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隨著大規模(mo)可再生能(neng)(neng)源(yuan)、電動汽車、儲能(neng)(neng)裝置(zhi)及柔性負荷的(de)快速發展，分布式能(neng)(neng)源(yuan)符合中國電力市場的(de)發展需(xu)求與方向，逐(zhu)漸成為主要的(de)發電能(neng)(neng)源(yuan)。

1.研究背景

傳統電力市場主(zhu)體(ti)之間進行交(jiao)(jiao)(jiao)易(yi)(yi)(yi)時，多(duo)采用(yong)集(ji)中(zhong)(zhong)式(shi)(shi)模(mo)式(shi)(shi)：發電商與用(yong)戶將數據(ju)上傳至中(zhong)(zhong)央(yang)處(chu)理系統，通過集(ji)中(zhong)(zhong)撮合或者優化等方(fang)法匹配發用(yong)電雙(shuang)方(fang)。但隨著類型(xing)多(duo)、數量廣(guang)的(de)分布(bu)式(shi)(shi)能源的(de)興(xing)起(qi)，交(jiao)(jiao)(jiao)易(yi)(yi)(yi)數量、規模(mo)以及(ji)信(xin)息數據(ju)隨之增加，集(ji)中(zhong)(zhong)決策的(de)方(fang)法會使得交(jiao)(jiao)(jiao)易(yi)(yi)(yi)中(zhong)(zhong)心的(de)運行成(cheng)本變高同時耗時增長(chang)。如果(guo)交(jiao)(jiao)(jiao)易(yi)(yi)(yi)中(zhong)(zhong)心內部暗箱操作或者遭受外部黑客(ke)攻擊，交(jiao)(jiao)(jiao)易(yi)(yi)(yi)的(de)安全(quan)性和參(can)與主(zhu)體(ti)的(de)隱私無法得到保證。在此背景下(xia)，分布(bu)式(shi)(shi)交(jiao)(jiao)(jiao)易(yi)(yi)(yi)——具(ju)有(you)參(can)與者眾多(duo)、單(dan)筆交(jiao)(jiao)(jiao)易(yi)(yi)(yi)量小等特點(dian)的(de)交(jiao)(jiao)(jiao)易(yi)(yi)(yi)模(mo)式(shi)(shi)逐漸成(cheng)為一(yi)種交(jiao)(jiao)(jiao)易(yi)(yi)(yi)趨勢。而分布(bu)式(shi)(shi)交(jiao)(jiao)(jiao)易(yi)(yi)(yi)決策過程中(zhong)(zhong)缺少中(zhong)(zhong)心監管機制(zhi)，如何對交(jiao)(jiao)(jiao)易(yi)(yi)(yi)雙(shuang)方(fang)身份進行核實、校驗信(xin)息來確保交(jiao)(jiao)(jiao)易(yi)(yi)(yi)安全(quan)是亟(ji)待(dai)解決的(de)問題(ti)。

作(zuo)為(wei)一種(zhong)去中心化的分布(bu)式(shi)(shi)記賬系統，區(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)技(ji)(ji)術憑借(jie)其分散化、匿(ni)名性(xing)(xing)、可(ke)靠性(xing)(xing)高等優點在分布(bu)式(shi)(shi)能源交易領域(yu)得到了廣泛的研(yan)究。已有諸多學者探(tan)索分析了區(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)技(ji)(ji)術應(ying)用至虛(xu)擬(ni)電廠、儲能、電動汽車、輔助服務、大用戶直購(gou)電等方面的可(ke)行性(xing)(xing)；設計了基于區(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)技(ji)(ji)術的分布(bu)式(shi)(shi)能源交易架(jia)構(gou)及結算(suan)機制；借(jie)助區(qu)塊(kuai)(kuai)鏈(lian)對電能進行監管與結算(suan)等。

