一种基于区块链技术的配电网电力碳排放权联合交易方法技术

本发明专利技术公开了一种基于区块链技术的配电网电力碳排放权联合交易方法，适用于针对配电网下的电力交易与因电力交易而产生的碳排放权的联合交易。包括输入不同类型机组碳排放曲线参数、碳排放限额、电力零售商价格等数据；建立区域用户碳排放约束与碳税惩罚函数；建立配电网下电力与碳排放联合交易市场优化模型；在交替方向乘子法框架下市场各参与者本地优化求解市场决策；将用户本地的决策结果上传加密上传至区块链节点中。本方法能够实现在配电网电力交易的同时，核算园区内部能源系统用能碳排放，并通过智能合约管理电力与碳排放的联合交易，实现交易信息的隐私保护，保证交易结果在电网电压安全约束下的可执行性。在电网电压安全约束下的可执行性。在电网电压安全约束下的可执行性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链技术的配电网电力碳排放权联合交易方法


[0001]本专利技术涉及一种基于区块链技术的配电网电力碳排放联合交易方法，尤其适用于考虑配电网电力交易与碳排放联合交易并且针对交易过程保护用户关键信息隐私的分布式市场出清方法。

技术介绍

[0002]电力交易：电力交易是指电力的能源交易，该交易往往由配电网中的利用煤、石油、天然气供应电力的发电厂商和购买、消耗电力的电力用户作为市场参与者进行，这些市场参与者使用发电侧、需求侧设备调度和价格预测来优化能源生产所创造的收入。然而现有的电力交易方法是粗放地通过电力零售商在源侧与用能侧通过电力交易平台从发电厂商收购电力，通过统一的分时电价或者电力合同销售给电力用户，发电厂商与电力用户之间难以形成有效的价格协商机制，这种交易方法导致交易价格的公平、交易效率以及整体社会用能成本的最小化等方面难以得到保障。
[0003]碳排放权交易：《京都议定书》第17条规定，二氧化碳排放交易允许拥有排放单位的国家闲置——排放量允许但未被“使用”——将过剩产能出售给超过其目标的国家。二氧化碳(CO2)和其他温室气体(GHG)的排放权交易称为总量控制与交易(CAT)或碳定价。这是一种通过创建一个排放限额有限的市场来限制气候变化的方法。排放权交易通过对所有参与的排放者产生的排放量设定总量限制来运作。排放量较少的实体将碳排放权出售给其他实体。因此，将首先开发最具成本效益的碳减排方法。然而传统的电力交易在充分考虑新能源分布式接入发电同时，忽略了其能进一步减少碳排放的减碳效益，没有充分利用新能源的闲置碳排放额度促进碳排放权益的交易与再分配，阻碍了可再生能源在电力市场层面的的进一步发展。
[0004]区块链技术：区块链是一个共享的、匿名的、不可篡改的账本，旨在促进业务网络中的交易记录和资产跟踪流程。资产可以是有形的(如房屋、汽车、现金、土地)，也可以是无形的(如知识产权、专利、版权、品牌)。几乎任何有价值的东西都可以在区块链网络上进行跟踪和交易，从而降低关键隐私信息泄露的风险和市场的运营、交易成本。同传统电力交易方式而言，由于不同电力用户之间的报价、机组参数、用户负荷是每个用户不愿意公开共享的隐私信息，因此利用区块链技术的共享、匿名、隐私保护等特性，区块链支持的去中心化市场平台允许电力网络的所有成员直接进入市场并与任何其他成员交换能源，而无需中央机构的监督。通过在生产者、消费者、存储和电动汽车之间交易分布式可再生能源发电机产生的本地能源，可最大限度地利用可再生能源，并最大限度地减少与相邻电网的能源交换。能源市场中的区块链应用还有助于减少腐败、提高透明度、为能源交易提供支付平台、加密交易信息的安全性和隐私性提供重要技术支撑。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本方法能够实现在配电网层级整合电力和碳排放权的交易市场，针对
系统内部电力交易以及碳排放限额约束下的碳排放权进行联合交易，通过区块链技术搭建市场平台，保证交易过程安全、公平、隐私、高效。
