陶夢林，王致杰

(上海電機學(xué)院電氣學(xué)院，上海市 201306)

0 引 言

區(qū)域內(nèi)多個微網(wǎng)互聯(lián)形成多微網(wǎng)系統(tǒng)，由于微網(wǎng)的電壓等級低，不宜遠距離傳輸，并且微網(wǎng)間的距離較短，所以在多微網(wǎng)系統(tǒng)中建立交易平臺，進行微網(wǎng)間的電能買賣交易，可以使其系統(tǒng)內(nèi)部電能合理流通，有利于新能源在時間和空間上進一步消納[1]。因此，設(shè)計一套公平、公正、可靠性高的多微網(wǎng)電力交易策略顯得尤為重要。

近年來，關(guān)于電力交易策略方面的研究已取得不少成果，包括微網(wǎng)與配網(wǎng)間的交易策略[2-4]、發(fā)電商與售電公司及用戶間的交易策略[5-6]、分布式發(fā)電間的交易策略[7-8]，但對于多微網(wǎng)間的交易策略研究較少且不成熟。文獻[9]提出了多微網(wǎng)雙層電力交易框架，下層負責(zé)收集微網(wǎng)內(nèi)交易需求信息，上層負責(zé)根據(jù)下層收集的信息進行電力交易，采用連續(xù)雙向拍賣機制求得買賣雙方報價。文獻[10]提出建立光伏微網(wǎng)群的合作聯(lián)盟，根據(jù)微網(wǎng)收益大小提出了一個實時交易結(jié)算規(guī)則。文獻[11]提出構(gòu)建微網(wǎng)群動態(tài)電能交易模型，以計及儲能電池退化成本和可控負荷調(diào)度補償成本最低為目標優(yōu)化電能報價，以微網(wǎng)群電能交易成本最低為目標優(yōu)化電能交易量，通過多輪競價以協(xié)調(diào)微網(wǎng)間的電能交易。文獻[12]提出建立多個微電網(wǎng)聯(lián)合與大電網(wǎng)競價模型，市場以交易總成本最小為目標進行買賣方組合，采用合作博弈理論解決多微電網(wǎng)之間競價、收益分配問題。文獻[13]提出并網(wǎng)型多微網(wǎng)系統(tǒng)多時間尺度交易機制和基于深度學(xué)習(xí)的交易策略優(yōu)化算法，建立了多微網(wǎng)內(nèi)部交易價格模型和日前、日內(nèi)交易機制。

以上研究均提高了多微網(wǎng)系統(tǒng)的經(jīng)濟性，為多微網(wǎng)交易策略提供了一定的參考價值，但是以上文獻只考慮了報價、出清過程，或者側(cè)重于考慮收益分配和結(jié)算規(guī)則，沒有考慮多微網(wǎng)交易的整個過程。并且文獻[12-13]多微網(wǎng)交易為中心化交易，隨著參與交易的微網(wǎng)數(shù)量增多，會造成管理中心服務(wù)器壓力增大、效率降低，拓展性低。因此，構(gòu)建一個去中心化的電力交易平臺與機制，是多微網(wǎng)交易中亟需解決的問題。

區(qū)塊鏈具有去中心化、可信任、防篡改的特性，可為電力交易提供一種新的可行方式，能有效解決電力交易中心化和效率低下等問題[14]。文獻[15]提出了基于區(qū)塊鏈的分布式可控電力交易匹配系統(tǒng)，詳細介紹了分布式電力交易的過程，最后證明了系統(tǒng)的有效性。文獻[16]提出將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用到能源互聯(lián)網(wǎng)中，仿真結(jié)果表明去中心化的電力交易能提高交易效率。文獻[17]提出將區(qū)塊鏈應(yīng)用于分布式電能交易系統(tǒng)，設(shè)計了基于智能合約及連續(xù)雙邊拍賣的交易模式，改進了基于委托權(quán)益證明的共識算法，仿真結(jié)果表明該交易模式能提高買賣雙方的經(jīng)濟效益，且改進的共識算法能有效地遏制惡意節(jié)點作惡。

