一种多微电网间电能分配方法与流程

本发明属于区块链技术在电力电量分配中的应用，具体涉及了一种多微电网间电能分配方法。

背景技术：

智能合约非常适用于对信任、安全和持久性要求较高的应用场景。随着电力市场化的发展以及大量区域微电网的出现，售电侧改革允许分布式电源用户或是微电网系统可以独立参与电力电量分配，在未来微电网用户作为一个独立主体越来越多地参与到电力市场电量分配中，同时一个配电区域中往往会有多个微电网用户的存在，微电网用户既可以选择与配电网进行电量分配，也可以选择与其他微电网用户进行电量分配。为了克服当前电能电量分配中依靠调度中心进行集中调度的方式所表现出的不灵活、滞后、电量分配成本高、缺乏信任以及安全的问题，我们尝试把区块链技术应用在多微电网间的能量电量分配中。

技术实现要素：

本发明的目的是通过设计一种部分去中心化的电能电量分配机制，在电能分配中加入控制模型，实现各个微电网之间以及微电网与配电网间的电能分配及交换，保证供需平衡，提高微电网的收益，并将分配系数进行记录。

具体地，本发明提供一种多微电网间电能分配方法，其包括以下步骤：

s1、发起方发布分配方案，满足额度细分约束的前提下对电量进行分配，分配发起方可以同时发布多个分配方案，每个分配方案在发布时需要发起方输入相关参数,所述相关参数包括分配发起方地址、分配电量以及燃料限制数；

s2、合作者调用分配方案，在满足相关约束下自由申报用电量以及报价，并可以多次加密回应；

b＝k(v,f,s)；

式中：b为密封报价；k是加密函数；v是真实报价；f是表示报价真伪的布尔量；s是用来加密的密钥；

s3、对分配方案进行校验，在这个环节需要合作者输入真实用电量以及真实报价用来验证之前所报用电量和报价的真伪，具体步骤为：合作者在调用合约时需要再次输入三个量，分别为真实的用电量及报价、表示真伪的布尔量和密钥，验证用电量是否符合要求；

s4、生成电量分配模型，在电量分配时间段内，以单个电能富余微电网发起方，其目标是该微电网发布的所有电量分配完成后总收益最大，电量分配模型可表示为：

式中，xi为合作者i向发起方购买电量的报价；ci为合作者i向发起方购买的电量；a为发起方向配电网售电的单位电量价格；gi,price和gi,amount分别是发起方在与合作者i电量分配中需要向以太坊支付的燃料价格和数量；n是购电者的数目；y为电量分配结束后发起方仍存在的偏差电量。

优选地，步骤s4中，合作者i向发起方购买电量的报价不得高于发起方向微电网买电的价格，并且不得低于发起方向微电网卖电价格,其数学模型表示为：

a＜ci＜b；

式中，b为发起方向配电网买电的价格，a为向配电网卖电的价格。

优选地，n个电量分配合作者的报价在[a,b]之间呈现均匀分布且独立，则合作者报价的概率密度为：

在k次拍卖中，合作者i比合作者j报价高的概率为：

合作者i若想竞拍成功，必须高于其他所有(n-k)的合作者的报价，竞拍成功的概率为：

合作者i的收益函数为：

令可以得到在k次竞拍中第i个合作者的最优报价是：

优选地，每次电量分配消耗的燃料数量需要满足最大燃料消耗限制数量，

gi,amount≤gi,limit；

式中，gi,limit是发起方在与合作者i电量分配中以太坊最大消耗燃料限制量。

优选地，为了实现电能的供需平衡，售电微电网在与其他微电网的实际电量分配总电量与配电网电量分配电量之和应与总偏差电量相等，表示为：

式中，p为发起方总的偏差电量；

实际的交付电量必须满足传输线的潮流约束：

ci≤pαβ；

式中pαβ为α节点和β节点之间线路的传输容量裕度。

优选地，电量分配结束后，微电网计算供需的偏差量，如果存在富余电量，则首先通过微电网内部储能系统自动响应来消除偏差，对于储能无法调节的功率差额则与配电网进行电量分配，维持微电网功率平衡，具体方式为：

微电网富余电能时，发起方的收益rsell可表示为：

式中，mi.max为购买最多电能的储能用户；

对于缺电微电网，发起方的支出rbuy可表示为：

在储能自动需求响应执行过程中，若合约双方中有一方在合约规定的预期离网时间之前离网，则需要收取一定的违约费用，再完成储能租用费用的转移。合理的违约费用d应该与电能交易费用有关：

d＝μr；

式中，μ为常数。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明在电能分配中加入控制模型，实现各个微电网之间以及微电网与配电网间的电能分配及交换，保证供需平衡，提高微电网的收益，并将分配系数进行记录。

