[發明專利]一種基于區塊鏈的虛擬電廠可編程控制方法

有效

• 申請號: 202010181466.1
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111342490B
• 公開（公告）日: 2021-09-28
• 發明（設計）人: 梁海文;黃彬;霍存鋒
• 申請（專利權）人: 明陽智慧能源集團股份公司
• 主分類號: G06Q50/06
• 分類號: G06Q50/06;H02J3/38;H02J3/28;H02J3/32;G05B19/05;G06F16/27;G06F21/64
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 馮炳輝

1.一種基于區塊鏈的虛擬電廠可編程控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、建立多類型分布式電源多運行模式下的控制和響應策略

建立源側、荷側、儲能型分布式電源的并網/離網運行模式及控制模型，所述源側分布式電源包括光伏、風電、燃氣發電、柴油發電、蒸汽/熱水鍋爐、燃煤電站這些發電系統，所述荷側分布式電源包括樓宇負荷、工業負荷、社區負荷、電動汽車這些荷側負荷中心，所述儲能型分布式電源包括電池儲能、蓄熱、蓄冷、抽水蓄能這些能源存儲系統；建立所有類型分布式電源所有運行模式下的編程實現算法，支持分布式電源基于調度指令和實際運行狀態做出模式自動切換，包括以下步驟：

S11、建立所有類型分布式電源集合，每個集合包括該電源的所有運行模式及其控制策略；

分布式電源集合表示為：

Ω(D)＝[D₁,D₂,D₃,D₄]^T；

其中，T代表轉置，D_i是第i種分布式電源的運行模式集合，表示為：

D_i＝[d_i1,d_i2,d_i3,d_i4,…,d_ij]^T；

其中，d_ij是第i種分布式電源的第j種運行模式；

S12、建立控制分布式電源所有運行模式下的分時段控制策略集和關鍵參數集，分別表示為：

C_i＝[C_i1,C_i2,C_i3,C_i4,…,C_iJ]^T；

其中，C_ij是第i種分布式電源的第j種運行模式下的控制策略；

Η_i＝[h_i1,h_i2,h_i3,h_i4,…,h_ik]^T；

其中，h_ik是第i種分布式電源的第k種關鍵運行參數；

S13、為每種分布式電源建立基于關鍵參數觸發的運行模式切換機制，不同運行模式下的控制策略集、關鍵參數集，以及負荷調度指令，實現分布式電源不同運行模式之間的切換；

在步驟S1，建立了所有分布式電源的運行模式、關鍵參數集和控制切換策略，形成了基本模型庫，根據實際的分布式電源類型實現功能模塊化的快速組合；

S2、根據分布式電源的類型和模式，通過可編程方法與分布式電源的就地控制系統結合，實現分布式電源的指令響應，如下：

為每個分布式電源配置運算、存儲和通信功能的物聯網模塊、工業邏輯控制模塊、電氣執行機構模塊、電能計量模塊；在時間離散化之后，建立各分布式電源在不同模式下的算法模型，并通過工業控制可編程語言實現其控制邏輯，并將相應的編程模型錄入物聯網模塊和工業邏輯控制模塊，實現對管控中心的響應和對分布式電源節點的控制，包括以下步驟：

S21、在實際的虛擬電廠能源網絡內，根據實際的分布式電源的類型確定其運行模式集合；

S22、根據調度控制需求以及運行模式集、關鍵參數集，確定該分布式電源的控制響應策略；

S23、為每個分布式電源配置可編程控制器，可編程控制器包括物聯網模塊、工業邏輯控制模塊、電氣執行機構模塊、電能計量模塊；其中，所述物聯網模塊帶有運算、存儲和通信功能，實現中心控制、管控中心的信息上傳和指令接收以及有信息傳遞要求的用戶之間的通信；所述工業邏輯控制模塊主要通過電氣邏輯控制實現并網、離網和電路切換；所述電氣執行機構模塊主要實現電路的通斷、電路保護和緊急動作；所述電能計量模塊主要實現電量和電能質量的精確測量；

S24、將步驟S22中滿足分布式電源運行和控制要求的算法通過可編程的方式錄入物聯網模塊，工業邏輯控制模塊和電氣執行機構模塊根據分布式電源的類型和路數做針對性構建，實現與分布式電源電氣接線相匹配，具體如下：

將步驟S1中確定的運行模式、控制策略及編程實現算法錄入物聯網模塊，將工控邏輯程序燒錄入工業邏輯控制模塊，結合分布式電源的實際路數、網架結構，通過“搭積木”的方式搭建電氣執行機構模塊，最終，實現與分布式電源的電氣連接和信息連接；

S25、通過模擬指令集調試分布式電源系統，確定其全運行模式下對調度指令的可靠響應，具體如下：

在完成指令和算法燒錄以及系統搭建之后，采用模擬仿真器模擬虛擬電廠管控中心以及分布式電源，驗證可編程控制器對所有運行模式下的可靠數據采集、指令響應和電氣動作；

S3、為分布式電源建立節點區塊，確定各節點的區塊體記錄數據模型和共識機制，如下：

將每個分布式電源作為區塊鏈節點處理，基于分布式電源的物聯網模塊，建立區塊創建、上鏈機制和廣播、收發功能；根據節點類型，確定各節點各調度時段所創建區塊的區塊體中的數據記錄模型，以及數據上鏈后的共識機制，其具體實現過程包括以下步驟：

