CN117273242A - 一种基于区块链的虚拟电厂管理系统及方法 - Google Patents

一种基于区块链的虚拟电厂管理系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于区块链的虚拟电厂管理系统其方法，涉及虚拟电厂领域，其中，该系统主要包括三个模块。首先，基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块，其能够根据工业园区的电力需求和可用资源，实时调整电力供应和需求。其次，基于区块链的数据协同模块，其用于在虚拟电厂的各个参与者之间建立安全、透明的数据共享和交易环境，数据共享和交易环境的状态信息将提供给可视化管理模块用于展示。最后，可视化管理模块，用于提供用户友好的界面，使用户可以方便地查看和管理虚拟电厂的运行状态和电力交易情况，以实时展示虚拟电厂的运行状态和电力交易情况。这种系统能够有效地管理虚拟电厂，提高电力供应的效率和透明度。

Description

一种基于区块链的虚拟电厂管理系统及方法
技术领域
本发明涉及虚拟电厂领域，尤其涉及一种基于区块链的虚拟电厂管理系统及方法。
背景技术
在现代电力系统中，虚拟电厂是一种新型的电力系统管理模式，它将分布式电源、储能设备、电动汽车等多种电力资源通过信息网络进行集成，形成一个具有一定规模和功能的电力系统，可以向电网提供电力和相关服务。然而，由于虚拟电厂涉及的电力资源种类多、数量大、分布广，其运行管理面临着巨大的挑战。
传统的虚拟电厂管理系统主要依赖于中心化的管理模式，这种模式虽然可以实现对电力资源的集中管理，但在处理大规模、分布式的电力资源时，往往会面临效率低下、数据透明度差、难以实现实时响应等问题。此外，由于电力交易信息主要通过中心服务器进行传递，一旦中心服务器出现故障，就可能导致整个系统的运行受到影响。
近年来，区块链技术以其去中心化、数据透明、不可篡改等特性，在金融、供应链、物联网等领域得到了广泛的应用。然而，如何将区块链技术应用到虚拟电厂的管理中，以解决传统管理模式存在的问题，是当前亟待解决的问题。
发明内容
本申请提供一种基于区块链的虚拟电厂管理系统及方法，以提高电力供应的效率和透明度。
本申请提供一种基于区块链的虚拟电厂管理系统，该系统包括：基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块，用于根据工业园区的电力需求和可用资源，实时调整电力供应和需求；基于区块链的数据协同模块，用于基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块的输出在虚拟电厂的各个参与者之间建立数据共享和交易环境；所述的可视化管理模块，用于提供用户界面，基于所述基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块和基于区块链的数据协同模块的输出，在所述用户界面实时展示虚拟电厂的运行状态和电力交易情况 。更进一步地，所述基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括：感知层，用于面向数据源进行数据采集，所述感知层包括设备子层和监控子层，所述设备子层通过无线网络与智能设备连接，监控子层通过监测装置对所述智能设备进行实时的监测，所述设备子层和所述监控子层通过标准化的协议进行通信，实时生成需求响应和灵活资源数据；边缘层，用于面向事件进行数据整合，所述边缘层基于以P2P为通信的区块链网络和以智能合约为驱动的事件处理器，依据不同事件整合利用从所述感知层流入的数据，通过对事件工作流进行分析，构建基于事件驱动的需求快速响应和资源优化配置方法；云端层，用于进行数据处理，构建针对多方协商场景的调控中心和基于数据驱动的计算中心。
更进一步地，所述基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括：需求预测子模块，用于通过边缘端的一系列智能设备的日前数据构建最新的需求预测模型，通过所述需求预测模型的预测结果与发电商进行实时报价计算出清结果，最后将出清结果实时性地发布到市场主体；资源聚合子模块，用于协调虚拟电厂多聚合商主体与外部市场；分布式资源子模块，用于协调边缘侧灵活资源主体与园区运营商。
更进一步地，所述基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括：第一需求预测子模块，用于采集、分析及统计所有可用设备资源的规格参数，对各种灵活资源分门别类并进行可视化建模，从而建立起各灵活资源的线性关联函数和/或非线性关联函数，提取灵活资源关键指标，最后根据所述工业园区过去参与电网需求响应的时段和容量，建立所述工业园区对应的以时间、空间和能量为基础的不同场景下的需求响应模型；第一资源聚合子模块，用于确定参与灵活资源优化配置的聚合商数量以及每个聚合商的在参与分布式交易过程中各灵活资源的响应时长、响应容量、响应速率及优先级，协调不同机组、分布式电源和其他用电设备的发电功率和/或用电功率，与所述工业园区连接的设备进行协同运行并优化容量；第一分布式资源子模块，用于进行灵活资源优化求解，得到每个资源的聚合分配归属和响应时段安排，最后根据日内实际运行情况确定电网侧实际响应需求，按照优先级依次调用需求场景下的各聚合商，直至满足用户需求。
更进一步地，所述基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括优化模型，所述优化模型包括决策变量、目标函数和约束条件，其中：所述决策变量至少包括聚合商的响应时段及聚合商资源分配归属，设为、，其中，是值为0-1之间的状态变量，表示灵活资源m的开始响应时段和在所述开始响应时段的聚合分配归属，当灵活资源m在第t时段开始响应同时被分配到聚合商a，则使，否则；是值为0-1之间的状态变量，表示灵活资源m的目前响应时段和在所述目前响应时段的聚合分配归属，当灵活资源m在第t时段已响应同时被分配到聚合商a，则使，否则，其中，，，，其中，M为灵活资源的集合，T为需求响应时段的集合，A为聚合商的集合；目标函数为聚合商对目前需求响应成本的最小值，设为，其中，为聚合商a占聚合商聚合体的权重；为灵活资源m的需求响应内消纳单位容量的成本，为灵活资源m在目前需求响应下的容量；
