電力資源動態監測調度系統

陳 楠

（北京地鐵運營有限公司，北京 100044）

0 引 言

電力系統資源調度與監測是保證電力系統安全穩定運行的重要內容，隨著可再生能源進入電網，與電網連接的設備和負荷大量增加，傳統系統難以有效解決分布式電源數據監視問題。在區塊鏈、云計算等信息技術快速發展的背景下，利用區塊鏈和邊緣計算技術能夠有效提升電力資源數據的采集與分析能力，解決可再生能源接入電網帶來的數據量劇增問題。基于電力系統調度的基本原理和調度資源監視的基本數據需求進行建模，利用區塊鏈和邊緣代理實現電力資源的動態監測與調度功能。

1 區塊鏈和邊緣代理

1.1 區塊鏈

區塊鏈是分布式存儲和管理數據的一種方式，由加密簽名和分布式共識機制組合而成，按照時間順序形成區塊流的存儲形式。區塊鏈中的服務器被稱為節點，為整個區塊鏈系統提供存儲空間和算力支持。如果要修改區塊鏈中的信息，那么必須征得半數以上節點的同意并修改所有節點中的信息。區塊鏈中的節點通常掌握在不同的主體手中，因此篡改其中的信息是一件極其困難的事，區塊鏈一般不受網絡惡意攻擊的影響。

區塊流主要由區塊頭和區塊體組成，其中前者包含當前區塊號、生成區塊時間以及上一區塊哈希值等，后者包括具體交易記錄。區塊鏈的關鍵技術包括哈希算法、哈希樹以及分布式共識機制等。

1.2 邊緣代理

邊緣代理是一種新興的智能邊緣計算載體，歐洲電信標準協會對邊緣計算定義是在靠近人、物或數據源頭的網絡邊緣側，利用融合網絡、計算、存儲以及應用等核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務。

將邊緣計算應用于電力系統，需要對數據任務進行部署，提升終端的計算能力。邊緣代理之間相互關聯，可以實現數據的高效部署，從而提升計算性能。邊緣計算需要在邊緣部署多個物聯網代理節點，通過分布式的決策整合使得邊緣服務器的資源容量得到擴大，提供最優的部署服務。與數據中心連接的骨干網負責邊緣節點的數據通信，根據邊緣計算框架實現相應的異構數據處理，結合電力物聯網的計算、存儲以及應用等需求，提供一體化平臺服務，實現網絡的快速響應[1-3]。

1.3 基于區塊鏈的能源互聯網

基于區塊鏈的能源互聯網是針對多種能源體系整合而成的終端網絡，可以實現電力資源的優化配置和交易。該互聯網通過與當下分布式光伏發電、分布式風力發電以及水力發電等擁有自主交易權的系統進行整合，形成與用戶需求密切相關的動態聯系網絡，利用區塊鏈技術實現能源局域網與能源互聯網之間的設備和信息整合，在去中心化的結構下提供個性化的供電和用電服務，主要包括微電網、社區電網等實現去中心化交易，疏通多種能源的配置、交易渠道，提升分布式電源的管理水平。基于區塊鏈的能源互聯網主要包括各類能源節點和區塊代理路由器，采用邊緣計算之后，代理路由器可以發揮邊緣代理的作用。能源節點是發電設備與用電通道連接的節點總稱，主要包括能源生產者、能源消費者以及具有雙重屬性的能源產消者，可以在區域電網穩定運行的前提下優化各節點的經濟效益。區塊代理路由器即為邊緣代理，是統籌電力資源調度、實現電力信息傳輸以及優化多種能源交流的載體。

邊緣代理與區塊鏈系統的運行機制密切配合，提供以分布式框架為系統結構，包括發電調度、電能質量控制以及電能交易等個性化服務。分布式邊緣代理能夠提升區域范圍內的電力傳輸能力，具有空間和地域雙重維度特性，統籌自治區域中的用戶和設備需求，通過區域能源互聯網形成多代理系統。將多個獨立決策的代理進行統籌優化，實現實時能源消納環境變化的靈活快速響應，提升用戶體驗，降低系統冗余度，滿足發電商和用戶的多種能源流動需求，提供自動化交易結算服務。能源路由器和區塊處理模塊針對邊緣代理提供信息支撐，最大化各方在能源物聯網中的收益。

2 可調度資源監測

電力資源的動態監測主要是針對電力系統運行的數據進行采集和后續處理，對電力資源實施合理調配。基于計算機通信技術和控制技術，實現電力資源在線收集，對系統運行情況進行分析決策。動態調度是整合發電、輸電以及配電等環節的電力資源，而調度資源監測是利用調度自動化主站系統實現數據的遙測、遙信以及收發等功能，實現電力資源的集中調配與控制。通過電力資源的動態監測與調度，實現電力系統的集成化管理，具體包括電網運行監測、電力調度數據分析、調度數據控制、調度計劃編制以及調度結果評估等[4]。