基于此，本文提出一種基于區(qū)塊鏈的多微網(wǎng)智能交易策略。首先，分析多微網(wǎng)交易與區(qū)塊鏈的契合點；然后，建立基于區(qū)塊鏈的多微網(wǎng)智能交易框架，并介紹交易流程；其次，建立考慮交易成交風(fēng)險因子報價模型、集中撮合與連續(xù)競價兩階段電價出清模型、考慮信譽度的電量出清模型和誤差結(jié)算模型、基于非合作博弈的自適應(yīng)報價模型、基于信譽度的權(quán)益證明機制(proof of stake, PoS)共識機制模型；最后，仿真驗證所建模型的有效性。

1 基于區(qū)塊鏈的多微網(wǎng)智能交易適應(yīng)度分析與交易框架

1.1 區(qū)塊鏈關(guān)鍵技術(shù)與適應(yīng)度分析

區(qū)塊鏈是一種分散式電子會計系統(tǒng)，是一些已知技術(shù)的組合，如P2P網(wǎng)絡(luò)、分布式數(shù)據(jù)存儲、共識機制、智能合約等[18]，這些技術(shù)是多微網(wǎng)電力去中心化交易的有力保障。

1)P2P網(wǎng)絡(luò)。P2P網(wǎng)絡(luò)是一種沒有中心服務(wù)器，完全由客戶端支撐起來的互聯(lián)網(wǎng)體系。每一個微網(wǎng)是一個客戶端，也是一個服務(wù)器，每個微網(wǎng)節(jié)點可以在允許時間內(nèi)自由加入退出。去中心化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)使黑客沒有統(tǒng)一攻擊對象，即使攻擊部分節(jié)點對區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)也無影響。該機制保證了多微網(wǎng)電力交易系統(tǒng)的去中心化性、易擴展性、安全性。

2)分布式數(shù)據(jù)儲存。數(shù)據(jù)儲存是交易的核心，使用基于區(qū)塊鏈的交易方法，將數(shù)據(jù)存儲在每個節(jié)點中，當某個節(jié)點數(shù)據(jù)丟失時，可通過復(fù)制其他節(jié)點的數(shù)據(jù)進行恢復(fù)，該技術(shù)避免了多微網(wǎng)交易數(shù)據(jù)集中儲存丟失不可追回的弊端。

3)共識機制。共識機制指記賬節(jié)點在很短的時間內(nèi)通過一定的機制完成對交易的驗證和確認，在去中心化的思想上解決了節(jié)點間互相信任的問題。目前常用的共識機制有工作量證明機制(proof of work, PoW)、PoS、委托權(quán)益證明機制(delegated proof of stake, DPoS)、實用拜占庭容錯算法機制(practical Byzantine fault tolerance, PBFT)[19]。4種機制的優(yōu)缺點對比如表1所示。本文采用PoS機制，將股權(quán)定義為信譽度、信譽度越高的節(jié)點獲取記賬權(quán)的概率越大，成功記賬節(jié)點將由系統(tǒng)按照規(guī)則進行獎勵，該機制不僅能防止惡意節(jié)點對區(qū)塊鏈的攻擊，也鼓勵了各個節(jié)點積極參與交易、按合約履行交易。

表1 4種共識機制對比Table 1 Comparison of four consensus mechanisms

4)智能合約。智能合約是達到觸發(fā)條件可自動執(zhí)行的程序，區(qū)塊鏈去中心化、可信任、防篡改的特性為智能合約提供了安全的執(zhí)行環(huán)境。多微網(wǎng)達成交易后，將交易雙方地址、信譽度、交易時間、電價、電量寫入智能合約。觸發(fā)條件來臨時，智能合約自動執(zhí)行，根據(jù)實際交易電量結(jié)算、轉(zhuǎn)賬、更新。

綜上，區(qū)塊鏈相關(guān)技術(shù)能滿足多微網(wǎng)電力交易去中心化、安全、可信、智能等需求。

1.2 基于區(qū)塊鏈的多微網(wǎng)交易架構(gòu)與流程

基于區(qū)塊鏈的多微網(wǎng)智能交易框架如圖1所示。系統(tǒng)中存在3種節(jié)點，即監(jiān)管中心節(jié)點、電網(wǎng)公司節(jié)點、微網(wǎng)節(jié)點。監(jiān)管中心節(jié)點用于檢驗注冊微網(wǎng)節(jié)點的真實性，利用交易信息分析多微網(wǎng)特性，以便更好地規(guī)劃多微網(wǎng)。電網(wǎng)公司節(jié)點用于吸收多微網(wǎng)系統(tǒng)中多余電量、補償缺額電量、收取過網(wǎng)費。微網(wǎng)節(jié)點具有二重性，可擔任售電微網(wǎng)節(jié)點或購電微網(wǎng)節(jié)點。為了完成每個微網(wǎng)的數(shù)據(jù)采集，須在微網(wǎng)內(nèi)源荷端引入一些先進的智能設(shè)備，如智能電表，用于獲取用電、發(fā)電信息，并提交給微網(wǎng)中心。