约束条件包括（1）对灵活资源m开始响应时段与目前响应时段进行限制，设为；（2）对资源的聚合分配和被调度次数做出限制，设为；（3）保证资源响应持续时间，设为，其中，为灵活资源m的最大可持续时间；（4）保证具有前后耦合关系的灵活资源进行关联；（5）对聚合商响应容量进行限制，设为，其中，为聚合商各灵活资源聚合后整体所需要的响应容量，为灵活资源m对应的及时响应的可信因子；（6）对聚合商灵活资源聚合整体所需要的响应速率和恢复速率进行限制，设为，其中，、分别为灵活资源m的响应速率和恢复速率；、分别为聚合商a的整体响应速率和恢复速率要求。
更进一步地，所述基于区块链的数据协同模块进一步包括：通信网络构建子模块，用于基于区块链点对点机制构建各聚合商和边缘侧用户的通信网络，并通过证书机制指定用户身份权限；交易处理子模块，用于对灵活资源进行结构化数据处理，在链下实现对灵活资源的交易，并将交易过程指定为相关凭证上传到区块链；智能合约子模块，用于将基于事件驱动的灵活资源配置机制写入智能合约，其中，所述智能合约还至少提供查询、灵活资源追溯和违约事件惩罚及被违约事件补偿功能。
更进一步地，所述可视化管理模块进一步包括：业务层子模块，用于在面向事件的业务层中，将基于区块链和智能合约构建核心事务处理器，实现以智能合约为驱动的事件处理方法；API Service层子模块，用于在面向用户的API Service层中，为不同用户提供交互界面，包括权限控制、事件注册及服务发现功能，还用于针对用户偏好数据进行可视化处理。
本申请提供一种基于区块链的虚拟电厂管理方法，应用于上述的一种基于区块链的虚拟电厂管理系统，包括以下步骤：S1、根据工业园区的电力需求和可用资源，实时调整电力供应和需求；S2、在步骤S1的基础上，在虚拟电厂的各个参与者之间建立数据共享和交易环境；S3、在步骤S2的基础上，提供用户界面，在所述用户界面实时展示虚拟电厂的运行状态和电力交易情况。
更进一步地，步骤S2进一步包括：对灵活资源进行结构化数据处理，在链下实现对灵活资源的交易，并将交易过程指定为相关凭证上传到区块链。
更进一步地，步骤S1进一步包括：确定不同电网需求场景对应的聚合商及灵活资源后，执行各需求场景下的灵活资源优化配置，所述灵活资源优化配置的数学模型包括决策变量、目标函数和约束条件，其中：所述决策变量至少包括聚合商的响应时段及聚合商资源分配归属，设为、，其中，是值为0-1之间的状态变量，表示灵活资源m的开始响应时段和在所述开始响应时段的聚合分配归属，当灵活资源m在第t时段开始响应同时被分配到聚合商a，则使，否则；是值为0-1之间的状态变量，表示灵活资源m的目前响应时段和在所述目前响应时段的聚合分配归属，当灵活资源m在第t时段已响应同时被分配到聚合商a，则使，否则，其中，，，，其中，M为灵活资源的集合，T为需求响应时段的集合，A为聚合商的集合；
所述目标函数为单位聚合商对目前需求响应成本的最小值，设为，其中，为聚合商a占聚合商聚合体的权重；为灵活资源m的需求响应内消纳单位容量的成本，为灵活资源m在目前需求响应下的容量。
本申请的有益技术效果主要体现在以下几个方面：
（1）能够根据工业园区的电力需求和可用资源，实时调整电力供应和需求，以满足工业园区的电力需求和优化资源配置。这种实时调整的能力，使得电力供应能够更好地满足电力需求，从而提高了电力使用的效率。
（2）利用区块链技术，在虚拟电厂的各个参与者之间建立了一个安全、透明的数据共享和交易环境。这种环境使得电力需求响应能够快速地交付，从而提高了电力交易的效率。
（3）提供了一个用户友好的界面，使得用户可以方便地查看和管理虚拟电厂的运行状态和电力交易情况。这种界面使得用户能够更好地理解和控制电力交易，从而提高了用户的满意度。
附图说明
图1是本申请第一实施例提供的一种基于区块链的虚拟电厂管理系统的示意图。
图2是本申请第二实施例提供的一种基于区块链的虚拟电厂管理方法的流程图。
具体实施方式
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。
本申请第一实施例提供一种基于区块链的虚拟电厂管理系统。请参看图1，该图为本申请第一实施例的示意图。以下结合图1对本申请第一实施例提供一种基于区块链的虚拟电厂管理系统进行详细说明。系统包括基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模101，基于区块链的数据协同模块102和可视化管理模块103。
基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块101是本虚拟电厂管理系统的核心组成部分。该模块的主要功能是根据工业园区的电力需求和可用资源，实时调整电力供应和需求，以满足工业园区的电力需求和优化资源配置。
首先，该模块会收集工业园区的电力需求信息，这些信息可能来自于各种源，例如工业园区内部的电力消费设备、电力市场的价格信息、天气预报等。这些信息会被用来预测工业园区在未来一段时间内的电力需求。
其次，该模块会收集工业园区内可用资源的信息，这些资源可能包括分布式电源、储能设备、电动汽车等。这些信息会被用来评估工业园区在未来一段时间内的电力供应能力。
然后，该模块会根据收集到的需求信息和资源信息，实时调整电力供应和需求。这个过程可能包括启动或关闭某些电源、调整电源的输出功率、调度储能设备的充放电等。这个过程的目标是满足工业园区的电力需求，同时优化资源配置，例如减少电力成本、减少碳排放等。
最后，该模块会输出一些数据，这些数据可能包括当前的电力供应和需求、预计的未来电力供应和需求、当前的资源配置等。这些数据会被用来驱动其他模块的工作，例如基于区块链的数据协同模块可能会使用这些数据来建立数据共享和交易环境，可视化管理模块可能会使用这些数据来展示虚拟电厂的运行状态和电力交易情况。
