虚拟电厂分层互动模式与可信交易框架研究与展望

殷爽睿; 艾芊; 宋平; 赵建立; 左娟; 郭庆雷

doi:10.7500/AEPS20220412001

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

虚拟电厂分层互动模式与可信交易框架研究与展望

规模化灵活资源虚拟电厂 | 更新时间：2025-06-16

- 虚拟电厂分层互动模式与可信交易框架研究与展望
- Research and Prospect of Hierarchical Interaction Mode and Trusted Transaction Framework for Virtual Power Plant
- 电力系统自动化 2022年46卷第18期页码：118-128
- 作者机构：
  
  1.电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学),上海市 200240
  2.国网上海市电力公司,上海市 200122
  3.国网上海能源互联网研究院有限公司,上海市 201210
  4.国网电子商务有限公司,北京市 100053
- 作者简介：
  
  殷爽睿(1995—)，女，博士研究生，主要研究方向：虚拟电厂、综合能源系统优化运行。E-mail：yinsr28@sjtu.edu.cn
  艾芊(1969—)，男，通信作者，博士，教授，博士生导师，主要研究方向：虚拟电厂规划与运行、大数据与数字孪生。E-mail：aiqian@sjtu.edu.cn
  宋平(1974—)，男，硕士，高级工程师，主要研究方向：电力系统优化调度、电力市场。E-mail：songp@sh.sgcc.com.cn
- 基金信息：
  
  国家重点研发计划资助项目(2021YFB2401200;2021YFB2401203)
- DOI：10.7500/AEPS20220412001
  中图分类号：
- 收稿日期：2022-04-12，
  
  修回日期：2022-05-12，
  
  网络出版日期：2022-07-08，
  
  纸质出版日期：2022-09-25
- 稿件说明：
移动端阅览
殷爽睿,艾芊,宋平等.虚拟电厂分层互动模式与可信交易框架研究与展望[J].电力系统自动化,2022,46(18):118-128.

YIN Shuangrui,AI Qian,SONG Ping,et al.Research and Prospect of Hierarchical Interaction Mode and Trusted Transaction Framework for Virtual Power Plant[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(18):118-128.
殷爽睿,艾芊,宋平等.虚拟电厂分层互动模式与可信交易框架研究与展望[J].电力系统自动化,2022,46(18):118-128. DOI： 10.7500/AEPS20220412001.

YIN Shuangrui,AI Qian,SONG Ping,et al.Research and Prospect of Hierarchical Interaction Mode and Trusted Transaction Framework for Virtual Power Plant[J].Automation of Electric Power Systems,2022,46(18):118-128. DOI： 10.7500/AEPS20220412001.

摘要

随着能源系统清洁低碳化发展，虚拟电厂逐渐成为电力系统中规模化分布式灵活资源聚合调控的有效途径，而区块链技术的研究也为虚拟电厂多利益主体环境下的可信交易提供了新思路。文中围绕虚拟电厂的交易模式及其与区块链技术的适配性问题，首先，分析了虚拟电厂的自治运营理念和共享商业模式，并介绍了区块链的技术优势及研究现状。然后，根据市场主体划分资源聚合层和分布式资源层，提出了产消者-虚拟电厂分层交互架构与聚合规则。在此基础上建立了以多代理系统为支撑的虚拟电厂弱中心化交易架构，并设计了与分层互动模式相适应的主侧联盟链治理结构及节点功能。最后，对虚拟电厂互动交易技术的相关研究及应用进行了展望。

Abstract

With the development of clean and low-carbon energy systems

virtual power plants (VPPs) have gradually become an effective way of aggregation and regulation for the large-scale distributed flexible resources in the power system. The research of blockchain technology has also provided a new idea for VPPs to carry out trusted transactions in the multi-player market environment. Focusing on the VPP transaction mode and its suitability with blockchain technology

this paper first analyzes the autonomous operation concept and the shared business mode of VPPs

and introduces the technological advantages and research status of blockchain. Then

the resource aggregation layer and the distributed resource layer are divided according to the market entities

and the prosumer-VPP hierarchical interaction architecture and aggregation rules are proposed. On this basis

a weakly centralized transaction structure supported by the multi-agent system is established

and the governance structure and node functions of the main-side consortium chains that are compatible with the hierarchical interaction mode are designed. Finally

the related research and applications of the interactive transaction technology of VPPs in China are prospected.

