基于區(qū)塊鏈的共享儲(chǔ)能聯(lián)合市場(chǎng)競(jìng)價(jià)模型與交易機(jī)制

羅博航，沈翔宇

(上海交通大學(xué) 電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200240)

0 引 言

近年來，新能源發(fā)電比例不斷增高，給電網(wǎng)帶來了并網(wǎng)波動(dòng)等安全問題[1-2]。大規(guī)模儲(chǔ)能有望為其提供解決方案[3]。源側(cè)，風(fēng)、光電廠可自建儲(chǔ)能設(shè)備調(diào)節(jié)并網(wǎng)時(shí)的功率和爬坡率；網(wǎng)側(cè)，電網(wǎng)可自建儲(chǔ)能設(shè)備用于調(diào)峰調(diào)頻；荷側(cè)，電力用戶利用儲(chǔ)能可以提高本地能量消納比例，參與需求響應(yīng)，降低用能成本。然而，儲(chǔ)能需求與儲(chǔ)能服務(wù)之間存在一定程度上的資源錯(cuò)配，部分需求高的主體由于資金、空間等原因缺乏足夠儲(chǔ)能容量，部分已配置大規(guī)模儲(chǔ)能設(shè)備的主體卻存在儲(chǔ)能利用率不高的問題[4-5]。

聯(lián)合市場(chǎng)(Joint Market)是指同時(shí)交易多物品的交易市場(chǎng)[6-8]。已有若干文獻(xiàn)研究建設(shè)儲(chǔ)能聯(lián)合交易市場(chǎng)，以優(yōu)化儲(chǔ)能資源與儲(chǔ)能服務(wù)合理配置。文獻(xiàn)[9]介紹了美國(guó)能源監(jiān)管委員會(huì)(FERC)已將調(diào)頻里程、調(diào)頻性能引入調(diào)頻容量輔助服務(wù)市場(chǎng)。文獻(xiàn)[10]提出了考慮調(diào)頻里程和調(diào)頻容量耦合特性的能量-調(diào)頻市場(chǎng)聯(lián)合調(diào)度模式。文獻(xiàn)[11]建立了包含能量、向上/向下調(diào)頻(Frequency Modulation, FM)服務(wù)、靈活爬坡能力產(chǎn)品(Flexible Ramping Product, FRP)等產(chǎn)品的儲(chǔ)能聯(lián)合交易市場(chǎng)。以上研究充分說明了不同儲(chǔ)能資源聯(lián)合交易的優(yōu)勢(shì)，但沒有為分散的儲(chǔ)能裝置提供合理的優(yōu)化配置方案。

文中提出了適用于分散儲(chǔ)能設(shè)備的競(jìng)標(biāo)模型與交易方案，利用價(jià)格機(jī)制引導(dǎo)各主體合理配置不同儲(chǔ)能資源的比例。各主體首先根據(jù)日前市場(chǎng)的歷史數(shù)據(jù)，由競(jìng)標(biāo)模型計(jì)算出儲(chǔ)能資源的最優(yōu)配置策略。然后，各主體將儲(chǔ)能資源按最優(yōu)策略配置分配，參與聯(lián)合市場(chǎng)交易。此方案在提高自身儲(chǔ)能收益的同時(shí)，能夠滿足市場(chǎng)其他成員對(duì)儲(chǔ)能服務(wù)的需求。

共享儲(chǔ)能(Energy Storage Sharing)是電力市場(chǎng)中由多主體共同提供的儲(chǔ)能服務(wù)[12]。一個(gè)可信的協(xié)調(diào)者對(duì)于組織源網(wǎng)荷三側(cè)多主體的共享儲(chǔ)能交易來說，是必不可少的[13-14]。文獻(xiàn)[15]提出了由電網(wǎng)調(diào)度交易中心引導(dǎo)儲(chǔ)能設(shè)備參與AGC競(jìng)價(jià)市場(chǎng)的協(xié)調(diào)方式。文獻(xiàn)[16]總結(jié)了國(guó)際上由電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商推動(dòng)分布式能源聚合參與電力市場(chǎng)交易的協(xié)調(diào)方式。以上研究基本驗(yàn)證了中心機(jī)構(gòu)組織多主體參與、多品種耦合的儲(chǔ)能交易的可行性。

