沈 鑫，束洪春，方正云，莫 熙

（1. 昆明理工大學(xué)電力工程學(xué)院，云南省昆明市650051；2. 昆明理工大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，云南省昆明市650051；3. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司，云南省昆明市650011；4. 云南電力調(diào)度控制中心，云南省昆明市650011）

0 引言

近年來，中國加快了調(diào)頻輔助服務(wù)市場的建設(shè)步伐，出臺(tái)了多項(xiàng)政策支持市場化改革［1-2］。截至2019 年底已有山東、山西、廣東等6 個(gè)省（區(qū)、市、地區(qū)）的調(diào)頻市場投入運(yùn)行（含模擬運(yùn)行和試運(yùn)行），通過與主能量現(xiàn)貨市場聯(lián)合運(yùn)營，正積極構(gòu)建一套符合中國電力市場改革需求的輔助服務(wù)體系，同時(shí)也積累了一定的市場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)。

目前，中國調(diào)頻輔助服務(wù)的市場參與者主要是各類發(fā)電資源，從調(diào)頻服務(wù)商到調(diào)頻服務(wù)費(fèi)用的分?jǐn)倢?duì)象均屬于發(fā)電側(cè)，這種單邊市場顯然無法適應(yīng)發(fā)展需要，也有悖交易的公平原則。國家發(fā)改委印發(fā)的《關(guān)于深化電力現(xiàn)貨市場建設(shè)試點(diǎn)工作的意見》中明確提出建立電力用戶參與承擔(dān)輔助服務(wù)費(fèi)用的機(jī)制［3］。而用戶側(cè)缺乏參與調(diào)頻服務(wù)的途徑，需求響應(yīng)（demand response，DR）在調(diào)頻市場的潛力有待挖掘。因此，探索需求側(cè)參與調(diào)頻市場的交易方法是目前輔助服務(wù)進(jìn)一步市場化亟待解決的問題。

由于市場機(jī)制的不同，DR 在調(diào)頻市場的研究側(cè)重各有不同，國外研究總結(jié)起來有以下兩方面：①對(duì)參與調(diào)頻市場的不同種類的用戶進(jìn)行建模，通過對(duì)用戶用電行為和調(diào)頻特性的分析，對(duì)其市場收益進(jìn)行優(yōu)化，例如調(diào)頻服務(wù)提供商：電動(dòng)汽車［4-5］、住宅區(qū)［6-7］、建筑物［8］、數(shù)據(jù)中心［9］和鋁冶煉廠［10-11］；②針對(duì)各類市場的機(jī)制和監(jiān)管手段的對(duì)比分析，文獻(xiàn)［12］對(duì)比了美國的7 個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)運(yùn)營商（ISO）/區(qū)域輸電組織（RTO）在鼓勵(lì)用戶側(cè)參與調(diào)頻市場中的金融刺激手段，其中PJM 市場較為成熟，表現(xiàn)在用戶調(diào)頻產(chǎn)品聚合度高，投標(biāo)準(zhǔn)確等方面；文獻(xiàn)［13］總結(jié)了歐盟現(xiàn)有調(diào)頻服務(wù)市場的最新監(jiān)管變化，以及快速頻率控制響應(yīng)服務(wù)的補(bǔ)償方式；文獻(xiàn)［14］對(duì)比分析了巴西、印度和俄羅斯在調(diào)頻輔助服務(wù)方面的采購機(jī)制。但DR 參與調(diào)頻服務(wù)交易的研究相對(duì)不足，特別是用戶側(cè)資源在響應(yīng)調(diào)度機(jī)構(gòu)指令時(shí)調(diào)頻性能和服務(wù)質(zhì)量方面罕有探討。因此，該類資源進(jìn)入調(diào)頻市場，其調(diào)頻性能的市場風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。

國內(nèi)對(duì)調(diào)頻費(fèi)用分?jǐn)偅?5-16］、調(diào)頻資源的補(bǔ)償機(jī)制［17］等方面也展開了研究。文獻(xiàn)［18］設(shè)計(jì)了一種基于引發(fā)責(zé)任的調(diào)頻輔助服務(wù)成本分?jǐn)倷C(jī)制；文獻(xiàn)［19］提出了基于預(yù)測曲線偏差量減計(jì)原理的綠色證書計(jì)算方法，以補(bǔ)償調(diào)頻費(fèi)用；文獻(xiàn)［20］結(jié)合廣東電力市場發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)了DR 在調(diào)頻市場的發(fā)展規(guī)劃。但以上研究均未考慮運(yùn)用DR 中用戶身份和市場時(shí)序來構(gòu)建交易模型，此外，調(diào)頻責(zé)任的認(rèn)定往往由調(diào)度機(jī)構(gòu)解析，費(fèi)用核算并未達(dá)成有效共識(shí)，市場信息披露方面不夠公開透明。

