CN115619053A - 一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于多微网区域能源协同优化方法技术领域,具体涉及一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,分为日前阶段与日中阶段;在日前阶段实现日前微网内数据采集、生成微网内数据报表、结合数据报表生成微网能源消纳平衡有序队列与清洁度有序队列、通过有序队列进行微网间协同匹配与任务制定、最后生成日前终端决策;在日中阶段实现微网内数据实时采集、实时生成微网内数据报表、结合实时微网内数据报表更新微网能源消纳平衡有序队列与清洁度有序队列、结合日前终端决策生成最终决策,供终端执行;本发明促进了微网清洁能源消纳与能源就近消纳,微网间能源协同互补,实现了多微网间的区域协同优化,从而有效提升了整体能源系统的碳排放质量。
Description
技术领域
本发明属于能源协调优化方法技术领域,具体涉及一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法。
背景技术
微网是相对传统能源网络的一个概念,是指多种能源形式的分布式源端、网端、储端及其相关负载按照一定的拓扑结构组成的网络,通过静态开关并行或关联至常规能源网。作为一种分布式可再生能源的组织形式,微网在大幅提升分布式可再生能源的并网率的同时提升可再生能源的消纳能力。区块链具备分布式、公开、不可篡改的区域共治模式,能为多能源多微网新能源系统范式优化等作出很大的贡献。
传统能源系统的能源类型单一,可再生能源消纳占比低,整体碳排放质量低。而现有技术中的微网系统,往往仅从单个微网出发,提升单个微网的碳排放质量,未能组织整体的能源系统,实现多微网间的区域协同,进一步提升碳排放质量。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中微网系统只提升单个微网碳排放质量,未能实现多微网间区域协同的缺陷,从而提供一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法。
一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,包括以下步骤:
步骤S1:建立区块链能源系统网络架构模型,所述区块链能源系统网络架构模型链接多个微网,各微网中包含多个单能源私有链;
步骤S2:各单能源私有链上数据采集节点采集并统计步骤S1架构模型中各单能源私有链上节点上一过程日中阶段的实时碳排放质量信息,并汇总生成日前阶段碳排放质量信息;
步骤S3:私有链能源碳排放质量报表智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S2中统计的各单能源私有链上节点的日前阶段碳排放质量信息生成各单能源私有链日前碳排放质量报表;
步骤S4:微网有序队列智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S3中生成的各单能源私有链日前碳排放质量报表生成其所在微网中的能源消纳平衡有序队列和碳排放质量有序队列,微网碳排放质量报表智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S3中生成的各单能源私有链日前碳排放质量报表生成其所在微网的微网日前碳排放质量报表;
步骤S5:Boss链碳排放质量智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S4中生成的各微网日前碳排放质量报表生成微网碳排放质量有序表,并根据所述微网碳排放质量有序表制定各微网区域协同碳排放质量任务清单;Boss链能源协同消纳智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据所述各微网区域协同碳排放质量任务清单以及步骤S4中的各微网日前碳排放质量报表生成正向有序队列和负向有序队列,并依据微网间匹配系数在正负向有序队列间进行匹配生成各微网的微网能源协同消纳任务清单;
步骤S6:微网联盟链碳排放质量智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S5中制定的各微网区域协同碳排放质量任务清单以及步骤S4中生成的各微网碳排放质量有序队列生成各微网清洁能源清单;
步骤S7:微网联盟链能源协同消纳智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S5中制定的各微网间能源协同消纳任务清单以及步骤S4中生成的各微网能源消纳平衡有序队列制定各微网中的各单能源私有链日中执行清单;
步骤S8:各单能源私有链智能合约执行节点中的智能合约算法根据步骤S6中制定的各微网清洁能源清单与步骤S7中制定的各微网中单能源私有链日中执行清单生成日前终端决策;
步骤S9:各单能源私有链上数据采集节点采集多个微网日中阶段的实时碳排放质量数据,并发布实时碳排放质量信息;
步骤S10:私有链能源碳排放质量报表智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S9中发布的实时碳排放质量信息生成各私有链实时碳排放质量报表;
步骤S11:微网有序队列智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S10中生成的各私有链的私有链实时碳排放质量报表实时更新步骤S4中生成的微网内各能源消纳平衡有序队列与微网内碳排放质量有序队列;