总的来说，基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块101是一个复杂的系统，它需要处理大量的数据，执行复杂的算法，以实现对虚拟电厂的实时管理。
基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括：
感知层，用于面向数据源的采集，该层包括设备子层和监控子层，设备子层通过无线网络与智能设备连接的设备资源管理层，监控子层通过监测装置对具体的指标进行实时的监测，该层通过标准化的协议进行有效通信，实时生成需求响应和灵活资源数据；
边缘层，用于面向事件的数据整合，该层基于以P2P为通信的区块链网络和以智能合约为驱动的事件处理器，依据不同事件整合利用从感知层流入的数据，通过对事件工作流的分析，构建基于事件驱动的需求快速响应和资源优化配置方法；
云端层，用于面向灵活和拓展的数据处理，该层不仅可以进一步优化虚拟电厂的设备资源管理和事件服务管理系统，还能作为大规模的数据处理中心，构建针对多方协商场景的调控中心和基于数据驱动的计算中心。
基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括感知层、边缘层和云端层，这三层共同构成了一个“端-边-云”数据协同框架，用于优化各方在需求响应中的协调工作，解决各方在实现业务时遇到的问题。
感知层是面向数据源的采集层，包括设备子层和监控子层。设备子层通过无线网络如蓝牙、WiFi等与智能设备连接，形成设备资源管理层。监控子层通过传感器、摄像头等监测装置对智能设备的具体的指标进行实时的监测。这两个子层通过标准化的协议进行有效通信，实时生成需求响应和灵活资源数据，以支持工业园区虚拟电网智能网关对事件的有效控制。
边缘层是面向事件的数据整合层。该层基于以P2P为通信的区块链网络和以智能合约为驱动的事件处理器，依据不同事件整合利用从感知层流入的数据。通过对事件工作流的分析，构建基于事件驱动的需求快速响应和资源优化配置方法，以实现对虚拟电厂的实时管理。
假设在一个工业园区的虚拟电厂中，各个智能设备（如风力发电机、太阳能电池板等）都配备有传感器，这些传感器可以实时监测设备的运行状态和电力产出，并将这些数据发送到边缘层。在边缘层，基于区块链的P2P通信网络将这些数据进行整合，形成一个完整的设备运行和电力产出的实时画像。同时，智能合约驱动的事件处理器会根据这些数据，以及预设的事件工作流（例如，当风力发电机的电力产出低于某一阈值时，启动备用电源等），实现需求的快速响应和资源的优化配置。这样，虚拟电厂可以实现对设备的实时管理，提高电力供应的效率和稳定性。
云端层是面向灵活和拓展的数据处理中心。该层不仅可以进一步优化虚拟电厂的设备资源管理和事件服务管理系统，还能作为大规模的数据处理中心，构建针对多方协商场景的调控中心和基于数据驱动的计算中心。这样，云端层可以提供强大的数据处理能力，支持大规模的数据分析和决策。
在虚拟电厂的运行过程中，会产生大量的数据，包括设备的运行数据、电力需求和供应数据、交易数据等。这些数据需要进行深度分析和处理，以支持虚拟电厂的决策制定和优化。这就需要云端层的强大数据处理能力。在云端层，可以构建一个数据处理中心，对收集到的大量数据进行深度分析，例如，通过机器学习和人工智能技术，预测未来的电力需求和供应情况，优化设备的运行策略等。同时，云端层还可以构建一个调控中心，针对多方协商场景，例如，当多个虚拟电厂需要协同工作时，调控中心可以协调各个虚拟电厂的电力供应和需求，以实现最优的资源配置。这样，云端层可以提供强大的数据处理能力，支持大规模的数据分析和决策，提高虚拟电厂的运行效率和效益。
总的来说，这个“端-边-云”数据协同框架通过感知层的实时数据采集，边缘层的事件驱动的数据整合，以及云端层的灵活和拓展的数据处理，实现了虚拟电厂的需求快速响应和资源优化配置。
基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括需求预测子模块、资源聚合子模块和分布式资源子模块。
需求预测子模块用于在工业园区微网电力交易场景下，虚拟电厂作为整体，以价格接受者身份参与外部能源市场交易。在此交易模式下，虚拟电厂在电力现货市场中接受以预出清机制为基础的交易。需求预测子模块通过边缘端一系列智能设备的日前数据构建最新的需求预测模型，通过该预测结果与发电商进行实时报价计算出清结果，最后将出清结果实时性地发布到市场主体。
假设一个工业园区内有一个虚拟电厂，该虚拟电厂由多个能源生产设备（如风力发电机、太阳能电池板、燃气发电机等）和能源消费设备（如工厂设备、办公设备等）组成。这些设备都配备有智能传感器，可以实时监测设备的运行状态和电力需求或产出。
在一个典型的工作日中，需求预测子模块首先会收集前一天的数据，包括各设备的电力需求或产出、工业园区的总电力需求、电力市场的价格等。然后，需求预测子模块会根据这些数据，利用机器学习和人工智能技术，构建一个需求预测模型。这个模型可以预测接下来一天内，工业园区的电力需求和各设备的电力需求或产出。
然后，虚拟电厂会以价格接受者的身份，参与电力现货市场的交易。在电力现货市场中，虚拟电厂会根据需求预测模型的预测结果，以及电力市场的价格，与发电商进行实时报价。例如，如果预测模型预测接下来一小时内，工业园区的电力需求会增加，而电力市场的价格较低，那么虚拟电厂可能会选择购买更多的电力。
最后，虚拟电厂会将出清结果实时发布到市场主体，包括发电商、电力市场运营商、工业园区的管理者等。这样，市场主体可以根据出清结果，了解虚拟电厂的电力需求和供应情况，以及电力市场的价格，从而做出相应的决策。
通过这种方式，需求预测子模块可以帮助虚拟电厂实现电力需求的快速响应，优化资源配置，降低电力成本，提高电力供应的稳定性和效率。
