為提高虛擬電廠（VPP）的調(diào)度運行效率和信息安全水平，新疆大學電氣工程學院的劉雨佳、樊艷芳、白雪巖、宋雨露，在《電工技術(shù)學報》上撰文，對區(qū)塊鏈技術(shù)進行改進，并將其運用到虛擬電廠的優(yōu)化調(diào)度過程中。他們的分析表明，優(yōu)化計算型區(qū)塊鏈系統(tǒng)能夠較好地適應虛擬電廠運行環(huán)境，可以有效提高虛擬電廠調(diào)度效率，同時基于該系統(tǒng)建立的虛擬電廠模型和提出的調(diào)度策略，在降低系統(tǒng)運行成本、提高風/光消納水平、減少二氧化碳排放量等方面相比傳統(tǒng)虛擬電廠具有顯著優(yōu)勢。

近年來，以風電、光伏、電動汽車、儲能裝置、可控負荷為代表的分布式能源數(shù)量增長迅速，由于此類分布式能源具有單機容量小、設備數(shù)量大、分布范圍廣等問題，其大規(guī)模接入將會對電網(wǎng)的可靠性和穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。虛擬電廠（VPP）技術(shù)通過先進的計量、通信、控制技術(shù)，將多個不同利益群體整合成一個可控虛擬實體，參與電網(wǎng)調(diào)度和電力市場交易，并為系統(tǒng)提供容量和調(diào)峰、填谷服務，降低了分布式能源的運行風險和管理難度，促進了可再生能源消納，提升了電網(wǎng)穩(wěn)定性。

但虛擬電廠具有的分布式特性也導致其存在一些問題：

1）現(xiàn)有的集中式、集中-分散式和完全分散式虛擬電廠控制方式無法在靈活性、兼容性、擴展性上達成一致最優(yōu)，影響虛擬電廠整體運行效果。

2）由于虛擬電廠內(nèi)部之間依靠網(wǎng)絡實現(xiàn)雙向通信，各發(fā)電、負荷單元之間的出力、需求信息數(shù)據(jù)容易遭到外部惡意攻擊篡改，造成虛擬電廠調(diào)度運行出錯，導致成本增加或設備故障。

3）風、光等可再生能源出力具有不確定性和隨機性，當其出現(xiàn)急劇變動時，如果虛擬電廠不能及時進行快速調(diào)整，將導致其懲罰成本上升，影響系統(tǒng)整體效益。

4）虛擬電廠的分布式特性導致其內(nèi)部各單元之間整合難度大，調(diào)度協(xié)調(diào)困難。在現(xiàn)有的研究中通常使用智能優(yōu)化算法進行計算，但此類算法沒有針對分布式特性進行適配，在計算時間和準確性上仍存在諸多問題，導致交易成本的上升和效率的下降。

為解決上述問題，部分研究將區(qū)塊鏈應用于虛擬電廠，建立了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的虛擬電廠架構(gòu)和交易模式。以上研究將區(qū)塊鏈與虛擬電廠結(jié)合，提出基于區(qū)塊鏈的虛擬電廠架構(gòu)模型，但并未針對虛擬電廠運行特點對優(yōu)化算法和區(qū)塊鏈共識機制做出相應的改進，未將區(qū)塊鏈技術(shù)與虛擬電廠的調(diào)度優(yōu)化進一步結(jié)合，也未考慮可再生能源出力波動對區(qū)塊鏈虛擬電廠調(diào)度速度、經(jīng)濟性的影響，仍有一定的改進空間。

新疆大學電氣工程學院的研究者在分析區(qū)塊鏈基本結(jié)構(gòu)與應用于虛擬電廠可行性的基礎(chǔ)上，提出適用于虛擬電廠運行環(huán)境的區(qū)塊鏈-分布式粒子群優(yōu)化算法（BD-PSO），以及優(yōu)化計算工作量證明（POCW）共識算法，并結(jié)合上述算法提出優(yōu)化計算型區(qū)塊鏈（OCB）系統(tǒng)提高系統(tǒng)運行效率，最終建立基于OCB的虛擬電廠（OCB-VPP）結(jié)構(gòu)模型與調(diào)度策略。

圖1 區(qū)塊鏈-分布式粒子群優(yōu)化算法結(jié)構(gòu)

圖2 優(yōu)化計算型區(qū)塊鏈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

他們通過某區(qū)域?qū)嶋H數(shù)據(jù)，對比分析了OCB-VPP與傳統(tǒng)虛擬電廠在應對可再生能源出力波動、提高系統(tǒng)經(jīng)濟效益與降低碳排放水平方面的差異，分析了區(qū)塊鏈-分布式粒子群優(yōu)化算法在計算速度和計算精度上的優(yōu)勢，驗證了所提模型的有效性和經(jīng)濟性。

圖3 OCB-VPP系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

研究者指出，改進的區(qū)塊鏈-分布式粒子群優(yōu)化算法對比Lin-WPSO、WOA、LRO算法在計算速度和計算精度上均具有顯著優(yōu)勢。該算法在Lin-WPSO算法的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了更多的計算結(jié)果，在更大的范圍內(nèi)進行了比較，優(yōu)化了原算法易陷入局部最優(yōu)的缺點，在計算速度和計算精度上分別提高了53.06%、15.12%。

圖4 系統(tǒng)調(diào)度流程

此外，OCB-VPP系統(tǒng)對比傳統(tǒng)虛擬電廠系統(tǒng)，得益于系統(tǒng)架構(gòu)和算法性能帶來的提升，在調(diào)度的效率和精確性上具有優(yōu)勢，使系統(tǒng)的運行成本顯著降低。各季節(jié)典型日成本總計減少13.29%，碳排放量總計降低14.55%，系統(tǒng)風/光消納量總計提高9.95%，系統(tǒng)經(jīng)濟效益和能源利用率得到了明顯提升。

研究者最后表示，本分析僅考慮了OCB-VPP在電網(wǎng)調(diào)度背景下的運行情況，但其如何加入電力市場，提供現(xiàn)貨、期貨以及調(diào)峰、調(diào)頻等輔助方面的服務，還需要對系統(tǒng)架構(gòu)進一步改進，并提出相應的調(diào)度策略；同時在實際的應用場景下，如何建立對應的區(qū)塊鏈平臺，并與用戶設備對接，有待今后進一步研究。

本工作成果發(fā)表在《電工技術(shù)學報》，論文標題為“基于優(yōu)化計算型區(qū)塊鏈系統(tǒng)的虛擬電廠模型與調(diào)度策略”。本課題得到國家自然科學基金、新疆維吾爾自治區(qū)研究生科研創(chuàng)新計劃和天山英才培養(yǎng)計劃的支持。