基于儲能系統的綜合能源分布式優化控制

陳明輝 孫佳航 劉騰

摘要：隨著能源領域市場化改革不斷推進，中國供用能市場已經逐步呈現出多元市場主體競爭的格局，傳統能源服務已難以適應新環境的需求，能源供應商的運營重點正普遍向綜合能源服務的方向快速發展。本文對基于儲能系統的綜合能源分布式優化控制進行分析，以供參考。

關鍵詞：儲能系統;綜合能源;優化

引言

綜合能源系統被認為是未來社會能源的主要承載形式，涉及社會能源生產、輸送、分配、消費環節，在規劃、建設和運行等過程中，通過對能源的生產、傳輸與分配（供能網絡）、轉換、存儲、消費等環節進行有機協調與優化后，形成的能源產供銷一體化系統。而綜合能源服務本質上是由新技術革命、綠色發展、新能源崛起引發的能源產業結構重塑，從而推動新興業態、商業模式、服務方式不斷創新，其具有客戶需求多、項目點多面廣、技術類別復雜、服務模式多元化的特點。

1基于能源區塊鏈的綜合能源服務

1.1基于區塊鏈的綜合能源服務模型

綜合能源服務是一種新型的、可滿足終端客戶多元化能源生產與消費需求的能源服務方式，其發展需要結合現有運營經驗，采用新的模式、新的技術、新的方法來實現新的突破。而區塊鏈在智能合約、分布決策、協同自治、拓撲形態、交易監管等方面與綜合能源服務的需求具有天然的匹配性，通過區塊鏈技術可以保障綜合能源服務信息的準確性、及時性，提高服務質量和服務效率。在主從多鏈結構中，主鏈節點負責該業務聯盟鏈上全部信息的發送與接收，從鏈節點負責本節點產生信息的上傳與讀取，具體協商信息暫存在主鏈節點上并在從鏈節點上保存，而交易信息永久保存在主鏈節點上。主鏈節點為具有大容量存儲、高效傳輸功能服務器的企業，其他各企業、用戶均為從鏈節點。根據各企業是否具有該類型的服務器以及是否有能力對服務器進行維護，確定候選人名單并最終選出主鏈節點。

1.2能源區塊鏈的區塊結構

從鏈區塊是在業務聯盟鏈中使用的區塊，其保持原有區塊容量1Mbit不變，并在原有區塊頭組成部分的基礎上增加了1bit的緊急度部分。緊急度是區塊體中信息緊急程度的度量，對于以能源供應為首要任務的綜合能源服務模式，能源供應業務的緊急程度最高，而設備維護、能效檢測、節能設計等派生業務的緊急程度其次。因此，在區塊頭中設置1bit的緊急度部分，1表示緊急業務，0表示非緊急業務。主鏈節點負責生成主鏈區塊并在綜合能源服務聯盟鏈中進行上鏈與廣播。由于主鏈節點間有大量的信息交互，為盡可能避免其發生擁塞，應參考傳輸控制協議（TransmissionControlProtocol，TCP）中的傳輸策略設置窗口數n。窗口數的設定應參考當前網絡水平與主鏈區塊與從鏈區塊的相對大小。若設置當前窗口數為6，包含非緊急數據的從鏈區塊（區塊頭中的緊急度為0）添加進主鏈區塊后，主鏈區塊并不立即發送，而是等待6個從鏈區塊添加后一起發送;若在等待過程中添加包含緊急數據的從鏈區塊（區塊頭中的緊急度為1）則立即發送。設置緊急度和窗口數既保證了綜合能源服務系統中信息傳遞的效率，又減少了在信息傳遞過程中發生擁塞的概率。