资源聚合子模块用于协调虚拟电厂多聚合商主体与外部市场。在虚拟电厂的结构中，资源聚合子模块按照交易主体的容量规模和市场代理形式将虚拟电厂自上而下划分为资源聚合层。资源聚合子模块负责协调虚拟电厂多聚合商主体与外部市场的交互，以保障稳定的能源供应。
假设一个虚拟电厂由多个能源生产设备（如风力发电机、太阳能电池板、燃气发电机等）和能源消费设备（如工厂设备、办公设备等）组成。这些设备可能由不同的聚合商（如设备制造商、能源供应商等）拥有和运营。在虚拟电厂的结构中，资源聚合子模块将虚拟电厂自上而下划分为资源聚合层。
在资源聚合层中，资源聚合子模块会根据交易主体的容量规模和市场代理形式，将各设备分配给不同的聚合商。例如，大容量的设备（如大型风力发电机）可能会被分配给大型的聚合商，而小容量的设备（如小型太阳能电池板）可能会被分配给小型的聚合商。同时，资源聚合子模块还会考虑市场代理形式，例如，某些设备可能需要通过特定的市场代理进行交易。
然后，资源聚合子模块会协调虚拟电厂多聚合商主体与外部市场的交互。例如，资源聚合子模块可能会协调聚合商与电力市场的交易，包括电力的购买和销售，以保障稳定的能源供应。同时，资源聚合子模块还可能会协调聚合商与设备制造商的交互，包括设备的购买和维护，以保障设备的正常运行。
通过这种方式，资源聚合子模块可以帮助虚拟电厂实现资源的有效聚合，优化资源配置，降低交易成本，提高能源供应的稳定性和效率。
分布式资源子模块用于协调边缘侧小容量灵活资源主体与园区运营商。在虚拟电厂的结构中，分布式资源子模块负责协调边缘侧小容量灵活资源主体与园区运营商的交互。消费者发出需求响应事务，向电力聚合商提供电力需求数据，然后聚合商向消费者收集电力需求数据，并与电网运营商进行合作，以保障稳定的能源供应。对于聚合商来说，需要根据供需方的需求信息，达成合作协议，尽可能地使供应商的电力交付时间能够满足消费者的需求。消费者发送需求响应事务后，根据设定的电力需求响应协议，通过调整用电时间、使用节能设备等削减用电峰值，实现响应需求侧的调节。
基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括第一需求预测子模块、第一资源聚合子模块和第一分布式资源子模块。
第一需求预测子模块用于在工业园区虚拟电厂的调控下完成对各种需求响应和资源配置事务的管理。该子模块采集、分析、统计其实际拥有的所有可用设备资源的规格参数，对各种灵活资源分门别类精准定义并进行可视化建模，从而建立起各灵活资源的线性关联函数和/或非线性关联函数，提取灵活资源关键指标。最后根据该工业园区过去参与电网需求响应的时段和容量，建立工业园区以时间、空间和能量为基础的不同场景下的需求响应模型。
假设一个工业园区虚拟电厂，它拥有各种类型的设备资源，包括风力发电机、太阳能电池板、燃气发电机、电池储能设备、工厂设备等。这些设备资源具有不同的规格参数，例如，风力发电机的最大输出功率、太阳能电池板的最大光电转换效率、燃气发电机的最大燃气消耗率等。
在这种情况下，第一需求预测子模块首先会采集这些设备资源的规格参数。这可能通过设备的物联网接口，或者通过与设备制造商的数据库接口进行数据交换来实现。
然后，第一需求预测子模块会对这些规格参数进行分析和统计。例如，它可能会计算出各种类型的设备资源的平均规格参数，或者找出规格参数的最大值和最小值。这些统计结果可以帮助虚拟电厂更好地理解其设备资源的性能特性。
接下来，第一需求预测子模块会对各种灵活资源进行分类和定义。例如，它可能会将风力发电机和太阳能电池板定义为可再生能源资源，将燃气发电机定义为传统能源资源，将电池储能设备定义为储能资源，将工厂设备定义为负荷资源。然后，它会为每一类灵活资源建立一个可视化模型，以便于用户理解和操作。
此外，第一需求预测子模块还会建立各灵活资源的关联函数。例如，它可能会建立一个函数，表示风力发电机的输出功率与风速的关系，或者表示太阳能电池板的输出功率与太阳辐射强度的关系。这些关联函数可以帮助虚拟电厂预测设备资源的输出能力。
最后，第一需求预测子模块会根据工业园区过去参与电网需求响应的时段和容量，建立工业园区的需求响应模型。例如，它可能会建立一个模型，表示在早上、中午和晚上的电力需求与时间的关系，或者表示在工作日和周末的电力需求与日期的关系。这些需求响应模型可以帮助虚拟电厂预测工业园区的电力需求，从而更好地调整设备资源的配置和运行。
第一资源聚合子模块用于确定参与灵活资源优化配置的聚合商数量以及每个聚合商的在参与分布式交易过程中各灵活资源的响应时长、响应容量、响应速率、优先级等参数。该子模块正确协调不同机组、分布式电源和其他用电设备的发电、用电功率，精准调节与园区微区连接的设备进行协同运行并优化容量。
假设一个工业园区虚拟电厂，它有三个聚合商A、B和C，每个聚合商都有各自的设备资源，包括风力发电机、太阳能电池板、燃气发电机、电池储能设备、工厂设备等。
在这种情况下，第一资源聚合子模块首先会确定参与灵活资源优化配置的聚合商数量。这可能通过分析工业园区的电力需求、设备资源的规格参数、电力市场的交易规则等因素来实现。
然后，第一资源聚合子模块会为每个聚合商确定各灵活资源的响应时长、响应容量、响应速率、优先级等参数。例如，它可能会根据风力发电机的最大输出功率、太阳能电池板的最大光电转换效率、燃气发电机的最大燃气消耗率等规格参数，以及工业园区的电力需求、电力市场的交易规则等因素，来确定风力发电机、太阳能电池板、燃气发电机的响应时长、响应容量、响应速率。同时，它还会根据这些因素来确定各灵活资源的优先级，例如，可能会优先使用风力发电机和太阳能电池板，因为它们是可再生能源，然后再使用燃气发电机。
接下来，第一资源聚合子模块会协调不同机组、分布式电源和其他用电设备的发电、用电功率。例如，它可能会根据工业园区的电力需求和电力市场的交易规则，来调整风力发电机、太阳能电池板、燃气发电机的发电功率，以及工厂设备的用电功率。这样，可以确保虚拟电厂的电力供应和需求始终保持平衡。
