8. 分布式可调节资源区块链聚合管控技术及应用

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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 3 l 我国分布式光伏已突破 2.4亿千瓦 l 山东省占比超16% 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。 山东光伏全国 第一位 16% l 全国电动汽车充电基 础设施为859.6万台 l 新能源汽车保有量 2041万辆 380.9 492 783.5 1310 2041 0 500 1000 1500 2000 2500 2019 2020 2021 2022 2023 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 l 分布式冷热负荷具典型 性、占比最大的可调节 负荷 l 山东电网分布式冷热负 荷总量超过1500万千瓦 2023年我国新能源汽车保有量 万辆 一、项目背景 4 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 l 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； l 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。 挑战1 挑战2 挑战3 l 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； 一、项目背景 5 一、项目背景 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 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 去中 心化 公开 透明 不可 篡改 可追 溯 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 7 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 研究了可调资源个体模型在信息空间的建立方法 二、总体思路及主要内容 8 z 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 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 一 基于Hyperledger Fabric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 二 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 创 新 点 三 面向分布式调节资源的 高效聚类策略 成 果 一 面向分布式调节资源的区 块链管控平台 成 果 二 面向分布式调节资源的能 源区块链服务终端 成 果 三 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 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 z 难 点 二 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 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 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 聚类指标 设计 集群划分 准则 集群内可平均分 配调峰任务 避免一次性调用 过多单体调峰 尽量降低弃电 量 电气距离：降低集群间耦合 理论可调功率： 单位调峰成本： 实现调峰任务平均分配 考虑度电成本、有功补偿成本和弃电成本 (1) 归一化互信息(NMI) (2) 芮氏指标(RI) (3) Davies-Bouldin指标(DBI) 分布式光伏虚拟聚合 聚类效果 检验 聚类 检验 指标 集群 调峰 效果 (1) 平均分配的调峰精度 (3) 光伏调峰的频繁程度 (2) 光伏调峰的弃光量 11 提出多视角指标兼顾的分布式可调节资源虚拟聚类方法 三、技术创新点 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 技术难点 资源多样性 聚类难 克服了单一视角聚类算法片面性 聚类中心数 不确定 任务分配维度高 求解难 创新内容 成果成效 多指标聚类 全面评估资源 电气距离 调峰成本 理论功率 自适应算法 无需预设中心数 虚拟聚合策略 简化分配求解 面向分布式调节资源的高效聚类策略 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 2 1 2 12 提出了分布式可调节资源区块链管控建模方法 三、技术创新点 智能合约 功能设计 分配 目标 分配 约束 分配 方法 调峰成本： 有功网损： 电网电压/电流、功率平衡约束 集群的最大可调功率 集群之间开展调峰竞标，得出各 个集群的调峰任务 电阻/电压/有功/无功 调节成本/损耗成本等 1 1 min M M total m m m m m F F x            1 1 min = n n loss ij i j i j ij i j i j i j P P P Q Q Q P PQ              13 提出了分布式可调节资源区块链管控建模方法 三、技术创新点 发明了基于 Hyperledger Fabric 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 建立了分布式调节资源参与电网调峰的区块链平台 4 4 2 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 创新内容 成果成效 面向分布式调节资源的区块链管控平台 1.区块链平台 提升了电网调峰效率 构建区块链 平台 调峰任务分配中利益 主体多样、共识难达成 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 2.双通道机制 优化了任务分配流程 3.智能合约算法 降低了运营成本 技术难点 14 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 三、技术创新点 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 检验更新效果：促进任务合理分配、进一步改善调峰效果 更新结果作为协商时的约束条件 , , 4 , , a c i k o b i k p p     m a x , , 3 m a x , i k k p p     , , 2 , 2 a c i k i N t t      , , , , 1 , e i k s i k i N k p p v t     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 15 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 三、技术创新点 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 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 3 1 2 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 创新内容 成果成效 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 面向分布式调节资源的能源区块链服务终端 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 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 17 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 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 19 五、成果评价及知识产权情况 项目申请发明专利9项 20 五、成果评价及知识产权情况 软件著作权4项 21 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 22 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 五、成果评价及知识产权情况 23 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。 24 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 五、成果评价及知识产权情况 《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。 25 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。 五、成果评价及知识产权情况 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 27 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。 六、推广应用及经济社会效益 28 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。 六、推广应用及经济社会效益 光伏板结构 电网调度中心的 “削峰填谷”指令 分布式光伏网络结构及虚拟聚合集群 竞标流程 HYPER LEDGER FABRIC 联盟区块链可视化显示 29 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。 辽宁 山东 河 北 江苏 湖北 湖南 吉林 浙江 山 西 四川 陕 西 安 徽 河 南 内蒙古 六、推广应用及经济社会效益 30 调动新型市场主体 发展积极性 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 •繁荣了市场经济 •保障就业、促进经济发展 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 •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