然而，由中心機(jī)構(gòu)集中處理市場(chǎng)交易信息并主導(dǎo)交易決策，將導(dǎo)致市場(chǎng)主體之間信息不對(duì)等，使得市場(chǎng)供求關(guān)系難以及時(shí)反映。區(qū)塊鏈作為一種去中心化、去信任化的計(jì)算機(jī)技術(shù)，能為搭建一個(gè)高效、多方信賴、透明公開的交易平臺(tái)提供有效支撐，在保障各主體具備足夠儲(chǔ)能資源的前提下，出清多種儲(chǔ)能資源。

同時(shí)，聯(lián)合市場(chǎng)的各交易標(biāo)的之間耦合程度較高，需要考慮多方面的電網(wǎng)安全約束，比單一市場(chǎng)更易產(chǎn)生服務(wù)偏差。基于智能合約技術(shù)的交易監(jiān)管體制能夠自動(dòng)校驗(yàn)主體是否具備交付儲(chǔ)能服務(wù)的能力，以此減少交易出清與實(shí)際交付的偏差量，確保聯(lián)合市場(chǎng)的有效運(yùn)行。

文中搭建了一個(gè)基于區(qū)塊鏈的共享儲(chǔ)能聯(lián)合交易平臺(tái)。各主體在區(qū)塊鏈平臺(tái)上報(bào)價(jià)后，智能合約自動(dòng)驗(yàn)證各主體是否具備交付儲(chǔ)能服務(wù)的能力，驗(yàn)證通過后按P2P交易機(jī)制匹配報(bào)單，并在線下交割儲(chǔ)能服務(wù)后結(jié)算費(fèi)用。區(qū)塊鏈作為中間協(xié)調(diào)者，保障了聯(lián)合市場(chǎng)交易信息的透明公開、真實(shí)可信[17-20]。

綜上，文章旨在解決以下兩個(gè)問題：(1)如何設(shè)計(jì)能利用價(jià)格機(jī)制引導(dǎo)各主體合理配置不同儲(chǔ)能資源的比例的交易機(jī)制；(2)如何為搭建一個(gè)高效、多方信賴、透明公開的交易平臺(tái)，在保障各主體具備足夠儲(chǔ)能資源的前提下，出清多種儲(chǔ)能資源。相對(duì)應(yīng)地，文中首先提出了一種兩階段的共享儲(chǔ)能聯(lián)合市場(chǎng)交易流程；接著，按上述交易流程在Substrate平臺(tái)上設(shè)計(jì)智能合約;最后，在Substrate私有鏈上仿真驗(yàn)證基于區(qū)塊鏈的共享儲(chǔ)能聯(lián)合交易平臺(tái)的有效性。

1 共享儲(chǔ)能機(jī)制

源、網(wǎng)、荷各側(cè)主體的儲(chǔ)能服務(wù)需求各異。新能源企業(yè)對(duì)儲(chǔ)存電能與并網(wǎng)爬坡的儲(chǔ)能服務(wù)需求較大；傳統(tǒng)能源企業(yè)和電網(wǎng)公司主要需求調(diào)峰調(diào)頻；而電力用戶意圖提高本地能量的消納比例。

針對(duì)差異化的多主體需求，文中提出了一種適合多主體參與、包含多交易標(biāo)的的共享儲(chǔ)能聯(lián)合市場(chǎng)交易流程，以經(jīng)濟(jì)效益為激勵(lì)，促進(jìn)各主體提供急需的儲(chǔ)能服務(wù)。該聯(lián)合市場(chǎng)交易流程可分為兩個(gè)階段。

