Blockchain-based Stackelberg Game Optimal Operation of Multiple Virtual Power Plants

Buxiang ZHOU; Yue ZHANG; Tianlei ZANG; Qiang CAO; Yuanhong ZHANG; Haoyu PENG

doi:10.7500/AEPS20210303008

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Blockchain-based Stackelberg Game Optimal Operation of Multiple Virtual Power Plants

Basic Research | 更新时间：2025-06-16

- Blockchain-based Stackelberg Game Optimal Operation of Multiple Virtual Power Plants
- Automation of Electric Power Systems Vol. 46, Issue 1, Pages: 155-163(2022)
- 作者机构：
  
  四川大学电气工程学院，四川省成都市 610065
- 作者简介：
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(51907097);the Science and Technology Planning Project of Sichuan Province of China(2020JDRC0049)
- DOI：10.7500/AEPS20210303008
  CLC：
- Received：03 March 2021，
  
  Revised：2021-07-07，
  
  Published Online：07 September 2021，
  
  Published：10 January 2022
- 稿件说明：
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周步祥,张越,臧天磊等.基于区块链的多虚拟电厂主从博弈优化运行[J].电力系统自动化,2022,46(1):155-163.

ZHOU Buxiang,ZHANG Yue,ZANG Tianlei,et al.Blockchain-based Stackelberg Game Optimal Operation of Multiple Virtual Power Plants[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(1):155-163.
周步祥,张越,臧天磊等.基于区块链的多虚拟电厂主从博弈优化运行[J].电力系统自动化,2022,46(1):155-163. DOI： 10.7500/AEPS20210303008.

ZHOU Buxiang,ZHANG Yue,ZANG Tianlei,et al.Blockchain-based Stackelberg Game Optimal Operation of Multiple Virtual Power Plants[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(1):155-163. DOI： 10.7500/AEPS20210303008.

摘要

在未来以新能源为主体的新型电力系统中，多虚拟电厂的能源管理将更加复杂和具有挑战性。考虑到区块链技术信息安全、机制透明、区域共治的特点，从虚拟电厂的功能特征出发，创建由商业链、技术链和资产链组成的区块链。综合考虑多虚拟电厂形成的多决策主体利益关联与冲突的局面，建立了考虑网络安全约束的多虚拟电厂主从博弈优化运行方法。在此基础上，研究了区块链技术下的多虚拟电厂优化运行模式，从网络层级框架、交互机制、智能合约和激励机制等方面进行了设计。最后

通过算例仿真验证了所提方法的有效性。

Abstract

In the future power system where renewable energy is predominant

the energy management of multiple virtual power plants (VPPs) will be more complicated and challenging. Considering the characteristics of blockchain technology including information security

transparent mechanism

and regional co-governance

a blockchain consisting of commercial chain

technical chain and asset chain is designed inspired by the functional characteristics of VPPs. Then

comprehensively considering the association and conflict of the interest of the multiple decision-making entities formed by multiple VPPs

a Stackelberg game based optimal operation method is introduced with the network security constraints. On this basis

the optimal operation mode of multiple VPPs based on the blockchain technology is analyzed and designed from the aspects including the network level framework

interaction mechanism

smart contracts

and incentive mechanism. Finally

case studies are conducted to verify the effectiveness of the proposed method.

关键词

Keywords

references

刘振亚 . 建设我国能源互联网，推进绿色低碳转型［EB/OL］.［ 2020-07-29 ］. http：//www.chinapower.com.cn/zk/zjgd/20200729/26456.html http://www.chinapower.com.cn/zk/zjgd/20200729/26456.html .

LIU Zhenya . Build an Energy Internet in China and promote green and low-carbon transformation ［EB/OL］. ［ 2020-07-29 ］. http：//www.chinapower.com.cn/zk/zjgd/20200729/26456.html http://www.chinapower.com.cn/zk/zjgd/20200729/26456.html .

方燕琼，甘霖，艾芊，等 . 基于主从博弈的虚拟电厂双层竞标策略［J］. 电力系统自动化， 2017 ， 41 （ 14 ）： 61 - 69 .