圖1 基于區(qū)塊鏈的多微網(wǎng)智能交易框架Fig.1 Multi-microgrid intelligent transaction framework based on blockchain

基于區(qū)塊鏈的多微網(wǎng)智能交易流程如圖2所示，其分為5個階段：

1)注冊登錄。第一次在該系統(tǒng)參與交易的微網(wǎng)須進入客戶端注冊，注冊成功后，微網(wǎng)在終端登陸，成為區(qū)塊鏈系統(tǒng)中的一個節(jié)點，參與交易。

2)提交數(shù)據(jù)。在報價時間截止之前，微網(wǎng)根據(jù)歷史發(fā)/用電數(shù)據(jù)，預(yù)測下一周期的功率、負荷，明確售/購電微網(wǎng)身份，提交相關(guān)參數(shù)，如交易成交風(fēng)險因子、理想交易電價、理想交易電量、歷史平均交易電價等。各微網(wǎng)節(jié)點根據(jù)提交的初始參數(shù)調(diào)用智能合約，依據(jù)本文所提的考慮交易成交風(fēng)險因子報價策略計算理想電價，并將理想電價、電量等數(shù)據(jù)通過P2P網(wǎng)絡(luò)廣播到所有節(jié)點，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

3)市場出清。報價時間截止后，微網(wǎng)節(jié)點停止上傳相關(guān)參數(shù)。根據(jù)各微網(wǎng)節(jié)點廣播的理想電價、電量等數(shù)據(jù)，調(diào)用智能合約，依據(jù)本文所提的考慮信譽度的電力出清策略，計算各微網(wǎng)合約電價、合約電量，完成交易匹配。交易雙方將交易地址、時間、電價、電量、考慮誤差的結(jié)算方式等寫入系統(tǒng)智能合約，并向全網(wǎng)廣播。交易方須向交易地址存入一定保證金。

4)交易結(jié)算。交易時間到達時，交易雙方執(zhí)行交易，交易完成后，智能電表上傳實際交易電量，智能合約根據(jù)實際交易電量自動結(jié)算，實現(xiàn)資金自動轉(zhuǎn)移。每個節(jié)點均保存所有交易信息，當共識時間到達時，各節(jié)點根據(jù)本文所提的基于信譽度共識機制爭奪記賬權(quán)，獲得記賬權(quán)的節(jié)點將該時間段內(nèi)保存的合約打包成合約集，加蓋時間戳，加入?yún)^(qū)塊鏈。

5)本輪交易結(jié)束，進行下輪交易時，可以按2)—3)—4)—5)順序繼續(xù)報價、出清、結(jié)算。當微網(wǎng)不提交初始參數(shù)時，系統(tǒng)可根據(jù)上輪交易結(jié)果自適應(yīng)調(diào)整報價，最終獲得最優(yōu)理想報價，然后繼續(xù)3)—4)步驟。

本文所提的交易流程適用于其他場合中分布式電力交易的場景，購/售電微網(wǎng)節(jié)點代指買/賣方，分布式交易買/賣雙方在終端注冊登錄、提交數(shù)據(jù)，根據(jù)交易策略進行市場出清、交易結(jié)算。在其他場景應(yīng)用時，只需要修改節(jié)點名稱、更換交易策略即可。