區(qū)塊鏈作為去中心化的交易技術(shù)，學(xué)術(shù)界對(duì)其在電力市場的應(yīng)用進(jìn)行了展望［21-22］，并得到了相關(guān)應(yīng)用，如負(fù)荷用電權(quán)響應(yīng)［23］、智能配售電交易［24］，但區(qū)塊鏈技術(shù)結(jié)合調(diào)頻市場方面應(yīng)用罕有探討。此外，以跨鏈技術(shù)為代表的區(qū)塊鏈擴(kuò)容技術(shù)正在進(jìn)一步拓展應(yīng)用場景。

本文將跨鏈交易技術(shù)應(yīng)用到調(diào)頻市場。為使高能耗用戶參與調(diào)頻交易，本文設(shè)計(jì)了基于跨鏈技術(shù)的調(diào)頻服務(wù)市場交易框架，由發(fā)電側(cè)區(qū)域鏈、調(diào)度中繼鏈和高能耗用戶區(qū)域鏈組成鏈群，并構(gòu)建了計(jì)及高能耗用戶調(diào)頻服務(wù)風(fēng)險(xiǎn)的出清模型。最后，通過算例驗(yàn)證了所提模型的有效性和可行性。

1 基于區(qū)塊鏈的調(diào)頻服務(wù)交易機(jī)制

1.1 高能耗用戶參與調(diào)頻市場的可行性分析

為拓寬調(diào)頻輔助服務(wù)市場，將調(diào)頻成本向負(fù)荷側(cè)疏導(dǎo)，將此類高能耗的工業(yè)用戶優(yōu)先納入調(diào)頻服務(wù)市場，有以下3 點(diǎn)考慮。

1）從中國目前調(diào)頻服務(wù)市場來看，均采用了發(fā)電側(cè)分?jǐn)側(cè)空{(diào)頻責(zé)任，這種發(fā)電側(cè)的零和博弈，使某些發(fā)電商的運(yùn)營成本提高。忽略負(fù)荷側(cè)引發(fā)的調(diào)頻責(zé)任顯然不能滿足市場的公平性原則，向負(fù)荷側(cè)進(jìn)行調(diào)頻服務(wù)的追責(zé)，是中國調(diào)頻服務(wù)市場發(fā)展亟須解決的問題。

2）高能耗用戶在負(fù)荷側(cè)用電量占比高，往往具有大容量和高耗電量等特點(diǎn)，承擔(dān)了消納可再生能源的任務(wù)，例如電解鋁和電解銅等能量慣性大的冶金工業(yè)，其負(fù)荷功率的波動(dòng)相對(duì)居民用戶而言，對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生的功率不平衡量貢獻(xiàn)更大。同時(shí)，高能耗用戶安裝了相當(dāng)數(shù)量的測量表計(jì)，調(diào)度機(jī)構(gòu)易于直接獲取其功耗數(shù)據(jù)，用戶可根據(jù)自身用電行為提供可靠的負(fù)荷預(yù)測曲線，所以該類用戶承擔(dān)負(fù)荷側(cè)頻率波動(dòng)的責(zé)任也較為合理。

3）高能耗用戶的DR 具有相當(dāng)規(guī)模的調(diào)頻潛力，中國并未出現(xiàn)大量如美國PJM、ERCOT 和CAISO 市場中的負(fù)荷聚合商和負(fù)荷削減服務(wù)提供商［25］。在未能提供負(fù)荷管理服務(wù)的情況下，要在負(fù)荷側(cè)開辟調(diào)頻服務(wù)市場，應(yīng)優(yōu)先發(fā)展該類調(diào)頻資源作為調(diào)頻服務(wù)商，且更符合中國調(diào)頻輔助服務(wù)市場的實(shí)際需要。