步骤S12;微网联盟链碳排放质量智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S11中更新的微网内碳排放质量有序队列实时更新步骤S6中生成的清洁能源清单;
步骤S13:微网联盟链能源就近消纳智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S12中更新后的清洁能源清单与步骤S11中更新后的微网内各能源消纳平衡有序队列更新步骤S7中生成的各单能源私有链日中执行清单;
步骤S14:单能源私有链智能合约执行节点中的智能合约算法根据步骤S12中更新后的清洁能源清单与步骤S13中更新后的各单能源私有链日中执行清单,结合步骤S8中生成的日前终端决策生成最终决策,供终端执行。
进一步的,所述步骤S1中,建立的区块链能源系统网络架构模型包括跨链调度节点、碳排放质量智能合约中心调度节点、能源协同消纳智能合约中心调度节点和Boss链上的微网节点有限集;Boss链上的微网节点有限集中的单个微网节点包括微网联盟链碳排放质量智能合约中心调度节点、微网联盟链能源就近消纳智能合约中心调度节点、微网能源碳排放质量报表智能合约中心调度节点、微网有序队列智能合约中心调度节点、微网联盟链跨链调度节点和单能源私有链有限集;单能源私有链有限集中的单能源私有链包括单能源私有链跨链调度节点、私有链能源碳排放质量报表智能合约中心调度节点、单能源私有链智能合约执行节点和单能源私有链数据采集节点有限集;所述区块链能源系统网络架构模型中,一个Boss链链接多个微网,各所述微网通过各自唯一的微网联盟链链接多个单能源私有链,各所述单能源私有链链接各“源网荷储”终端。
进一步的,所述步骤S2中,所述单能源私有链上的节点在日前阶段的碳排放质量信息包括能源所属阶段、能源类型、能源总量、过程碳排放总量和能源时间标签,记为,能源所属阶段根据下标对所属阶段进行分类,当表示信息所属源端,当表示信息所属网端,当表示信息所属荷端,当表示信息所属网端,所述能源类型,根据下标进行能源分类,当表示传统一次能源如原油、煤与天然气等,当表示新型清洁一次能源如风能、光伏、水势、新型核能、潮汐、地热等,当表示传统二次能源如电能等,当表示新型二次能源如氢能等,具体分类参考表格1,所述能源时间标签具体包括能源使用的起始时间点和能源使用的终止时间点。
进一步的,所述步骤S3中,所述单能源私有链日前碳排放质量报表记为,所述单能源私有链日前碳排放质量报表包括私有链日前能源消纳平衡数、私有链日前碳排放总量、私有链日前碳排放质量、私有链日前能源功率、日前能源时间标签和能源类型,分别记为、、、、和,计算公式为:
式中为单能源私有链上端节点总数,为阶段标准能源转换函数,为阶段碳排放折标函数,表示能源总量,式中来自步骤S2中采集的各单能源私有链上节点在日前阶段碳排放质量信息,表示能源类型,式中来自步骤S2中采集的各单能源私有链上节点在日前阶段碳排放质量信息,
表示能源总量,式中来自步骤S2中采集的各单能源私有链上节点在日前阶段碳排放质量信息,表示能源使用时段,式中来自步骤S2中采集的各单能源私有链上节点在日前阶段碳排放质量信息日前能源时间标签,表示能源总量,式中来自步骤S2中采集的各单能源私有链上节点在日前阶段碳排放质量信息。
进一步的,所述步骤S4中,所述消纳平衡有序队列由所述微网有序队列智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据各单能源私有链碳排放质量报表中所述该私有链中的日前能源消纳平衡数值降序得到,记为,当时表示全能源消纳总量有序队列,当时表示传统一次能源消纳总量有序队列,当时表示新型一次能源消纳总量有序队列,当时表示传统二次能源消纳总量有序队列,当时表示新型二次能源消纳总量有序队列,所述碳排放质量有序队列由所述微网有序队列智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据各单能源私有链碳排放质量报表中所述该私有链中的日前碳排放质量降序得到,记为,当时表示全能源碳排放质量有序队列,当时表示传统一次能源碳排放质量有序队列,当时表示新型一次能源碳排放质量有序队列,当时表示传统二次能源碳排放质量有序队列,当时表示新型二次能源碳排放质量有序队列。
进一步的,所述步骤S4中,所述微网日前碳排放质量报表记为,所述微网日前碳排放质量报表包括微网日前能源消纳特性、微网日前碳排放总量、微网日前碳排放质量和微网地址,分别表示为、、和,所述微网日前能源消纳特性记为,所述微网日前能源消纳特性包含私有链日前能源消纳平衡数有限集合、私有链日前能源时段有限集合、私有链日前能源功率有限集合和私有链能源类型有限集合,分别记为、、和,所述各私有链能源消纳平衡数有限集合由步骤S3中各单能源私有链日前碳排放质量报表中所述单能源私有链的日前能源消纳平衡数降序排序生成,所述私有链日前能源时段有限集合由步骤S3中各单能源私有链日前碳排放质量报表中所述单能源私有链的能源使用时段组成,所述私有链日前能源功率有限集合由步骤S3中各单能源私有链日前碳排放质量报表中所述私有链日前能源功率组成,所述私有链能源类型有限集合由步骤S3中各单能源私有链日前碳排放质量报表中所述能源类型组成;所述微网日前碳排放总量由微网碳排放质量报表智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据各单能源私有链日前碳排放质量报表中的私有链日前碳排放总量加和生成,所述微网日前碳排放质量由微网碳排放质量报表智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据各单能源私有链日前碳排放质量报表中的私有链日前碳排放质量加和生成。
