新疆大学研究者提出适用于虚拟电厂的优化计算型区块链系统（新疆大学电气工程学院研究生导师）

为提高虚拟电厂（VPP）的调度运行效率和信息安全水平，新疆大学电气工程学院的刘雨佳、樊艳芳、白雪岩、宋雨露，在《电工技术学报》上撰文，对区块链技术进行改进，并将其运用到虚拟电厂的优化调度过程中。他们的分析表明，优化计算型区块链系统能够较好地适应虚拟电厂运行环境，可以有效提高虚拟电厂调度效率，同时基于该系统建立的虚拟电厂模型和提出的调度策略，在降低系统运行成本、提高风/光消纳水平、减少二氧化碳排放量等方面相比传统虚拟电厂具有显著优势。

近年来，以风电、光伏、电动汽车、储能装置、可控负荷为代表的分布式能源数量增长迅速，由于此类分布式能源具有单机容量小、设备数量大、分布范围广等问题，其大规模接入将会对电网的可靠性和稳定性产生影响。虚拟电厂（VPP）技术通过先进的计量、通信、控制技术，将多个不同利益群体整合成一个可控虚拟实体，参与电网调度和电力市场交易，并为系统提供容量和调峰、填谷服务，降低了分布式能源的运行风险和管理难度，促进了可再生能源消纳，提升了电网稳定性。

但虚拟电厂具有的分布式特性也导致其存在一些问题：

1）现有的集中式、集中-分散式和完全分散式虚拟电厂控制方式无法在灵活性、兼容性、扩展性上达成一致最优，影响虚拟电厂整体运行效果。

2）由于虚拟电厂内部之间依靠网络实现双向通信，各发电、负荷单元之间的出力、需求信息数据容易遭到外部恶意攻击篡改，造成虚拟电厂调度运行出错，导致成本增加或设备故障。

3）风、光等可再生能源出力具有不确定性和随机性，当其出现急剧变动时，如果虚拟电厂不能及时进行快速调整，将导致其惩罚成本上升，影响系统整体效益。

4）虚拟电厂的分布式特性导致其内部各单元之间整合难度大，调度协调困难。在现有的研究中通常使用智能优化算法进行计算，但此类算法没有针对分布式特性进行适配，在计算时间和准确性上仍存在诸多问题，导致交易成本的上升和效率的下降。

为解决上述问题，部分研究将区块链应用于虚拟电厂，建立了基于区块链技术的虚拟电厂架构和交易模式。以上研究将区块链与虚拟电厂结合，提出基于区块链的虚拟电厂架构模型，但并未针对虚拟电厂运行特点对优化算法和区块链共识机制做出相应的改进，未将区块链技术与虚拟电厂的调度优化进一步结合，也未考虑可再生能源出力波动对区块链虚拟电厂调度速度、经济性的影响，仍有一定的改进空间。

新疆大学电气工程学院的研究者在分析区块链基本结构与应用于虚拟电厂可行性的基础上，提出适用于虚拟电厂运行环境的区块链-分布式粒子群优化算法（BD-PSO），以及优化计算工作量证明（POCW）共识算法，并结合上述算法提出优化计算型区块链（OCB）系统提高系统运行效率，最终建立基于OCB的虚拟电厂（OCB-VPP）结构模型与调度策略。

图1 区块链-分布式粒子群优化算法结构

图2 优化计算型区块链系统结构

他们通过某区域实际数据，对比分析了OCB-VPP与传统虚拟电厂在应对可再生能源出力波动、提高系统经济效益与降低碳排放水平方面的差异，分析了区块链-分布式粒子群优化算法在计算速度和计算精度上的优势，验证了所提模型的有效性和经济性。

图3 OCB-VPP系统结构示意图

研究者指出，改进的区块链-分布式粒子群优化算法对比Lin-WPSO、WOA、LRO算法在计算速度和计算精度上均具有显著优势。该算法在Lin-WPSO算法的基础上，产生了更多的计算结果，在更大的范围内进行了比较，优化了原算法易陷入局部最优的缺点，在计算速度和计算精度上分别提高了53.06%、15.12%。

图4 系统调度流程

此外，OCB-VPP系统对比传统虚拟电厂系统，得益于系统架构和算法性能带来的提升，在调度的效率和精确性上具有优势，使系统的运行成本显著降低。各季节典型日成本总计减少13.29%，碳排放量总计降低14.55%，系统风/光消纳量总计提高9.95%，系统经济效益和能源利用率得到了明显提升。

研究者最后表示，本分析仅考虑了OCB-VPP在电网调度背景下的运行情况，但其如何加入电力市场，提供现货、期货以及调峰、调频等辅助方面的服务，还需要对系统架构进一步改进，并提出相应的调度策略；同时在实际的应用场景下，如何建立对应的区块链平台，并与用户设备对接，有待今后进一步研究。

本工作成果发表在《电工技术学报》，论文标题为“基于优化计算型区块链系统的虚拟电厂模型与调度策略”。本课题得到国家自然科学基金、新疆维吾尔自治区研究生科研创新计划和天山英才培养计划的支持。