1.2 考慮高能耗用戶參與的調(diào)頻服務(wù)交易機(jī)制

1.2.1 跨鏈交易原理

跨鏈交易是指原本存儲(chǔ)在特定區(qū)塊鏈上的資產(chǎn)可以轉(zhuǎn)換成為另一條鏈上的資產(chǎn)，從而實(shí)現(xiàn)價(jià)值的流通。常見的跨鏈交易技術(shù)包括：公證人機(jī)制、哈希鎖定、側(cè)鏈和中繼鏈［26］。本文根據(jù)調(diào)頻市場的組織架構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)，采用中繼鏈方案。

中繼跨鏈交易原理如圖1 所示。

圖1 中繼跨鏈交易原理Fig.1 Principle of cross chain relay transaction

角色定位：中繼鏈方案中包括中心樞紐鏈（Hub）和區(qū)域鏈（Zone），區(qū)域鏈的價(jià)值流通和數(shù)據(jù)通信必須經(jīng)過中心樞紐鏈完成。

通信協(xié)議：區(qū)域鏈間的通信采用塊鏈間通信協(xié)議（IBC）來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，各個(gè)獨(dú)立的區(qū)塊鏈連接到區(qū)域鏈后，它們就成了中心樞紐鏈的一個(gè)空間，每個(gè)空間也會(huì)與中心的狀態(tài)保持一致。信息可以從一個(gè)空間發(fā)送到另外一個(gè)空間。

資金流通：所有跨鏈的資金轉(zhuǎn)移都需要通過中心樞紐鏈進(jìn)行，所以資金（轉(zhuǎn)換為代幣Token）可以安全、迅速地在區(qū)域鏈之間轉(zhuǎn)移。分區(qū)之間無須具有直接的匯兌流動(dòng)性，而只需通過中心樞紐鏈來追蹤記錄每個(gè)區(qū)域持有的代幣總量，并確保所有鏈的代幣總量對(duì)應(yīng)實(shí)際交易資金。

1.2.2 調(diào)頻服務(wù)交易框架

假設(shè)高能耗用戶作為可控負(fù)荷已通過技改滿足調(diào)度的控制性能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（CPS）體系［27］，并能在提供調(diào)頻服務(wù)時(shí)保證自身的用電可靠性。

目前，國內(nèi)調(diào)頻市場中，調(diào)度機(jī)構(gòu)仍起到了中心調(diào)控和市場運(yùn)營的作用，完全意義的去中心化并不現(xiàn)實(shí)。為此，一方面采用中繼跨鏈的技術(shù)方案在一定程度上弱中心化；另一方面，調(diào)度機(jī)構(gòu)又可協(xié)調(diào)管理跨鏈操作，使調(diào)頻市場中各參與方的共識(shí)程度進(jìn)一步加深。設(shè)計(jì)基于中繼跨鏈技術(shù)的調(diào)頻服務(wù)交易框架如圖2 所示。

圖2 中，高能耗用戶和發(fā)電機(jī)組具有雙重身份，二者均是調(diào)頻責(zé)任引發(fā)的考核對(duì)象，同時(shí)也是可參與市場的調(diào)頻服務(wù)商。高能耗用戶和發(fā)電機(jī)組分別對(duì)應(yīng)高能耗用戶區(qū)域鏈和發(fā)電側(cè)區(qū)域鏈，調(diào)度中心為中繼鏈，協(xié)調(diào)另外2 條鏈的交互。3 條區(qū)塊鏈構(gòu)成鏈群，該鏈群屬于聯(lián)盟鏈范疇，即只針對(duì)參與調(diào)頻市場的成員和第三方開放，為市場參與者的信息和隱私安全提供保證。盡管構(gòu)建多鏈結(jié)構(gòu)一定程度上提高了調(diào)頻市場的技術(shù)成本，但相比單鏈結(jié)構(gòu)，有以下顯著優(yōu)勢：①多鏈的技術(shù)方案支持高并發(fā)、大吞吐量的交易，可縮短交易延時(shí)；②考慮到調(diào)頻市場以海量運(yùn)行數(shù)據(jù)作為結(jié)算依據(jù)，多鏈結(jié)構(gòu)的分鏈區(qū)塊可解決單鏈區(qū)塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不足的問題；③中國調(diào)頻市場交易規(guī)則仍將持續(xù)變動(dòng)以適應(yīng)市場變化，多鏈架構(gòu)更加支持版本更新、功能增加等關(guān)鍵特性更迭。因此在市場建設(shè)初期選用跨鏈技術(shù)方案，符合調(diào)頻市場未來發(fā)展需要。