2 多微網(wǎng)智能交易模型

2.1 考慮交易成交風(fēng)險因子的雙邊報價策略

考慮微網(wǎng)內(nèi)多為新能源發(fā)電，如光伏發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電，具有無污染、不可控、成本低的特性，一般使其工作在最大功率，系統(tǒng)會優(yōu)先使用新能源發(fā)電為微網(wǎng)內(nèi)部負荷供電。當新能源電量不足以支撐負荷需求時，缺額電量來自微網(wǎng)內(nèi)部儲能放電、其他微網(wǎng)、可控電源出力或配電網(wǎng)，當新能源發(fā)電充足時，剩余電量進行出售。本文研究的交易電量均來自于新能源發(fā)電，未考慮其他能源發(fā)電，若考慮其他能源發(fā)電交易時，則能源交易偏好程度從高到低依次為：新能源—儲能—min{配電網(wǎng)供電成本，微網(wǎng)內(nèi)部發(fā)電成本}。優(yōu)先選擇哪種能源發(fā)電電能進行交易，取決于該能源發(fā)電成本、交易報價和發(fā)電補貼，由于本文研究的交易電量均來自于新能源發(fā)電，因此共有的補貼可以省去，不影響能源交易偏好。假設(shè)售電微網(wǎng)、購電微網(wǎng)的供需量是無彈性的，即供需量不會隨著電價的變化而變化。

圖2 多微網(wǎng)智能交易流程Fig.2 Intelligent transaction process of multiple microgrids

2.1.1 購/售微網(wǎng)保留價格

(1)

(2)

(3)

式中：gi表示固定成本；fi(t)表示單位成本；xi(t)表示發(fā)電量；I為微網(wǎng)中的電源總數(shù)。

2.1.2 考慮交易成交風(fēng)險因子的報價策略

在允許范圍內(nèi)，購電微網(wǎng)報價越高，售電微網(wǎng)報價越低，越有利于促進交易，反之，阻礙交易。根據(jù)購售方對交易達成風(fēng)險的態(tài)度，引入交易成交風(fēng)險因子λ。當0<λ≤1時，表示趨向風(fēng)險型，雙方交易成交率較低，但每輪交易獲得的利潤較大；當-1≤λ<0時，表示規(guī)避風(fēng)險型，雙方交易成交率較高，但每輪交易獲得的利潤較小。在微網(wǎng)不主動調(diào)整風(fēng)險因子時，風(fēng)險因子可根據(jù)前輪的結(jié)果變化，當前輪交易在集中撮合階段失敗，說明風(fēng)險因子過高，下輪交易時，系統(tǒng)會降低風(fēng)險因子；當前輪交易在集中撮合階段成功，說明風(fēng)險因子適中，下輪交易時，系統(tǒng)會增加風(fēng)險因子。交易成交風(fēng)險因子函數(shù)λ(k)的迭代變化公式為[20]：

λ(k)=λ(k-1)+α{[1+β(k)]λshout-λ(k)}

(4)

式中：α表示學(xué)習(xí)速率；β(k)表示調(diào)節(jié)步長；λshout表示微網(wǎng)最后一次調(diào)整報價時的風(fēng)險因子。

當β=0.05時，交易成交風(fēng)險因子降低，當β=-0.05時，交易成交風(fēng)險因子提高。

在歷史平均交易價格的基礎(chǔ)上，上下調(diào)整電價。對售電微網(wǎng)來說，當λ=1時，理想電價為配電網(wǎng)售電電價，電價最高，風(fēng)險最大；當λ=-1時，理想電價為售電微網(wǎng)保留電價，電價最低，風(fēng)險最小。對購電微網(wǎng)來說，當λ=1時，理想電價為配電網(wǎng)購電電價，電價最低，風(fēng)險最大；當λ=-1時，理想電價為配電網(wǎng)售電電價，電價最高，風(fēng)險最小。建立的考慮交易成交風(fēng)險因子的理想電價模型為：

(5)

(6)

2.2 考慮信譽度的電力出清策略

2.2.1 集中撮合階段

(7)

2.2.2 連續(xù)競價階段

(8)

式中：γ表示電價變化程度，γ越大，電價變化越快。

2.2.3 考慮信譽度的電力定量出清策略

(9)

(10)

