配电网的功率波动情况。
7.如权利要求1所述基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法，其特征在于，电动汽车发布预交易请求同时上传交易信息：所需电量，充电允许时间，配电系统供应商读取负荷信息与峰谷平电价及时段，并基于有序充电迭代优化算法计算并通过配能链发布有序充电方案。
8.如权利要求1所述基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法，其特征在于，根据功率波动准则及改进粒子群算法发布产消者监管任务，配电系统运营商根据波动准则判定是否需要发布产消者调节任务，若需要发布产消者调节任务，则配电系统运营商根据改进粒子群算法发布产消者调节任务；当发电大于用电即正功率波动时，则配电系统运营商根据改进粒子算法及成本情况发布产消者消纳任务；当发电小于用电即负功率波动时，则配电系统运营商根据改进粒子群算法及成本情况发布产消者供能任务。
9.如权利要求1所述基于配能链双层智能算法的多元电力用户管理方法，其特征在于，系统中各个实体完成配电方案，执行交易并返还结果，电动汽车按照配能链网络发布的有序充电方案进行充电后，支付充电费用完成交易并上传执行结果；产消者完成规定任务后，获得奖励，更新剩余容量。
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