智能合約是一類具有圖靈完備的程序代碼構(gòu)成的合約化程序，鏈碼則是智能合約的進(jìn)一步發(fā)展。鏈碼可視為智能合約容器，可定義和解析一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)的智能合約。一個(gè)鏈碼被部署和實(shí)例化后，其內(nèi)部的智能合約可接入關(guān)聯(lián)的通道，且這些合約具有唯一的標(biāo)識(shí)。高能耗用戶、發(fā)電機(jī)組、調(diào)度中心和調(diào)頻市場通過調(diào)頻服務(wù)鏈碼進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)行。

1）數(shù)據(jù)交互方面：高能耗用戶和發(fā)電機(jī)組將負(fù)荷預(yù)測信息及出力預(yù)測信息寫入合約，共同提交申報(bào)信息給調(diào)頻市場，同時(shí)雙方實(shí)時(shí)向調(diào)度中心反饋?zhàn)詣?dòng)發(fā)電控制（AGC）運(yùn)行狀態(tài)和時(shí)標(biāo)，響應(yīng)AGC信號(hào)，切換可編程邏輯控制器（PLC）的模式并設(shè)置調(diào)頻帶寬。調(diào)度中心統(tǒng)計(jì)市場信息，并進(jìn)行安全校核，實(shí)時(shí)計(jì)算區(qū)域控制偏差（ACE），將AGC 的控制指令發(fā)送給用戶和發(fā)電機(jī)組。調(diào)頻市場將中標(biāo)結(jié)果公示給高能耗用戶和發(fā)電側(cè)，將出清結(jié)果寫入鏈碼，并接收鏈碼記錄的實(shí)際調(diào)頻出力。

2）價(jià)值流通方面，在調(diào)頻服務(wù)鏈碼中設(shè)置結(jié)算觸發(fā)條件，當(dāng)?shù)竭_(dá)結(jié)算時(shí)刻，解析調(diào)頻責(zé)任量，在源荷兩側(cè)按責(zé)任劃分比例［17］。

1.3 鏈群結(jié)構(gòu)和區(qū)塊信息

該鏈群的區(qū)塊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 區(qū)塊信息Fig.3 Block information

圖3 中，調(diào)度鏈作為中繼鏈，將有助于高能耗用戶側(cè)區(qū)域鏈和發(fā)電側(cè)區(qū)域鏈的通信和數(shù)據(jù)共享。該中繼鏈不僅可以跨鏈交易，還可跨鏈調(diào)用鏈碼，起到橋接的作用。此外，還可限制相互間的數(shù)據(jù)和隱私訪問權(quán)限，起到監(jiān)管治理的作用，這也符合調(diào)度機(jī)構(gòu)在實(shí)際市場中擔(dān)當(dāng)?shù)慕巧?。另外，? 條區(qū)域鏈部署交易鏈碼，實(shí)現(xiàn)具體交易業(yè)務(wù)。

圖3 中，每條鏈的區(qū)塊都是由區(qū)塊頭和區(qū)塊體組成。

1）區(qū)塊頭：每條區(qū)塊頭都有時(shí)間戳（Timestamp）和隨機(jī)數(shù)（Nonce），用于工作量證明（proof of work，PoW），網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)采用求解數(shù)學(xué)難題來競爭記賬權(quán)［28］。每一個(gè)區(qū)塊記錄前一個(gè)區(qū)塊的Hash 值。此外，區(qū)塊頭中還包括Merkle 的根節(jié)點(diǎn)，分別是發(fā)電側(cè)、調(diào)度側(cè)和用戶側(cè)的根節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)上附有區(qū)塊時(shí)間信息。3 條鏈均是采用Merkle 二叉樹結(jié)構(gòu)，根節(jié)點(diǎn)和子節(jié)點(diǎn)上均記錄Hash 值。