进一步的,所述步骤S5中,各微网碳排放质量有序表通过Boss链上的碳排放质量智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S4中所述各微网日前碳排放质量报表中的微网日前碳排放质量数值绝对值进行降序排序,各微网区域协同碳排放质量任务清单通过碳排放质量智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据碳排放质量有序表生成各微网日中阶段碳排放总量以及碳排放质量,计算公式如下:
各微网的微网能源协同消纳任务清单通过Boss链上的能源协同消纳智能合约中心调度节点中的智能合约算法在正向有序队列与负向有序队列间基于微网间匹配系数进行微网匹配生成,所述正向有序队列由步骤S4微网日前碳排放质量报表中私有链能源消纳平衡数有限集合的所有正数依照所在微网的日中阶段碳排放质量降序排序,所述正向有序队列由步骤S4微网日前碳排放质量报表中私有链能源消纳平衡数有限集合的所有负数依照所在微网的日中阶段碳排放质量降序排序,所述微网间匹配系数的计算公式如下:
式中,,,,分别表示能源类型、时间、能源功率及空间位置的权重系数;式中能源类型、时间、能源功率及空间位置来自于步骤S4中微网日前碳排放质量报表中微网日前能源消纳特性,式中pos上标与neg上标分别表示匹配微网来自正向有序队列与负向有序队列;为能源转换能量损失函数,与分别表示时间匹配度与功率匹配度,表示微网间欧氏空间距离差值;为归一化函数。
进一步的,所述步骤S6中,还包括微网联盟链碳排放质量智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S5中制定的各微网区域协同碳排放质量任务清单计算各微网的碳排放质量任务紧急度,并根据所述碳排放质量任务紧急度生成清洁能源清单,计算流程依据步骤S4所述各微网能源碳排放质量有序队列从上至下执行,计算公式如下:
进一步的,所述步骤S12中,还包括根据步骤S11中更新的微网内碳排放质量有序队列实时更新步骤S6中判断的碳排放质量任务紧急度,并根据更新后的所述碳排放质量任务紧急度更新步骤S6中生成的清洁能源清单。
进一步的,所述步骤S10中,所述各私有链实时碳排放质量报表包括私有链实时能源消纳平衡数、私有链实时碳排放总量、私有链实时碳排放质量、私有链实时能源功率、实时能源时间标签和能源类型。
有益效果:本发明提供的一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,分为日前阶段与日中阶段;在日前阶段实现日前微网内数据采集、生成微网内数据报表、结合数据报表生成微网能源消纳平衡有序队列与清洁度有序队列、通过有序队列进行微网间协同匹配与任务制定、最后生成日前终端决策;在日中阶段实现微网内数据实时采集、实时生成微网内数据报表、结合实时微网内数据报表更新微网能源消纳平衡有序队列与清洁度有序队列、结合日前终端决策生成最终决策,供终端执行;本发明促进了微网清洁能源消纳与能源就近消纳,微网间能源协同互补,实现了多微网间的区域协同优化,从而有效提升了整体能源系统的碳排放质量。
附图说明
图1为本发明的主要步骤流程框图;
图2为本发明的能源所属阶段和类型分类表格;
图3为本发明步骤S8中生成日前终端决策的方法示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本申请中的技术方案,下面将结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
参照图1所示,本实施例提供了一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,包括以下步骤:
步骤S1:建立区块链能源系统网络架构模型,所述区块链能源系统网络架构模型链接多个微网,各微网中包含多个单能源私有链;
步骤S2:各单能源私有链上数据采集节点采集并统计步骤S1架构模型中各单能源私有链上节点上一过程日中阶段的实时碳排放质量信息,并汇总生成日前阶段碳排放质量信息;
步骤S3:私有链能源碳排放质量报表智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S2中统计的各单能源私有链上节点的日前阶段碳排放质量信息生成各单能源私有链日前碳排放质量报表;
步骤S4:微网有序队列智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S3中生成的各单能源私有链日前碳排放质量报表生成其所在微网中的能源消纳平衡有序队列和碳排放质量有序队列,微网碳排放质量报表智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S3中生成的各单能源私有链日前碳排放质量报表生成其所在微网的微网日前碳排放质量报表;
