基于区块链的虚拟电厂运行和调度模型研究

作     者：马德志 

作者单位：华北电力大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王德文;梅华威

授予年度：2020年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 0808[工学-电气工程] 080802[工学-电力系统及其自动化] 08[工学] 

主      题：能源互联网 拜占庭容错 共识机制 区块链 协同优化 

摘      要：虚拟电厂聚合多种分布式能源主体（Distributed Energy Resources,DER）实现有最低的经济成本和环境成本、同时保持电网平衡的目标。在化石能源紧缺、分布式能源急速膨胀发展的今天,如何提高新能源发电的渗透率,提高分布式发电的稳定性和占有率已经成为最紧迫的任务之一。随着虚拟电厂中参与能源主体数量的增多,传统的中心化调度方法不能满足虚拟电厂发展的需要。区块链技术由分布式存储技术、非对称加密技术、数字摘要技术等计算机新科技的组合。由于其去中心化、匿名化、透明化等特点,适合解决许多传统行业中互不信任、效率低下的问题。虚拟电厂中DER在分布式异构环境下存在难以鉴别多元数据真伪和鉴定其它DER信誉等问题。本文分析泛在电力物联网背景下的虚拟电厂内部DER协同问题,提出去中心化的虚拟电厂运行和调度模型,使用区块链技术作为DER间协同控制手段。提出虚拟电厂中DER协同控制区块链VPPBN,存储虚拟电厂中的数据。在以太坊环境下设计实验实现VPPBN,选择以太坊私有链作为实验平台对VPPBN的可行性进行了实验验证。利用Solidity作为编程语言,利用智能合约作为系统接口,设计了DER间电力能源交易、区块维护主体选举、电费结算等功能。测试了主体静默、受到恶意攻击情况下VPPBN的安全性。实验结果表明在以太坊私有链上VPPBN可以实现虚拟电厂的主要功能,有较高的安全性。本文提出使用基于声誉、贡献等多重影响因素的维护主体选举算法替代随机产生维护主体的共识算法,以降低选举中不公正主体的概率,保证了VPPBN的公平性。结合虚拟电厂中多能主体信任度较高但又存在通讯故障和恶意主体的实际情况,提出改进PBFT的虚拟电厂多能主体共识算法BNCM。设计多能主体首先和区块维护主体通信,若有多能主体对共识结果存在异议,再开始三段共识。本文使用Docker设计实验模拟系统对该共识机制进行了可行性实验和性能测试。结果表明BNCM在虚拟电厂环境中具有可行性,算法的容错性和PBFT共识算法相同,在低错误率情况下算法的性能优于PBFT共识算法。