最后，第一资源聚合子模块会精准调节与园区微区连接的设备进行协同运行并优化容量。例如，它可能会根据工业园区的电力需求和电力市场的交易规则，以及风力发电机、太阳能电池板、燃气发电机的发电功率，来调整电池储能设备的充电和放电功率，以优化虚拟电厂的总容量。这样，可以确保虚拟电厂始终能够满足工业园区的电力需求，同时也能够优化设备资源的配置和运行。
第一分布式资源子模块用于进行灵活资源优化求解，得到每个资源的聚合分配归属和响应时段安排。最后根据日内实际运行情况确定电网侧实际响应需求，按照优先级依次调用需求场景下的各聚合商，直至满足用户需求。在这个过程中，虚拟电厂在日前针对上述构建的需求响应，在调频、调峰、调压、备用、阻塞消除等辅助服务的帮助下，进行灵活资源优化求解，以满足用户需求。
假设有一个虚拟电厂，它包括三个聚合商A、B和C，每个聚合商都有各自的设备资源，包括风力发电机、太阳能电池板、燃气发电机、电池储能设备、工厂设备等。工业园区的电力需求随时间变化，需要在不同的时间段满足不同的电力需求。
在这种情况下，第一分布式资源子模块首先会进行灵活资源优化求解。这可能包括使用优化算法（例如线性规划、非线性规划、动态规划等）来确定每个资源的聚合分配归属和响应时段安排。例如，它可能会确定在早上8点到10点，聚合商A的风力发电机和聚合商B的太阳能电池板应该被分配给满足工业园区的电力需求，而在晚上6点到8点，聚合商C的燃气发电机和聚合商A的电池储能设备应该被分配给满足工业园区的电力需求。
接下来，第一分布式资源子模块会根据日内实际运行情况确定电网侧实际响应需求。例如，如果在早上8点到10点，工业园区的电力需求比预期的要大，那么它可能会调整聚合商A的风力发电机和聚合商B的太阳能电池板的发电功率，以满足工业园区的实际电力需求。
然后，第一分布式资源子模块会按照优先级依次调用需求场景下的各聚合商，直至满足用户需求。例如，它可能会首先调用聚合商A的风力发电机和聚合商B的太阳能电池板，如果这些设备资源还不能满足工业园区的电力需求，那么它可能会继续调用聚合商C的燃气发电机和聚合商A的电池储能设备。
最后，第一分布式资源子模块会在日前针对上述构建的需求响应，在调频、调峰、调压、备用、阻塞消除等辅助服务的帮助下，进行灵活资源优化求解，以满足用户需求。例如，它可能会使用调频服务来调整设备资源的发电频率，使用调峰服务来调整设备资源的发电功率，使用调压服务来调整设备资源的发电电压，使用备用服务来备用设备资源，使用阻塞消除服务来消除电网的阻塞，从而优化灵活资源的配置和运行，以满足工业园区的电力需求。
基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括优化模型，该优化模型包括决策变量、目标函数和约束条件。
决策变量至少包括聚合商的响应时段及聚合商资源分配归属，设为、，其中，是值为0-1之间的状态变量，表示灵活资源m的开始响应时段和在所述开始响应时段的聚合分配归属，当灵活资源m在第t时段开始响应同时被分配到聚合商a，则使，否则；是值为0-1之间的状态变量，表示灵活资源m的目前响应时段和在所述目前响应时段的聚合分配归属，当灵活资源m在第t时段已响应同时被分配到聚合商a，则使，否则，其中，，，，其中，M为灵活资源的集合，T为需求响应时段的集合，A为聚合商的集合。
目标函数为聚合商对目前需求响应成本的最小值，设为，其中，为聚合商a占聚合商聚合体的权重；为灵活资源m的需求响应内消纳单位容量的成本，为灵活资源m在目前需求响应下的容量；
约束条件包括（1）对灵活资源m开始响应时段与目前响应时段进行限制，设为；（2）对资源的聚合分配和被调度次数做出限制，设为；（3）保证资源响应持续时间，设为，其中，为灵活资源m的最大可持续时间；（4）保证具有前后耦合关系的灵活资源进行关联；（5）对聚合商响应容量进行限制，设为，其中，为聚合商各灵活资源聚合后整体所需要的响应容量，为灵活资源m对应的及时响应的可信因子；（6）对聚合商灵活资源聚合整体所需要的响应速率和恢复速率进行限制，设为，其中，、分别为灵活资源m的响应速率和恢复速率；、分别为聚合商a的整体响应速率和恢复速率要求。
基于区块链的数据协同模块进一步包括需求响应事务处理子模块和合作协议达成子模块。
需求响应事务处理子模块的主要职责是处理消费者发出的需求响应事务。这个过程首先涉及到消费者向电力聚合商提供电力需求数据。这些数据可能包括消费者的电力使用历史、预期的电力需求、电力使用的时间段等。然后，聚合商会收集这些电力需求数据，并根据这些数据与电网运营商进行合作。这种合作可能包括调整电力供应计划、优化电力分配策略等，以确保能源供应的稳定性。这个子模块的目标是通过有效的数据处理和协调，满足消费者的电力需求，同时保持电网的稳定运行。
合作协议达成子模块的主要职责是根据供需方的需求信息，达成合作协议。这个过程涉及到分析供需方的需求信息，包括消费者的电力需求、电力供应商的供电能力等，然后根据这些信息，制定出一个合作协议。这个协议可能包括电力供应的时间、电力供应的数量、电力价格等内容。这个子模块的目标是通过合作协议，尽可能地使供应商的电力交付时间能够满足消费者的需求，从而实现电力市场的高效运行。
可视化管理模块进一步包括响应需求侧调节子模块，其功能是在消费者发送需求响应事务后，根据设定的电力需求响应协议，通过调整用电时间、使用节能设备等削减用电峰值，实现响应需求侧的调节。这个过程首先涉及到消费者发送需求响应事务，这个事务可能包括消费者的电力需求、期望的电力使用时间等信息。然后，根据设定的电力需求响应协议，这个子模块会调整用电时间、使用节能设备等策略，以削减用电峰值。例如，它可能会推荐消费者在电力需求较低的时段使用电力，或者推荐消费者使用节能设备，以减少电力消耗。这个子模块的目标是通过有效的需求侧管理，实现电力系统的平衡和稳定，同时满足消费者的电力需求。
基于区块链的数据协同模块进一步包括以下三个子模块：通信网络构建子模块，交易处理子模块以及智能合约子模块。