步骤S5:Boss链碳排放质量智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S4中生成的各微网日前碳排放质量报表生成微网碳排放质量有序表,并根据所述微网碳排放质量有序表制定各微网区域协同碳排放质量任务清单;Boss链能源协同消纳智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据所述各微网区域协同碳排放质量任务清单以及步骤S4中的各微网日前碳排放质量报表生成正向有序队列和负向有序队列,并依据微网间匹配系数在正负向有序队列间进行匹配生成各微网的微网能源协同消纳任务清单;
步骤S6:微网联盟链碳排放质量智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S5中制定的各微网区域协同碳排放质量任务清单以及步骤S4中生成的各微网碳排放质量有序队列生成各微网清洁能源清单;
步骤S7:微网联盟链能源协同消纳智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S5中制定的各微网间能源协同消纳任务清单以及步骤S4中生成的各微网能源消纳平衡有序队列制定各微网中的各单能源私有链日中执行清单;
步骤S8:各单能源私有链智能合约执行节点中的智能合约算法根据步骤S6中制定的各微网清洁能源清单与步骤S7中制定的各微网中单能源私有链日中执行清单生成日前终端决策;
步骤S9:各单能源私有链上数据采集节点采集多个微网日中阶段的实时碳排放质量数据,并发布实时碳排放质量信息;
步骤S10:私有链能源碳排放质量报表智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S9中发布的实时碳排放质量信息生成各私有链实时碳排放质量报表;
步骤S11:微网有序队列智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S10中生成的各私有链的私有链实时碳排放质量报表实时更新步骤S4中生成的微网内各能源消纳平衡有序队列与微网内碳排放质量有序队列;
步骤S12;微网联盟链碳排放质量智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S11中更新的微网内碳排放质量有序队列实时更新步骤S6中生成的清洁能源清单;
步骤S13:微网联盟链能源就近消纳智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S12中更新后的清洁能源清单与步骤S11中更新后的微网内各能源消纳平衡有序队列更新步骤S7中生成的各单能源私有链日中执行清单;
步骤S14:单能源私有链智能合约执行节点中的智能合约算法根据步骤S12中更新后的清洁能源清单与步骤S13中更新后的各单能源私有链日中执行清单,结合步骤S8中生成的日前终端决策生成最终决策,供终端执行。
具体来说:
在步骤S1中,建立能源系统的区块链架构网络模型,所述区块链架构网络模型链接多个微网,模型表述为,其中为Boss链跨链调度节点,表示Boss链碳排放质量智能合约中心调度节点,表示Boss链能源协同消纳智能合约中心调度节点,表示该条Boss链上的微网节点有限集;中单个微网节点表示为,为微网联盟链碳排放质量智能合约中心调度节点,为微网联盟链能源就近消纳智能合约中心调度节点,表示微网能源碳排放质量报表智能合约中心调度节点,表示微网有序队列智能合约中心调度节点,表示微网联盟链跨链调度节点,表示微网联盟链中参与的单能源私有链有限集;中一条单能源私有链表示为,为单能源私有链跨链调度节点,表示私有链能源碳排放质量报表智能合约中心调度节点,表示单能源私有链智能合约执行节点,表示单能源私有链数据采集节点有限集。所述区块链能源系统网络架构模型中,一个Boss链链接多个微网,各所述微网通过各自唯一的微网联盟链链接多个单能源私有链,各所述单能源私有链链接各“源网荷储”终端。其中,一个Boss链中,多个联盟链通过跨链机制链接上Boss链进行信息交互;一个联盟链中,多个单能源私有链通过跨链机制上联盟链进行信息交互。
多微网区域协同的碳排放质量优化方法包括日前阶段和日中阶段,其中,日前阶段包括步骤S2~步骤S8,日中阶段包括步骤S9~步骤S14。
在步骤S2中,单能源私有链数据采集节点有限集采集步骤S1中所述多个微网的上一过程日中阶段的实时碳排放质量信息,并汇总生成日前阶段碳排放质量信息,其中表示能源所属阶段;表示能源类型;表示能源总量;表示该过程碳排放总量;表示该能源时间标签,具体包含能源使用起始时间点与终止时间点。
参照图2所示,碳排放质量信息的能源所属阶段,根据下标对所属阶段进行分类,当表示信息所属源端,当表示信息所属网端,当表示信息所属荷端,当表示信息所属网端。碳排放质量信息的能源类型,根据下标进行能源分类,当表示传统一次能源如原油、煤与天然气等,当表示新型清洁一次能源如风能、光伏、水势、新型核能、潮汐、地热等,当表示传统二次能源如电能等,当表示新型二次能源如氢能等。
其中,二次能源是能源加工后转化为的另一种的能源形态,固不存在源端;新型一次能源与二次能源由于目前技术限制,部分未涉及网端、荷端与储端工作。
在步骤S3中,基于步骤S2收集的日前阶段碳排放质量信息,私有链-联盟链智能合约中心调度节点通过其上的智能合约算法整合并生成单能源私有链日前碳排放质量报表,其中为日前能源消纳平衡数;为日前碳排放总量;为日前碳排放质量;为日前能源使用功率;为日前能源时间标签,具体包含能源使用起始时间点与终止时间点;表示能源类型。