2）區(qū)塊體：子節(jié)點(diǎn)以下部分均屬于區(qū)塊體，發(fā)電側(cè)區(qū)塊體含有機(jī)組數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)和調(diào)頻數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，主要通過Hash 運(yùn)算將機(jī)組出力和預(yù)測出力的Hash 值以二叉樹結(jié)構(gòu)連接到子節(jié)點(diǎn)，同理，機(jī)組的調(diào)頻里程和容量數(shù)據(jù)以同樣方式連接。調(diào)度中繼鏈則記錄調(diào)頻服務(wù)市場的交易信息，子節(jié)點(diǎn)分為調(diào)頻里程交易和調(diào)頻容量交易數(shù)據(jù)的Hash 值。用戶側(cè)區(qū)塊體包括調(diào)頻子節(jié)點(diǎn)和負(fù)荷數(shù)據(jù)子節(jié)點(diǎn)，用戶參與調(diào)頻的里程和容量數(shù)據(jù)的Hash 值為同一分支上的葉子節(jié)點(diǎn)，負(fù)荷預(yù)測和實(shí)際負(fù)荷數(shù)據(jù)的Hash 值為另一分支上的葉子節(jié)點(diǎn)。以上數(shù)據(jù)均經(jīng)過Hash 函數(shù)加密，其中任意數(shù)據(jù)改變均會(huì)引發(fā)子節(jié)點(diǎn)的Hash 值改變，進(jìn)而反映到根節(jié)點(diǎn)的Hash 值，若數(shù)據(jù)出現(xiàn)篡改，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)很容易進(jìn)行核驗(yàn)。因此，該數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)保證了調(diào)頻服務(wù)市場數(shù)據(jù)的不可篡改性。

該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的結(jié)構(gòu)保證了調(diào)頻市場信息的真實(shí)性，為調(diào)頻責(zé)任的判定提供了準(zhǔn)確的依據(jù)，有效解決調(diào)頻責(zé)任認(rèn)定不透明的問題。

2 計(jì)及高能耗用戶調(diào)頻風(fēng)險(xiǎn)的出清模型

用戶側(cè)參與調(diào)頻市場，高能耗用戶的實(shí)際響應(yīng)值與調(diào)頻預(yù)期值之間存在偏差，相比參與調(diào)頻較為成熟的常規(guī)機(jī)組，其提供調(diào)頻服務(wù)的同時(shí)可能給電網(wǎng)帶來風(fēng)險(xiǎn)。因此，需要評(píng)估其調(diào)頻服務(wù)潛在的風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 高能耗用戶調(diào)頻性能風(fēng)險(xiǎn)度量

本文引入了條件風(fēng)險(xiǎn)值（CVaR）方法來量化高能耗用戶參與調(diào)頻市場的風(fēng)險(xiǎn)程度［29］。CVaR 是一種基于風(fēng)險(xiǎn)值（VaR）改進(jìn)的風(fēng)險(xiǎn)分析法，用來表示在一定的置信水平下?lián)p失超過VaR 的條件均值。

高能耗用戶i 的調(diào)頻風(fēng)險(xiǎn)ρCVaRi表示如下：

式中：f（xi，λ）為構(gòu)造的輔助函數(shù)，其中xi為高能耗用戶i 的調(diào)頻里程中標(biāo)量，λ 為高能耗用戶調(diào)頻運(yùn)行成本的風(fēng)險(xiǎn)值；θ 為置信度；H 為歷史數(shù)據(jù)總數(shù)；kp，z為第z 個(gè)歷史數(shù)據(jù)下高能耗用戶i 調(diào)頻綜合指標(biāo)，歷史數(shù)據(jù)由高能耗用戶向調(diào)度機(jī)構(gòu)申請(qǐng)AGC 試驗(yàn)得到，并非實(shí)際投入市場運(yùn)行數(shù)據(jù)，由響應(yīng)AGC 指令的速率、時(shí)間、精度加權(quán)計(jì)算，各省市場的權(quán)值取值各有不同。

有g(shù) 個(gè)高能耗用戶進(jìn)入的調(diào)頻市場整體風(fēng)險(xiǎn)表示如下：

高能耗用戶i 參與調(diào)頻服務(wù)的風(fēng)險(xiǎn)量度約束如下。

1）風(fēng)險(xiǎn)值約束：

2）風(fēng)險(xiǎn)值非負(fù)約束：

式中：Sz為高能耗用戶i 在歷史數(shù)據(jù)z 下的風(fēng)險(xiǎn)值必須小于對(duì)應(yīng)場景系統(tǒng)中市場允許的限值。

2.2 計(jì)及高能耗用戶調(diào)頻風(fēng)險(xiǎn)的市場出清機(jī)制

本文以調(diào)頻服務(wù)成本最低為目標(biāo)，并假設(shè)系統(tǒng)主能量已出清的基礎(chǔ)上對(duì)調(diào)頻服務(wù)市場進(jìn)行出清，且忽略網(wǎng)絡(luò)損耗，簡化模型表示如下：

