基于区块链架构的VPP两阶段博弈交易匹配方法及系统与流程

本发明涉及电力现货市场，具体为基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配方法。

背景技术：

1、从技术层面看，随着以光伏、风电为代表的分布式资源接入电网，其出力不稳定的特点增加了发电预测的难度，vpp是一种公认的高效聚合分布式能源的解决方案；从资源配置角度讲，由于可再生能源的资源禀赋过于分散，传统的电力体系框架难以实现统筹优化，而vpp通过市场化的分布式聚合模式，提升了这些资源所有者进入市场的积极性，从当前的我国vpp的实际开展情况来看，vpp仍被认为只是主网的一种辅助服务方式，其市场定位为需求响应市场，并且市场规模仍被限制于区域级，参与主体主要为电网公司主导的示范项目。在电力市场化程度高的国家，虚拟电厂可参与电能量、辅助服务、容量等多个市场，其交易机制更健全、商业模式和市场生态链更完备。

2、传统的研究视角下，vpp运营商/负荷聚合商、需求侧用户、电网被认为是三种市场主体，交易和结算单向发生在这三者之间，但随着我国电力市场的市场化程度逐步提高，这种研究范式将逐渐不再符合市场实际。首先，随着市场化改革的推进，电力的价格决定机制不再是单方面由供给端的边际成本决定，还要通过需求端的市场竞争来决定；其次，随着市场主体地位的放开，vpp运营商/负荷聚合商等新型市场主体不再单纯是电网的价格被动决策者，各个市场主体拥有更多的资源交换方式，因此市场博弈的维度将从电网、供给者、用户扩展到各个市场参与主体之间。因此，对于vpp运营主体来说，随着市场多元化和竞争程度增加，其决策行为必须不仅考虑自身的策略，还要考虑竞争对手的定价策略和市场行为，由于技术手段的进步和市场机制的逐步完善，vpp之间突破区域的限制，进行交易等市场行为，已成为可见的趋势。因此，针对vpp之间的交易机制研究，也将成为业界的研究热点。当前针对vpp交易机制的研究范式主要为合作博弈、非合作博弈和主从博弈，这些方法在收益分配和解决方案的时效性方面存在一些限制；此外，这些方法没有区分不同vpp自身的特征，而是按照统一的设定进行市场行为决策，对于市场的真实情况反应不足。

技术实现思路

1、鉴于上述存在的问题，提出了本发明。

2、因此，本发明解决的技术问题是：现有的云服务平台计算方法存在vpp市场参与度低，交易机制不健全，资源配置效率低，以及如何降低运营模式中存在的代理成本和道德风险的优化问题。

3、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配方法，包括通过vpp内部的日前博弈模型，进行内部博弈；根据vpp内部博弈结果，构建vpp间的日前博弈模型；构建vpp日内交易调节模型，将半开放联盟链作为vpp交易策略。

4、作为本发明所述的基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配方法的一种优选方案，其中：所述vpp内部的日前博弈模型包括第一阶段合作博弈最优解，在光伏、风电、可中断负荷及微型燃气轮机组成的系统下，决策的目标是确定各分布式资源的资源投入量序列τ＝{τ1，τ2，…，τi}，则对于时段t，各自的成本函数表示为：

5、

6、其中，c为各der的成本，下标pv、wt、il、mt分别为光伏、风电、可中断负荷和微型燃气轮机，μpv和μwt分别为光伏和风电的边际发电成本，ζpv和ζwt分别为光伏和风电的中止成本，和分别为光伏和风电的计划功率，αil和βil为可中断负荷的截止成本因子，αmt、βmt和cmt为微型燃气轮机的成本系数，vpp内部单元采取合作博弈，决策目标为收益的最大化，目标函数表示为：

7、

8、其中，r为vpp内部单元的总体收益，npv、nwt、nil、nmt为各类别der的总数，r表示为：

9、

10、其中，为vpp向需求端提供出力的价格，qt为vpp在t时段面临的需求负荷功率，为t时段可中断负荷中断的容量，在第一阶段博弈中，存在一个博弈均衡点，表示为：

11、

12、其中，第一阶段合作博弈的最优解表示为：

13、

14、其中，τi为第i个der的资源投入策略，τ-i为除主体i之外的参与者的合作策略集合。

15、作为本发明所述的基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配方法的一种优选方案，其中：所述内部博弈包括vpp在日前决策中的可交易总电量，vpp在日前决策中的可交易总电量，通过内部博弈结果表示为：

16、

17、当时，表示vpp有过剩电量，当时，则表示vpp电量短缺，根据每个vpp日前可交易电量的状态，分别定义过剩型vpp和短缺型vpp，参与者i在合作博弈中应分配的收益表示为：