在步骤S4中,基于步骤S3生成的单能源私有链日前碳排放质量报表,由微网有序队列智能合约中心调度节点与微网能源碳排放质量报表智能合约中心调度节点通过跨链机制接收。其中微网有序队列智能合约中心调度节点依据中的日前能源消纳平衡数生成微网内各能源消纳平衡有序队列,依据中的日前碳排放总量与日前碳排放质量生成微网内碳排放质量有序队列,与参与日中阶段微网内能源消纳与提升碳排放质量的任务当中;微网能源碳排放质量报表智能合约中心调度节点依照其智能合约上的算法生成微网日前碳排放质量报表,其中为微网日前能源消纳特性;为微网日前碳排放总量;为微网日前碳排放质量;为微网的地址信息。
其中,各个微网内各能源消纳平衡有序队列,具体依序依照单能源私有链日前碳排放质量报表中的日前能源消纳平衡数值降序得到;当时表示全能源消纳总量有序队列,当时表示传统一次能源消纳总量有序队列,当时表示新型一次能源消纳总量有序队列,当时表示传统二次能源消纳总量有序队列,当时表示新型二次能源消纳总量有序队列。
其中,各个微网内碳排放质量有序队列,具体依据单能源私有链日前碳排放质量报表中日前碳排放质量数值降序获得,当时表示全能源碳排放质量有序队列,当时表示传统一次能源碳排放质量有序队列,当时表示新型一次能源碳排放质量有序队列,当时表示传统二次能源碳排放质量有序队列,当时表示新型二次能源碳排放质量有序队列。
微网日前碳排放质量报表中的微网日前能源消纳特性具体表现为:,所述微网日前能源消纳特性包含私有链日前能源消纳平衡数有限集合、私有链日前能源时段有限集合、私有链日前能源功率有限集合和私有链能源类型有限集合,分别记为、、和,所述各私有链能源消纳平衡数有限集合由步骤S3中各单能源私有链日前碳排放质量报表中所述单能源私有链的日前能源消纳平衡数降序排序生成,所述私有链日前能源时段有限集合由步骤S3中各单能源私有链日前碳排放质量报表中所述单能源私有链的能源使用时段组成,所述私有链日前能源功率有限集合由步骤S3中各单能源私有链日前碳排放质量报表中所述私有链日前能源功率组成,所述私有链能源类型有限集合由步骤S3中各单能源私有链日前碳排放质量报表中所述能源类型组成;所述微网日前碳排放总量由微网碳排放质量报表智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据各单能源私有链日前碳排放质量报表中的私有链日前碳排放总量加和生成,所述微网日前碳排放质量由微网碳排放质量报表智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据各单能源私有链日前碳排放质量报表中的私有链日前碳排放质量加和生成。
在步骤S5中,基于步骤S4中的微网日前碳排放质量报表,由Boss链碳排放质量智能合约中心调度节点与Boss链能源协同消纳智能合约中心调度节点进行处理;其中Boss链碳排放质量智能合约中心调度节点通过智能合约算法,对中的微网日前碳排放质量进行数据分析,生成各微网碳排放质量有序表,并依据该有序表制定各微网区域协同碳排放质量任务清单;Boss链能源协同消纳智能合约中心调度节点通过智能合约算法对中的微网日前能源消纳特性进行数据分析并生成微网能源消纳正、负向有序队列与,结合各微网区域协同碳排放质量任务清单,在正、负向有序队列与间使用匹配算法,制定微网间能源协同消纳任务清单。
碳排放质量优质的微网将在下一阶段分配更多的碳配额,碳排放质量较差的微网将在下一阶段分配更少的碳配额;通过以上调整,在不改变整体系统能源消纳需求的背景下,提升碳排放质量优质微网在能源网络中参与度,进而促进微网内部可再生清洁能源占比,提升整体能源系统的碳排放质量,降低总碳排放量,加速碳达峰与碳中和进程。
此外,碳排放质量较差微网会额外增加在下一阶段提升微网碳排放质量的任务,以此提高下一阶段整体能源系统中微网平均碳排放质量,进而提升整体能源系统的碳排放质量,降低总碳排放量,加速碳达峰与碳中和进程。
其中,通过各微网日前能源消纳特性中各微网的能源组成、消纳特性及能源消纳平衡情况建立所有联盟链微网间能源协同消纳任务清单;具体的,建立微网能源消纳正向有序队列,队列序列依照各微网日中阶段碳排放总量修订量递减排序;建立微网能源消纳负向有序队列,队列序列依照各微网日中阶段碳排放质量修订量递减排序;
其中微网间匹配过程,是由微网能源消纳正向有序队列与微网能源消纳负向有序队列分别次序提取优选供能方有限集与消纳方有限集,通过微网间的能源类型、时间、能源功率及距离等因素,计算微网间匹配系数,适配微网间优先构建协同关系并分发各个联盟链微网间能源协同消纳任务。微网间匹配系数计算公式如下:
式中,,,,分别表示能源类型、时间、能源功率及空间位置的权重系数;为能源转换能量损失函数,具体为通过最优转化方式从a类能源到b类能源的转化过程中的能量损失,以损失状态表示能源类型间的适配度;与分别表示时间匹配度与功率匹配度;表示微网间欧氏空间距离差值;为归一化函数。
匹配过程通过正负向有序队列控制,则碳排放质量优质且需求更紧急的节点更容易优先参与能源消纳过程,提升微网清洁能源消纳占比的同时,通过微网区域间协同互补来缓解微网内的高峰低谷等不健康能源消纳状况。
当任务紧急度为一级时,纳入微网清洁能源清单的私有链中不包含碳排放质量低于微网碳排放质量指最低阈值的私有链。
当任务紧急度为二级时,纳入微网清洁能源清单的私有链中不包含碳排放质量低于微网碳排放质量指标最低阈值67%的私有链。
当任务紧急度为三级时,纳入微网清洁能源清单的私有链中不包含碳排放质量低于微网碳排放质量指标最低阈值34%的私有链。
当任务紧急度为四级时,仅纳入高于微网碳排放质量指标的私有链。