首先，通信网络构建子模块的主要任务是基于区块链的点对点机制，构建起各聚合商和边缘侧用户的通信网络。这个网络的构建过程中，每个参与者都会被分配一个独特的身份，这个身份通过证书机制进行指定和验证。证书机制是一种安全协议，它可以确保网络中的每个参与者都是可信的，从而防止恶意用户的入侵。在这个网络中，每个参与者都可以直接与其他任何参与者进行通信，无需通过中心节点，这就是所谓的点对点机制。这种机制可以大大提高通信的效率，同时也增强了网络的鲁棒性，即使部分节点出现故障，也不会影响整个网络的运行。
其次，交易处理子模块主要负责对灵活资源进行结构化数据处理，并在链下实现对灵活资源的交易。这个过程中，所有的交易信息都会被记录下来，并作为相关凭证上传到区块链上。由于区块链的特性，一旦数据被写入，就几乎无法被篡改，这就确保了交易的透明性和可追溯性。无论是聚合商还是边缘侧用户，都可以通过查看区块链上的数据，了解到每一笔交易的详细信息，包括交易的时间、交易的双方、交易的内容等。
最后，智能合约子模块则是将基于事件驱动的灵活资源配置机制写入智能合约中。智能合约是一种自动执行的程序，它可以在满足特定条件时自动执行预定的操作。在这个模块中，智能合约不仅用于实现灵活资源的配置，还提供了查询、灵活资源追溯以及违约事件惩罚和被违约事件补偿等功能。这些功能都可以通过智能合约自动完成，无需人工干预，大大提高了效率。同时，由于智能合约的执行结果也会被写入区块链，因此，所有的操作都是透明的，可以被任何人查看，这也增强了系统的公信力。
可视化管理模块进一步包括：
业务层子模块，用于在面向事件的业务层中，将基于区块链和智能合约构建核心事务处理器，实现以智能合约为驱动的事件处理方法；
API Service层子模块，用于在面向用户的API Service层中，为不同用户提供交互界面，包括权限控制、事件注册、服务发现等基础功能，由于该层与面向事件的业务层解耦，可以针对用户偏好数据进行更精确的可视化处理。
业务层子模块的主要职责是在面向事件的业务层中，利用基于区块链和智能合约构建核心事务处理器，实现以智能合约为驱动的事件处理方法。这个过程首先涉及到基于区块链和智能合约构建核心事务处理器。区块链提供了一个分布式、去中心化的数据存储和处理平台，可以确保数据的安全性和一致性。智能合约则是一种自动执行的程序，可以在区块链上编写和执行，用于处理各种复杂的业务逻辑。通过将这两者结合，业务层子模块可以实现以智能合约为驱动的事件处理方法。这种方法可以自动处理各种业务事件，如交易确认、数据更新等，大大提高了业务处理的效率和准确性。
API Service层子模块的主要职责是在面向用户的API Service层中，为不同用户提供交互界面。这个交互界面包括权限控制、事件注册、服务发现等基础功能。权限控制功能可以确保只有具有相应权限的用户才能访问和操作特定的数据和服务。事件注册功能可以让用户注册感兴趣的事件，当这些事件发生时，系统会自动通知用户。服务发现功能可以帮助用户发现和使用系统中提供的各种服务。由于API Service层子模块与面向事件的业务层解耦，它可以根据用户的偏好数据进行更精确的可视化处理。例如，它可以根据用户的使用习惯和偏好，提供个性化的界面布局和功能设置，从而提高用户的使用体验。
在上述的实施例中，提供了一种基于区块链的虚拟电厂管理系统，与之相对应的，本申请还提供一种基于区块链的虚拟电厂管理方法。请参看图2，其为本申请的一种基于区块链的虚拟电厂管理方法实施例的流程图。由于本实施例，即第二实施例，基本相似于系统实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见系统实施例的部分说明即可。
本申请第二实施例提供一种基于区块链的虚拟电厂管理方法，包括如下步骤：
S201：根据工业园区的电力需求和可用资源，实时调整电力供应和需求，以满足工业园区的电力需求和优化资源配置。
根据工业园区的电力需求和可用资源，实时调整电力供应和需求。这个步骤的目的是满足工业园区的电力需求和优化资源配置。具体来说，这涉及到对电力供应和需求的实时监控，以及对电力供应和需求的预测和调整。这包括根据实际电力需求和可用资源的变化，动态调整电力供应计划，以及根据电力市场的价格变化，动态调整电力购买和销售策略。
步骤S201进一步包括：确定不同电网需求场景对应的聚合商、灵活资源等相关参数后，执行各需求场景下的灵活资源优化配置，该灵活资源优化配置的数学模型包括决策变量、目标函数和约束条件，其中：
决策变量至少包括聚合商的响应时段及聚合商资源分配归属，设为、，其中，是值为0-1之间的状态变量，表示灵活资源m的开始响应时段和在所述开始响应时段的聚合分配归属，当灵活资源m在第t时段开始响应同时被分配到聚合商a，则使，否则；是值为0-1之间的状态变量，表示灵活资源m的目前响应时段和在所述目前响应时段的聚合分配归属，当灵活资源m在第t时段已响应同时被分配到聚合商a，则使，否则，其中，，，，其中，M为灵活资源的集合，T为需求响应时段的集合，A为聚合商的集合；
目标函数为聚合商对目前需求响应成本的最小值，设为，其中，为聚合商a占聚合商聚合体的权重；为灵活资源m的需求响应内消纳单位容量的成本，为灵活资源m在目前需求响应下的容量；
约束条件包括（1）对灵活资源m开始响应时段与目前响应时段进行限制，设为；（2）对资源的聚合分配和被调度次数做出限制，设为；（3）保证资源响应持续时间，设为，其中，为灵活资源m的最大可持续时间；（4）保证具有前后耦合关系的灵活资源进行关联；（5）对聚合商响应容量进行限制，设为，其中，为聚合商各灵活资源聚合后整体所需要的响应容量，为灵活资源m对应的及时响应的可信因子；（6）对聚合商灵活资源聚合整体所需要的响应速率和恢复速率进行限制，设为，其中，、分别为灵活资源m的响应速率和恢复速率；、分别为聚合商a的整体响应速率和恢复速率要求。
S202：在步骤S201的基础上，利用实时调整的结果，通过区块链技术建立在虚拟电厂的各个参与者之间的安全、透明的数据共享和交易环境，以实现电力需求响应的快速交付。