1.1 構(gòu)建競(jìng)標(biāo)模型

階段一：各主體以最大化出售能量、FM服務(wù)、FRP服務(wù)的收益為目標(biāo)函數(shù)，以三種交易標(biāo)的耦合特性為約束條件建立競(jìng)標(biāo)模型，并將日前聯(lián)合市場(chǎng)的需求與成交數(shù)據(jù)輸入模型，得出三種交易標(biāo)的的出清優(yōu)先級(jí)。

考慮需求程度高的儲(chǔ)能服務(wù)會(huì)自然提升市場(chǎng)報(bào)價(jià)，該競(jìng)價(jià)模型以每一調(diào)度時(shí)間段為優(yōu)化尺度，旨在于以最大化期望收益為激勵(lì)，引導(dǎo)各主體提供急需的儲(chǔ)能服務(wù)，進(jìn)一步地促進(jìn)整個(gè)聯(lián)合市場(chǎng)的儲(chǔ)能資源的優(yōu)化配置，最終實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)能價(jià)值的完全釋放。

1.1.1 目標(biāo)函數(shù)

競(jìng)標(biāo)模型以最大化出售能量、FM服務(wù)、FRP服務(wù)的收益總和為目標(biāo)函數(shù)，其計(jì)算式為：

max(Ren+Rreg+Rra-C)

(1)

式中Ren、Rreg、Rra分別為出售能量、FM服務(wù)、FRP服務(wù)得到的收益；C為調(diào)度成本。

能量市場(chǎng)收益的計(jì)算式為：

(2)

調(diào)頻服務(wù)市場(chǎng)收益的計(jì)算式為：

(3)

FRP市場(chǎng)收益的計(jì)算式為：

(4)

調(diào)度成本的計(jì)算式為：

C=kEb

(5)

式中k為由儲(chǔ)能設(shè)備損耗常數(shù);Eb為儲(chǔ)能設(shè)備與電力系統(tǒng)交換的總能量，計(jì)算式為：

(6)

1.1.2 約束條件

競(jìng)標(biāo)模型以三種交易標(biāo)的耦合特性為約束條件，主要包括充放電狀態(tài)約束、功率約束、容量約束與爬坡率約束，其計(jì)算公式分別如式(7)～式(13)所示。

(1)充放電狀態(tài)約束：

μen,d+μen,c≤1

(7)

(2)功率約束：

(8)

(9)

(3)容量約束：

(10)

SOCmin≤SOCt≤SOCmax

(11)

(4)爬坡率約束：

(12)

(13)

1.1.3 模型求解

上述競(jìng)標(biāo)模型為混合整數(shù)線性規(guī)劃問題，利用Matlab的Yalmip工具箱的求解過程如下：

(1)根據(jù)日前市場(chǎng)歷史數(shù)據(jù)中不同充、放電單價(jià)，向上、下FM服務(wù)，向上、下FRP服務(wù)對(duì)應(yīng)的中標(biāo)率，擬合不同服務(wù)單價(jià)與中標(biāo)率之間的函數(shù)關(guān)系；

(2)在Matlab中建立競(jìng)標(biāo)模型，設(shè)定目標(biāo)函數(shù)、約束條件、不同交易標(biāo)的單價(jià)與中標(biāo)率之間的函數(shù)關(guān)系；

(3)利用Yalmip工具箱求解結(jié)果。模型求解結(jié)果包含三種儲(chǔ)能服務(wù)的聯(lián)合市場(chǎng)最優(yōu)報(bào)價(jià)、最優(yōu)分配量及最優(yōu)報(bào)價(jià)對(duì)應(yīng)的中標(biāo)率。

1.2 聯(lián)合市場(chǎng)交易方案

階段二：各主體首先按階段一的最優(yōu)配置策略，提交預(yù)計(jì)參與聯(lián)合市場(chǎng)交易的三種標(biāo)的數(shù)量；接著，各主體以密文形式上傳儲(chǔ)能設(shè)備參數(shù)，并調(diào)用智能合約驗(yàn)證其具備提供服務(wù)的能力；智能合約驗(yàn)證通過后，各主體參與聯(lián)合市場(chǎng)的P2P交易。