通过碳排放质量任务紧急度分级策略,灵活应对不同程度的碳配额和碳排放质量任务,提高微网自身碳排放质量;在碳排放质量任务不繁重时,尽量满足需求消纳,在碳排放质量任务紧急时,提升微网内碳排放质量优质的节点工作占比,降低微网内碳排放质量较差的节点工作占比,进而更好应对紧急状态。
在步骤S7中,基于步骤S5的微网间能源协同消纳任务清单和步骤S4的微网日前能源消纳特性,制定各单能源私有链日中执行清单。即在步骤S7中,根据单能源私有链的日前阶段的信息和日中阶段采集的终端实时数据,制定日中阶段的单能源私有链决策,制定决策方法参照图3所示。
在步骤S8中,单能源私有链智能合约执行节点基于步骤S6的清洁能源清单与单能源私有链日中执行清单,生成日前终端决策,具体表现为:步骤S4中的能源消纳平衡有序队列将其微网下的各单能源私有链分为两类,表前半部分中的私有链表示其能源类型在微网中供过于求,表后半部分中的私有链表示其能源类型在微网中供不应求;步骤S6的清洁能源清单基于步骤S6中各微网的碳排放质量任务紧急度将其微网下的各单能源私有链分为两类,表前半部分中的私有链参与微网间协同消纳任务,表后半部分中的私有链不参与微网间协同消纳任务;
参照图3所示,当私有链能源类型处于供过于求状态且存在于清洁能源清单中:鼓励该类私有链上源网荷储节点积极参与微网间的协同调度任务,鼓励该类私有链提升产能,具体可增大源端产能和储端储能,允许私有链上源端产能多于荷端负荷;
当私有链能源类型处于供过于求状态且不存在于清洁能源清单中:考虑微网间的协同作用是否能填补微网内能源需求;若否,则在下一过程对微网间协同调度任务提出更高能源诉求;若是,则降低其能源产能,具体可以降低源端产能,同荷端适配;
在步骤S9中,在日中阶段中,单能源私有链上数据采集节点有限集收集多个微网的实时碳排放质量数据,并发布实时碳排放质量信息,其中表示能源生命周期阶段,表示源端,表示网端,表示荷端,表示储端;表示能量类型,表示传统一次能源,表示新型一次能源,表示传统二次能源,表示新型二次能源;表示能源量;表示该过程碳排放量;表示该能源时间标签,具体包含能源使用的起始时间点和终止时间点;单能源私有链上数据采集节点有限集以每15分钟更新的频率进行打包生成实时碳排放质量信息。
在步骤S10中,基于步骤S9的日中阶段采集的实时碳排放质量信息通过上的智能合约算法,以每15分钟更新的频率自动生成微网实时碳排放质量报表,其中为微网实时能源消纳特性;为微网实时碳排放总量为微网实时碳排放质量;为微网的地址信息。
在步骤S11中,基于步骤S10中生成的实时碳排放质量报表,实时更新微网内各能源消纳平衡有序队列与微网内碳排放质量有序队列。具体来说,基于日前阶段步骤S3中生成的单能源私有链日前碳排放质量报表,加入步骤S10中生成的实时碳排放质量报表,以日前阶段步骤S4中所述的方法生成实时的微网内各能源消纳平衡有序队列与微网内碳排放质量有序队列。
其中,日中阶段微网联盟链碳排放质量智能合约中心调度节点通过上传的私有链实时碳排放质量报表与实时更新的微网碳排放质量有序队列,以15分钟每次的频率更新微网碳排放质量任务紧急度与清洁能源清单,计算公式如下:
当任务紧急度为一级时,纳入微网清洁能源清单的私有链中不包含碳排放质量低于微网碳排放质量指最低阈值的私有链。
当任务紧急度为二级时,纳入微网清洁能源清单的私有链中不包含碳排放质量低于微网碳排放质量指标最低阈值67%的私有链。
当任务紧急度为三级时,纳入微网清洁能源清单的私有链中不包含碳排放质量低于微网碳排放质量指标最低阈值34%的私有链。
当任务紧急度为四级时,仅纳入高于微网碳排放质量指标的私有链。
通过碳排放质量任务紧急度分级策略,灵活应对不同程度的碳配额和碳排放质量任务,提高微网自身碳排放质量。在碳排放质量任务不繁重时,尽量满足需求消纳;在碳排放质量任务紧急时,提升微网内碳排放质量优质的节点工作占比,降低微网内碳排放质量较差的节点工作占比,进而更好应对紧急状态。
在步骤S14中,基于步骤S12中更新后的清洁能源清单与步骤S13更新后的单能源私有链日中执行清单,结合步骤S8的日前终端决策生成最终决策,供终端执行。从而优化协同微网间清洁能源的就近消纳,不断提升整体系统的碳排放质量。具体来说,基于日前阶段步骤S8中生成的日前终端决策,加入步骤S12中更新后的清洁能源清单与步骤S13更新后的单能源私有链日中执行清单,以日前阶段步骤S8生成日前终端决策的方法生成最终决策。
本实施例利用多条单能源私有链表示参与微网的可再生能源种类,单能源私有链上实现一类能源“源、网、荷、储”四端的信息交流;利用多条微网联盟链,其中系统内微网联盟链分为两种类型,一种微网联盟链负责链接微网内部多条私有链,一种微网联盟链为链接多个微网组成微网群;不同链间通过跨链操作,达成不同链间实现可再生能源“源、网、荷、储”之间的信息共享,以及单能源私有链内外部的交易流转。
本实施例提供的一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,分为日前阶段与日中阶段;在日前阶段实现日前微网内数据采集、生成微网内数据报表、结合数据报表生成微网能源消纳平衡有序队列与清洁度有序队列、通过有序队列进行微网间协同匹配与任务制定、最后生成日前终端决策;在日中阶段实现微网内数据实时采集、实时生成微网内数据报表、结合实时微网内数据报表更新微网能源消纳平衡有序队列与清洁度有序队列、结合日前终端决策生成最终决策,供终端执行;本实施例促进了微网清洁能源消纳与能源就近消纳,微网间能源协同互补,实现了多微网间的区域协同优化,从而有效提升了整体能源系统的碳排放质量。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干等同替代或明显变型,而且性能或用途相同,都应当视为属于本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤S1:建立区块链能源系统网络架构模型,所述区块链能源系统网络架构模型链接多个微网,各微网中包含多个单能源私有链;
