电力：分布式可调节资源区块链聚合管控技术及应用

汇报人：刘杰 CONTENTS 1项目背景 2总体思路及主要内容 3主要技术创新点 4技术先进性对比 5成果评价及知识产权情况 6推广应用及经济社会效益 一、项目背景 在双碳目标驱动下，我国能源结构加速转型升级，分布式能源成为新型电力系统重要组成部分。 我国分布式光伏已突破 2.4亿千瓦 山东省占比超16% 山东光伏全国第一位 全国电动汽车充电基础设施为859.6万台 新能源汽车保有量 2041万辆 2023年我国新能源汽车保有量 万辆 分布式冷热负荷具典型性、占比最大的可调节负荷 山东电网分布式冷热负荷总量超过1500万千瓦 16% 2500 2000 1500 1000 500 0 2041 1310 783.5 380.9492 20192020202120222023 大规模分布式资源若不加以有效管控将威胁电力系统安全稳定运行 3 一、项目背景 分布式可调节资源涌入电网给电力系统运行带来严峻挑战 挑战1挑战2挑战3 分散广、容量小、数目多的分布式可调节资源调节潜力如何挖掘并利用； 分布式可调节资源如何实现去中心化的协调管控，有效参与电网调峰； 如何对分布式可调节资源参与调峰潜力有效评价并良性促进调峰效果。 4 一、项目背景 区块链作为一种新兴的分布式基础架构，具有去中心化、公开透明、不可篡改、可追溯等特点，更符合分布式能源交易的分散化、参与主体多样性等特征，能够形 成以消费者为中心、支持生产者参与的模式，进一步提升能源交易的灵活性、增强能源交易市场的整体效率。 区块链特点可追溯 不可 去中篡改 心化公开 透明 基于区块链技术可实现分布式资源的聚合管控 实现从“源随荷动”的传统电力平衡模式向“源荷互动”的新模式的转型 5 CONTENTS 1项目背景 2总体思路及主要内容 3主要技术创新点 4技术先进性对比 5成果评价及知识产权情况 6推广应用及经济社会效益 二、总体思路及主要内容 计划名称 项目名称 起止年限 是否验收（鉴定） 国家自然科学基金 微网系统Kuramoto建模与基于能量成型的无缝切换调频控制方法研究 2018.01-2021.12 已结题 国网山东省电力公司科技项目 基于可信区块链的充电桩共享运营模式研究与验证 2021.01-2022.12 通过验收 基于区块链技术 研究了可调资源个体模型在信息空间的建立方法研究了信息空间区块链平台部署方法 研究了区块链通道上节点的聚合动态评价体系 7 二、总体思路及主要内容 提出了攻克了分布式可调节资源聚合优化、互动协同、客观动态评价三大关键难题 难点一 传统聚类算法难以全面适应电网分布式资源的多样性和规模 难点二 分布式资源调峰通信负担重个体竞争力弱，共识信任难 难点三 分布式资源调峰性能评价复杂，个体差异大，互动策略不明确，评价体系和信任机制需完善 创新点一 基于电气距离等多维度指标的多视角聚类算法，增强电网资源调节能力 创新点二 基于HyperledgerFabric平台的区块链网络双通道机制架构，创新双通道及智能合约自动化分配算法 创新点三 z 基于区块链数据的长短期动态评价方法，构建三维信用评价体系，提出互动策略和动态评价引入决策优化 成果一 面向分布式调节资源的高效聚类策略 成果二 面向分布式调节资源的区块链管控平台 成果三 面向分布式调节资源的能源区块链服务终端 实现了以区块链为分布式可调节资源的聚合管控和有效参与电力辅助服务的重大突破 8 CONTENTS 1项目背景 2总体思路及主要内容 3主要技术创新点 4技术先进性对比 5成果评价及知识产权情况 6推广应用及经济社会效益 三、技术创新点 提出多视角指标兼顾的分布式可调节资源虚拟聚类方法 过多单体调峰 避免一次性调用 尽量降低弃电量 集群内可平均分配调峰任务 集群划分准则 电气距离：降低集群间耦合 聚类指标设计 