关键词

Keywords

references

周步祥，夏海东，臧天磊 . 考虑能量梯级利用的园区综合能源系统站网协同规划［J］. 电力自动化设备， 2022 ， 42 （ 1 ）： 20 - 27 .

ZHOU Buxiang ， XIA Haidong ， ZANG Tianlei . Station and network coordinated planning of park integrated energy system considering energy cascade utilization ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 20 - 27 .

贾雨龙，米增强，余洋，等 . 计及不确定性的柔性负荷聚合商随机-鲁棒投标决策模型［J］. 电工技术学报， 2019 ， 34 （ 19 ）： 4096 - 4107 .

JIA Yulong ， MI Zengqiang ， YU Yang ， et al . Stochastic-robust decision-making model for flexible load aggregator considering uncertainties ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2019 ， 34 （ 19 ）： 4096 - 4107 .

吴静 . 分布式资源聚合虚拟电厂多维交易优化模型研究［D］. 北京：华北电力大学（北京）， 2021 .

WU Jing . Research on multi-dimensional transaction optimization model of virtual power plant aggregated by distributed resources ［D］. Beijing ： North China Electric Power University ， 2021 .

刘起兴，胡亚平，许丹莉，等 . 计及综合能源服务商调节域的综合需求响应市场机制［J］. 电网技术， 2021 ， 45 （ 5 ）： 1932 - 1943 .

LIU Qixing ， HU Yaping ， XU Danli ， et al . Integrated demand response market mechanism considering adjustable region of integrated energy service providers ［J］. Power System Technology ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 1932 - 1943 .

LIU N ， YU X H ， WANG C ， et al . Energy sharing management for microgrids with PV prosumers： a Stackelberg game approach ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2017 ， 13 （ 3 ）： 1088 - 1098 .

ZHANG B Y ， LI Q Q ， WANG L H ， et al . Robust optimization for energy transactions in multi-microgrids under uncertainty ［J］. Applied Energy ， 2018 ， 217 ： 346 - 360 .

CUI S C ， WANG Y W ， XIAO J W ， et al . A two-stage robust energy sharing management for prosumer microgrid ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2019 ， 15 （ 5 ）： 2741 - 2752 .

王彩霞，时智勇，梁志峰，等 . 新能源为主体电力系统的需求侧资源利用关键技术及展望［J］. 电力系统自动化， 2021 ， 45 （ 16 ）： 37 - 48 .

WANG Caixia ， SHI Zhiyong ， LIANG Zhifeng ， et al . Key technologies and prospects of demand-side resource utilization for power systems dominated by renewable energy ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 16 ）： 37 - 48 .

李嘉媚，艾芊，殷爽睿 . 虚拟电厂参与调峰调频服务的市场机制与国外经验借鉴［J］. 中国电机工程学报， 2022 ， 42 （ 1 ）： 37 - 56 .

LI Jiamei ， AI Qian ， YIN Shuangrui . Market mechanism and foreign experience of virtual power plant participating in peak-regulation and frequency-regulation ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2022 ， 42 （ 1 ）： 37 - 56 .

SWAN M . Blockchain： blueprint for a new economy ［M］. Boston， USA ： O’ Reilly Media ， 2015 .

郭威，杨鹏，张凯，等 . 基于区块链的微电网群电力交易方法［J］. 高电压技术， 2021 ， 47 （ 11 ）： 3810 - 3818 .

GUO Wei ， YANG Peng ， ZHANG Kai ， et al . Power transaction method of microgrid group based on blockchain ［J］. High Voltage Engineering ， 2021 ， 47 （ 11 ）： 3810 - 3818 .

陈冠廷，张利，刘宁宁，等 . 基于区块链的面向居民用户需求响应交易机制［J］. 电力自动化设备， 2020 ， 40 （ 8 ）： 9 - 17 .

CHEN Guanting ， ZHANG Li ， LIU Ningning ， et al . Blockchain-based transaction mechanism for residential users demand response ［J］. Electric Power Automation Equipment ， 2020 ， 40 （ 8 ）： 9 - 17 .

佘维，顾志豪，杨晓宇，等 . 异构能源区块链的多能互补安全交易模型［J］. 电网技术， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3193 - 3201 .