2.3 考慮誤差的電力結(jié)算策略

新能源發(fā)電不穩(wěn)定、負荷預(yù)測存在誤差的特性，決定了達成的電力交易不可能百分之百執(zhí)行。當購電微網(wǎng)實際用電量大于合約電量時，對售電微網(wǎng)無影響，額外用電量按配電網(wǎng)售電電價從電網(wǎng)購買；當購電微網(wǎng)實際用電量小于合約電量時，對售電微網(wǎng)有影響，售電微網(wǎng)的損失由購電微網(wǎng)承擔。當售電微網(wǎng)實際發(fā)電量大于合約電量時，對購電微網(wǎng)無影響，多余電量按配電網(wǎng)購電電價出售給電網(wǎng)；當售電微網(wǎng)實際發(fā)電量小于合約電量時，對購電微網(wǎng)有影響，購電微網(wǎng)的損失由售電微網(wǎng)承擔。售電微網(wǎng)發(fā)生違約的風(fēng)險，即實際發(fā)電量少于合約電量；購電微網(wǎng)發(fā)生違約的風(fēng)險，即實際用電量少于合約電量。

(11)

(12)

2.4 基于非合作博弈的自適應(yīng)調(diào)整報價策略

第一輪交易完成后，開始第二輪交易，第二輪交易時，可以繼續(xù)按第一輪交易策略提交報價初始參數(shù)，進行報價、出清、結(jié)算，也可以在第一輪交易的基礎(chǔ)上自適應(yīng)調(diào)整風(fēng)險因子，考慮到微網(wǎng)調(diào)整風(fēng)險因子時只知道自身情況，并不了解其他微網(wǎng)情況，所以將微網(wǎng)報價調(diào)整過程轉(zhuǎn)化為非合作博弈模型進行探討。參與者、策略、收益和納什均衡是非合作博弈的必需元素。

2)策略：博弈方?jīng)Q策時能選擇的方法。本文策略包括每個售電微網(wǎng)報價策略sm和策略空間Sm，每個購電微網(wǎng)報價策略bn和策略空間Bn，其中sm∈Sm，m=1, 2, …,M，bn∈Bn，n=1, 2, …,N。

3)收益：售電微網(wǎng)的收益函數(shù)USm表示售電收益減去成本；購電微網(wǎng)的收益函數(shù)UBn表示購電效用減去購電成本，微網(wǎng)交易產(chǎn)生的網(wǎng)損忽略不計。

(13)

(14)

購電微網(wǎng)購買電能以滿足微網(wǎng)內(nèi)部用戶的用電需求，用戶的用電滿意程度可用效用函數(shù)表示，效用函數(shù)的特征隨著用電量的增加，用戶的效用函數(shù)呈現(xiàn)非遞增的趨勢，即用戶用電量達到一定程度時其效用函數(shù)達到穩(wěn)定。購電微網(wǎng)內(nèi)部用戶j的效用函數(shù)Wj(qj)為：

(15)

(16)

式中：ωj、δj為常數(shù)。

約束條件包括功率平衡約束、新能源發(fā)電出力約束、用戶購電量約束。

(17)

xi,min≤xi≤xi,max

(18)

qj,min≤qj≤qj,max

(19)

式中：xm,n為售電微網(wǎng)m與購電微網(wǎng)n間的交易電量；Δxi表示新能源發(fā)電預(yù)測誤差；Δqj表示用戶用電量預(yù)測誤差；xi、xi,max、xi,min分別表示新能源主體i的出力及其上、下限；qj,max、qj,min分別表示用戶購電量的上下限。

(20)

(21)

當售電微網(wǎng)與購電微網(wǎng)在相鄰兩輪中報價調(diào)整差值都小于一個很小的正數(shù)時，微網(wǎng)的報價收斂于納什均衡解，收斂判據(jù)為：

(22)

2.5 基于信譽度的共識機制

將微網(wǎng)發(fā)/用電信譽度與共識機制相結(jié)合，在該機制中某一節(jié)點獲得當前區(qū)塊記賬權(quán)的概率為[21]：

(23)

(24)

基于信譽度共識的多微網(wǎng)區(qū)塊鏈公式為：

(25)

式中：Tblock表示區(qū)塊出塊時間；τ表示微網(wǎng)節(jié)點進行一次哈希運算所需的平均時間。

3 仿真分析

本文在包含11個微網(wǎng)的多微網(wǎng)系統(tǒng)中進行仿真，某時刻該11個微網(wǎng)的參數(shù)如表2所示，理想電量為負表示缺少電量，則B1、B3、B5、B6、B8、B10表示購電微網(wǎng)，S2、S4、S7、S9、S11表示售電微網(wǎng)。取配電網(wǎng)售電電價為0.65元/(kW·h)，購電電價為0.40元/(kW·h)，μ=0.1，γ=0.05。