理论可调功率： 实现调峰任务平均分配 聚类效果检验 单位调峰成本：考虑度电成本、有功补偿成本和弃电成本 聚类检验指标 (1)归一化互信息(NMI) (2)芮氏指标(RI) (3)Davies-Bouldin指标(DBI) 集群调峰效果 (1)平均分配的调峰精度 (2)光伏调峰的弃光量 分布式光伏虚拟聚合 (3)光伏调峰的频繁程度 10 三、技术创新点 提出多视角指标兼顾的分布式可调节资源虚拟聚类方法 克服了单一视角聚类算法片面性 实现了将大量分散的分布式可调节资源聚合为可调容量较大、可统一协调的虚拟集群攻克了分布式可调节资源调节潜力碎片化无法利用的难题 聚类难 技术难点资源多样性 聚类中心数不确定 任务分配维度高求解难 多指标聚类全面评估资源 自适应算法无需预设中心数 虚拟聚合策略简化分配求解 创新内容 电气距离调峰成本 理论功率 面向分布式调节资源的高效聚类策略 成果成效 1.精确分类与资源优化，提升了电网效率 2.自适应算法，增强了电网的稳定性和适应性 3.简化的任务分配流程，提高了电网调峰的响应速度 21211 三、技术创新点 提出了分布式可调节资源区块链管控建模方法 分配调峰成本：调节成本/损耗成本等 目标有功网损：电阻/电压/有功/无功 MM 智能合约 分配电网电压/电流、功率平衡约束 minFtotal Fm m1 mxm m1 功能设计 约束集群的最大可调功率 minP nn = loss  ijPiPjQiQjijQiPjPiQj 分配集群之间开展调峰竞标，得出各 方法个集群的调峰任务 i1 j1 12 三、技术创新点 提出了分布式可调节资源区块链管控建模方法 建立了分布式调节资源参与电网调峰的区块链平台 发明了基于HyperledgerFabric平台的区块链网络双通道机制架构 开发了基于智能合约的自动化调峰任务分配算法，降低了综合运营成本10%以上 分布式资源调峰通信负担重 区块链网络通道独立性与数据共享矛盾 调峰任务分配中利益主体多样、共识难达成 技术难点 构建区块链平台 双通道机制聚合与竞标通道独立运作 智能合约自动化分配算法 创新内容 面向分布式调节资源的区块链管控平台 1.区块链平台2.双通道机制 提升了电网调峰效率优化了任务分配流程 3.智能合约算法降低了运营成本 成果成效 44213 三、技术创新点 发明基于区块链数据的长短期分布式资源单体的调峰性能动态评价方法 提取调峰评价指标：调节/响应速率/可调能力/调峰精度构建动态评价体系：从不同时间尺度整合上述评价指标设计集群更新机制：撤销/颁发调峰许可，内部优胜劣汰 检验聚类效果：NMI、RI、DBI指标、调峰效果优劣 检验协商效果：提高调峰精度、简化计算难度和复杂度 更新结果作为协商时的约束条件 检验更新效果：促进任务合理分配、进一步改善调峰效果 1 pe,i,k ps,i,k 2 tac,i,k pmax,i,k pac,i,k vi,Ntk 2t i,N 3p max,k 4p ob,i,k 将更新后的集群总理论可调功率用作智能合约自动化分配的动态约束条件 动态评价 优胜劣汰 动态约束 14 三、技术创新点 发明基于区块链数据的长短期分布式资源单体的调峰性能动态评价方法 构建了三维信用评价体系对虚拟聚合集群内部分布式调节资源单体进行优胜劣汰 建立了以集群总可调功率为自动化分配中的动态约束促进集群间调峰任务的合理分配实现了分布式可调节资源聚合的动态更新 技术难点 调峰性能评价复杂需全面性 资源单体差异大聚合服务需筛选 电网互动策略不明决策优化需改进 多维度动态评价提升评价可信度 三维信用体系资源自我更新 集群总可调功率动态约束 创新内容 面向分布式调节资源的能源区块链服务终端 成果成效 1.动态评价方法提高了调峰性能评估的准确性 2.信用体系促进了资源的高效聚合和服务筛选 3.