中(zhong)國(guo)的(de)分布式(shi)發電市場化方(fang)興未艾(ai)，因此全面總結區塊(kuai)鏈技(ji)術在分布式(shi)能(neng)源(yuan)交(jiao)(jiao)易(yi)方(fang)面的(de)應用(yong)，對消納分布式(shi)能(neng)源(yuan)、推動分布式(shi)交(jiao)(jiao)易(yi)模式(shi)的(de)發展、降低交(jiao)(jiao)易(yi)成(cheng)本(ben)、提高需求側管理水平有著重要意義(yi)。

2.基于區塊鏈的分布式能源交易模式及架構

現階段基于區(qu)(qu)塊鏈(lian)的電力交(jiao)易(yi)模式的理論(lun)研(yan)究與(yu)設計，主(zhu)要可(ke)以分為(wei)兩類：一(yi)是(shi)研(yan)究個體間點(dian)對點(dian)交(jiao)易(yi)，另一(yi)種是(shi)有(you)(you)中(zhong)(zhong)介優化(hua)處(chu)理的集(ji)中(zhong)(zhong)出清(qing)，如圖1所示。基于區(qu)(qu)塊鏈(lian)的點(dian)對點(dian)交(jiao)易(yi)利用了區(qu)(qu)塊鏈(lian)技術(shu)(shu)去(qu)中(zhong)(zhong)心化(hua)和去(qu)信任(ren)的特性(xing)：在進行此類交(jiao)易(yi)時，只有(you)(you)發、用電兩側。交(jiao)易(yi)前，雙(shuang)方(fang)約定好合約內容(rong)，無需(xu)(xu)第三方(fang)參加。基于區(qu)(qu)塊鏈(lian)的集(ji)中(zhong)(zhong)出清(qing)需(xu)(xu)要借助區(qu)(qu)塊鏈(lian)技術(shu)(shu)公開(kai)透明的特性(xing)：對于基于區(qu)(qu)塊鏈(lian)的交(jiao)易(yi)而言，需(xu)(xu)要有(you)(you)去(qu)中(zhong)(zhong)心化(hua)的交(jiao)易(yi)平臺將買賣雙(shuang)方(fang)的報價及需(xu)(xu)求聚集(ji)在一(yi)起進行撮合匹配，形成供需(xu)(xu)曲線(xian)后出清(qing)。

圖(tu)1：點對(dui)點交易模(mo)式(shi)和(he)集中出清模(mo)式(shi)

采(cai)用分布式交(jiao)(jiao)易(yi)模(mo)式的能源交(jiao)(jiao)易(yi)過程主要可以(yi)分為：信息發布、撮合、結算(suan)、存儲等(deng)階段(duan)。點對點與(yu)集中出清兩(liang)種交(jiao)(jiao)易(yi)模(mo)式下，區塊鏈等(deng)技(ji)術在各階段(duan)實現的功(gong)能有所差(cha)異，如圖2所示。

圖2：基(ji)于區塊鏈的分布式能源交易技術框架

3.基于區塊鏈的分布式能源交易未來展望

3.1基于區塊鏈的交易工程實踐現有瓶頸的解決途徑

隨著(zhu)分布式能(neng)源交(jiao)易規模逐漸增大，區塊(kuai)鏈(lian)有限(xian)的計(ji)算能(neng)力及響應速度(du)(du)，會使得交(jiao)易吞(tun)吐量低，限(xian)制交(jiao)易的速度(du)(du)。為(wei)解決這些問(wen)題，區塊(kuai)鏈(lian)開發人員主要從縮短交(jiao)易達成(cheng)共識時間、并行處(chu)理交(jiao)易，或是將(jiang)鏈(lian)上的計(ji)算任務轉移到(dao)鏈(lian)下這幾個方面來提高區塊(kuai)鏈(lian)的處(chu)理性能(neng)。

迄(qi)今(jin)為(wei)止，區塊(kuai)(kuai)鏈(lian)技(ji)術(shu)(shu)在電力行業的(de)工程實際(ji)應用(yong)仍集中于簡單的(de)買賣雙(shuang)方直接交(jiao)易，考慮到現有區塊(kuai)(kuai)鏈(lian)新技(ji)術(shu)(shu)的(de)發展，如果(guo)要設計更(geng)復(fu)雜的(de)實際(ji)交(jiao)易，理論(lun)上可以(yi)從以(yi)下(xia)兩點進行研究(jiu)。

