[0001] 本发明属于电力市场技术领域，尤其是涉及一种电碳耦合市场环境下基于区块链的虚拟电厂优化调度方法。

[0002] 虚拟电厂作为调节灵活性资源的重要工具，正逐步在调峰市场与碳市场中发挥其潜能。然而，由于虚拟电厂往往聚合多个可调负荷和分布式光伏等异质资源，其在不同市场中的运行与交易过程面临多重挑战：一方面，需要协调不同市场间的耦合机制，在调峰市场和碳市场中实现资源优化配置；另一方面，虚拟电厂在调峰‑碳耦合市场中的交易需要提交电力调节能力、碳减排量等核心数据，各方市场主体对交易过程的透明性与公平性提出了较高要求。

[0003] 区块链能够提升市场透明度，解决信任问题，其作为一种安全、透明、可信的技术工具，在部分研究中已经展现出支撑虚拟电厂高效参与调峰‑碳耦合市场的潜力。基于区块链技术，调峰市场和碳市场的规则与资源分配逻辑可以通过智能合约部署到链上，所有参与者作为共识节点，共同监督交易规则的执行与结果生成。智能合约自动执行、不可篡改的特性，保障了交易的透明性，消除了对于市场操作“黑箱”的质疑。同时，区块链通过多边共治机制，在虚拟电厂与其他市场主体间实现相互制衡，提升市场信任度。

[0004] 然而随着市场环境日益复杂化，调峰‑碳耦合市场中现有的区块链应用方式存在一些不足：一方面，调峰‑碳耦合市场中的出清过程需要解决大规模、多目标优化问题，包括负荷调节计划、虚拟电厂收益分配等复杂模型计算，传统区块链技术只能处理简单计算，难以满足聚合海量资源的虚拟电厂参与调峰‑碳耦合市场的计算需求。另一方面，区块链技术在传统架构中易因计算造成效率瓶颈，难以满足当下虚拟电厂调度效率需求。因此，需要设计一种虚拟电厂优化调度方法，可以在调峰‑碳耦合市场中实现高效的资源优化，同时确保市场参与的公正性与数据的可信度。

[0056] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0057] 实施例1

[0058] 本实施例提供一种电碳耦合市场环境下基于区块链的虚拟电厂优化调度方法，如图1所示，包括以下步骤：

[0059] S1、基于虚拟电厂内所有参与主体建立委员会，委员会包括主代表节点和多个其他成员节点。

[0060] 首先，所有参与虚拟电厂的主体(包括可调负荷和分布式光伏资源)聚合形成一个“共识代表”集合，即委员会，确保每个主体在调度决策中均有代表参与。在委员会中，通过投票或其他选举方式，选出一个“主代表”，该节点负责链下求解优化调度问题，并将结果发布给所有其他成员节点，发布的结果包含了负荷分配、光伏出力、电网交互策略和碳市场交易等多项调度信息。

[0061] S2、以虚拟电厂整体利润最大化为目标，基于收益‑成本因素建立虚拟电厂优化调度模型。

[0062] 收益‑成本因素包括负荷用电效用、调峰市场收益、电网交互收益、碳市场收益、弃光成本和调峰偏差惩罚，虚拟电厂优化调度模型的表达式具体如下：

[0063] max P＝Rload+RF+PG+RCM‑Cqd‑Cferror

[0064] 其中，P表示虚拟电厂整体利润，Rload表示负荷用电效用，RF表示虚拟电厂参与电力G CM调峰市场的收益，P表示虚拟电厂与电网交互的收益，R 表示虚拟电厂参与碳市场的收益，qd ferror
C 表示虚拟电厂弃光成本，C 表示虚拟电厂调峰偏差惩罚。各部分的具体计算公式分别如下：

[0065] (1)负荷用电效用Rload

[0066]

[0067] 其中， 表示第i个负荷在t时段的用电效用，计算公式具体如下：

[0068]

[0069] 其中， 为负荷i在时段t的负荷量， 和 分别为负荷二次用电效用参数， 和 分别为t时段的最小负荷量和最大负荷量， 为 对应的二次函数的最大值。

[0070] (2)虚拟电厂参与电力调峰市场的收益RF

[0071]

[0072] 其中， 表示电力交易中心下发的日前各时段调峰价格， 表示虚拟电厂日前计划调峰量， 表示负荷i在时段t的调峰量， 表示分布式光伏k在时段t的弃光量。

[0073] (3)虚拟电厂与电网交互的收益PG

[0074] PG＝RG‑CG

[0075] 其中，RG为虚拟电厂售电收益，CG为虚拟电厂购电成本，计算公式分别如下：

[0076]

[0077] 其中， 为明日时段t电价， 为电力批发价格， 和 分别为虚拟电厂时段t向电网购电功率和虚拟电厂时段t向电网售电功率， 为虚拟电厂与电网时段t交互净功率，ρω为场景ω发生的概率， 为场景ω下第k个下分布式光伏出力，利用场景生成法预测获得， 为负荷i在时段t的负荷量。

[0078] (4)虚拟电厂参与碳市场的收益RCM

[0079]

[0080] 其中，λCM为碳配额价格，xa1为分布式光伏申请CCER证书获得碳配额系数，xa2为虚拟电厂负荷向电网购电碳排放系数， 为虚拟电厂时段t向电网售电功率。