FANG Yanqiong ， GAN Lin ， AI Qian ， et al . Stackelberg game based bi-level bidding strategy for virtual power plant ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2017 ， 41 （ 14 ）： 61 - 69 .

KARDAKOS E G ， SIMOGLOU C K ， BAKIRTZIS A G . Optimal offering strategy of a virtual power plant： a stochastic bi-level approach ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2016 ， 7 （ 2 ）： 794 - 806 .

周亦洲，孙国强，黄文进，等 . 多区域虚拟电厂综合能源协调调度优化模型［J］. 中国电机工程学报， 2017 ， 37 （ 23 ）： 6780 - 6790 .

ZHOU Yizhou ， SUN Guoqiang ， HUANG Wenjin ， et al . Optimized multi-regional integrated energy coordinated scheduling of a virtual power plant ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2017 ， 37 （ 23 ）： 6780 - 6790 .

孙惠娟，蒙锦辉，彭春华 . 风-光-水-碳捕集多区域虚拟电厂协调优化调度［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 11 ）： 4040 - 4051 .

SUN Huijuan ， MENG Jinhui ， PENG Chunhua . Coordinated optimization scheduling of multi-region virtual power plant with wind-power/photovoltaic/hydropower/carbon-capture units ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 11 ）： 4040 - 4051 .

陈妤，卫志农，胥峥，等 . 电力体制改革下的多虚拟电厂联合优化调度策略［J］. 电力系统自动化， 2019 ， 43 （ 7 ）： 42 - 49 .

CHEN Yu ， WEI Zhinong ， XU Zheng ， et al . Architecture and key technologies of lightweight human-machine interaction system for power grid dispatching and control system ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2019 ， 43 （ 7 ）： 42 - 49 .

周博，吕林，高红均，等 . 多虚拟电厂日前鲁棒交易策略研究［J］. 电网技术， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2694 - 2703 .

ZHOU Bo ， LÜ Lin ， GAO Hongjun ， et al . Robust day-ahead trading strategy for multiple virtual power plants ［J］. Power System Technology ， 2018 ， 42 （ 8 ）： 2694 - 2703 .

WANG Y ， AI X ， TAN Z F ， et al . Interactive dispatch modes and bidding strategy of multiple virtual power plants based on demand response and game theory ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2016 ， 7 （ 1 ）： 510 - 519 .

刘思源，艾芊，郑建平，等 . 多时间尺度的多虚拟电厂双层协调机制与运行策略［J］. 中国电机工程学报， 2018 ， 38 （ 3 ）： 753 - 761 .

LIU Siyuan ， AI Qian ， ZHENG Jianping ， et al . Bi-level coordination mechanism and operation strategy of multi-time scale multiple virtual power plants ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2018 ， 38 （ 3 ）： 753 - 761 .

董雷，涂淑琴，李烨，等 . 基于元模型优化算法的主从博弈多虚拟电厂动态定价和能量管理［J］. 电网技术， 2020 ， 44 （ 3 ）： 973 - 981 .

DONG Lei ， TU Shuqin ， LI Ye ， et al . A Stackelberg game model for dynamic pricing and energy management of multiple virtual power plants using metamodel-based optimization method ［J］. Power System Technology ， 2020 ， 44 （ 3 ）： 973 - 981 .

LIU N ， TAN L ， ZHOU L ， et al . Multi-party energy management of energy hub： a hybrid approach with Stackelberg game and blockchain ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2020 ， 8 （ 5 ）： 919 - 928 .

王胜寒，郭创新，冯斌，等 . 区块链技术在电力系统中的应用：前景与思路［J］. 电力系统自动化， 2020 ， 44 （ 11 ）： 10 - 24 .

WANG Shenghan ， GUO Chuangxin ， FENG Bin ， et al . Application of blockchain technology in power systems： prospects and ideas ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2020 ， 44 （ 11 ）： 10 - 24 .

MÜNSING E ， MATHER J ， MOURA S . Blockchains for decentralized optimization of energy resources in microgrid networks ［C］// 2017 IEEE Conference on Control Technology and Applications ， October 9 ， 2017， Maui ， USA： 2164 - 2171 .