1）鏈下處理：在(zai)進(jin)行(xing)交(jiao)(jiao)易(yi)的最優(you)化(hua)問題計(ji)算(suan)時，可將優(you)化(hua)步驟(zou)放至(zhi)鏈(lian)下(xia)，采(cai)用分布(bu)式優(you)化(hua)算(suan)法進(jin)行(xing)求解。這這種(zhong)情況下(xia)，鏈(lian)上只需判斷(duan)交(jiao)(jiao)易(yi)是否可以(yi)達成以(yi)及記錄達成交(jiao)(jiao)易(yi)后(hou)雙方的能源及金額數量。

2）多鏈融合：分布式能源(yuan)交(jiao)易時(shi)，各主體可建立自己的私有鏈或者基于“第二(er)層擴容”的子鏈，將撮合等(deng)交(jiao)易過程(cheng)放(fang)在子鏈中進行處(chu)理，結算時(shi)金(jin)融資產轉移(yi)等(deng)安全(quan)級別較高的操作放(fang)在主鏈中。

3.2區塊鏈技術應用至分布式能源交易的挑戰及可能的解決方法

結(jie)合現有的(de)能源(yuan)雙邊交(jiao)易工(gong)程實踐可知，基于(yu)區塊(kuai)鏈的(de)分布式能源(yuan)交(jiao)易需要進一步(bu)考慮(lv)物(wu)理模型的(de)構建、智能合約的(de)安全(quan)可靠性等方面的(de)問題(ti)。

1）區塊鏈技術難以處理復雜的物理邏輯。現階段由于(yu)技(ji)術壁(bi)壘，電力(li)交易(yi)時潮流越限、線路阻塞、電壓調整(zheng)等因素尚未能充(chong)分考慮(lv)，其(qi)解決途徑(jing)可(ke)(ke)以選(xuan)擇繼(ji)續探(tan)索計及(ji)物理拓撲約束的(de)(de)分布式出(chu)清方法，也(ye)可(ke)(ke)以將(jiang)鏈(lian)(lian)下物理約束校驗與(yu)鏈(lian)(lian)上出(chu)清相結合。前者(zhe)的(de)(de)優(you)點在于(yu)保證(zheng)了各交易(yi)參與(yu)方的(de)(de)信息安(an)全性，但(dan)數(shu)據(ju)交互復雜度過高，處理效率取決于(yu)區塊鏈(lian)(lian)技(ji)術的(de)(de)發展速度；后者(zhe)的(de)(de)優(you)點在于(yu)將(jiang)部分交易(yi)過程移到鏈(lian)(lian)下可(ke)(ke)以極大地加(jia)快鏈(lian)(lian)上處理速度，但(dan)鏈(lian)(lian)上與(yu)鏈(lian)(lian)下的(de)(de)信息接口的(de)(de)設計，以及(ji)鏈(lian)(lian)下的(de)(de)數(shu)據(ju)存儲安(an)全問題也(ye)是需要(yao)進一步考慮(lv)。

2）區塊鏈技術的安全性需要關注。保(bao)障(zhang)交易的安(an)全可(ke)靠是目前人(ren)們使用(yong)區塊(kuai)(kuai)鏈(lian)中(zhong)智(zhi)(zhi)能(neng)合(he)約(yue)的主要(yao)需求之一，但如(ru)果(guo)在區塊(kuai)(kuai)鏈(lian)上部署的交易智(zhi)(zhi)能(neng)合(he)約(yue)出現編碼錯誤，通常很難執行回滾(gun)或分叉。盡管人(ren)工審計在一定(ding)程(cheng)度上減(jian)少了智(zhi)(zhi)能(neng)合(he)約(yue)的漏洞，但所(suo)需的人(ren)力(li)物(wu)力(li)成本(ben)過高(gao)。考慮到新興發展的人(ren)工智(zhi)(zhi)能(neng)可(ke)以跟蹤學習，自動(dong)選擇(ze)啟發式策略(lve)。因(yin)此，在未來的發展中(zhong)可(ke)以將(jiang)區塊(kuai)(kuai)鏈(lian)與人(ren)工智(zhi)(zhi)能(neng)相結合(he)，采用(yong)各種人(ren)工智(zhi)(zhi)能(neng)技術來協助區塊(kuai)(kuai)鏈(lian)中(zhong)智(zhi)(zhi)能(neng)合(he)約(yue)的編寫與測(ce)試。

