售电侧市场开放环境下微网端对端电能交易关键技术综述及展望

(3)区块链和P2P电能交易技术都能够促进市场化。利用区块链技术有利于建立更加公正开放的市场机制,并很好地为市场内金融产品的交易提供服务;P2P电能交易技术则强调建立公正开放的分布式发电交易市场。

(4)区块链和P2P电能交易技术都呈现智能化的趋势。区块链会自动判断符合条件的智能合约程序,当判定满足时自动执行合约,提高了执行效率 电能交易技术则需要通过一系列的合约保证能源系统交易等的自动执行。

4.2基于区块链P2P电能交易分布式记账系统

根据.关于开展分布式发电市场化交易试点的通知/,微网P2P能源交易市场主体划分为终端电力用户,分布式发电项目单位(含个人),电网公司,在直接交易模式下,电网企业,分布式发电项目单位和电力用户共同签订三方供用电合同,以合同方式约定交易规则交易过程中电网企业作为输电服务方,在同一接入点上一级变压器供电范围内,售电用户选择符合交易条件的就近购电用户,并按照合同约定的交易规则进行电能直接交易。

在电能交易过程中,必须能清晰地记录电能流转过程中电能交易信息,同时保证用户的隐私安全性。

本文在文献[43]记账系统的基础上设计适用于P2P电能交易记账系统架构(见图3)。该记账系统架构下,根据电改后实体电网内市场主体功能将全网节点划分为中心节点,区域节点和记账节点[43]。

该架构下,记账节点负责记录进行电能交易的用户发生的电能交易信息,并将该交易信息广播至所有的区域节点。在记账节点中,一些记账节点由电网公司授权,被选出充当区域节点,负责收集,校验该区域内记账节点广播的电能交易信息,形成分时区域账本,并向其他区域节点转发,同时提交给中心节点 中心节点在实体电网架构下主要是指电网公司,负责汇总各区域节点提交的分时区域账本,链接成分时全局账本,各分时全局账本再以时序链接生成全局总账,同时各记账节点更新全局总账,作为其下个时间段电能交易信息记录的基础账本。

4.3基于区块链的微网P2P电能交易模型

区块链技术发源于比特币,本质上是一个分布式账本,具有天然的去中心化的支付模式[44]。将区块链技术应用到微网P2P电能交易,利用区块链非篡改,可追溯和交易透明的特点可以进一步保证微网P2P电能交易的安全性和可靠性。

文献[44]设计了“支付区块链”,并根据区块链架构对应将支付区块链划分为分别执行不同功能的5层架构:数据层,网络层,共识层,激励层和合约层 各层之间高效协同 为各个运营实体记录分账方式和收支账本,以及最后交易的方案与最终结果。

区块链技术和微网系统的耦合应基于电力系统本身的物理模型,因此,若将区块链应用到电力系统解决货币流问题,需要对系统进行安全校核。为此,文献[46]基于区块链技术提出一种“弱中心化管理电力交易的办法”。基于区块链技术,将电力交易规则通过智能合约以代码的形式预先记录在区块链中,当交易时间到达时,根据智能电表上传至区块链上的电能数据,各用户节点之间依据智能合约自动完成用户之间资金的转移。最后,由中心机构负责对达成的交易进行安全校核和阻塞管理,保障了电网交易的安全性。

4.4区块链在微网P2P电能共享及交易实践

最近,区块链被认为是可用于实施P2P电能交易的新兴技术之一 目前 国内外已经有不少基于区块链在P2P电能交易中的应用实践案例。

世界上第一个基于区块链的可交互电网平台YransActiveGrid,由美国能源公司LO3 Energy与比特币开发公司ConsensusSystems合作,在布鲁克林街区建设完成欧盟Scanergy项目基于区块链旨在实现小区用户分布式清洁能源的直接交易。该项目预计每15 min检测1次交易系统内电能生产与消费状态,为解决能源产品支付问题,Scanergy项目设计了一种类似于比特币的NRG币作为能源生产的奖励。

比利时的区块链专家MikeMihaylov基于微网的物理结构和信息模型,提出使用NRG coin货币以去中心化方式来进行微网内P2P电能交易。NRG Coin是一种数字货币,它被定义为一种用于奖励绿色能源的去中心化智能合约机制。生产者会收到与所产生的电能成比例的货币,同样地,消费者需为消耗的能源支付与消耗能源成比例的货币。

5支撑微网P2P电能交易系统核心设备与软件平台

电能公平,公正,公开的交易是分布式发电市场化交易的重要目标之一,为实现这一目标,需要核心设备及软件平台的支撑。

5.1高级量测体系

高 级 量 测 体 系 (advanced measurement infrastructure,AMI)是一个由智能电表和各种双向

交互终端,通信网络和计算机软件系统共同构成的集成系统,该系统主要用于测量,收集,存储,分析,使用电能消耗和运行数据 主要由智能电表 双向通信网络,量测数据管理系统(metering data managementsystem,MDMS)和用户户内网(home areanetwork,HAN)等[52]部分组成。

智能电表,作为AMI基础元件和核心设备,以微处理器应用和通信技术为核心的智能化仪表 具有电功率计量,计时,计费,与上位机通信,用电管理等功能双向通信网络,提供了智能电表至AMI前端设备的信息通道 负责把表计信息近于实时地从电表传送至数据中心。

MDMS,是AMI的量测数据管理和通信管理中心 主要负责数据深入处理 存储和分析 通过操作网关向智能电网其它系统模块提供有效的数据信息用户室内网是整个AMI体系的最末端环节[54]。户内网的目标是将用户室内各智能终端无缝地连接起来,与智能电表的通信网关相连,依据网内用户用电信息及外部电价信息,根据分布式发电市场的要求调整网内负荷用电量,实现节约用电的目的。

5.2电能路由器

分布式供能技术可实现对典型分布式供能环境下能源的高效利用。通过表3分析了P2P电能交易功能需求与电能路由器功能的对应关系,可以看出电能路由器可以满足P2P电能交易系统的功能需求。同时,电能路由器作为微网P2P电能交易系统的核心设备,近几年,受到国内外学者的大量研究。

表3 P2P电能交易功能需求与电能路由器功能对应关系

文献[57]首次借鉴Internet中交换设备的设计理念,基于电能传输技术,存储技术,信息通信以及高性能计算技术,设计能够实现电能网络互联,调度和控制的电能路由器模型;为高效地进行能量管理,文献[58]设计了一种由电力电子,通信平台,分布式网络智能管理3个主要功能模块组成的电能路由器架构。电能路由器依靠通信模块从电网实时收集电力需求和供应信息,并由分布式电网智能管理模块根据需求和供应信息动态调整电力分配,对电网中的能源管理做出优化的决策,电力电子模块作为智能管理模块和电能路由器中的固态变压器之间的接口,快速可靠地执行智能管理模块发出的命令。

5.3基于区块链的分布式发电记账平台

针对集中式电能交易过程中存在的单点故障威胁及用户隐私性和匿名性较低的问题 采用基于区块链分布式账本,以防篡改的方式,存储从AMI智能计量设备收集的电能消耗信息 通过自我执行的智能合约以编程方式定义端对端电能交易规则 基于共识算法记录每位用户电能交易过程中接受的的相关奖励或处罚信息,并提供适当的财务结算。基于区块链的分布式发电记账平台,可以实现无需第三方中介机构参与微网P2P电能交易。