[0006]技术方案：本专利技术所要解决的技术问题是，针对配电网层级电力市场与碳排放权交易市场相互独立、缺乏联合交易市场模型的现状，提出了一种基于区块链技术的配电网电力和碳排放权联合交易方法。通过建立配电网电力和碳排放权联合交易优化模型，对不同的具体用能场景下的市场参与者优化交易成本和交易收益，将需求牵引下的电力生产等不同用能行为产生的碳排放进行核算，并在系统碳排放总量限额的前提下进行碳排放权的灵活交易，并通过区块链技术搭建市场平台，保证交易过程安全、公平、隐私、高效。
[0007]为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0008]1)输入不同机组的碳排放曲线参数、配电网网络拓扑参数、发电侧与用户侧碳排放限额、电网电力零售商的分时电价等，形成基础数据集；该数据包括煤碳、柴油、天然气发电的碳排放因子、外部电源发电的碳排放因子、可再生能源发电的碳排放因子、配电网拓扑网络参数、地源热泵、水源热泵、空气源热泵运行参数、用户侧负荷预测数据、发电侧与用户侧各主体碳排放限额、电网电力零售商给出的分时电价参数；
[0009]2)构建碳排放约束与碳税惩罚函数，其中市场参与者的碳排放模型由t时段(t＝1，2，3，
…
，24)内电源侧的总碳排放量由本地发电产生的碳排放与碳排放权交易量共同组成，具体表示为：
[0010][0011][0012]其中，i、j表示市场中第i、j个参与者，i＝1，2，3，
…
，N
i
，j＝1，2，3，
…
，N
i
,i≠j；表示第i个参与者在t时刻交易后的碳排放结果；表示热电联产机组与燃气轮机机组的碳排放与机组出力的函数；α
i
，b
i
为碳排放曲线的二次项系数与一次项系数；表示在t时刻由参与者i向参与者j卖出的碳排放权益；表示在t时刻由参与者i向参与者j购买的碳排放权益；
[0013]电力用能带来的配电网总区域碳排放限额约束表示为：
[0014][0015]式中，为配电网区域内的碳排放总限额。
[0016]对第i个用户而言，碳税惩罚函数可表示为：
[0017][0018]式中，为第i个用户的一天内的碳税总额，为每吨碳排放的碳税价格。
[0019]3)建立配电网下电力与碳排放联合交易市场优化模型，对于第i个市场参与者而言，其目标函数为：
[0020][0021][0022]式中,为第i个市场参与者的目标函数；为热电联产机组与燃气轮机机组的发电成本；a
i
、b
i
和c
i
分别为机组发电成本曲线的二次项系数、一次项系数与常数项参数；为第i个市场参与者的碳税惩罚函数，为热电联产机组与燃气轮机的单位功率的维护成本；为电网电力零售商的分时购电电价；为电力零售商的分时售电电价；为第i个市场参与者在t时刻从电网电力零售商的购电功率；为第i个市场参与者在t时刻向电网电力零售商的售电功率；为第i个市场参与者在t时刻从第j个市场参与者的购电价格；为第i个市场参与者在t时刻向第j个市场参与者的售电价格；为第i个市场参与者在t时刻从第j个市场参与者的购电功率；为第i个市场参与者在t时刻向第j个市场参与者的售电功率；为第i个市场参与者在t时刻从第j个市场参与者的碳排放权购买价格；为第i个市场参与者在t时刻向第j个市场参与者的碳排放权购买价格；为第i个市场参与者在t时刻从第j个市场参与者购买的碳排放权额度；为第i个市场参与者t时刻向第j个市场参与者购买的碳排放权额度。
[0023]节点注入功率约束如下：
[0024][0025]式中，分别为用户n∈I(N
i
)在节点n处注入的有功和无功功率；分别为用户n∈I(N
i
)从电网电力零售商购买和出售的电功率；为用户n∈I(N
i
)从其他用户m∈J(N
j