文中將一天設(shè)定為48個(gè)交易時(shí)段，本時(shí)段將下一時(shí)段可提供的儲(chǔ)能資源線上拍賣，并在下一時(shí)段線下交割后結(jié)算。假設(shè)12:00-12:30時(shí)段的儲(chǔ)能資源在11:30-12:00時(shí)段線上拍賣。具體交易流程如下：

步驟1：在11:30-11:35時(shí)段，各主體按日前市場(chǎng)的歷史數(shù)據(jù)與自身設(shè)備約束，求解競(jìng)標(biāo)模型，得出儲(chǔ)能資源的最優(yōu)分配方式和最優(yōu)報(bào)價(jià)策略；

步驟2：在11:35-11:40時(shí)段，各主體提交預(yù)計(jì)參與聯(lián)合市場(chǎng)交易的三種標(biāo)的數(shù)量；

步驟3：在11:40-11:45時(shí)段，主體將自身儲(chǔ)能設(shè)備參數(shù)信息以密文形式提交至區(qū)塊鏈，并調(diào)用智能合約檢驗(yàn)其是否具備提供足夠數(shù)量服務(wù)的能力。由“礦工”將檢驗(yàn)結(jié)果打包生成區(qū)塊，記錄至區(qū)塊鏈上。

其中，儲(chǔ)能設(shè)備參數(shù)信息利用RSA算法加密、解密。RSA算法是一種非對(duì)稱加密算法，其使用公鑰加密，而有且只有私鑰可以解密[21]，具體的算法流程如圖1所示。在交付能力驗(yàn)證的過程中，各主體在本地使用公鑰將自身儲(chǔ)能設(shè)備參數(shù)信息加密為密文后，上傳至區(qū)塊鏈；智能合約儲(chǔ)存密鑰，將密文解密后，根據(jù)約束條件自動(dòng)檢驗(yàn)主體是否具備提供足夠數(shù)量服務(wù)的能力。此方式在保障主體隱私數(shù)據(jù)的前提下，實(shí)現(xiàn)了對(duì)主體交付能力的有效監(jiān)管；

圖1 RSA算法流程

步驟4：在11:45-11:55時(shí)段，經(jīng)過交付能力驗(yàn)證的各主體在區(qū)塊鏈平臺(tái)上參與聯(lián)合市場(chǎng)P2P交易。該時(shí)段內(nèi)，各主體可查詢市場(chǎng)最優(yōu)報(bào)價(jià)，根據(jù)自身需求急迫程度，選擇合適的P2P交易行為，提交報(bào)價(jià)和交易量至區(qū)塊鏈平臺(tái)，并向平臺(tái)預(yù)付一定保證金。保證金用以保證用戶線上出清后在物理層面按匹配結(jié)果交割。

其中，合適的P2P交易行為包括：市價(jià)交易、限價(jià)交易、撤單。當(dāng)主體交易愿望比較強(qiáng)烈時(shí)，選擇市價(jià)交易；當(dāng)主體交易愿望不是非常強(qiáng)烈并對(duì)價(jià)格有一定要求時(shí)，選擇限價(jià)交易；當(dāng)主體想要退出交易市場(chǎng)時(shí)選擇撤單。

保證金D的計(jì)算如下：

D=N×b×2

(14)

式中N為交易標(biāo)的(包括能量、調(diào)頻服務(wù)、FRP服務(wù))的數(shù)量；b為該時(shí)段的標(biāo)準(zhǔn)電價(jià)。

同時(shí)，市場(chǎng)最優(yōu)報(bào)價(jià)將根據(jù)“礦工”打包的交易信息實(shí)時(shí)更新。智能合約自動(dòng)匹配買賣雙方，結(jié)算交易費(fèi)用；