S31、每個分布式電源作為獨立節點，記作n_i，i＝1,2,3,…,N，每個節點分配IP、計算確定公鑰私鑰密鑰對，并將信息存儲在節點的物聯網模塊中，同時存入中心信息數據庫；

S32、將連續時間進行離散化，全天24小時均分為Z個時段，其中z∈{1,2,3，…,Z}，每個時段的時長為Δt，由各節點的物聯網模塊按照固定時間間隔為每個節點建立區塊；

S33、確定每個節點區塊體的數據模型，在完成數據記錄后，由物聯網模塊向全網廣播；其中，區塊記錄的數據包括：調度負荷有功功率、光伏實際有功功率、光伏預測發電功率、風機實際有功功率、風機預測有功功率、柴油機發電有功功率、蓄電池充放電供、蓄電池SOC、交流負荷輸出控制、直流負荷輸出控制、光伏運行模式、風機運行模式、柴油機狀態、蓄電池充放電模式；

S34、管控中心和其它關聯節點在收到該節點的新區塊時，根據其控制響應結果和關聯節點需求的滿足情況，驗證該節點分布式電源的區塊結果，在滿足共識規則之后，該節點的新區塊得到認證并鏈入該節點區塊鏈尾部；

S4、節點入網，根據管控中心指令，對分布式電源控制并網和離網以及調度指令反向穿透的分布式電源內部協調控制，如下：

分布式電源節點并網，通過物聯網模塊的通信功能實時接收管控中心調度指令和調度結果；物聯網模塊在接到指令后，根據預制的運行模式控制和算法模型實現實時的調度響應，并通過工業邏輯控制模塊實現對分布式電源的并網和離網控制；物聯網模塊的模式適配算法和控制指令通過反向穿透送入分布式電源的就地控制系統，實現分布式電源的控制響應，其具體實現過程包括以下步驟：

S41、當分布式能源節點入網后，管控中心根據主網調度、輔助服務和區域能源供需情況下發調度指令至各節點；

S42、節點收到調度指令后，通過關鍵參數驅動和運行模式匹配確定調度策略，由工業編程控制模塊控制電氣執行機構進行電氣動作，確保總體并網、離網策略滿足調度要求；

S43、當存在分布式電源系統內部控制響應要求時，由物聯網模塊內置的算法策略，通過分布式電源通信接口并反向穿透安全區，由分布式電源的就地控制系統進行內部控制響應，生產數據和響應結果再正向穿透傳遞給物聯網模塊；當分布式電源具備直接雙向控制能力時，由物聯網模塊直接進行分布式電源控制并獲得響應執行結果；

S5、節點將調度時段內的指令、響應策略和響應結果記錄該時段新區塊的區塊體，向全網共享實現數據的記錄和傳遞，如下：

在時間離散化后的每個時段內，分布式電源節點按照固定時間間隔將調度指令內容、調度響應策略、調度響應結果以及所需的基礎參數、計量結果寫入新創建區塊的區塊體；通過物聯網模塊向局域網進行廣播，實現數據的記錄和傳遞，而其它節點按照共識機制對該節點的響應內容進行認證，認證通過后，該新創建區塊正式生效并寫入區塊鏈的下一區塊，包括以下步驟：

S51、在調度的時段結束時，分布式電源節點的物聯網模塊從計量模塊獲取計量結果，從物聯網模塊的計算功能模塊獲取調度策略，從分布式電源獲取控制執行結果；分布式電源節點的物聯網模塊計算產生新的區塊，將獲取數據寫入新區塊的區塊體；

S52、將產生的新區塊通過其通信功能向全網包括管控中心廣播；

S53、管控中心及關聯節點對其結果進行驗證，當達到共識機制要求時，新的區塊生效并鏈入該節點區塊鏈的尾部，實現了區塊鏈延長；

S6、管控中心根據各分布式電源的實際調度指令響應能力動態調整分布式電源的控制策略，如下：

管控中心根據區塊鏈的數據記錄評估各分布式電源的調度響應能力，動態調整各分布式電源的控制策略，針對分布式電源的控制響應能力，遠程實現分布式電源的運行模式優化和固件升級，從而最大程度保證能源局域網絡的整體最優，包括以下步驟：

S61、管控中心從各節點的區塊鏈中獲取前若干時刻的調度指令、調度策略和調度響應結果；

S62、根據不同類型節點的控制和響應特性模型，評估確定節點的控制和響應能力指標；

S63、根據節點響應能力計算結果，動態調整管控中心對各分布式電源的調度策略組合，并實現下一個調度時段的總體調度模型；

S64、當分布式電源的響應能力觸發閾值時，由節點的物聯網模塊按照運行模式的要求確定新的控制策略；當分布式電源節點需要進行系統、固件、組件、運行模式升級或變更時，由管控中心遠程建立節點物聯網模塊的連接，實現遠程升級。