[0081] (5)虚拟电厂弃光成本Cqd

[0082]

[0083] 其中，λp为分布式光伏弃电成本价。

[0084] (6)虚拟电厂调峰偏差惩罚Cferror

[0085]

[0086] 其中，λpf为虚拟电厂偏差惩罚价格， 为虚拟电厂时段t的基线，计算公式具体如下：

[0087]

[0088] S3、主代表节点应用KKT条件在区块链之外求解虚拟电厂优化调度模型，获得虚拟电厂在每个时间段的最优调度计划。

[0089] 应用KKT条件求解所述虚拟电厂优化调度模型的具体过程如下：

[0090] S301、构造如下的拉格朗日函数：

[0091]

[0092] 其中， 和 分别为负荷调峰下限和上限的拉格朗日系数， 和分别为光伏调峰下限和上限的拉格朗日系数，Ploadimin和Ploadimax分别为最小负荷量和最大负荷量，PPVkmax为光伏调峰上限；

[0093] S302、对拉格朗日函数中的每个变量求偏导并设其为0，在多个约束条件下对虚拟电厂优化调度模型进行求解，多个约束条件包括负荷用电消纳功率约束、光伏出力约束、虚拟电厂聚合主体调峰量约束、电网交互约束和碳排放限额约束。

[0094] 负荷用电消纳功率约束的具体表达式如下：

[0095]

[0096] 其中，Ploadimm和Ploadimax为最小负荷量和最大负荷量。

[0097] 光伏出力约束的具体表达式如下：

[0098]

[0099] 其中，PPVkmax为最大光伏出力。

[0100] 虚拟电厂聚合主体调峰量约束的具体表达式如下：

[0101]

[0102] 其中， 和 分别为t时段的最小负荷量和最大负荷量。

[0103] 求解获得的虚拟电厂在每个时间段的最优调度计划包括每个负荷在每个时间段的负荷量、每个光伏在每个时间段的出力及弃光量、虚拟电厂与电网的交互功率、虚拟电厂在调峰市场和碳市场的收益项、电网交互的购电与售电计划。

[0104] S4、主代表节点将步骤S3获得的最优解进行加密并存储至区块链，然后将加密后的最优解广播至委员会内所有的其他成员节点。

[0105] S5、各其他成员节点收到主代表节点广播的加密信息后，通过交叉通信进行信息交换，并通过区块链上的验证机制进行验证，当所有其他成员节点完成验证后，通过投票机制判断主代表节点获得的最优解是否正确，若是，则虚拟电厂执行该最优解进行调度，否则，确定新的主代表节点并返回步骤S3。

[0106] 通过引入交叉通信机制，可以在其他成员节点间进行信息交换，共同协作验证主代表节点求解结果的有效性，能够确保各代表节点间对调度结果的理解一致，同时形成相互监督机制。

[0107] 验证内容包括检查主代表计算出的调度计划是否符合最初设定的目标函数和约束条件，以及调度结果在逻辑上是否合理，每个其他共识代表节点可以利用一定的校验逻辑(例如对最优解中的负荷量、出力量、电网交互功率等进行合理性检查)验证主代表节点的求解结果是否符合预期。本实施例中，其他共识代表节点利用KKT条件对主代表的优化结果进行快速验证，通过KKT条件检查结果是否满足所有必要的约束条件，从而确定调度方案的合理性和可行性。KKT条件验证具体包括：

[0108] (1)一阶条件检查：检查每个变量的偏导数是否为零，确保Lagrangian函数在当前解处满足一阶最优条件。

[0109] (2)互补松弛条件检查：验证每个约束条件的Lagrange乘子是否满足互补松弛条件。

[0110] (3)非负性条件检查：确保所有Lagrange乘子均为非负。

[0111] 通过投票机制判断主代表节点获得的最优解是否正确的具体过程为：各其他成员节点根据验证结果生成投票结果，若超过半数的投票结果为主代表节点获得的最优解正确，则最终认定主代表节点获得的最优解正确，优化调度结果正式生效。最终确认的最优解会被完整地存证到区块链上，此存证包括完整的调度计划数据，以供后续审计和验证。存证的内容对所有委员会成员节点和市场监管机构开放，确保整个调度过程的透明性，防止“黑箱操作”或单一节点的权力滥用。

[0112] 传统区块链技术在处理大规模、复杂计算时面临效率瓶颈，难以支持虚拟电厂参与耦合市场的需求。上述方法将复杂计算移到链下，将区块链的职责集中在数据验证和存证上，避免了区块链节点在链上处理复杂计算，显著减少了因区块链共识机制带来的冗余计算和通信负担，提高了虚拟电厂的调度和出清效率。特别是在高频次的调峰‑碳市场中，可以大幅缩短计算时间，更能满足虚拟电厂对实时性的要求。通过这种“链下求解、链上验证”的机制，既保证了调度计算的高效性，又利用区块链技术实现了数据的透明存证和多节点的协作监督，确保虚拟电厂在调峰‑碳市场中的调度方案的公正性和可信度，为后续的调度过程提供信任保障。

[0113] 实施例2

[0114] 本实施例与实施例1的区别在于，本实施例步骤S5中，如果投票未达成共识或部分节点对结果有异议，委员会将要求主代表重新求解或对存证结果进行详细解释，若仍无法达成一致，则重新选举主代表进行链下求解。

[0115] 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。