SHE Wei ， GU Zhihao ， YANG Xiaoyu ， et al . A model of multi-energy complementation and safety transaction on heterogeneous energy blockchain ［J］. Power System Technology ， 2019 ， 43 （ 9 ）： 3193 - 3201 .

YANG Q ， WANG H ， WANG T T ， et al . Blockchain-based decentralized energy management platform for residential distributed energy resources in a virtual power plant ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 294 ： 117026 .

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 .

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 .

ZHAO H T ， WANG B ， WANG X Y ， et al . Active dynamic aggregation model for distributed integrated energy system as virtual power plant ［J］. Journal of Modern Power Systems and Clean Energy ， 2020 ， 8 （ 5 ）： 831 - 840 .

YI Z K ， XU Y L ， GU W ， et al . Aggregate operation model for numerous small-capacity distributed energy resources considering uncertainty ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 5 ）： 4208 - 4224 .

关舒丰，王旭，蒋传文，等 . 基于可控负荷响应性能差异的虚拟电厂分类聚合方法及辅助服务市场投标策略研究［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 3 ）： 933 - 944 .

GUAN Shufeng ， WANG Xu ， JIANG Chuanwen ， et al . Classification and aggregation of controllable loads based on different responses and optimal bidding strategy of VPP in ancillary market ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 3 ）： 933 - 944 .

ZHANG R F ， HREDZAK B . Distributed dynamic clustering algorithm for formation of heterogeneous virtual power plants based on power requirements ［J］. IEEE Transactions on Smart Grid ， 2021 ， 12 （ 1 ）： 192 - 204 .

范松丽 . 市场环境下虚拟电厂短期优化运行研究［D］. 上海：上海交通大学， 2018 .

FAN Songli . Research on short-term optimization and operation of virtual power plant in market environment ［D］. Shanghai ： Shanghai Jiao Tong University ， 2018 .

KONG X Y ， XIAO J ， WANG C S ， et al . Bi-level multi-time scale scheduling method based on bidding for multi-operator virtual power plant ［J］. Applied Energy ， 2019 ， 249 ： 178 - 189 .

YI Z K ， XU Y L ， WANG H Z ， et al . Coordinated operation strategy for a virtual power plant with multiple DER aggregators ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2021 ， 12 （ 4 ）： 2445 - 2458 .

LIU X O . Research on bidding strategy of virtual power plant considering carbon-electricity integrated market mechanism ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2022 ， 137 ： 107891 .

JU L W ， TAN Q L ， LU Y ， et al . A CVaR-robust-based multi-objective optimization model and three-stage solution algorithm for a virtual power plant considering uncertainties and carbon emission allowances ［J］. International Journal of Electrical Power & Energy Systems ， 2019 ， 107 ： 628 - 643 .

姜华，杨知方，林伟，等 . 计及分布式新能源不确定性的虚拟电厂调度边界概率分布刻画方法［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2022-04-01 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？FileName=ZGDC20211111008&DbName=DKFX2021 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZGDC20211111008&DbName=DKFX2021

JIANG Hua ， YANG Zhifang ， LIN Wei ， et al . Probability distribution of dispatch region for a virtual power plant considering distributed renewable uncertainties ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2022-04-01 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？FileName=ZGDC20211111008&DbName=DKFX2021 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZGDC20211111008&DbName=DKFX2021

周欢，王芬，李志勇，等 . 虚拟电厂自趋优负荷跟踪控制策略［J］. 中国电机工程学报， 2021 ， 41 （ 24 ）： 8334 - 8349 .

ZHOU Huan ， WANG Fen ， LI Zhiyong ， et al . Load tracking control strategy for virtual power plant via self-approaching optimization ［J］. Proceedings of the CSEE ， 2021 ， 41 （ 24 ）： 8334 - 8349 .

WEI C Y ， XU J ， LIAO S Y ， et al . A bi-level scheduling model for virtual power plants with aggregated thermostatically controlled loads and renewable energy ［J］. Applied Energy ， 2018 ， 224 ： 659 - 670 .

陈娟，鲁斌，冯宇博，等 . 共享理念下的区域能源互联网生态系统价值共创模式与机制［J/OL］. 中国电机工程学报［ 2022-04-01 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？FileName=ZGDC20211230004&DbName=DKFX2022 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZGDC20211230004&DbName=DKFX2022 .