附图说明

附图1是应用区块链技术的多微电网间及微电网与配电网电能电量分配示意图；

附图2是多微电网间及微电网与配电网电能电量分配流程图；

附图3是购电拍卖的市场均衡点；

附图4是售电拍卖的市场均衡点。

具体实施方式

以下将参考附图详细说明本发明的示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

具体地，本发明提供一种多微电网间电能分配方法，其包括以下步骤：

s1、发起方发布分配方案，满足额度细分约束的前提下对电量进行分配，分配发起方可以同时发布多个分配方案，每个分配方案在发布时需要发起方输入相关参数：分配发起方地址、分配电量以及燃料限制数；

s2、合作者调用分配方案，在满足相关约束下自由申报用电量以及报价并可以多次加密回应；

b＝k(v,f,s)；

式中：b为密封报价；k是kecaak256加密函数；v是真实报价；f是表示报价真伪的布尔量；s是用来加密的密钥；

s3、对分配方案进行校验，在这个环节需要合作者输入真实用电量以及真实报价用来验证之前所报用电量和报价的真伪，具体步骤为：合作者在调用合约时需要再次输入三个量，分别为真实的用电量及报价、表示真伪的布尔量和密钥，验证用电量是否符合要求；

s4、生成电量分配模型，在电量分配时间段内，以单个电能富余微电网发起方，其目标是该微电网发布的所有电量分配完成后总收益最大，电量分配模型可表示为：

式中，xi为合作者i向发起方购买电量的报价；ci为合作者i向发起方购买的电量；a为发起方向配电网售电的单位电量价格；gi,price和gi,amount分别是发起方在与合作者i电量分配中需要向以太坊支付的燃料价格和数量；n是购电者的数目；y为电量分配结束后发起方仍存在的偏差电量。

优选地，步骤s4中，合作者i向发起方购买电量的报价不得高于发起方向微电网买电的价格，并且不得低于发起方向微电网卖电价格,其数学模型表示为：

a＜ci＜b；

式中，b为发起方向配电网买电的价格，a为向配电网卖电的价格。

优选地，n个电量分配合作者的报价在[a,b]之间呈现均匀分布且独立，则合作者报价的概率密度为：

在k次拍卖中，合作者i比合作者j报价高的概率为：

合作者i若想竞拍成功，必须高于其他所有(n-k)的合作者的报价，竞拍成功的概率为：

合作者i的收益函数为：

令可以得到在k次竞拍中第i个合作者的最优报价是：

优选地，每次电量分配消耗的燃料数量需要满足最大燃料消耗限制数量，

gi,amount≤gi,limit；

式中，gi,limit是发起方在与合作者i电量分配中以太坊最大消耗燃料限制量。

优选地，为了实现电能的供需平衡，售电微电网在与其他微电网的实际电量分配总电量与配电网电量分配电量之和应与总偏差电量相等，表示为：

式中，p为发起方总的偏差电量；

实际的交付电量必须满足传输线的潮流约束：

ci≤pαβ；

式中，pαβ为α节点和β节点之间线路的传输容量裕度。

优选地，电量分配结束后，微电网计算供需的偏差量，如果存在富余电量，则首先通过微电网内部储能系统自动响应来消除偏差，对于储能无法调节的功率差额则与配电网进行电量分配，维持微电网功率平衡。

微电网富余电能时，发起方的收益rsell可表示为：

式中，mi.max为购买最多电能的储能用户；

对于缺电微电网，发起方的支出rbuy可表示为：

合理的违约费用d应该与电能电量分配费用有关：

d＝μr；

式中，μ为常数。

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述：

如图1所示，本发明所提出微电网之间以及微电网与配电网电量分配的基本过程是，首先在一个p2p网络中，各个微电网都是网络上允许授权的节点，可以进行点对点的直接能源电量分配，利用以太坊设计的智能合约来发布电量分配，各个微电网参与方调用合约，参与竞价，得到电量分配结果后通过智能合约来结算，电量分配结束如果还存在能量缺额，则由配电网进行补充，与配电网的电量分配结算也是通过智能合约来完成。在此过程中电量分配的信息都需要网络中各个节点通过pow共识机制来验证，成功验证后记录在区块链中，其中生成区块的奖励和电量分配的手续费奖励则由最先完成验证的节点获得，电量分配网络的示意图如图1表示。