这个步骤的目的是实现电力需求响应的快速交付。具体来说，这可能涉及到使用区块链技术来记录和验证所有的电力交易，以确保交易的安全性和透明性。这可能包括使用智能合约来自动执行电力交易，以及使用区块链的分布式账本来记录所有的电力交易，以便所有的参与者都可以查看和验证交易记录。
步骤S202进一步包括：对灵活资源进行结构化数据处理，在链下实现对灵活资源的交易，并将交易过程指定为相关凭证上传到区块链，利用区块链几乎不可篡改的特点实现交易透明可追溯。
首先，对灵活资源进行结构化数据处理。这个过程涉及到收集和整理灵活资源的各种信息，包括但不限于资源的类型、规模、位置、状态、价格、供应和需求情况等。这些信息可能来自于各种不同的来源，包括但不限于资源的所有者、使用者、管理者、以及各种传感器和监控设备等。这些信息可能以各种不同的格式和结构存在，因此需要进行统一和标准化的处理，以便于进行有效的管理和交易。
接下来，在链下实现对灵活资源的交易。这个过程可能涉及到根据灵活资源的信息和市场的需求，制定和执行交易的策略和规则。这可能包括但不限于资源的匹配、定价、分配、调度、结算等。这些交易可能涉及到多个不同的参与者，包括但不限于资源的供应者、需求者、中介者、以及各种服务提供者等。这些交易可能涉及到各种不同的合同和协议，包括但不限于购销合同、租赁合同、服务合同、以及各种公私合作协议等。
然后，将交易过程指定为相关凭证上传到区块链。这个过程可能涉及到将交易的各种信息和证据，包括但不限于交易的参与者、对象、时间、地点、价格、条件、结果等，编码和加密为一种特殊的数据结构，称为区块链的交易。这些交易可能被组织和链接成一种特殊的数据结构，称为区块链。这些交易可能被验证和确认为一种特殊的数据结构，称为区块链的区块。这些区块可能被复制和分发到一种特殊的网络，称为区块链的网络。
最后，利用区块链的特性实现交易的透明性和可追溯性。这个过程可能涉及到利用区块链的公开性、分布性、持久性、安全性、智能性等特性，实现交易的公开、共享、存储、保护、自动化等功能。这可能包括但不限于查看交易的历史和状态、验证交易的真实和合法、追踪交易的来源和去向、解决交易的争议和纠纷、以及优化交易的效率和效果等。
S203：在步骤S202的基础上，提供用户友好的界面，使用户可以方便地查看和管理虚拟电厂的运行状态和电力交易情况。
这个步骤的目的是提高用户的使用体验和管理效率。具体来说，这可能涉及到开发和提供一个用户友好的界面，以便用户可以方便地查看虚拟电厂的运行状态，包括电力供应和需求的实时情况、电力交易的实时情况、以及电力设备的运行状态等。此外，这个界面还可能提供各种管理功能，以便用户可以方便地管理虚拟电厂，包括调整电力供应和需求计划、管理电力交易、以及管理电力设备等。
本申请虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本申请，任何本领域技术人员在不脱离本申请的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本申请的保护范围应当以本申请权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种基于区块链的虚拟电厂管理系统，其特征在于，包括：
基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块，用于根据工业园区的电力需求和可用资源，实时调整电力供应和需求；
基于区块链的数据协同模块，用于基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块的输出在虚拟电厂的各个参与者之间建立数据共享和交易环境；
可视化管理模块，用于提供用户界面，基于所述基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块和基于区块链的数据协同模块的输出，在所述用户界面实时展示虚拟电厂的运行状态和电力交易情况。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂管理系统，其特征在于，所述基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括：
感知层，用于面向数据源进行数据采集，所述感知层包括设备子层和监控子层，所述设备子层通过无线网络与智能设备连接，监控子层通过监测装置对所述智能设备进行实时的监测，所述设备子层和所述监控子层通过标准化的协议进行通信，实时生成需求响应和灵活资源数据；
边缘层，用于面向事件进行数据整合，所述边缘层基于以P2P为通信的区块链网络和以智能合约为驱动的事件处理器，依据不同事件整合利用从所述感知层流入的数据，通过对事件工作流进行分析，构建基于事件驱动的需求快速响应和资源优化配置方法；
云端层，用于进行数据处理，构建针对多方协商场景的调控中心和基于数据驱动的计算中心。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂管理系统，其特征在于，所述基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括：
需求预测子模块，用于通过边缘端的一系列智能设备的日前数据构建最新的需求预测模型，通过所述需求预测模型的预测结果与发电商进行实时报价计算出清结果，最后将出清结果实时性地发布到市场主体；
资源聚合子模块，用于协调虚拟电厂多聚合商主体与外部市场；
分布式资源子模块，用于协调边缘侧灵活资源主体与园区运营商。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂管理系统，其特征在于，所述基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括：
第一需求预测子模块，用于采集、分析及统计所有可用设备资源的规格参数，对各种灵活资源分门别类并进行可视化建模，从而建立起各灵活资源的线性关联函数和/或非线性关联函数，提取灵活资源关键指标，最后根据所述工业园区过去参与电网需求响应的时段和容量，建立所述工业园区对应的以时间、空间和能量为基础的不同场景下的需求响应模型；