明确互动策略优化了调峰任务分配 31215 CONTENTS 1项目背景 2总体思路及主要内容 3主要技术创新点 4技术先进性对比 5成果评价及知识产权情况 6推广应用及经济社会效益 四、技术先进性对比 关键技术 本项目技术水平 国内外同类技术 结论 多种聚类指标设计 综合考虑节点电气距离、理论可调功率、单位调峰成本为依据聚合 依据数学方法直接聚合，按照地理位置划分 优于 多视角聚类算法 利用多视角聚类算法，确保集群间的差异性和集群内的相似性，聚类效果较传统聚类算法更好 采用单一视角的聚类算法划分类别，缺少多视角模糊聚类算法应用 优于 分布式资源集群等效聚合技术 改进算法的适应性和效率，能够更好地处理大规模、高纬度的数据集，精度>95% 面对大规模数据时效率较低，国内文献查询，聚类精度约为85%，国外技术聚类精度约90% 优于 研究分布式电源参与电网调峰 聚合效应，形成碎片化资源对电网辅助服务的支撑能力；能保证调控自动化执行、有共识、分配合理公正性 调控依赖中央集中管理，数据量大；仅对集中式电站建立模型；易导致资源分配的单一性和忽视公平性 优于 动态评价体系，建立集群自我更新机制 可实现聚合集群内部优胜劣汰的开放性、可持续性发展 评价体系老旧，不能实现对调峰效果进行评价和集群更新 优于 整体技术水平优于国内外同类技术 17 CONTENTS 1项目背景 2总体思路及主要内容 3主要技术创新点 4技术先进性对比 5成果评价及知识产权情况 6推广应用及经济社会效益 五、成果评价及知识产权情况 项目申请发明专利9项 19 五、成果评价及知识产权情况 软件著作权4项 20 五、成果评价及知识产权情况 发表学术论文7篇制定团体标准1项 21 五、成果评价及知识产权情况 经山东省科学院情报所检索中心查新，目前国内外未见有与本成果查新点相同的文献报道 22 五、成果评价及知识产权情况 《微网系统Kuramoto建模与基于能量成型的无缝切换调频控制方法研究》经国家自然科学基金委员会审核通过，准予结题；《基于可信区块链的充电桩共享运营模式研究与验证》同意专家验收意见，通过项目验收。 23 五、成果评价及知识产权情况 分布式可调节资源区块链聚合管控技术及应用 系统通过第三方检测 《分布式光伏基于区块链聚合参与电网调峰虚拟仿真实验》经北京百朋索奇科技有限公司测试，项目系统运行正常，符合标准和运行要求。 24 五、成果评价及知识产权情况 2024年6月16日，山东电机工程学会鉴定委员会认为：项目整体达到国内领先水平，同意通过科技成果鉴定。 25 CONTENTS 1立项背景 2总体思路及主要内容 3主要技术创新点 4技术先进性对比 5成果评价及知识产权情况 6推广应用及经济社会效益 六、推广应用及经济社会效益 基于项目成果，依托烟台分布式光伏、电动汽车充电桩、空气源热泵部署了分布式可调节资源区块链平台。 27 六、推广应用及经济社会效益 功能包括分布式资源环境配置、区块链平台部署、虚拟聚合配置、智能合约开发、共识机制达成、在线体系记录、动态评价反馈多个环节。 光伏板结构 分布式光伏网络结构及虚拟聚合集群 电网调度中心的“削峰填谷”指令 HYPERLEDGERFABRIC 联盟区块链可视化显示 竞标流程 28 六、推广应用及经济社会效益 项目成果在山东省内电网逐步应用，研发的分布式调节资源调控系统、聚合系统和控制终端系统已在多个城市电网、虚拟电厂中得到应用。 内蒙古吉林河辽宁 山北 西山东陕河 西南 四川湖北 湖南 安江苏徽 浙江 29 六、推广应用及经济社会效益 提升电力系统调节能力、可持续发展能力 促进用户节能提效及企业降本增效 调动新型市场主体发展积极性 •保障电力安全可靠供应 •促进新能源消纳 •减少大气污染物的排放 •保障了供暖民生 •繁荣了市场经济 •保障就业、促进经济发展 对我国实现“碳达峰”“碳中和”战略目标起到至关重要的支撑作用 30