3 基于區塊鏈和邊緣代理的電力資源動態調度監控系統

3.1 系統架構

基于區塊鏈和邊緣代理的系統架構，主要涉及電力調度中心與電力交易中心之間的信息流和能量流，涉及發電企業、終端用戶以區塊鏈的方式形成區塊鏈聯盟，利用服務器實現區塊和賬本等信息的存儲，以電力調度的基本模型為依據進行市場調度和市場交易。在交易體系中，調度節點、交易中心、調度中心、服務端、能源聚合器以及終端用戶是主要的實體。系統具體架構如圖1 所示。

圖1 系統架構

區塊鏈以電力交易中心、發電企業和終端用戶的數據為核心，電力調度中心通過上述3 者的聯系實現區塊鏈數據的整體上傳，利用服務端的區塊鏈和賬本對電力交易中心下發的區塊進行整合處理并形成信息流，該閉環信息流與能源聚合器形成完整的調度和交易體系。

3.2 邊緣代理硬件結構

邊緣代理位于電力系統調度和交易的終端感知層，利用相應的聯網方式獲取與其他中心和業務系統的聯系，在感知層利用信息匯聚、邊緣計算以及區域自治實現與區塊鏈內容相匹配的數據采集、數據連接、設備監視以及數據模型一體化等功能。系統硬件架構主要包括主控單元、存儲單元、通信單元、供電系統以及擴展單元等。

邊緣代理是實現邊緣計算的重要載體，通過對部署在發電企業、電力輸送網絡和終端用戶之間的邊緣代理進行整合，形成統一的通信網絡和數據傳輸網絡，實現以區塊鏈為基礎的系統調度和資源監視。

3.3 基于邊緣代理的資源監視

調動資源的監視主要依靠部署在邊端的邊緣代理設備，采取監視對象主動匯報的方式獲取相應調度資源和交易信息，通過對服務端涉及到的通信端口進行監聽，在相應的軟件架構上收集和整理數據，從而得到相應的監視結果。針對未部署邊緣代理的情況，需要采用系統主動監視的方法進行數據查詢，通過相應的通信協議獲取監視對象的信息，實現數據的進一步上傳[5]。

3.4 數據對比分析流程

邊緣代理負責對終端數據進行匯集，將各類終端的數據匯總上傳。終端數據在采集匯總期間容易出現遺漏、錯誤等問題，邊緣代理能夠檢測出現異常的數據，與歷史數據及其他終端數據進行對比，分析數據異常原因，從而有效篩選數據。

4 應用分析

將該系統應用于某地示范工程，該工程為微網示范項目，含有電動汽車、分布式光伏、小型機組，包括普通用戶和產消者。假設基于用戶出行規律統計后的充電需求為7 kW·h，按照本文提出的模型以成本最小為目標進行優化，將各節點部署邊緣代理。

4.1 系統調度結果

電力資源動態調度監控系統的調度結果如圖2所示。

圖2 調度結果

由圖2 可知，分布式光伏和風電出力在調度周期內能與電動汽車充電需求形成互補，一方面滿足基本負荷的需求，另一方面滿足充電需求。在總電量優化方面，能充分利用夜間的風電反調峰特性進行電源出力，達到平滑曲線的作用。在調度過程中，邊緣代理部署在分布式光伏節點，能夠有效監視這類波動性能源的出力，減少電網調度的誤判風險，同時還能降低能源調度分析的計算成本[6]。

4.2 調度資源監視

在系統調度資源監視方面，系統可以實現的功能如下所述。

（1）數據采集。按配置的采集任務，采集傳感器所產生的數據狀態量、交流模擬量，支持大量感知單元的數據接入。

（2）數據處理。系統能夠實現對數據的凍結、統計等處理功能。對于可壓縮的長報文數據，通過自識別實現數據壓縮傳輸，減輕系統通信壓力。

（3）參數配置。由主站設置、查詢邊緣代理的通信地址、組地址、配置參數以及通信參數等。

（4）事件上報。系統能夠產生事件信息，當邊緣代理自動判斷事件產生或恢復時自動上報，同時記錄上報狀態。

（5）數據傳輸。根據系統的區塊鏈傳輸機制，實現調度數據傳輸。

（6）時鐘同步及定位。主動和衛星完成對時，同時“邊”設備可與接入設備進行對時，計時誤差在0.5 s 以內。此外，邊緣代理支持GPS 和北斗衛星雙模定位功能。

（7）運行維護。針對電力系統調度過程中的系統維護問題和設備維護問題，基于區塊鏈的系統能夠自動識別系統維護位置、需維護設備的信息，自動診斷其功能是否正常，遠程查看設備的相關信息，利用設備的運行日志提供運行維護方案。

5 結 論

文章提出了基于區塊鏈和邊緣代理的電力資源動態監測調度系統，通過對系統的功能分析和架構論證，該系統在軟硬件結構方面能夠滿足電力系統調度和系統監測的需求。與現有的調度監控系統相比，該系統能夠提升在電力交易方面的監控能力，擴大調度資源監視范圍。