1.基于区块链技术的综合能源系统源荷主体协同降碳方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤1:建立基于区块链技术的源荷主体协同降碳架构,分析区块链对电量和电价的影响,建立协同降碳系数来量化引入区块链技术的有效性;
步骤2:建立基于区块链技术的协同降碳节点模型,包括源侧目标函数与约束条件、荷侧目标函数与约束条件;
步骤3:建立基于区块链技术的多层博弈交易模型,采用基于信用阈值的DPoS共识机制提高去中心化网络的活性并快速剔除异常节点;
所述步骤1包括以下具体步骤:
步骤1.1:建立基于区块链技术的源荷主体协同降碳架构;
在源侧供电商之间形成发电联盟,通过实施碳交易机制鼓励火电商与可再生能源发电商合作,优先调度新能源电力,促进火电与新能源电力之间的能源互补调度;发电联盟作为主体参与碳交易,做出旨在最大化联盟效益的决策,并生成不同类型电力的电价;利用区块链的可追溯性实现绿色电力的识别与定价,使用户能够主动选择电力类型并实时了解其电力消耗的碳排放;
步骤1.2:分析区块链影响下的电量和电价;
将新能源发电商上链参与协同降碳的比例表示为 , 表示电力系统不采用基于区块链技术的源荷两侧协同碳减排策略, 表示电力系统中全部火电商和一半的新能源供电商上链参与协同降碳策略, 表示源侧所有新能源供电商节点采用区块链技术;
将电力消费周期分为T个时段,每个交易时段标记为 ,分别定义火电、风电和光电在t时段的总供应量,并区分经区块链认证和未经认证的电量;定义用户n在t时段消耗的各种类型电量;
步骤1.3:建立协同降碳系数;
定义协同降碳系数来衡量引入区块链技术的有效性,协同降碳系数 定义下式所示:(9);
式中, 、 、 和 分别为火电消耗量、新能源电力消耗量、联盟收益和碳排放量四项评估指标,均为经过归一化处理后的引入区块链前后差量的比值; 、 、和 分别为各项指标的权重系数,设定火电消耗量、新能源电力消耗量、联盟收益和碳排放量的权重值分别为0.2、0.2、0.3和0.3。
2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的综合能源系统源荷主体协同降碳方法,其特征在于,在所述步骤1.2中,源侧向电力市场输送电力,不同电力类型的电力总供应量分别表示为:(1);
式中, 、 、 分别表示为火电、风电和光电t时段的总供应量; 为第j个火电商提供的电量; 和 分别表示参加区块链协同降碳策略的所有风电商和光电商提供的总电量; 和 分别表示为未参加协同降碳策略的所有风电商和光电商提供的总电量;
(2);
式中, 表示为第m个上链的风电商所提供的电量; 表示第k个上链的光电商所提供的电量; 表示第m个未上链的风电商所提供的电量;
表示第k个未上链的光电商所提供的电量;
这些电力服务于N个客户,用户 通过区块链选择其消费的电力类型;
第n个用户消费的火电量表示为 ,从第j个火电商购买的电量为 ,因此时段t消耗总的火电量表示为 ;
第n个用户消耗的新能源发电量表示为:(3);
式中, 和 分别表示第n个用户在时刻t消耗总的风电量和光电量; 和表示消耗的电量来自上链的风电商和光电商; 和 表示消耗的电量来自未上链的风电商和光电商;
(4);
(5);
式中, 表示消耗的风电量来自上链的第m个风电商; 表示消耗的光电量来自上链的第k个光电商; 表示消耗的风电量来自未上链认证过第m个风电商;
表示消耗的光电量来自未上链的第k个光电商;
因此,时段t消耗总的风电量 和光电量 表示为:(6);
式中, 和 分别表示时段t消耗的经区块链认证过的总风光电量; 和分别表示时段t消耗的未经区块链认证过的总风光电量;
将新能源供电商视为普通的有碳排放的电力,因此,普通电力供应 和普通电力消耗 表达式分别如下:(7);
因此,绿色电力供应 和绿色电力消耗 分别表达如下:(8)。
3.根据权利要求2所述的基于区块链技术的综合能源系统源荷主体协同降碳方法,其特征在于,在所述步骤1.3中, 、 、 和 的计算公式如下:(10);
式中, 、 和 分别表示为新能源电力消耗量、风电消耗量和光电消耗量;
和 分别为引入区块链前后的火电消耗量; 和 分别为引入区块链技术前后新能源电力消耗量; 和 分别为引入区块链技术前后联盟收益;
和 分别为引入区块链前后的碳排放量;协同降碳系数 越大,则表明引入区块链后,当日的协同降碳模式运行效果越好。
4.根据权利要求3所述的基于区块链技术的综合能源系统源荷主体协同降碳方法,其特征在于,在所述步骤2中,源侧目标函数为最大化发电联盟的目标效用函数,如下式所示:(11);
式中, 为发电联盟的售电收入; 为发电联盟的供电成本; 为发电联盟的碳交易成本;为发电联盟降碳意愿; 为供电联盟的效用函数最大化;
(12);