2區塊鏈在能源電力領域面臨的挑戰

2.1安全隱私問題

首先，區塊鏈技術允許區塊中的節點加入自定義信息，只要區塊被確認，信息將不可再更改，但如果在自定義信息中有黑客加入破解信息，整個區塊將面臨巨大風險，嚴重時可能會導致系統癱瘓;其次，隨著我國電力需求的不斷變化，能源系統中的各類主體越來越豐富，電力市場交易方式更加多樣化，區塊鏈中的節點數就會增加，而現有的區塊鏈場景下整個系統的運行可能會出現不穩定等問題，現有的技術能否支持現實的需要也值得關注;第三是賬戶隱私問題，雖然區塊鏈去中心化的特點解決了主體之間的信任問題，但分布式賬本存在各個節點的隱私信息會被惡意傳播的風險。

2.2效率問題

效率問題也可以說是技術層面的問題。2012年區塊鏈支撐的比特幣交易中，每天最高交易量為62000個，對于龐大的電力市場來說效率很低;同時，同步信息的效率也有待提升，各主體的網絡情況不同，信息的接收時間會有一定誤差，導致交易效率下降。在能源區塊鏈的應用過程中，市場主體豐富多樣，日交易量龐大，因此對區塊鏈能源系統的響應時間有很高的要求。此外，能源電力市場有許多不確定性因素，區塊鏈技術能否迅速識別市場變化，幫助工作人員及時做出正確調整是關乎市場穩定的關鍵因素之一。

3區域綜合能源協調控制系統功能設計

3.1多能預測

多能預測包括發電預測和負荷預測。發電預測面向具有間歇式新能源發電的區域，配置相應的風力發電、光伏發電的功率預測功能，根據發電資源監測數據、區域地理位置的氣候特征、歷史數據、天氣預報等信息，采用神經網絡方法對區域內分布式電源進行功率預測。面向冷、熱、電、氣綜合能源的負荷預測，包括預測用能量、最大負荷、最小負荷，以及最大負荷和最小負荷出現的時間區間，繪制不同季節典型日逐時負荷曲線時，應根據各項負荷的種類、性質分別逐時疊加。

3.2計劃安排

能夠根據區域內負荷、能源特性和運行約束條件，通過優化計算等方式安排發電單元的供能計劃、儲能充放電計劃，安排供冷系統/制熱系統運行計劃、負荷用能計劃、蓄冷蓄熱及放冷放熱計劃等終端用能計劃。

3.3主動孤網

面向具備孤網運行條件的區域綜合能源系統，區域綜合能源協調控制系統在不影響安全運行的前提下，應能夠在電網發生故障時，主動使區域內部分電網與外部電網解列進行孤網運行，在電網故障消除后，主動恢復并列運行。

3.4綜合評估

協控系統根據風能資源、太陽能資源、氣象資源、水文資源、地質資源等監測數據進行資源評估。結合分布式能源發電功率預測、負荷用電需求預測結果以及儲能的充放電能力、區域供冷供熱負荷預測結果以及儲冷/儲熱的釋放能力等信息，計算得出區域內的未來可調節資源上下限數值。能夠在新能源消納率、清潔能源消費占比、電壓合格率、線路負載率、綜合能源利用率、供能效率、運行成本、綜合能耗、溫室氣體排放量等方面對區域綜合能源系統運行指標開展評估。

4區塊鏈在能源電力領域的應用展望

（1）除了區塊鏈本身的加密，還可以從2個方面來提高安全隱私：在進行交易審核時提高加入區塊鏈能源交易平臺的標準;選擇標準高的硬件設施，同時進行軟件上的優化，疊加加密技術，大力提升非對稱加密技術里公鑰私鑰的安全性能。（2）未來技術人員應該關注減少區塊生成和交易確認時間等問題，專注核心技術的發展，同時推進5G網絡的發展，提高網絡質量，避免外部因素影響區塊鏈技術的應用。在改善區塊鏈技術的同時大力推進能源電力領域的技術發展，為二者的結合提供更多可能。

結束語

通過區域綜合能源協調控制系統的建設，打造面向能源變革的區域綜合能源系統，充分利用泛在電力物聯網對源、網、荷、儲等各能源系統設備的狀態感知能力和互聯互動能力，以多類能源互補互濟、供需平衡全局可控、能源資源優化調度、電冷熱氣協調運行為控制手段，滿足安全可靠、經濟高效、綠色環保的多元化供用能服務需求。

參考文獻

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