区块链框架下能源互联网多模块协同自治模式初探

曾鸣，程俊，王雨晴，李源非，杨雍琦，窦金月

DOI：10.13334/j.0258-8013.pcsee.162432

1 项目背景

能源互联网是实现我国能源革命的关键平台，理想的能源互联网是一个包含集中式与分布式能源供应、多元智能输送网络、储能、用户等多个模块，拥有复杂的能量流与信息流交互的分散式决策、自治系统，可以实现系统的自调度与生态化运行。 区块链作为一种公开透明的、去中心化的数据库，技术特征与能源互联网理念相吻合，其分散决策技术为能源互联网群决策问题提供了解决之道，可以通过多模块协同运行实现能源互联网的系统自治，未来有望成为推动能源互联网发展的关键支撑技术。

2 论文所解决的问题及意义

本文就区块链框架下能源互联网多模块协同自治模式开展研究，首先从思维和技术角度分析区块链与能源互联网的兼容性；提出以区块链技术为支撑的能源互联网系统结构框架；在此基础上，提出基于区块链技术的能源互联网多模块协同自治模式及其控制流程；最后分析区块链支撑能源互联网多模块协同自治的关键技术体系。以期用区块链技术解决能源互联网复杂系统的决策运行问题，实现系统的分散式模块化协同自治。

3 论文重点内容

（1）以区块链为支撑的能源互联网基本框架

在能源互联网中，每个时段将该时段能源互联网系统内集中式能源供应、分布式能源供应、多元智能输送网络、储能、用户等多个模块的数据信息汇总形成能源区块，具体包括用能数据、设备运行数据、调度数据、交易记录等数据，并为保证区块链的可追溯性与数据的不可篡改性，加盖时间戳，以不可逆的时间维度与前一时段的能源区块相连形成能源区块链，完整记录能源互联网在各个时间段内的系统运行情况。

图1 以能源区块链为支撑的能源互联网基本框架

（2）能源互联网多模块协同自治模式及其控制流程

基于区块链中的PoW（Proof of work）共识机制，能源互联网中的各主体可根据区块链中共享的用能数据、设备参数、运行数据等信息，针对能源利用、传输、供应三个模块中的某一模块或多个模块提出下一时段的运行策略，各主体提出的运行策略将被发送至能源互联网中参与决策的所有主体并进行比较，得到51%以上主体承认其为最优的运行策略将成为下一时段能源互联网系统的运行策略，同时提出此运行策略的主体也将根据系统实际运行情况获得相应获得奖励，图2为能源利用模块最优运行策略确定过程，其他模块的控制运营模式与之一致。

图2 能源利用模块最优运行策略确定过程

基于区块链的能源互联网多模块协同自治模式呈现“链式优化”的特点，按照能源利用模块、供应模块、传输模块的顺序依次优化，在优化用能行为的基础上合理安排能源供应，进而确定能源传输网络的多能流最优潮流分布，以此来实现多模块之间的协同。

图3 能源互联网多模块控制运营流程

4 结论

本文将区块链技术引入能源互联网，提出一种区块链框架下能源互联网多模块协同自治模式：从思维和技术角度论证了区块链与能源互联网的兼容性；改进现有的能源互联网结构理念，构建了以区块链为支撑的能源互联网框架；基于区块链系统的分布式运行决策机制，提出了能源互联网多模块协同自治模式及其控制流程；分别从区块链和能源互联网角度探讨了促进区块链与能源互联网融合的关键技术。本文所提模式有望为能源互联网分散决策、协同自治的实现提供一种可行的技术选择。

引文信息

曾鸣, 程俊, 王雨晴, 等. 区块链框架下能源互联网多模块协同自治模式初探[J]. 中国电机工程学报, 2017, 37(13): 3672-3681.

ZENG Ming, CHENG Jun, WANG Yuqing, et al. Primarily Research for Multi Module Cooperative Autonomous Mode of Energy Internet Under Blockchain Framework [J]. Proceedings of the CSEE, 2017, 37(13): 3672-3681(in Chinese)．

作者简介

团队负责人曾鸣

华北电力大学能源互联网研究中心整合华北电力大学校内外能源领域的优势科研力量，形成由经济管理、电气、能源与动力、可再生能源、信息与通信、人文社科等多学科、跨专业组成的科研团队。华北电力大学能源互联网研究中心主任曾鸣教授及其科研团队已经在科学研究、产业化和人才培养方面取得丰富成果，对能源互联网未来发挥重要的支撑作用。

新能源电力系统国家重点实验室是以华北电力大学“电力系统保护与动态安全监控”教育部重点实验室为基础，整合学校其他优势科技资源而形成的一个研究实体，2011年3月由科技部批准建设，2014年9月通过专家验收。实验室面向我国规模化新能源开发、利用的重大需求，聚焦新能源电力系统的重大科技问题，以多学科交叉为基础，开展创新性研究，主攻新能源电力系统安全、经济运行的基础和应用基础理论，深入研究规模化风能、太阳能等新能源电力接入后对电力系统的影响与交互作用机理，建立大时间尺度紧密耦合且具有强随机性的复杂电力系统分析、控制理论与方法的科学研究体系，为我国能源可持续发展以及新能源战略性新兴产业发展提供科技支撑。

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（来源：中国电机工程学报）