DANZI P ， ANGJELICHINOSKI M ， STEFANOVIĆ Č ， et al . Distributed proportional-fairness control in microgrids via blockchain smart contracts ［C］// 2017 IEEE International Conference on Smart Grid Communications ， October 23-27 ， 2017 ， Dresden， Germany ： 45 - 51 .

艾芊 . 虚拟电厂：能源互联网的终极组态［M］. 北京：科学出版社， 2018 .

AI Qian . Virtual power plants： the ultimate configuration of the energy internet ［M］. Beijing ： Science Press ， 2018 .

李军祥，王宇倩，何建佳，等 . 基于区块链的微电网电力市场电价与电量动态博弈［J/OL］. 电力系统自动化［ 2021-06-17 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20210617.1441.006.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20210617.1441.006.html .

LI Junxiang ， WANG Yuqian ， HE Jianjia ， et al . Blockchain-based dynamic game of electricity price and power for microgrid electricity market ［J/OL］. Automation of Electric Power Systems ［ 2021-06-17 ］. http：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20210617.1441.006.html http://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1180.TP.20210617.1441.006.html .

陈岑，武传涛，林湘宁，等 . 计及上下游市场的园区综合能源商购售能策略［J/OL］. 电工技术学报［ 2021-03-03 ］. https：//doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.201400 https://doi.org/10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.201400 .

CHEN Cen ， WU Chuantao ， LIN Xiangning ， et al . Purchase and sale strategies of park integrated energy suppliers in wholesale and retail markets ［J/OL］. Transactions of China Electrotechnical Society ［ 2021-03-03 ］. https：//doi.org/10.19595/j.cnki.10006753.tces.201400 https://doi.org/10.19595/j.cnki.10006753.tces.201400 .

KORAKI D ， STRUNZ K . Wind and solar power integration in electricity markets and distribution networks through service-centric virtual power plants ［J］. IEEE Transactions on Power System ， 2018 ， 33 （ 1 ）： 473 - 485 .

LI Z Y ， SHAHIDEHPOUR M ， LIU X . Cyber-secure decentralized energy management for IoT-enabled active distribution networks ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2018 ， 6 （ 5 ）： 900 - 917 .

DONG Z Y ， LUO F J ， LIANG G Q . Blockchain： a secure， decentralized， trusted cyber infrastructure solution for future energy systems ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2018 ， 6 （ 5 ）： 958 - 967 .

龚钢军，王慧娟，杨晟，等 . 区块链技术下的综合能源服务［J］. 中国电机工程学报， 2020 ， 40 （ 5 ）： 1397 - 1408 .

GONG Gangjun ， WANG Huijuan ， YANG Sheng ， et al . Research on integrated energy service based on blockchain technology ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2020 ， 40 （ 5 ）： 1397 - 1408 .

熊宇峰，司杨，郑天文，等 . 基于主从博弈的工业园区综合能源系统氢储能优化配置［J］. 电工技术学报， 2021 ， 36 （ 3 ）： 507 - 516 .

XIONG Yufeng ， SI Yang ， ZHENG Tianwen ， et al . Optimal configuration of hydrogen storage in industrial park integrated energy system based on Stackelberg game ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2021 ， 36 （ 3 ）： 507 - 516 .

沈翔宇，陈思捷，严正，等 . 区块链在能源领域的价值、应用场景与适用性分析［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 5 ）： 18 - 29 .

SHEN Xiangyu ， CHEN Sijie ， YAN Zheng ， et al . Analysis of the value application scenarios and applicability of blockchain in the energy field ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 18 - 29 .

马春光，安婧，毕伟，等 . 区块链中的智能合约［J］. 信息网络安全， 2018 （ 11 ）： 8 - 17 .

MA Chunguang ， AN Jing ， BI Wei ， et al . Smart contract in blockchain ［J］. Netinfo Security ， 2018 （ 11 ）： 8 - 17 .

LIU N ， CHENG M ， YU X ， et al . Energy-sharing provider for PV prosumer clusters： a hybrid approach using stochastic programming and Stackelberg game ［J］. IEEE Transactions on Industrial Electronics ， 2018 ， 65 （ 8 ）： 6740 - 6750 .

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