)处购买和出售的功本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链技术的电力碳排放权联合交易方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤一：输入不同机组的碳排放曲线参数、配电网网络拓扑参数、发电侧与用户侧碳排放限额、电网电力零售商的分时电价等，形成基础数据集；该数据包括煤碳、柴油、天然气发电的碳排放因子、外部电源发电的碳排放因子、可再生能源发电的碳排放因子、配电网拓扑网络参数、地源热泵、水源热泵、空气源热泵运行参数、用户侧负荷预测数据、发电侧与用户侧各主体碳排放限额、电网电力零售商给出的分时电价参数；步骤二：构建碳排放约束与碳税惩罚函数，其中市场参与者的碳排放模型由t时段(t＝1，2，3，
…
，24)内电源侧的总碳排放量由本地发电产生的碳排放与碳排放权交易量共同组成，具体表示为：成，具体表示为：其中，i、j表示市场中第i、j个参与者，i＝1，2，3，
…
，N
i
，j＝1，2，3，
…
，N
i
,i≠j；表示第i个参与者在t时刻交易后的碳排放结果；表示热电联产机组与燃气轮机机组的碳排放与机组出力的函数；α
i
，b
i
为碳排放曲线的二次项系数与一次项系数；表示在t时刻由参与者i向参与者j卖出的碳排放权益；表示在t时刻由参与者i向参与者j购买的碳排放权益；电力用能带来的配电网总区域碳排放限额约束表示为：式中，为配电网区域内的碳排放总限额。对第i个用户而言，碳税惩罚函数可表示为：式中，为第i个用户的一天内的碳税总额，为每吨碳排放的碳税价格。步骤三：建立配电网下电力与碳排放联合交易市场优化模型，对于第i个市场参与者而言，其目标函数为：
式中,为第i个市场参与者的目标函数；为热电联产机组与燃气轮机机组的发电成本；a
i
、b
i
和c
i
分别为机组发电成本曲线的二次项系数、一次项系数与常数项参数；为第i个市场参与者的碳税惩罚函数，为热电联产机组与燃气轮机的单位功率的维护成本；为电网电力零售商的分时购电电价；为电力零售商的分时售电电价；为第i个市场参与者在t时刻从电网电力零售商的购电功率；为第i个市场参与者在t时刻向电网电力零售商的售电功率；为第i个市场参与者在t时刻从第j个市场参与者的购电价格；为第i个市场参与者在t时刻向第j个市场参与者的售电价格；为第i个市场参与者在t时刻从第j个市场参与者的购电功率；为第i个市场参与者在t时刻向第j个市场参与者的售电功率；为第i个市场参与者在t时刻从第j个市场参与者的碳排放权购买价格；为第i个市场参与者在t时刻向第j个市场参与者的碳排放权购买价格；为第i个市场参与者在t时刻从第j个市场参与者购买的碳排放权额度；为第i个市场参与者t时刻向第j个市场参与者购买的碳排放权额度。节点注入功率约束如下：节点注入功率约束如下：式中，分别为用户n∈I(N
i
)在节点n处注入的有功和无功功率；分别为用户n∈I(N
i
)从电网电力零售商购买和出售的电功率；为用户n∈I(N
i
)从其他用户m∈J(N
j
)处购买和出售的功率之和；和分别为用户n∈I(N
i
)的热电联产和燃气轮机发出的有功或无功功率；和分别为用户n∈I(N
i
)的可调节负荷和固定负荷的有功或无功功率。电网潮流约束如下：电网潮流约束如下：电网潮流约束如下：式中，u
n
分别为节点n的上游支路节点与节点n的电压幅值；r
n
，x
n
，P
n
和Q
n
分
别为以节点n为末端节点的线路电阻，线路电抗，有功功率和无功功率；u
n
，分别为节点n电压幅值的上下限；P
m
，q
m
分别为节点n下游节点线路的有功功率和无功功率。步骤四：各参与者初始化求解，给出初始解：对于每个市场参与者i而言，其本地的交易成本最小化的优化问题可表示为...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫怀姣，黄宏旭，王琛，张鹏，梁睿，张小彤，张磊响，陈士军，林琳，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：