步驟5：在12:00-12:30時(shí)段，根據(jù)匹配結(jié)果，各主體線下交割。智能電表將交割數(shù)據(jù)上傳至區(qū)塊鏈平臺(tái)，智能合約自動(dòng)檢測(cè)交割量與匹配結(jié)果是否一致，不一致則扣除用戶一定保證金作為違反交易規(guī)則的懲罰。扣除保證金ΔD的計(jì)算公式如式(15)所示：

ΔD=ΔN×b×2

(15)

式中ΔN為實(shí)際交割量與交易匹配結(jié)果的差值。

2 基于Substrate的共享儲(chǔ)能機(jī)制實(shí)現(xiàn)

為搭建一個(gè)高效、多方信賴、透明公開的共享儲(chǔ)能交易平臺(tái)，文中將上節(jié)所述交易流程部署于區(qū)塊鏈上。各主體可通過區(qū)塊鏈實(shí)時(shí)獲取市場(chǎng)信息，以最大化自身儲(chǔ)能設(shè)備的收益，并提供市場(chǎng)急需的儲(chǔ)能服務(wù)。

本節(jié)將共享儲(chǔ)能聯(lián)合市場(chǎng)交易流程分解為四個(gè)階段，分別為初始化階段、預(yù)提交階段、P2P交易階段、支付交割階段，并在Substrate上設(shè)計(jì)了相應(yīng)的智能合約。以下介紹上述共享儲(chǔ)能機(jī)制在Substrate上的實(shí)現(xiàn)方式。各階段相關(guān)函數(shù)的詳細(xì)說明如下文所述。

2.1 初始化階段

(1) SetStandard

該函數(shù)由聯(lián)合市場(chǎng)管理運(yùn)營(yíng)方調(diào)用，用以設(shè)定/修改Substrate平臺(tái)DOT代幣對(duì)人民幣的匯率。

(2) SetPeriod

該函數(shù)由聯(lián)合市場(chǎng)管理運(yùn)營(yíng)方調(diào)用，用以設(shè)定各階段開始與結(jié)束的時(shí)間點(diǎn)，確保交易流程順序執(zhí)行。

(3)SubmitPara

該函數(shù)由想要參與該時(shí)段共享儲(chǔ)能交易的主體調(diào)用，用以提交自身儲(chǔ)能設(shè)備參數(shù)。調(diào)用過該函數(shù)的主體才可進(jìn)入預(yù)提交階段。

2.2 預(yù)提交階段

(1) PreSubmit

該函數(shù)由交易主體調(diào)用，用以提交預(yù)計(jì)參與聯(lián)合市場(chǎng)交易的三種標(biāo)的數(shù)量，P2P交易階段各標(biāo)的的實(shí)際交以數(shù)量不能超過此預(yù)提交量。

(2)VerifyCapability

該函數(shù)在主體提交預(yù)交易量后，由智能合約自動(dòng)執(zhí)行。智能合約根據(jù)初始化階段中各主體提交的設(shè)備參數(shù)，按1.1.2節(jié)所述約束條件自動(dòng)檢驗(yàn)各主體提供足量服務(wù)的能力。驗(yàn)證通過的主體才可進(jìn)入P2P交易階段。

(3)PayMargin

各交易主體調(diào)用該函數(shù)向智能合約所在地址支付保證金，保證金數(shù)量為按預(yù)提交量及市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)單價(jià)的乘積。各交易主體提交保證金后，才可進(jìn)入P2P交易階段。

2.3 P2P交易階段

P2P交易階段內(nèi)的交易流程如圖2所示。

圖2 P2P交易階段流程

其中主要涉及的函數(shù)如下所示。

(1)RevealPrice

該函數(shù)在P2P交易時(shí)段內(nèi)，可被任何交易主體調(diào)用，用以查詢市場(chǎng)最優(yōu)報(bào)價(jià)。若市場(chǎng)暫無報(bào)價(jià)信息，則默認(rèn)顯示為“No Quotation Yet”，若已有報(bào)價(jià)信息，則顯示最優(yōu)報(bào)價(jià)。