CHEN Juan ， LU Bin ， FENG Yubo ， et al . Value co-production model and mechanism of regional energy internet ecosystem under the concept of sharing ［J/OL］. Proceedings of the CSEE ［ 2022-04-01 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？FileName=ZGDC20211230004&DbName=DKFX2022 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=ZGDC20211230004&DbName=DKFX2022 .

叶晨，王蓓蓓，薛必克，等 . 考虑超售的共享分布式光储混合运营模式协同策略研究［J］. 电工技术学报， 2022 ， 37 （ 7 ）： 1836 - 1846 .

YE Chen ， WANG Beibei ， XUE Bike ， et al . Study on the coordination strategy of sharing distributed photovoltaic energy storage hybrid operation mode considering overselling ［J］. Transactions of China Electrotechnical Society ， 2022 ， 37 （ 7 ）： 1836 - 1846 .

刘方，徐耀杰，杨秀，等 . 考虑电能交互共享的虚拟电厂集群多时间尺度协调运行策略［J］. 电网技术， 2022 ， 46 （ 2 ）： 642 - 656 .

LIU Fang ， XU Yaojie ， YANG Xiu ， et al . Multi-time scale coordinated operation strategy of virtual power plant clusters considering power interactive sharing ［J］. Power System Technology ， 2022 ， 46 （ 2 ）： 642 - 656 .

LIU N ， CHENG M Y ， YU X H ， 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 .

王怡，王小君，孙庆凯，等 . 基于能量共享的综合能源系统群多主体实时协同优化策略［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 4 ）： 56 - 65 .

WANG Yi ， WANG Xiaojun ， SUN Qingkai ， et al . Multi-agent real-time collaborative optimization strategy for integrated energy system group based on energy sharing ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 4 ）： 56 - 65 .

LIU N ， WANG J ， WANG L F . Hybrid energy sharing for multiple microgrids in an integrated heat-electricity energy system ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2019 ， 10 （ 3 ）： 1139 - 1151 .

曾诗钦，霍如，黄韬，等 . 区块链技术研究综述：原理、进展与应用［J］. 通信学报， 2020 ， 41 （ 1 ）： 134 - 151 .

ZENG Shiqin ， HUO Ru ， HUANG Tao ， et al . Survey of blockchain： principle， progress and application ［J］. Journal on Communications ， 2020 ， 41 （ 1 ）： 134 - 151 .

JINDAL A ， AUJLA G S ， KUMAR N . Survivor： a blockchain based edge-as-a-service framework for secure energy trading in SDN-enabled vehicle-to-grid environment ［J］. Computer Networks ， 2019 ， 153 ： 36 - 48 .

VIRIYASITAVAT W ， BI Z M ， HOONSOPON D . Blockchain technologies for interoperation of business processes in smart supply chains ［J］. Journal of Industrial Information Integration ， 2022 ， 26 ： 100326 .

HUMAYUN M ， JHANJHI N ， HAMID B ， et al . Emerging smart logistics and transportation using IoT and blockchain ［J］. IEEE Internet of Things Magazine ， 2020 ， 3 （ 2 ）： 58 - 62 .

MAJEED U ， KHAN L U ， YAQOOB I ， et al . Blockchain for IoT-based smart cities： recent advances， requirements， and future challenges ［J］. Journal of Network and Computer Applications ， 2021 ， 181 ： 103007 .

LIMECHAIN . Enterprise blockchain platforms： current state and further development ［EB/OL］. ［ 2022-04-01 ］. https：//hackernoon.com/enterprise-blockchain-platforms-current-state-and-further-development-kp5v3ynk https://hackernoon.com/enterprise-blockchain-platforms-current-state-and-further-development-kp5v3ynk .

ANDONI M ， ROBU V ， FLYNN D ， et al . Blockchain technology in the energy sector： a systematic review of challenges and opportunities ［J］. Renewable and Sustainable Energy Reviews ， 2019 ， 100 ： 143 - 174 .

IBM ， TenneT TSO B . V . Integrating distributed， renewable energy sources into the grid with blockchain and IBM ［EB/OL］. ［ 2022-04-01 ］. https：//www.ibm.com/case-studies/tennet https://www.ibm.com/case-studies/tennet .

Power Ledger . Our platform is modular and scalable： all our products can be contracted separately， scaling as needed ［EB/OL］. ［ 2022-04-01 ］. https：//www.powerledger.io/platform https://www.powerledger.io/platform .