整个能量电量分配系统包含物理层和信息层，物理层里主要进行能量流的传输和监测。信息层主要进行电量分配信息的发布、电量分配的处理和电量分配的结算，其中电量分配的自动化执行和结算都是通过智能合约来完成的，电量分配的所有完整信息均记录在联盟链这个分布式的账本上。

下面结合附图2对本发明中电量分配方法做更进一步解释。

步骤1：电量分配发布电量份额的细分。电量分配发起方在发布电能电量分配合约前，如果对需要发布的购电或是售电电量电量分配份额进行合理的细分，发布多个合约，将有利于电量分配的达成，从而提高经济效益。但对于电量分配的p2p网络来说，过多的电量分配数据的产生会引起网络的堵塞，每个电量分配的验证会占用矿工的cpu、内存与硬盘空间，所以规定每一笔电量分配的进行都需要消耗一定数量的燃料(gas)，所以每个电量分配的发布都需要设置最高消耗燃料限制数(gaslimit)和单位燃料的价格(gasprice)，gaslimit×gasprice就是电量分配发送者愿意为执行电量分配支付费用的最大值。因此电量分配电量份额的细分有以下两个约束条件：

1.网络中的gas限制。电量分配发起方发布电量分配所消耗的总的gas价格不得超过微电网向配电网售电价格。

2.电量分配的参与方的利益的考量。对于电量分配的参与方来说，每一次合约的调用和执行都需要支付费用，如果电量分配的电量过小可能对参与方的利益造成损失，甚至会导致电量分配的失败，所以电量分配前需要由管理部门规定一个最小电量分配电量。

步骤2：按照电量分配电量的细分，电量分配发布方可以发布多个合约。每个合约在发布时需要电量分配发起方输入相关参数：电量分配发起方的地址、电量分配电量、燃料限制数、竞价时间、揭示时间、押金和最低(最高)价格。

步骤3：投标者调用合约多次加密混合报价。在购电电量分配中，由于用电侧不报价，且负荷固定，根据发电商(即卖电方)的报价高低确定电量分配量。因此，对于发电侧的电力电量分配，可以采用卖方叫价拍卖的方式组织电量分配。卖方叫价拍卖中，只有卖方出价，买方的总购买量固定，即总需求曲线没有价格弹性。拍卖的目标是追求购买价格最低。所以，拍卖的成交点为供给曲线与需求曲线的交点，根据此交点确定mcp，如如图3所示。在mcp(市场出清价)之下的卖方都可以成交。在售电电量分配中，发电商(即卖电方)的总发电能力固定，且不报价，而用电者报价，根据报价高低确定购买量，那么，发电侧的电力电量分配可以采用买方叫价拍卖的方式组织。买方叫价拍卖中，只有买方出价，卖方的总出售量固定，即总供给曲线没有价格弹性。拍卖目标是追求出售的价格最高。与卖方叫价拍卖相同，买方叫价拍卖的成交点也是总供给曲线与总需求曲线的交点，根据此交点确定mcp，图3所示。在mcp之上的买方都可成交。为了实现密封报价，竞价者可以多次提交真假混合的报价，达到迷惑竞争对手的目的。具体的操作方法是：竞价者在调用合约时需要输入三个量，分别是报价的数额、表示真伪的布尔量和密钥，在合约中会通过程序自动把这三个输入量取哈希值作为密封报价，同时竞价者在报价的同时需要向合约转入大于其报价数额的代币，作为押金。

步骤4：揭示报价和校验过程。在这个环节需要竞价者输入真实报价用来验证之前报价的真伪，具体操作方法是：竞价者在调用合约时需要输入三个量，分别为真实的报价数额、表示真伪的布尔量和密钥。在合约中会自动通过程序把输入的三个量取哈希值，与竞价期间生成的哈希值作比较，如果一致则校验竞价者转入合约的押金是否充足，然后继续执行比价函数，最后如果满足规定的价格限制条件即可更新成交价格。

步骤5：在电量分配结算期间，没有中标的竞价者可以执行退款操作，合约会自动把中标者多交的金额返还，同时把最终成交的金额转账给电量分配发起者。多个电量分配结束后，微电网再次计算供需的偏差量，如果存在偏差，则需要与配电网进行电量分配从而补偿缺额，保持其功率平衡。

最后应说明的是：以上所述的各实施例仅用于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：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或全部技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，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范围。