步骤S2:各单能源私有链上采集并统计步骤S1架构模型中各单能源私有链上节点上一过程的日中阶段的实时碳排放质量信息,并汇总生成日前阶段碳排放质量信息;
步骤S3:根据步骤S2中统计的各单能源私有链上节点的日前阶段碳排放质量信息生成各单能源私有链日前碳排放质量报表;
步骤S4:根据步骤S3中生成的各单能源私有链日前碳排放质量报表生成其所在微网中的能源消纳平衡有序队列和碳排放质量有序队列和其所在微网的微网日前碳排放质量报表;
步骤S5:根据步骤S4中生成的各微网日前碳排放质量报表制定各微网区域协同碳排放质量任务清单;并结合步骤S4中的各微网日前碳排放质量报表生成各微网的微网能源协同消纳任务清单;
步骤S6:根据步骤S5中制定的各微网区域协同碳排放质量任务清单以及步骤S4中生成的各微网碳排放质量有序队列生成各微网清洁能源清单;
步骤S7:根据步骤S5中制定的各微网间能源协同消纳任务清单以及步骤S4中生成的各微网能源消纳平衡有序队列制定各微网中的各单能源私有链日中执行清单;
步骤S8:根据步骤S6中制定的各微网清洁能源清单与步骤S7中制定的各微网中单能源私有链日中执行清单生成日前终端决策;
步骤S9:采集各微网日中阶段的实时碳排放质量数据,并发布实时碳排放质量信息;
步骤S10:根据步骤S9中的实时碳排放质量信息生成各私有链实时碳排放质量报表;
步骤S11:根据步骤S10中生成的各私有链的私有链实时碳排放质量报表实时更新步骤S4中生成的微网内各能源消纳平衡有序队列与微网内碳排放质量有序队列;
步骤S12:根据步骤S11的微网内碳排放质量有序队列更新步骤S6的清洁能源清单;
步骤S13:根据步骤S12中更新后的清洁能源清单与步骤S11中更新后的微网内各能源消纳平衡有序队列更新步骤S7中生成的各单能源私有链日中执行清单;
步骤S14:根据步骤S12中更新后的清洁能源清单与步骤S13中更新后的各单能源私有链日中执行清单,结合步骤S8中生成的日前终端决策生成最终决策,供终端执行。
2.根据权利要求1所述的一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,其特征在于,所述步骤S1中,建立的区块链能源系统网络架构模型包括跨链调度节点、碳排放质量智能合约中心调度节点、能源协同消纳智能合约中心调度节点和Boss链上的微网节点有限集;Boss链上的微网节点有限集中的单个微网节点包括微网联盟链碳排放质量智能合约中心调度节点、微网联盟链能源就近消纳智能合约中心调度节点、微网能源碳排放质量报表智能合约中心调度节点、微网有序队列智能合约中心调度节点、微网联盟链跨链调度节点和单能源私有链有限集;单能源私有链有限集中的单能源私有链包括单能源私有链跨链调度节点、私有链能源碳排放质量报表智能合约中心调度节点、单能源私有链智能合约执行节点和单能源私有链数据采集节点有限集;所述区块链能源系统网络架构模型中,一个Boss链链接多个微网,各所述微网通过各自唯一的微网联盟链链接多个单能源私有链,各所述单能源私有链链接各“源网荷储”终端。
3.根据权利要求1所述的一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,其特征在于,所述步骤S2中,所述单能源私有链上的节点在日前阶段的碳排放质量信息包括能源所属阶段、能源类型、能源总量、过程碳排放总量和能源时间标签,记为,能源所属阶段根据下标对所属阶段进行分类,当表示信息所属源端,当表示信息所属网端,当表示信息所属荷端,当表示信息所属网端,所述能源类型,根据下标进行能源分类,当表示传统一次能源,包括原油、煤和天然气,当表示新型清洁一次能源,包括风能、光伏、水势、新型核能、潮汐和地热,当表示传统二次能源,包括电能,当表示新型二次能源,包括氢能,所述能源时间标签具体包括能源使用的起始时间点和能源使用的终止时间点。
4.根据权利要求3所述的一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,其特征在于,所述步骤S3中,所述单能源私有链日前碳排放质量报表记为,所述单能源私有链日前碳排放质量报表包括私有链日前能源消纳平衡数、私有链日前碳排放总量、私有链日前碳排放质量、私有链日前能源功率、日前能源时间标签和能源类型,分别记为、、、、和,计算公式为:
式中为单能源私有链上端节点总数,为阶段标准能源转换函数,为阶段碳排放折标函数,表示能源总量,式中来自步骤S2中采集的各单能源私有链上节点在日前阶段碳排放质量信息,表示能源类型,式中来自步骤S2中采集的各单能源私有链上节点在日前阶段碳排放质量信息,
5.根据权利要求4所述的一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,其特征在于,所述步骤S4中,所述消纳平衡有序队列由所述微网有序队列智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据各单能源私有链碳排放质量报表中所述私有链中的日前能源消纳平衡数值降序得到,记为,当时表示全能源消纳总量有序队列,当时表示传统一次能源消纳总量有序队列,当时表示新型一次能源消纳总量有序队列,当时表示传统二次能源消纳总量有序队列,当时表示新型二次能源消纳总量有序队列,所述碳排放质量有序队列由所述微网有序队列智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据各单能源私有链碳排放质量报表中该所述私有链中的日前碳排放质量降序得到,记为,当时表示全能源碳排放质量有序队列,当时表示传统一次能源碳排放质量有序队列,当时表示新型一次能源碳排放质量有序队列,当时表示传统二次能源碳排放质量有序队列,当时表示新型二次能源碳排放质量有序队列。