(2)LimitOrder

該函數(shù)在P2P交易時(shí)段內(nèi)，可被任何交易主體調(diào)用，用以提交限價(jià)交易訂單。限價(jià)交易時(shí)，用戶提交預(yù)計(jì)報(bào)價(jià)和交易量，并等待市價(jià)交易用于響應(yīng)該訂單。買家的限價(jià)訂單信息被存入賬本BidLedger中，并按報(bào)價(jià)由低至高存放。類似的，賣家的限價(jià)交易訂單信息被存入賬本AskLedger中，并按報(bào)價(jià)由高至低存放。

(3)MarketOrder

該函數(shù)在P2P交易時(shí)段內(nèi)，可被任何交易主體調(diào)用，用以提交市價(jià)交易訂單。市價(jià)交易訂單提交后，智能合約自動(dòng)執(zhí)行函數(shù)邏輯，將該訂單與限價(jià)訂單賬本中報(bào)價(jià)最優(yōu)的限價(jià)訂單匹配，直至完成訂單交易數(shù)量或限價(jià)交易的賬本信息被清空，結(jié)束交易。需要補(bǔ)充的是，為避免交易信息混亂，市價(jià)交易訂單會(huì)附加一個(gè)時(shí)間戳，先提交的市價(jià)訂單在匹配時(shí)具有較高的優(yōu)先級(jí)。

(4) DeleteOrder

該函數(shù)在P2P交易時(shí)段內(nèi)，可被任何參與主體調(diào)用，用以清除訂單信息，退出市場(chǎng)。

2.4 支付交割階段

(1)SettleFee

該函數(shù)在進(jìn)入支付交割階段后，由智能合約自動(dòng)執(zhí)行，用以在P2P交易階段匹配成功的交易雙方之間結(jié)算交易費(fèi)用。

(2)WithdrawMargin

在下一時(shí)段線下交割后，參與P2P交易階段的主體可調(diào)用該函數(shù)取回剩余保證金。

3 算例分析

3.1 仿真平臺(tái)搭建

基于Substrate的私有鏈仿真平臺(tái)搭建步驟如下：

步驟1：初始化Substrate開發(fā)環(huán)境。安裝并配置了Rust編譯器，將Rust工具鏈配置為默認(rèn)的最新穩(wěn)定版本，使用Git克隆Substrate節(jié)點(diǎn)模板。文中依托的電腦配置與Substrate版本信息如表1所示。

表1 電腦配置與Substrate版本

步驟2：部署runtime模塊下的智能合約。使用Rust語言編寫共享儲(chǔ)能聯(lián)合市場(chǎng)交易智能合約，在runtime的lib文件中引入該智能合約，重新編譯Substrate私有鏈文件，將智能合約部署至鏈上；

步驟3：配置區(qū)塊鏈創(chuàng)世文件。將節(jié)點(diǎn)模板預(yù)定義的創(chuàng)世文件導(dǎo)出，修改網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)、許可節(jié)點(diǎn)等必要參數(shù)，并重新編譯；

步驟4：?jiǎn)?dòng)Substrate節(jié)點(diǎn)。自定義每個(gè)Substrate節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行模式、本地區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)路徑與通信端口，以啟動(dòng)Substrate節(jié)點(diǎn)；

步驟5：Substrate節(jié)點(diǎn)互聯(lián)。不同的Substrate節(jié)點(diǎn)之間通過區(qū)塊鏈唯一節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)、ip地址與通信端口點(diǎn)對(duì)點(diǎn)互聯(lián)。

所有Substrate節(jié)點(diǎn)互聯(lián)完成，代表基于Substrate的私有鏈仿真平臺(tái)搭建成功。之后，可通過節(jié)點(diǎn)終端的控制程序仿真驗(yàn)證文中設(shè)計(jì)的共享儲(chǔ)能聯(lián)合市場(chǎng)交易方案。