調(diào)頻里程的服務(wù)成本表示為：

2）系統(tǒng)調(diào)頻約束，與文獻(xiàn)［17］一致。

3）發(fā)電機(jī)組調(diào)頻約束，與文獻(xiàn)［17］一致。

3 基于鏈碼的調(diào)頻服務(wù)鏈上交易流程

3.1 網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)配置參考Polkadot 網(wǎng)絡(luò)［30］，4 種節(jié)點(diǎn)分別為：收集節(jié)點(diǎn)（Collator）、監(jiān)督節(jié)點(diǎn)（Fisherman）、提名節(jié)點(diǎn)（Nominator）、驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)（Validator）。各類節(jié)點(diǎn)作用詳述見附錄A。

3.2 交易流程

結(jié)合調(diào)頻服務(wù)實(shí)際運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)其交易的鏈碼流程如圖4 所示。圖4 中調(diào)頻服務(wù)的鏈碼流程分為3 個(gè)階段。

1）預(yù)出清階段

每日10：00 前，市場運(yùn)營機(jī)構(gòu)發(fā)布次日調(diào)頻市場信息，包括調(diào)頻服務(wù)提供者、調(diào)頻責(zé)任考察對(duì)象、各時(shí)段調(diào)頻容量需求值、調(diào)頻里程報(bào)價(jià)范圍、申報(bào)調(diào)頻容量范圍以及其他要求等。

每日10：00—12：00，調(diào)頻服務(wù)提供者對(duì)次日24 h各時(shí)段進(jìn)行調(diào)頻容量和調(diào)頻里程價(jià)格申報(bào)，網(wǎng)絡(luò)收集節(jié)點(diǎn)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊。調(diào)頻服務(wù)商的報(bào)價(jià)信息將采用非對(duì)稱加密封存，鏈碼啟動(dòng)分發(fā)指令，將公私密鑰保存到密鑰保存地址（Keystore_address）。

每日13：00 前，調(diào)度機(jī)構(gòu)經(jīng)過安全校核后進(jìn)行日前預(yù)安排，結(jié)果形成次日發(fā)電計(jì)劃的邊界條件，編制次日發(fā)電計(jì)劃時(shí)應(yīng)為各時(shí)段預(yù)安排中標(biāo)的發(fā)電單元預(yù)留調(diào)頻容量。

圖4 調(diào)頻服務(wù)鏈碼交易流程Fig.4 Chain code transaction process of frequency regulation service

2）日內(nèi)出清階段

出清起始點(diǎn)T0前30 min，鏈碼向調(diào)度機(jī)構(gòu)分配私鑰，并解密報(bào)價(jià)信息，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)督節(jié)點(diǎn)將記錄調(diào)度機(jī)構(gòu)的解密過程，調(diào)度機(jī)構(gòu)采用計(jì)及高能耗用戶調(diào)頻風(fēng)險(xiǎn)的方法出清，鏈碼通過應(yīng)用程序接口（API）調(diào)用外部的商用求解器，將計(jì)算轉(zhuǎn)移到鏈下，計(jì)算結(jié)果返回鏈上用于費(fèi)用結(jié)算和AGC 指令下發(fā)，并進(jìn)行安全校核。

鏈碼不斷查詢是否到達(dá)運(yùn)行起始點(diǎn)T0，若到達(dá)，發(fā)電側(cè)和高能耗用戶側(cè)的實(shí)際負(fù)荷曲線和實(shí)際出力曲線開始將數(shù)據(jù)寫入?yún)^(qū)塊，同時(shí)實(shí)時(shí)記錄調(diào)頻服務(wù)商的調(diào)頻出力數(shù)據(jù)并寫入?yún)^(qū)塊；若未到達(dá)，則返回到出清計(jì)算。

調(diào)度機(jī)構(gòu)檢查是否有調(diào)頻服務(wù)商被考核，若無，則進(jìn)入結(jié)算階段；若有，則調(diào)度機(jī)構(gòu)記錄被考核對(duì)象及信息，提交網(wǎng)絡(luò)中的驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。

3）費(fèi)用結(jié)算階段

次日09：00 前完成調(diào)頻費(fèi)用分?jǐn)?，調(diào)度機(jī)構(gòu)解析前一交易日的調(diào)頻責(zé)任，按比例分?jǐn)?，分?jǐn)偨Y(jié)果交給驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)和監(jiān)督節(jié)點(diǎn)共識(shí)，若共識(shí)不通過，啟動(dòng)差錯(cuò)退補(bǔ)環(huán)節(jié)，由于技術(shù)支持系統(tǒng)錯(cuò)誤或其他原因造成調(diào)頻市場結(jié)算費(fèi)用發(fā)生差錯(cuò)時(shí)，需重新對(duì)結(jié)算費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算，得到校正后的結(jié)算結(jié)果，并及時(shí)向市場成員發(fā)布。若通過結(jié)算共識(shí)，則觸發(fā)鏈碼上的跨鏈轉(zhuǎn)賬交易。

