上海交通大学艾芊：虚拟电厂的可信交易研究_31页_2mb

虚拟电厂可信交易研究总结

核心内容概述

虚拟电厂（VPP）作为一种聚合多种分布式能源资源（如可控机组、风能、太阳能、储能设备、电动汽车等）的平台，具有“自治”与“共享”两大关键特征。其“自治”体现在对内运营管理、市场运行与精准调控的有机统一；“共享”则体现在不同利益主体间的协调互动与协作共享。虚拟电厂可参与能量市场、辅助服务市场等交易，并涵盖中长期、日前、日内和实时等多个时间尺度。

区块链技术因其去中心化、公开透明、不可篡改和可追溯的特性，被广泛应用于虚拟电厂的可信交易中，为解决多主体间的信任问题、简化交易流程、提升协作效率提供了技术支持。

主要观点

虚拟电厂交易模式

• P2P交易：虚拟电厂内部提供交易平台，实现发用电主体之间的直接交易，无需第三方参与。
• 统一市场交易：虚拟电厂可作为独立个体参与大范围的电力市场交易，包括能量市场与辅助服务市场。
• 交易目标：在不同市场中，交易目标包括运行成本最小化、经济效益最大化及调整成本最小化。

区块链在虚拟电厂中的应用

• 区块链适用于解决信任缺失问题，提升交易透明度与安全性。
• 企业级区块链平台包括以太坊和Hyperledger Fabric，其中以太坊因社区庞大、部署成本低而应用更广泛。
• PowerLedger迁移到Solana平台，以提升交易速度与吞吐量；IBM基于Fabric开发私有区块链平台，支持分布式光伏、电动汽车与家庭储能的能源交互。

共识机制与智能合约

• 区块链通过共识机制（如PBFT、BFT）保障交易信息的公平读取与验证。
• 智能合约可实现交易自动结算，无需第三方参与，提升交易效率与安全性。
• 典型的联盟链共识算法包括拜占庭容错类算法，适用于VPP与不同机构的交易与结算。

关键信息

区块链技术优势

• 不可篡改、全程留痕、可追溯。
• 支持多种治理结构（一主多从、多主多从）。
• 提供跨链通信与交易功能，实现全局信息同步。

信用评价体系

• 构建面向不同治理结构的差异化信用评价指标体系。
• 包括“底层侧链节点-上层主链节点”和“底层侧链节点-区域交易主链节点-广域交易主链节点”两种架构。

分布式共识算法优化

• 针对联盟链吞吐量低的问题，提出基于委员会的区块链分片机制。
• 在片内采用DPOS算法选举委托人，使用PBFT算法实现高效共识。
• 通过跨片二次提交机制提升跨链效率，实验表明该方案可有效支撑高并发场景。

电力交易联盟链部署架构

• 从节点类型、网络拓扑、节点数量及共识算法四个方面设计电力交易联盟链架构。
• 构建了电力交易联盟链仿真器，采用离散事件仿真方法，模拟电力交易与共识过程，提升仿真效率与真实性。
• 优化目标包括支撑大规模市场主体、系统整体性能、去中心化、低延迟、高吞吐量等。

隐私保护技术

• 大规模高并发交易中，敏感数据（如交易数额、电价）存在泄露风险。
• 需要实现敏感数据的“可用不可见”，即在保证数据可用性的同时，保护数据隐私。

总结与展望

总结

虚拟电厂作为电力市场的重要平台，其可信交易机制是实现分布式资源高效利用与市场公平的关键。区块链技术为虚拟电厂提供了去中心化、透明、安全的交易环境，支持P2P与统一市场交易，并通过智能合约与共识机制提升交易效率与公平性。

展望

未来虚拟电厂可信交易技术的研究可从以下几个方向展开：

• 市场机制与交易架构优化：完善市场交易机制，设计更高效的交易架构。
• 主链共识机制与人工智能结合：探索AI技术在交易决策与共识机制中的应用。
• 侧链自适应定价与智能合约表征：提升侧链在定价与合约执行中的灵活性与智能化。
• 主侧链可信交易子系统研发：进一步开发支持高并发、低延迟、高安全性的主侧链交易子系统。

参考

• 研究团队由上海交通大学艾芊教授领导，涵盖多个电力系统相关研究方向。
• 项目合作单位包括国家电网、南方电网、中国电科院等多家电力企业和科研机构。
• 科研成果包括8部专著、百余篇学术论文（SCI 36篇，EI 33篇）及多个纵向与横向科研项目。

致谢

• 艾芊 教授
• 2023年5月30日