3.3應用領域的擴展

1）賦能電力物聯網：鑒于電(dian)力物(wu)聯網的(de)核心(xin)技術——分布式互聯網與區塊鏈(lian)的(de)特性相契合(he)，借助區塊鏈(lian)去中(zhong)心(xin)化的(de)架構(gou)可(ke)以(yi)改變電(dian)力物(wu)聯網原有的(de)中(zhong)心(xin)結構(gou)，大(da)(da)大(da)(da)減小中(zhong)心(xin)機(ji)構(gou)的(de)計算壓力。同(tong)時具有存儲功(gong)能以(yi)及不可(ke)篡改特性的(de)區塊鏈(lian)，可(ke)以(yi)記錄下電(dian)力物(wu)聯網的(de)終端設(she)備(bei)，例如(ru)智能電(dian)表(biao)采集(ji)的(de)發用電(dian)真(zhen)實(shi)數據，在結算環節進行(xing)驗證以(yi)保證交易公平性。

2）支撐泛在電力物聯網：為了維持(chi)電(dian)網(wang)的(de)(de)穩定運行、改善(shan)服(fu)(fu)務質量，國網(wang)提出了承載電(dian)力(li)(li)系統(tong)數據信(xin)(xin)息(xi)流的(de)(de)泛在電(dian)力(li)(li)物聯(lian)(lian)網(wang)。相(xiang)(xiang)較于(yu)(yu)電(dian)力(li)(li)物聯(lian)(lian)網(wang)，其更側重(zhong)于(yu)(yu)為用(yong)戶提供信(xin)(xin)息(xi)服(fu)(fu)務。考慮到(dao)用(yong)戶希望獲得(de)更多的(de)(de)電(dian)網(wang)知(zhi)情權，將區塊鏈與(yu)泛在電(dian)力(li)(li)物聯(lian)(lian)網(wang)相(xiang)(xiang)結合來，保障網(wang)絡信(xin)(xin)息(xi)公開透明，使得(de)參與(yu)泛在電(dian)力(li)(li)物聯(lian)(lian)網(wang)建(jian)設的(de)(de)用(yong)戶可以共享網(wang)絡中的(de)(de)數據信(xin)(xin)息(xi)，進而(er)調(diao)整自己(ji)的(de)(de)發(fa)用(yong)電(dian)方案。

3.4推進區塊鏈技術在中國分布式能源交易的應用建議

中國(guo)結合區(qu)塊鏈技(ji)術的(de)(de)分布式(shi)能(neng)源交易(yi)項目尚(shang)處于初(chu)期建(jian)設階段，結合現有的(de)(de)理論依據以(yi)及國(guo)內外的(de)(de)實踐工程，可以(yi)從以(yi)下(xia)幾方(fang)面(mian)進一步拓展應用。