鏈碼啟動(dòng)跨鏈交易，網(wǎng)絡(luò)中的提名節(jié)點(diǎn)按照調(diào)度機(jī)構(gòu)的調(diào)頻責(zé)任解析結(jié)果，提名節(jié)點(diǎn)鎖定調(diào)頻責(zé)任方的賬戶地址ResAccount_a，鎖定金額Vol，同時(shí)提名節(jié)點(diǎn)鎖定調(diào)頻服務(wù)商的賬戶地址SerAccount_b，驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)對(duì)交易進(jìn)行簡單支付驗(yàn)證，若驗(yàn)證通過，完成跨鏈支付交易，若未通過，則交由監(jiān)督節(jié)點(diǎn)核查。

調(diào)頻責(zé)任方支付費(fèi)用，調(diào)頻服務(wù)商收到調(diào)頻補(bǔ)償費(fèi)用后，發(fā)送響應(yīng)信號(hào)ReceiptMess，驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)驗(yàn)證所有提名節(jié)點(diǎn)提供的賬戶地址，輸出的響應(yīng)信號(hào)，并打包交易寫入?yún)^(qū)塊，結(jié)束本次調(diào)頻交易。

4 算例分析

4.1 算例數(shù)據(jù)

本節(jié)以IEEE 14 節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)為例，模擬某日01：00至次日00：00 調(diào)頻輔助服務(wù)市場的過程，在節(jié)點(diǎn)9、12 和13 設(shè)置高能耗用戶HL9、HL12、HL13，節(jié)點(diǎn)G1、G2、G3、G6 和G8 為常規(guī)調(diào)頻機(jī)組。算例的詳細(xì)信息見附錄B。

4.2 調(diào)頻風(fēng)險(xiǎn)對(duì)出清結(jié)果的影響

鏈碼通過API 在MATLAB 2018a 環(huán)境下調(diào)用商用求解器Gurobi 出清計(jì)算，鏈下調(diào)用計(jì)算機(jī)的CPU 為Intel Core I7 9700K，主頻3.6 為GHz，RAM為16 GB。本文所設(shè)計(jì)的2 個(gè)場景Case1 和Case2的計(jì)算時(shí)間分別為0.395 s 和0.412 s。報(bào)價(jià)出清結(jié)果如圖5 所示。

圖5 某交易日?qǐng)?bào)價(jià)出清結(jié)果Fig.5 Clearing result of quotation on a trading day

圖5 中，該交易日容量出清價(jià)格和里程出清價(jià)格的變化趨勢與系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)頻容量需求變化趨勢一致，進(jìn)入調(diào)頻峰荷過程，上調(diào)頻出清價(jià)格均提高，進(jìn)入谷荷時(shí)，下調(diào)頻的出清價(jià)格均提高，反映了調(diào)頻資源在進(jìn)行調(diào)頻服務(wù)時(shí)市場補(bǔ)償其資源的稀缺性。

附錄C 圖C1 和圖C2 為Case1 調(diào)頻市場的出清結(jié)果。從出清結(jié)果可以得到，圖C1 和圖C2 都在調(diào)頻容量需求處于峰荷時(shí)期才有高能耗用戶中標(biāo)容量，其余大部分需求仍由常規(guī)機(jī)組G1、G2、G3 和G8承擔(dān)。在調(diào)頻容量方面，高能耗用戶的市場地位是容量的補(bǔ)充支援。對(duì)比圖C1 和圖C2 可見，在考慮調(diào)頻風(fēng)險(xiǎn)的情況下，Case2 中高能耗用戶的調(diào)頻容量中標(biāo)量明顯減少，與Case1 相比，高能耗用戶HL9、HL12 和HL13 的容量的總中標(biāo)量同比分別減少49.5%、52.4%和56.5%。