表2 微網(wǎng)初始參數(shù)Table 2 Initial parameters of the microgrid

1)證明考慮交易成交風(fēng)險因子的報價策略的有效性。

根據(jù)表2信息，由式(5)、(6)計算出各微網(wǎng)理想電價，形成購電微網(wǎng)隊列PLB{B1, B10, B3, B8, B5, B6}，售電微網(wǎng)隊列PLS{S11, S2, S7, S4, S9}，如圖3所示。B1(75，0.624)表示購電微網(wǎng)1提交的理想電價為0.624元/(kW·h)，理想電量為75 kW·h?？芍狟1、B10、B3與S11、S2、S7率先達成交易，保證了供用電的可靠性，B8、B5、B6與S4、S9沒能達成交易，進入連續(xù)競價環(huán)節(jié)。而由表2可知，B1、B10、B3、S11、S2與S7的交易成交風(fēng)險因子均為非正，屬于風(fēng)險規(guī)避型。B8、B5、B6、S4、S9的交易成交風(fēng)險因子均為負，屬于風(fēng)險趨向性。該結(jié)果反映了交易成交風(fēng)險因子對用戶報價及交易結(jié)果存在較大的影響，體現(xiàn)了微網(wǎng)的自主性，證明了考慮交易成交風(fēng)險因子報價策略的有效性。

圖3 微網(wǎng)價格隊列Fig.3 Microgrid price queue

根據(jù)式(8)，微網(wǎng)B8、B5、B6與S4、S9調(diào)整報價，報價變化過程如圖4所示，對應(yīng)成交電量變化如圖5所示，橫坐標表示電價變化次數(shù)，次數(shù)0對應(yīng)的電價為原始理想報價。電價變化第2次，B8報價大于S4報價，交易匹配成功，理想成交電量為30 kW·h，S4完成交易量，退出區(qū)塊鏈系統(tǒng)。電價變化第3次，B8報價大于S9報價，交易匹配成功，理想成交電量為10 kW·h，B8完成交易量，退出區(qū)塊鏈系統(tǒng)。電價變化第4次，B5報價大于S9報價，交易匹配成功，理想成交電量為20 kW·h，S9完成交易量，退出區(qū)塊鏈系統(tǒng)。最后，B5、B6缺額的電量以較高的價格從配電網(wǎng)購買。交易連續(xù)競價階段進一步促進了多微網(wǎng)電力交易。

圖4 連續(xù)競價階段微網(wǎng)報價變化Fig.4 Changes in microgrid quotations during the continuous bidding phase

圖5 連續(xù)競價階段微網(wǎng)電量變化Fig.5 Electricity changes during the continuous bidding phase

2)證明考慮信譽值的電量出清機制和結(jié)算機制的有效性。

表3 集中撮合階段的交易情況Table 3 Transactions in the centralized matching stage

根據(jù)表3計算2種電量出清策略的違約成本，如表4所示。按本文出清策略，交易1(B1、S11)的違約成本較常規(guī)出清策略降低了29.71%，交易2、4、5中售電微網(wǎng)的違約成本降低至0，交易3中B10微網(wǎng)的信譽度降低?？芍疚碾娏砍銮宀呗越档土宋⒕W(wǎng)因預(yù)測誤差等因素而造成的違約成本，提高了微網(wǎng)的經(jīng)濟性，同時也鼓勵了微網(wǎng)按合約發(fā)電、用電。

表4 2種電量出清策略的經(jīng)濟性對比Table 4 Economic comparison of the two electricity clearing strategies

注：表中“，”前對應(yīng)交易中的購電微網(wǎng)，“，”后對應(yīng)交易中的售電微網(wǎng)。

3)證明考慮非合作博弈的自適應(yīng)調(diào)整報價策略的有效性。

以B1、B10、S11、S2為例進行驗證，B1、B10、S2、S11屬于風(fēng)險規(guī)避型微網(wǎng)，上一輪均完成交易，在下一輪交易中，微網(wǎng)試圖降低風(fēng)險規(guī)避程度，即增加交易成交風(fēng)險因子，風(fēng)險因子自適應(yīng)迭代過程及其對應(yīng)的報價如圖6、7所示。