第一资源聚合子模块，用于确定参与灵活资源优化配置的聚合商数量以及每个聚合商的在参与分布式交易过程中各灵活资源的响应时长、响应容量、响应速率及优先级，协调不同机组、分布式电源和其他用电设备的发电功率和/或用电功率，与所述工业园区连接的设备进行协同运行并优化容量；
第一分布式资源子模块，用于进行灵活资源优化求解，得到每个资源的聚合分配归属和响应时段安排，最后根据日内实际运行情况确定电网侧实际响应需求，按照优先级依次调用需求场景下的各聚合商，直至满足用户需求。
5.根据权利要求4所述的一种基于区块链的虚拟电厂管理系统，其特征在于，所述基于事件驱动的需求快速响应及灵活资源优化配置模块进一步包括优化模型，所述优化模型包括决策变量、目标函数和约束条件，其中：
所述决策变量至少包括聚合商的响应时段及聚合商资源分配归属，设为、，其中，是值为0-1之间的状态变量，表示灵活资源m的开始响应时段和在所述开始响应时段的聚合分配归属，当灵活资源m在第t时段开始响应同时被分配到聚合商a，则使，否则；是值为0-1之间的状态变量，表示灵活资源m的目前响应时段和在所述目前响应时段的聚合分配归属，当灵活资源m在第t时段已响应同时被分配到聚合商a，则使，否则，其中，，，，其中，M为灵活资源的集合，T为需求响应时段的集合，A为聚合商的集合；
目标函数为聚合商对目前需求响应成本的最小值，设为，其中，为聚合商a占聚合商聚合体的权重；为灵活资源m的需求响应内消纳单位容量的成本，为灵活资源m在目前需求响应下的容量；
约束条件包括（1）对灵活资源m开始响应时段与目前响应时段进行限制，设为；（2）对资源的聚合分配和被调度次数做出限制，设为；（3）保证资源响应持续时间，设为，其中，为灵活资源m的最大可持续时间；（4）保证具有前后耦合关系的灵活资源进行关联；（5）对聚合商响应容量进行限制，设为，其中，为聚合商各灵活资源聚合后整体所需要的响应容量，为灵活资源m对应的及时响应的可信因子；（6）对聚合商灵活资源聚合整体所需要的响应速率和恢复速率进行限制，设为，其中，、分别为灵活资源m的响应速率和恢复速率；、分别为聚合商a的整体响应速率和恢复速率要求。
6.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂管理系统，其特征在于，所述基于区块链的数据协同模块进一步包括：
通信网络构建子模块，用于基于区块链点对点机制构建各聚合商和边缘侧用户的通信网络，并通过证书机制指定用户身份权限；
交易处理子模块，用于对灵活资源进行结构化数据处理，在链下实现对灵活资源的交易，并将交易过程指定为相关凭证上传到区块链；
智能合约子模块，用于将基于事件驱动的灵活资源配置机制写入智能合约，其中，所述智能合约还至少提供查询、灵活资源追溯和违约事件惩罚及被违约事件补偿功能。
7.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂管理系统，其特征在于，所述可视化管理模块进一步包括：
业务层子模块，用于在面向事件的业务层中，将基于区块链和智能合约构建核心事务处理器，实现以智能合约为驱动的事件处理方法；
API Service层子模块，用于在面向用户的API Service层中，为不同用户提供交互界面，包括权限控制、事件注册及服务发现功能，还用于针对用户偏好数据进行可视化处理。
8.一种基于区块链的虚拟电厂管理方法，应用于如权利要求1-7中任意一项所述的一种基于区块链的虚拟电厂管理系统，其特征在于，包括以下步骤：
S1、根据工业园区的电力需求和可用资源，实时调整电力供应和需求；
S2、在步骤S1的基础上，在虚拟电厂的各个参与者之间建立数据共享和交易环境；
S3、在步骤S2的基础上，提供用户界面，在所述用户界面实时展示虚拟电厂的运行状态和电力交易情况。
9.根据权利要求8所述的一种基于区块链的虚拟电厂管理方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：对灵活资源进行结构化数据处理，在链下实现对灵活资源的交易，并将交易过程指定为相关凭证上传到区块链。
10.根据权利要求8所述的一种基于区块链的虚拟电厂管理方法，其特征在于，步骤S1进一步包括：确定不同电网需求场景对应的聚合商及灵活资源后，执行各需求场景下的灵活资源优化配置，所述灵活资源优化配置的数学模型包括决策变量、目标函数和约束条件，其中：
所述决策变量至少包括聚合商的响应时段及聚合商资源分配归属，设为、，其中，是值为0-1之间的状态变量，表示灵活资源m的开始响应时段和在所述开始响应时段的聚合分配归属，当灵活资源m在第t时段开始响应同时被分配到聚合商a，则使，否则；是值为0-1之间的状态变量，表示灵活资源m的目前响应时段和在所述目前响应时段的聚合分配归属，当灵活资源m在第t时段已响应同时被分配到聚合商a，则使，否则，其中，，，，其中，M为灵活资源的集合，T为需求响应时段的集合，A为聚合商的集合；
所述目标函数为单位聚合商对目前需求响应成本的最小值，设为，其中，为聚合商a占聚合商聚合体的权重；为灵活资源m的需求响应内消纳单位容量的成本，为灵活资源m在目前需求响应下的容量；
所述约束条件包括（1）对灵活资源m开始响应时段与目前响应时段进行限制，设为；（2）对资源的聚合分配和被调度次数做出限制，设为；（3）保证资源响应持续时间，设为，其中，为灵活资源m的最大可持续时间；（4）保证具有前后耦合关系的灵活资源进行关联；（5）对聚合商响应容量进行限制，设为，其中，为聚合商各灵活资源聚合后整体所需要的响应容量，为灵活资源m对应的及时响应的可信因子；（6）对聚合商灵活资源聚合整体所需要的响应速率和恢复速率进行限制，设为，其中，、分别为灵活资源m的响应速率和恢复速率；、分别为聚合商a的整体响应速率和恢复速率要求。
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