3.2 仿真參數(shù)設(shè)定

本案例設(shè)置在上海某一區(qū)域。火電廠、新能源電廠、小個(gè)體用戶等8個(gè)包含儲(chǔ)能設(shè)備的主體參與共享儲(chǔ)能聯(lián)合市場(chǎng)交易，各主體依次命名為A-H。假設(shè)線上交易時(shí)段為11:30-12:00，線下交割時(shí)段為12:00-12:30。各主體商定區(qū)塊鏈平臺(tái)代幣Token與RMB的匯率為1 RMB=100 Token。按比例得出該時(shí)段的市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)電價(jià)為65 Token/kW·h。

3.3 聯(lián)合市場(chǎng)資源配置

各主體首先按模型優(yōu)化配置自身的儲(chǔ)能資源，以賣家A為例，根據(jù)聯(lián)合市場(chǎng)歷史數(shù)據(jù)，由競(jìng)標(biāo)模型得出的能量、向上調(diào)頻、向上FRP三種交易標(biāo)的的最優(yōu)報(bào)價(jià)及中標(biāo)率分別如表2所示。

表2 三種交易標(biāo)的的最優(yōu)報(bào)價(jià)及中標(biāo)率

主體A的設(shè)備約束條件如表3所示。

表3 主體A的設(shè)備約束條件

根據(jù)約束條件，主體A在該時(shí)段內(nèi)最佳資源分配方式是將617.5 kW·h用于能量市場(chǎng)交易，定價(jià)為0.72 RMB/kW·h，將182.5 kW·h用于FRP服務(wù)市場(chǎng)交易，定價(jià)為0.56 RMB/kW·h，未將儲(chǔ)能資源用于FM服務(wù)市場(chǎng)交易。

與主體A類似，8個(gè)主體最終得出的最優(yōu)資源配置策略如表4所示。

表4 8個(gè)主體的最優(yōu)資源配置策略

3.4 聯(lián)合市場(chǎng)交易

接著各主體參與聯(lián)合市場(chǎng)的P2P交易。以能量市場(chǎng)為例，假設(shè)在11:37分這一時(shí)刻，賣方與買方報(bào)價(jià)情況分別如表5和表6所示。

表5 P2P交易階段的賣方報(bào)價(jià)

表6 P2P交易階段的買方報(bào)價(jià)

同時(shí)，智能合約自動(dòng)匹配買賣雙方。成交結(jié)果如表7所示。A由于售價(jià)太高，暫無買家響應(yīng)，D由于售價(jià)較高剩余44.4 kW·h未能出售，E由于出價(jià)過低剩余163.8 kW·h需求量。

表7 P2P交易階段的交易結(jié)果

11:42分時(shí)，E由于需求意愿強(qiáng)烈，將報(bào)單修改為市價(jià)交易，A決定降低報(bào)價(jià)為63 Token/kW·h， D決定撤單。由于報(bào)價(jià)信息更新，智能合約自動(dòng)觸發(fā)，新一輪的匹配結(jié)果如表8所示。

表8 P2P交易階段新一輪匹配結(jié)果

最終能量市場(chǎng)的出清與結(jié)算情況如表9所示。

表9 能量市場(chǎng)最終出清與結(jié)算情況

仿真結(jié)果表明，各主體均能按照優(yōu)化配置模型合理配置儲(chǔ)能資源，并在共享儲(chǔ)能聯(lián)合市場(chǎng)出清。智能合約技術(shù)可以自動(dòng)、有效監(jiān)管主體是否具備提供足量?jī)?chǔ)能服務(wù)的能力。基于區(qū)塊鏈的共享儲(chǔ)能交易平臺(tái)能實(shí)時(shí)更新市場(chǎng)需求信息，自動(dòng)執(zhí)行交易規(guī)則，并完成交易結(jié)算；同時(shí)通過保證金機(jī)制保障線下交割情況與線上匹配結(jié)果一致。