6.根据权利要求4所述的一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,其特征在于,所述步骤S4中,所述微网日前碳排放质量报表记为,所述微网日前碳排放质量报表包括微网日前能源消纳特性、微网日前碳排放总量、微网日前碳排放质量和微网地址,分别表示为、、和,所述微网日前能源消纳特性记为,所述微网日前能源消纳特性包含私有链日前能源消纳平衡数有限集合、私有链日前能源时段有限集合、私有链日前能源功率有限集合和私有链能源类型有限集合,分别记为、、和,所述各私有链能源消纳平衡数有限集合由步骤S3中各单能源私有链日前碳排放质量报表中所述单能源私有链的日前能源消纳平衡数降序排序生成,所述私有链日前能源时段有限集合由步骤S3中各单能源私有链日前碳排放质量报表中所述单能源私有链的能源使用时段组成,所述私有链日前能源功率有限集合由步骤S3中各单能源私有链日前碳排放质量报表中所述私有链日前能源功率组成,所述私有链能源类型有限集合由步骤S3中各单能源私有链日前碳排放质量报表中所述能源类型组成;所述微网日前碳排放总量由微网碳排放质量报表智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据各单能源私有链日前碳排放质量报表中的私有链日前碳排放总量加和生成,所述微网日前碳排放质量由微网碳排放质量报表智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据各单能源私有链日前碳排放质量报表中的私有链日前碳排放质量加和生成。
7.根据权利要求6所述的一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,其特征在于,所述步骤S5中,各微网碳排放质量有序表通过Boss链上的碳排放质量智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S4中所述各微网日前碳排放质量报表中的微网日前碳排放质量数值绝对值进行降序排序,各微网区域协同碳排放质量任务清单通过碳排放质量智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据碳排放质量有序表生成各微网日中阶段碳排放总量以及碳排放质量,计算公式如下:
各微网的微网能源协同消纳任务清单通过Boss链上的能源协同消纳智能合约中心调度节点中的智能合约算法在正向有序队列与负向有序队列间基于微网间匹配系数进行微网匹配生成,所述正向有序队列由步骤S4微网日前碳排放质量报表中私有链能源消纳平衡数有限集合的所有正数依照所在微网的日中阶段碳排放质量降序排序,所述正向有序队列由步骤S4微网日前碳排放质量报表中私有链能源消纳平衡数有限集合的所有负数依照所在微网的日中阶段碳排放质量降序排序,所述微网间匹配系数的计算公式如下:
8.根据权利要求1中所述的一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,其特征在于,所述步骤S6中,还包括微网联盟链碳排放质量智能合约中心调度节点中的智能合约算法根据步骤S5中制定的各微网区域协同碳排放质量任务清单计算各微网的碳排放质量任务紧急度,并根据所述碳排放质量任务紧急度生成清洁能源清单,计算流程依据步骤S4所述各微网能源碳排放质量有序队列从上至下执行,计算公式如下:
9.根据权利要求8中所述一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,其特征在于,所述步骤S12中,还包括根据步骤S11中更新的微网内碳排放质量有序队列实时更新步骤S6中判断的碳排放质量任务紧急度,并根据更新后的所述碳排放质量任务紧急度更新步骤S6中生成的清洁能源清单。
10.根据权利要求1所述的一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,其特征在于,所述步骤S10中,所述各私有链实时碳排放质量报表包括私有链实时能源消纳平衡数、私有链实时碳排放总量、私有链实时碳排放质量、私有链实时能源功率、实时能源时间标签和能源类型。
11.根据权利要求1所述的一种多微网区域协同的碳排放质量优化方法,其特征在于,所述架构模型中各单能源私有链与微网联盟链之间通过各单能源私有链跨链调度节点与微网联盟链跨链调度节点间的跨链机制连接;各微网联盟链与Boss链之间通过各微网联盟链跨链调度节点与Boss链上的跨链调度节点间的跨链机制连接。
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- 2022-12-20 CN CN202211638037.8A patent/CN115619053B/zh active Active
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