圖6 交易成交風(fēng)險因子變化過程Fig.6 Change process of transaction risk factors

圖7 報價變化過程Fig.7 Change process of quotation

隨著交易成交風(fēng)險因子的升高，B1、B10的報價從初始報價0.624、0.585元/(kW·h)開始不斷下降，S11、S2的報價從初始報價0.414、0.435元/(kW·h)開始不斷上升。B1、S11變化到第8代和第10代時，微網(wǎng)效益不再增加，趨于穩(wěn)定。B10、S2變化到第31代和第15代時，報價差小于0.001元/(kW·h)，趨于穩(wěn)定。微網(wǎng)效益如圖8所示，在降低風(fēng)險規(guī)避的同時，效益增長，證明了自適應(yīng)調(diào)整報價策略的有效性。

4)證明多微網(wǎng)交易策略的經(jīng)濟性。

本文的多微網(wǎng)系統(tǒng)按以下3種方式結(jié)算，結(jié)果如圖9所示。

圖8 微網(wǎng)效益變化過程Fig.8 Change process of microgrid benefit

圖9 3種運行方式下的經(jīng)濟對比Fig.9 Economic comparison under three operating modes

方式1：采用本文交易策略；

方式2：采用本文提出的考慮交易成交風(fēng)險因子的報價策略提交理想報價，但是沒有連續(xù)競價階段，并且按常規(guī)出清機制結(jié)算；

方式3：微網(wǎng)只和配網(wǎng)交易。

可知，方式1的售電微網(wǎng)收入最高，購電支出最少，對比于方式3，售電微網(wǎng)收入提高了32.2%，購電微網(wǎng)支出降低了15.5%，證明了本文所提交易策略的經(jīng)濟性。

5)證明基于信譽度共識機制的多微網(wǎng)區(qū)塊鏈的有效性。

設(shè)置微網(wǎng)總數(shù)為11，信譽度在0.70～1.00之間，通過測試50個區(qū)塊的記賬歸屬權(quán)，得到微網(wǎng)節(jié)點信譽度與其成功挖礦概率的關(guān)系，如圖10所示?？芍⒕W(wǎng)節(jié)點挖礦成功的概率與其信譽度成正相關(guān)關(guān)系，隨著微網(wǎng)節(jié)點信譽度的降低，其成功挖礦的概率迅速下降，當某節(jié)點信譽度低于0.84時，則幾乎不可能成功挖礦，該機制激勵各微網(wǎng)按合約發(fā)用電，獲得更高的信譽度，從而獲得更高的報酬。

圖10 微網(wǎng)節(jié)點信譽度與成功挖礦概率的關(guān)系Fig.10 Relationship between the reputation of microgrid nodes and the probability of successful mining

假設(shè)Ndiff=1033，3種場景分別為：

場景1：11個微網(wǎng)節(jié)點信譽度均為1.00；

場景2：6個微網(wǎng)信譽度為0.95，5個微網(wǎng)信譽度為0.85；

場景3：11個微網(wǎng)節(jié)點信譽度均為0.85。

3種場景下的區(qū)塊出塊平均時間如圖11所示，節(jié)點信譽度越高，區(qū)塊平均出塊時間越短。

圖11 3種場景下的區(qū)塊出塊時間Fig.11 Block generation time in three scenarios

4 結(jié) 論

本文提出了基于區(qū)塊鏈的多微網(wǎng)智能交易策略，設(shè)計了微網(wǎng)報價、出清、結(jié)算策略，提出了基于信譽度的共識機制，結(jié)論如下：

1)考慮交易成交風(fēng)險因子的報價策略對用戶報價及交易結(jié)果存在較大的影響，體現(xiàn)了微網(wǎng)的自主性。基于非合作博弈的自適應(yīng)調(diào)整報價策略能在降低微網(wǎng)風(fēng)險規(guī)避的同時，增長效益，體現(xiàn)了報價的自主性。

2)集中撮合與連續(xù)競價的兩階段電價出清策略能進一步增加微網(wǎng)間的電能交易量?？紤]信譽度的電量出清策略能降低微網(wǎng)因預(yù)測誤差等因素而造成的違約成本，提高了微網(wǎng)的經(jīng)濟性。

3)基于信譽度的PoS共識機制表明信譽度越高的微網(wǎng)，其成功記賬的概率越高，出塊時間越短，鼓勵了微網(wǎng)按合約發(fā)電、用電，提高信譽度以獲得記賬權(quán)。