3.5 聯(lián)合市場(chǎng)與單一市場(chǎng)對(duì)比

3.5.1 各主體期望收益

按3.3節(jié)中的聯(lián)合市場(chǎng)資源配置，主體A在該時(shí)段將617.5 kW·h用于能量市場(chǎng)交易，定價(jià)為0.72 RMB/(kW·h)，將182.5 kW·h用于FRP服務(wù)市場(chǎng)交易，定價(jià)為0.56 RMB/(kW·h)，未將儲(chǔ)能資源用于FM服務(wù)市場(chǎng)交易。此時(shí)，主體A的期望收益為338.3 RMB。

若主體A根據(jù)相同的儲(chǔ)能設(shè)備約束條件參與單一市場(chǎng)交易，主體A的三種交易方案如表10所示。

由表10可知：在單一市場(chǎng)中，主體A的最優(yōu)配置方式為將800 kW·h用于FM服務(wù)市場(chǎng)交易，定價(jià)為0.70 RMB/(kW·h)。此時(shí)，主體A的期望收益為280 RMB。

表10 單一市場(chǎng)下主體A的交易方案

與主體A類似，該市場(chǎng)中賣方在聯(lián)合市場(chǎng)與單一市場(chǎng)的期望收益如表11所示。

表11 賣方在聯(lián)合市場(chǎng)與單一市場(chǎng)的期望收益

由表11可知：按聯(lián)合市場(chǎng)資源配置，各主體出售儲(chǔ)能資源的期望收益顯著高于單一市場(chǎng)下的期望收益。共享儲(chǔ)能聯(lián)合交易機(jī)制顯著提升了各主體的期望收益。

3.5.2 市場(chǎng)資源配置

按3.4節(jié)與文獻(xiàn)[22]中算例所設(shè)置的需求量，8個(gè)主體分別參與聯(lián)合市場(chǎng)交易與單一市場(chǎng)交易時(shí)，24 h未滿足的能量、FM服務(wù)、FRP服務(wù)需求分別如圖3～圖5所示。

圖3 24 h未滿足的能量需求

圖4 24 h未滿足的FM服務(wù)需求

圖5 24 h未滿足的FRP服務(wù)需求

由圖3～圖5可知，相較于單一市場(chǎng)，聯(lián)合市場(chǎng)資源配置能有效填補(bǔ)儲(chǔ)能資源(包括能量、FM服務(wù)、FRP服務(wù))的需求高峰；在能量市場(chǎng)，聯(lián)合交易機(jī)制再在峰值滿足了79%的能量需求。因此，基于共享儲(chǔ)能聯(lián)合市場(chǎng)的競(jìng)價(jià)模型通過經(jīng)濟(jì)激勵(lì)有效引導(dǎo)各主體合理配置儲(chǔ)能資源，進(jìn)而最大程度地滿足了急需的儲(chǔ)能服務(wù)。

4 結(jié)束語

文中根據(jù)當(dāng)前儲(chǔ)能市場(chǎng)中不同主體的儲(chǔ)能服務(wù)需求，設(shè)計(jì)了共享儲(chǔ)能市場(chǎng)機(jī)制，搭建了共享儲(chǔ)能優(yōu)化配置模型和P2P交易模型，設(shè)計(jì)了基于Substrate區(qū)塊鏈平臺(tái)的對(duì)應(yīng)的智能合約，最后利用Substrate-UI測(cè)試工具仿真驗(yàn)證了模型的正確性。

仿真結(jié)果驗(yàn)證了文中提出的共享儲(chǔ)能交易機(jī)制的有效性。當(dāng)前的共享儲(chǔ)能市場(chǎng)交易機(jī)制大多由中心化機(jī)構(gòu)主導(dǎo)，并不支撐大量分布式用戶接入平臺(tái)。而文中將區(qū)塊鏈與分布式儲(chǔ)能交易結(jié)合，為共享儲(chǔ)能交易提供了去中心化的、安全有效的、可信賴的、信息共享的底層支撐技術(shù)。