式中, 和 分别为t时刻的绿电价和普电价;
(13);
式中, 、 、 分别为火电、光电和风电的运维成本;
(14);
式中, 为源侧每单位碳交易价格, 和 分别为t时刻发电联盟的碳排放量和免费碳配额;
(15);
式中, 为火电机组每单位电量的碳排放系数; 为区域的平均碳排放系数; 为时刻t发电联盟碳排放的调整系数,调整系数与绿电供应比例有关;
(16);
式中, 为时刻t发电联盟的免费碳配额, 为每单位供电量的碳配额;
源侧约束条件如下所示:
(17);
式中, 为第j个火电机组时段t的供电量; 和 分别为火电供应量时段t的最大值和最小值; 为第m个风电机组时段t的供电量; 为风电机组最大供电量; 为第k个光电机组时段t的供电量; 为光电机组最大供电量 ;
电力市场中普通电量和绿电量供应符合约束条件,约束条件如下式:(18);
式中, 和 分别为普通电量供应的最小值与最大值; 和分别为绿电量供应的最小值与最大值。
5.根据权利要求4所述的基于区块链技术的综合能源系统源荷主体协同降碳方法,其特征在于,在所述步骤2中,荷侧目标函数为用户侧的目标效用函数,如下式所示:(19);
式中, 为用户n时段t电力消费所带来的效用价值函数; 为第n个用户时段t的个人购电费用; 为第n个用户时段t的个人碳交易成本; 为用户的效用函数最大化;
(20);
式中, 和 分别代表第n个用户时段t的绿电消耗量和普电消耗量;
(21);
式中, 为个人碳交易中每单位碳价格; 表示为第n个用户时段t的实际碳排放量; 为第n个用户时段t所获得的免费碳配额;
(22);
式中, 为t时刻个人用电碳排放的调整系数,其与个人用电状况有关;
(23);
式中, 为区域分配的碳配额;
荷侧约束条件如下:
用户总的用电量应不大于源侧的总供电量,如下式所示:(24);
每个用户的用电量不能超过其最大限制:(25);
式中, 和 分别为用户n时段t消耗的最小和最大电量值; 和分为用户n时段t普电和绿电消耗的最大值。
6.根据权利要求5所述的基于区块链技术的综合能源系统源荷主体协同降碳方法,其特征在于,所述步骤3包括以下具体步骤:步骤3.1:构建多层博弈交易模式,包括:在发电联盟内部新能源供电商和火电商之间进行合作博弈;在电力用户之间进行演化博弈;将发电联盟与用户之间的行为构建为一个以发电联盟为主导者、用户为从属者的主从博弈模型;
步骤3.2:通过智能合约执行基于多层博弈的激励机制;
步骤3.3:设计基于信用阈值的DPoS共识机制,第i个节点的第t次选举的共识值 由信用值和投票值两部分组成,计算式如下式:(26);
式中: 和 分别为第i个节点的第t次选举的信用值和投票值; 和 分别为信用值和投票值的权重系数。
7.根据权利要求6所述的基于区块链技术的综合能源系统源荷主体协同降碳方法,其特征在于,在所述步骤3.2中,其博弈求解步骤包括:
1)设定普通电力价格、绿电价格和用户策略的初始值;
2)发电联盟内部合作博弈,在优先调度绿电,降低电力系统碳排放的基础上,以式(11)为目标函数进行纳什议价,在区块链智能交易平台输出第一次的普通电力价格和绿电价格;
3)电力用户群体根据发电联盟发布的两种电力的价格,以式(19)为目标函数进行群体演化博弈求解,分析得到用户群体时段内对绿电的喜爱度,以及确定用户群体的最优用电策略;
4)发电联盟根据用户群体对绿电的喜爱度、用户对两种电力的需求和绿电的供需平衡等信息进行新一轮的议价;
5)循环迭代步骤3)和4),直到前后两次计算不再变化,则表明用户侧已找到最优的消费策略,发电联盟已找到最优的普通电力价格和绿电价格。
8.根据权利要求7所述的基于区块链技术的综合能源系统源荷主体协同降碳方法,其特征在于,在所述步骤3.3中,在所设计的共识机制中,信用值考虑的因素是交易质量值 、信用损耗 和信用增益 ;因此,第i个节点的第t次选举的信用值 表示为:(27);
式中, 、 、 和 分为第i个节点上一轮的信用值、前一交易时段内的交易质量值、信用增益值和信用衰减值;
前一交易时段内的交易质量值 定义如下式所示:(28);
式中, 和 分别为所设置的奖励系数和惩罚系数; 为前一投票时段内第i个节点的实际交易能源值; 为上报的计划交易能源值;
对于信用衰减值 ,在一个共识节点选举周期内如果某个节点长时间处于低活跃状态,超过三次没有参与共识投票,则该节点的信用值将会衰减,则 定义如下:(29);
式中, 为信用值衰减速率,k1为没有参加共识节点选举的次数;
信用增益值 是指某节点在交易时段内信用值的增加,当某个节点在一个选举周期内当选共识节点次数超过三次,其信用值将会增加; 定义如下:(30);
式中, 为信用值增长速率,k2为当选共识节点次数;每个共识节点选举周期结束后,k1和k2次数清0;上一个选举周期最后一轮交易时段内的信用信息直接过渡到下一个选举周期。