YANG Q ， WANG H . Blockchain-empowered socially optimal transactive energy system： framework and implementation ［J］. IEEE Transactions on Industrial Informatics ， 2021 ， 17 （ 5 ）： 3122 - 3132 .

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 on value， application scenarios and applicability of blockchain in energy industry ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2021 ， 45 （ 5 ）： 18 - 29 .

SIANO P ， DE MARCO G ， ROLÁN A ， et al . A survey and evaluation of the potentials of distributed ledger technology for peer-to-peer transactive energy exchanges in local energy markets ［J］. IEEE Systems Journal ， 2019 ， 13 （ 3 ）： 3454 - 3466 .

LIU N ， TAN L ， ZHOU L J ， 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 .

WANG L Z ， LIU J X ， YUAN R F ， et al . Adaptive bidding strategy for real-time energy management in multi-energy market enhanced by blockchain ［J］. Applied Energy ， 2020 ， 279 ： 115866 .

颜拥，陈星莺，文福拴，等 . 从能源互联网到能源区块链：基本概念与研究框架［J］. 电力系统自动化， 2022 ， 46 （ 2 ）： 1 - 14 .

YAN Yong ， CHEN Xingying ， WEN Fushuan ， et al . From Energy Internet to energy blockchain： basic concept and research framework ［J］. Automation of Electric Power Systems ， 2022 ， 46 （ 2 ）： 1 - 14 .

WANG T H ， GUO J ， AI S P ， et al . RBT： a distributed reputation system for blockchain-based peer-to-peer energy trading with fairness consideration ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 295 ： 117056 .

周步祥，曹强，臧天磊，等 . 基于区块链的微电网双层博弈电力交易优化决策［J/OL］. 电力自动化设备［ 2022-05-10 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？FileName=DLZS20211215000&DbName=CAPJ2021 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=DLZS20211215000&DbName=CAPJ2021 .

ZHOU Buxiang ， CAO Qiang ， ZANG Tianlei ， et al . Electricity trading optimization decision for microgrid based on blockchain and two-level game ［J］. Electric Power Automation Equipment ［ 2022-05-10 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？FileName=DLZS20211215000&DbName=CAPJ2021 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=DLZS20211215000&DbName=CAPJ2021 .

戴赛，李宇轩，孙志祥，等 . 分布式储能线上共享优化匹配交易模式［J/OL］. 高电压技术［ 2022-05-10 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？FileName=GDYJ2022042500O&DbName=DKFX2022 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=GDYJ2022042500O&DbName=DKFX2022 .

DAI Sai ， LI Yuxuan ， SUN Zhixiang ， et al . Online sharing optimized matching transaction mode for distributed energy storage ［J/OL］. High Voltage Engineering ［ 2022-05-10 ］. https：//kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx？ FileName=GDYJ2022042500O&DbName=DKFX2022 https://kns.cnki.net/kcms/detail/detail.aspx?FileName=GDYJ2022042500O&DbName=DKFX2022 .

田雨扬，卢锦玲，赵洪山，等 . 基于联盟区块链的直购电交易模型［J］. 电力系统保护与控制， 2022 ， 50 （ 8 ）： 139 - 148 .

TIAN Yuyang ， LU Jinling ， ZHAO Hongshan ， et al . Direct purchase electricity transaction model based on a consortium chain ［J］. Power System Protection and Control ， 2022 ， 50 （ 8 ）： 139 - 148 .

郭建宁 . 关于个体主体与群体主体的若干思考［J］. 青海社会科学， 1992 （ 1 ）： 43 - 46 .

GUO Jianning . Some thoughts on individual subjects and groups ［J］. Qinghai Social Sciences ， 1992 （ 1 ）： 43 - 46 .

YIN S R ， AI Q ， LI J M ， et al . Energy pricing and sharing strategy based on hybrid stochastic robust game approach for a virtual energy station with energy cells ［J］. IEEE Transactions on Sustainable Energy ， 2021 ， 12 （ 2 ）： 772 - 784 .

CHRISTIDIS K ， SIKERIDIS D ， WANG Y ， et al . A framework for designing and evaluating realistic blockchain-based local energy markets ［J］. Applied Energy ， 2021 ， 281 ： 115963 .

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

面向虚拟电厂的电力调峰市场隐私保护交易策略

考虑隐私保护的虚拟电厂内部交易决策优化

面向用户侧源储资源优化调度的能源区块链平台设计