附錄C 圖C3 和圖C4 為調(diào)頻里程出清結(jié)果。從調(diào)頻里程出清結(jié)果可以得到，調(diào)頻里程需求的峰谷時(shí)刻與調(diào)頻容量不同，調(diào)頻里程的需求增大出現(xiàn)在主能量需求峰谷過渡期間。相比調(diào)頻容量需求，調(diào)頻里程出清結(jié)果顯示常規(guī)機(jī)組仍承擔(dān)了主要的調(diào)頻里程需求，高能耗用戶獲得了更高比例的中標(biāo)量，在Case1 中的每個(gè)交易時(shí)段，3 個(gè)高能耗用戶都有中標(biāo)，但Case2 中，高能耗用戶的中標(biāo)量縮水嚴(yán)重，高能耗用戶HL9、HL12 和HL13 的容量的總中標(biāo)量同比減少45.8%、67.3%和94.6%?？梢?，調(diào)頻風(fēng)險(xiǎn)對(duì)調(diào)頻里程的分配影響更為顯著，調(diào)頻綜合指標(biāo)越差，在考慮調(diào)頻風(fēng)險(xiǎn)的市場中，中標(biāo)量也將極大程度地被削減。

4.3 調(diào)頻補(bǔ)償費(fèi)用跨鏈分?jǐn)?/h3>

根據(jù)Case2 當(dāng)日的調(diào)頻責(zé)任解析計(jì)算，各機(jī)組和高能耗用戶的分?jǐn)傁禂?shù)如附錄D 表D1 所示。假設(shè)代幣Token 與人民幣的折算匯率為1 Token=1 元，在Z-Ledger 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)交易，未交易前的賬戶信息見附錄D 圖D1［31］。調(diào)頻費(fèi)用鏈上結(jié)算統(tǒng)計(jì)如表1 所示。

表1 調(diào)頻費(fèi)用統(tǒng)計(jì)Table 1 Statistics of frequency regulation cost

附錄D 圖D2 中，交易單中包含了唯一的哈希值（TxHash），交易的代幣為Token，交易鏈碼是基于Go 語言開發(fā)的，此外還顯示了交易的狀態(tài)，8 筆交易均是有效的，網(wǎng)絡(luò)中的Org1MSP 節(jié)點(diǎn)為每筆交易進(jìn)行信任背書。G1、G2、G3、G6、G8、HL9、HL12和HL13 都轉(zhuǎn)出了Token 到一個(gè)共同的Hash 地址，即調(diào)度中繼鏈上的地址，再將費(fèi)用按調(diào)頻的實(shí)際出力分配，使得調(diào)頻費(fèi)用的結(jié)算周期縮短到日內(nèi)。轉(zhuǎn)賬后各賬戶余額見附錄D 圖D3。

5 結(jié)語

本文在計(jì)及高能耗用戶調(diào)頻風(fēng)險(xiǎn)的情況下，依托區(qū)塊鏈技術(shù)，構(gòu)建了高能耗用戶參與的調(diào)頻市場跨鏈交易模型，得出如下結(jié)論。

1）高能耗用戶參與調(diào)頻市場的風(fēng)險(xiǎn)會(huì)直接影響自身收益，該類調(diào)頻服務(wù)商應(yīng)重視提高自身調(diào)頻性能。

2）該交易模型的引入讓用戶側(cè)在調(diào)頻市場扮演了服務(wù)者和分?jǐn)傉叩摹半p重角色”，加深了用戶側(cè)的市場參與度。

3）跨鏈交易技術(shù)在交易的信息存證、調(diào)頻數(shù)據(jù)計(jì)量認(rèn)證等方面實(shí)現(xiàn)了調(diào)頻輔助服務(wù)市場的可追溯化。

4）區(qū)塊鏈技術(shù)助力調(diào)度機(jī)構(gòu)在調(diào)頻市場監(jiān)管治理的同時(shí)，也提高了整個(gè)市場的公開透明度。

區(qū)塊鏈技術(shù)在調(diào)頻輔助服務(wù)市場還可進(jìn)一步應(yīng)用于包括但不限于以下方面：基于區(qū)塊鏈技術(shù)的調(diào)頻負(fù)荷聚合交易、電動(dòng)汽車調(diào)頻資格的數(shù)字認(rèn)證和調(diào)頻責(zé)任糾紛過程的區(qū)塊數(shù)據(jù)回溯機(jī)制。

附錄見本刊網(wǎng)絡(luò)版（http：//www.aeps-info.com/aeps/ch/index.aspx），掃英文摘要后二維碼可以閱讀網(wǎng)絡(luò)全文。