18、

19、其中，l为博弈的轮数，f(lu{i})-f(l)为参与者i对博弈的边际贡献，通过shapley值方法估计。

20、作为本发明所述的基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配方法的一种优选方案，其中：所述vpp间的日前博弈模型包括竞价订单机制，对于短缺型vpp，购电报价按由低到高的顺序形成报价单序列，同时剩余型vpp的售电报价按由高到低的顺序形成报价单序列，所有报价单按进入订单簿的下单时序进行撮合交易，当短缺型vpp的买单最高价大于剩余型vpp的卖单最低价，即按价格成交，当剩余型vpp的卖单最低价小于短缺型vpp的买单最高价，即按价格成交，系统更新的最新实时成交价按买一和卖一的中间价实时更新，实际撮合的交易量取双方申报交易订单中较小一方的值。

21、作为本发明所述的基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配方法的一种优选方案，其中：所述vpp间的日前博弈模型还包括实现交易匹配之外的vpp，根据最新轮次的交易结果更新报价，若本轮没有成功匹配交易，则vpp更新竞价决策，表示为：

22、

23、其中，l为竞价的轮次，nbid和nask分别为在t时刻的短缺型vpp和剩余型vpp总数，和分别为第i个短缺型vpp的申报购电量和第j个剩余型vpp的申报售电量，vpp之间的交易需向电网支付跨电网费用，跨电网费用由交易双方均摊，则短缺型vpp的购电成本和剩余型vpp的售电收入表示为：

24、

25、

26、其中，ρij为第i个vpp与第j个vpp的成交价格，为第i个vpp与第j个vpp之间的成交量，λp为电网向vpp购电的价格，κ为vpp分摊的跨电网费用价格。

27、作为本发明所述的基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配方法的一种优选方案，其中：所述vpp日内交易调节模型包括vpp的外部交互功率，vpp的外部交互功率减去日前阶段的交易功率，进行预测偏差补偿，表示为：

28、

29、其中，设光伏、风电的预测残差分别为εpv和εwt，且均服从正态分布，负荷预测的概率分布函数为则约束条件表示为：

30、

31、其中，光伏和风电的预测残差通过蒙特卡洛模拟方法获得，日内负荷的预测通过神经网络算法模拟获得。

32、作为本发明所述的基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配方法的一种优选方案，其中：所述vpp交易策略包括半开放联盟区块链下vpps的交易匹配过程，每个vpp在博弈后内部确定市场交易行为和电价，通过共识机制加入区块链平台，并通过智能电表上传交易信息，构建一个市场数据库，联盟链所有vpp选择第三方履行监督管理职能，第三方审核链上所有vpp的历史信用及发电能力，审核通过后获得电子签名注册为一个区块，在第三方的监督下，根据交易聚合机制，在vpp之间完成直接交易，达成交易后，双方提供各自的电子签名，签署智能合约并获取密钥，管理组织存储所有智能合约，交易双方按合同要求进行电力传输，若在交易执行过程中发生违约，管理组织将在记录上记录，并扣除信用分数，当信用分低于阈值，vpp参与者将在预设时间内无法通过数字认证，失去上链参与交易的资格，对于所有参与区块链统一交易的vpp，接受信用评分以判断合同履行能力，对于电力不足的vpp，若实际需要的电力小于合同电力且偏差超过预设范围，将影响与电力不足的vpp签署智能合约的vpp的电力销售收入，需要向vpp支付赔偿并扣除信用分数，对于电力过剩的vpp，若实际售电量小于合同电量，且偏差超过预设范围，电力不足vpp需从电网购买额外的电力，扣除信用分数并支付赔偿，若实际电力大于合同电力，超出部分接受电网的报价，并与电网进行交易，以获取更多收入，而无需违约，对于联盟链，设信用系数η，所有参与者的初始积分为100，且当实际履行电量与合约电量的偏差超过15％时，扣除信用积分，则后续信用积分表示为：

33、

34、其中，e为当轮交易完成后参与者i实际履行的交割量。

35、本发明的另外一个目的是提供一种基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配系统，其能通过交易策略模块构建vpp日内交易调节模型，并将半开放联盟链作为交易策略，解决了目前的运营模式中存在的代理成本和道德风险的问题。

36、作为本发明所述的基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配系统的一种优选方案，其中：包括内部博弈模块、外部博弈模块、交易策略模块；所述内部博弈模块用于通过vpp内部的日前博弈模型，进行内部博弈；所述外部博弈模块用于根据vpp内部博弈结果，构建vpp间的日前博弈模型；所述交易策略模块用于构建vpp日内交易调节模型，将半开放联盟链作为vpp交易策略。

37、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序是实现基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配方法的步骤。

38、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配方法的步骤。

39、本发明的有益效果：本发明提供的基于区块链架构的vpp两阶段博弈交易匹配方法确保多个vpp群体的整体效益最大化，同时确保不损害每个vpp的效益，vpp之间的竞价交易策略更加贴合市场化的资源配置效率，有助于提高交易的整体撮合效率，通过选择半公开的联盟链作为vpp交易匹配实现的市场框架，充分发挥区块链安全性、私密性高的优点，去中心化的共识机制降低市场单一运营商的代理成本和道德风险，采取市场行为假设，突破了传统研究视角下，电网、vpp运营商、终端用户三方博弈的框架，引入了vpp间的交易模型，赋予vpp更多的市场主体能动性，本发明在整体效益、撮合效率和代理成本方面都取得更加良好的效果。