1）亟需智能家庭、智能建筑等技術創新

推動以家(jia)庭為單(dan)位的(de)(de)(de)基于區(qu)塊鏈(lian)(lian)技(ji)術的(de)(de)(de)分布(bu)式(shi)能(neng)(neng)源項目(mu)建設。采用(yong)與(yu)區(qu)塊鏈(lian)(lian)相連(lian)的(de)(de)(de)智能(neng)(neng)電能(neng)(neng)表記錄家(jia)庭電器、光伏(fu)電池等之間(jian)的(de)(de)(de)電力(li)(li)(li)流動，對(dui)于生產出的(de)(de)(de)多(duo)余電力(li)(li)(li)，既可以出售(shou)給鄰近電力(li)(li)(li)用(yong)戶(hu)(hu)(hu)，實(shi)現家(jia)庭用(yong)戶(hu)(hu)(hu)之間(jian)進(jin)行(xing)電能(neng)(neng)互濟，引(yin)導用(yong)戶(hu)(hu)(hu)積(ji)極參與(yu)清(qing)潔電能(neng)(neng)的(de)(de)(de)生產，進(jin)一步地(di)減少分布(bu)式(shi)電力(li)(li)(li)對(dui)電網(wang)(wang)的(de)(de)(de)波(bo)動，也(ye)可以出售(shou)給電網(wang)(wang)。與(yu)區(qu)塊鏈(lian)(lian)相連(lian)的(de)(de)(de)電網(wang)(wang)獲得(de)多(duo)余的(de)(de)(de)電力(li)(li)(li)及數據后，在(zai)鏈(lian)(lian)下對(dui)訂單(dan)進(jin)行(xing)撮合匹(pi)配，將電力(li)(li)(li)賣給其他(ta)用(yong)戶(hu)(hu)(hu)（如(ru)圖3所示）。

圖(tu)3：結合區塊鏈(lian)的智(zhi)能家庭用電

2）綜合能源系統協調優化

構(gou)建一(yi)個基于區(qu)塊(kuai)鏈的(de)綜合能(neng)源(yuan)系(xi)(xi)統(tong)交(jiao)易平(ping)臺，實現多(duo)系(xi)(xi)統(tong)之間的(de)優(you)化調(diao)度(du)，如圖(tu)4所(suo)示。電、熱(re)、氣各系(xi)(xi)統(tong)將能(neng)源(yuan)產量及價(jia)格(ge)等數據上(shang)傳至區(qu)塊(kuai)鏈，使(shi)信(xin)息在所(suo)有系(xi)(xi)統(tong)之間進行(xing)傳遞。同(tong)時區(qu)塊(kuai)鏈平(ping)臺替代調(diao)度(du)機構(gou)統(tong)一(yi)協(xie)調(diao)管(guan)控三個系(xi)(xi)統(tong)的(de)運(yun)行(xing)。為了加快調(diao)度(du)速度(du)，可以在鏈上(shang)采用分片技(ji)術來并(bing)行(xing)處(chu)理(li)。各系(xi)(xi)統(tong)在進行(xing)自決策優(you)化時，也可參考其他系(xi)(xi)統(tong)的(de)信(xin)息進行(xing)決策調(diao)整。

圖4：基(ji)于(yu)區塊鏈的綜(zong)合能源(yuan)系統(tong)

4.結語

總的(de)(de)來說，區塊(kuai)鏈(lian)(lian)(lian)技(ji)術(shu)作(zuo)為(wei)一種新(xin)興的(de)(de)去中心化(hua)數據管(guan)理(li)技(ji)術(shu)手段，其應(ying)用(yong)受到各(ge)行各(ge)業的(de)(de)關(guan)注(zhu)，但目前國內對(dui)電(dian)力(li)區塊(kuai)鏈(lian)(lian)(lian)的(de)(de)應(ying)用(yong)尚未(wei)成熟。因(yin)此，迫切(qie)需要開(kai)展基于區塊(kuai)鏈(lian)(lian)(lian)技(ji)術(shu)的(de)(de)分布(bu)式能(neng)源(yuan)交易(yi)管(guan)理(li)及規劃關(guan)鍵技(ji)術(shu)研究，提(ti)(ti)(ti)(ti)出適應(ying)分布(bu)式能(neng)源(yuan)高效(xiao)、經(jing)濟(ji)利用(yong)的(de)(de)優化(hua)規劃和并網設計方法(fa)。在此基礎上應(ying)用(yong)區塊(kuai)鏈(lian)(lian)(lian)技(ji)術(shu)提(ti)(ti)(ti)(ti)高電(dian)力(li)交易(yi)和管(guan)理(li)的(de)(de)效(xiao)率，提(ti)(ti)(ti)(ti)升區域分布(bu)式能(neng)源(yuan)運(yun)行管(guan)理(li)的(de)(de)自治化(hua)水(shui)平，提(ti)(ti)(ti)(ti)高運(yun)營(ying)經(jing)濟(ji)效(xiao)益。