电力资源动态监测调度系统

陈 楠

（北京地铁运营有限公司，北京 100044）

0 引 言

电力系统资源调度与监测是保证电力系统安全稳定运行的重要内容，随着可再生能源进入电网，与电网连接的设备和负荷大量增加，传统系统难以有效解决分布式电源数据监视问题。在区块链、云计算等信息技术快速发展的背景下，利用区块链和边缘计算技术能够有效提升电力资源数据的采集与分析能力，解决可再生能源接入电网带来的数据量剧增问题。基于电力系统调度的基本原理和调度资源监视的基本数据需求进行建模，利用区块链和边缘代理实现电力资源的动态监测与调度功能。

1 区块链和边缘代理

1.1 区块链

区块链是分布式存储和管理数据的一种方式，由加密签名和分布式共识机制组合而成，按照时间顺序形成区块流的存储形式。区块链中的服务器被称为节点，为整个区块链系统提供存储空间和算力支持。如果要修改区块链中的信息，那么必须征得半数以上节点的同意并修改所有节点中的信息。区块链中的节点通常掌握在不同的主体手中，因此篡改其中的信息是一件极其困难的事，区块链一般不受网络恶意攻击的影响。

区块流主要由区块头和区块体组成，其中前者包含当前区块号、生成区块时间以及上一区块哈希值等，后者包括具体交易记录。区块链的关键技术包括哈希算法、哈希树以及分布式共识机制等。

1.2 边缘代理

边缘代理是一种新兴的智能边缘计算载体，欧洲电信标准协会对边缘计算定义是在靠近人、物或数据源头的网络边缘侧，利用融合网络、计算、存储以及应用等核心能力的开放平台，就近提供边缘智能服务。

将边缘计算应用于电力系统，需要对数据任务进行部署，提升终端的计算能力。边缘代理之间相互关联，可以实现数据的高效部署，从而提升计算性能。边缘计算需要在边缘部署多个物联网代理节点，通过分布式的决策整合使得边缘服务器的资源容量得到扩大，提供最优的部署服务。与数据中心连接的骨干网负责边缘节点的数据通信，根据边缘计算框架实现相应的异构数据处理，结合电力物联网的计算、存储以及应用等需求，提供一体化平台服务，实现网络的快速响应[1-3]。

1.3 基于区块链的能源互联网

基于区块链的能源互联网是针对多种能源体系整合而成的终端网络，可以实现电力资源的优化配置和交易。该互联网通过与当下分布式光伏发电、分布式风力发电以及水力发电等拥有自主交易权的系统进行整合，形成与用户需求密切相关的动态联系网络，利用区块链技术实现能源局域网与能源互联网之间的设备和信息整合，在去中心化的结构下提供个性化的供电和用电服务，主要包括微电网、社区电网等实现去中心化交易，疏通多种能源的配置、交易渠道，提升分布式电源的管理水平。基于区块链的能源互联网主要包括各类能源节点和区块代理路由器，采用边缘计算之后，代理路由器可以发挥边缘代理的作用。能源节点是发电设备与用电通道连接的节点总称，主要包括能源生产者、能源消费者以及具有双重属性的能源产消者，可以在区域电网稳定运行的前提下优化各节点的经济效益。区块代理路由器即为边缘代理，是统筹电力资源调度、实现电力信息传输以及优化多种能源交流的载体。

边缘代理与区块链系统的运行机制密切配合，提供以分布式框架为系统结构，包括发电调度、电能质量控制以及电能交易等个性化服务。分布式边缘代理能够提升区域范围内的电力传输能力，具有空间和地域双重维度特性，统筹自治区域中的用户和设备需求，通过区域能源互联网形成多代理系统。将多个独立决策的代理进行统筹优化，实现实时能源消纳环境变化的灵活快速响应，提升用户体验，降低系统冗余度，满足发电商和用户的多种能源流动需求，提供自动化交易结算服务。能源路由器和区块处理模块针对边缘代理提供信息支撑，最大化各方在能源物联网中的收益。

2 可调度资源监测

电力资源的动态监测主要是针对电力系统运行的数据进行采集和后续处理，对电力资源实施合理调配。基于计算机通信技术和控制技术，实现电力资源在线收集，对系统运行情况进行分析决策。动态调度是整合发电、输电以及配电等环节的电力资源，而调度资源监测是利用调度自动化主站系统实现数据的遥测、遥信以及收发等功能，实现电力资源的集中调配与控制。通过电力资源的动态监测与调度，实现电力系统的集成化管理，具体包括电网运行监测、电力调度数据分析、调度数据控制、调度计划编制以及调度结果评估等[4]。

3 基于区块链和边缘代理的电力资源动态调度监控系统

3.1 系统架构

基于区块链和边缘代理的系统架构，主要涉及电力调度中心与电力交易中心之间的信息流和能量流，涉及发电企业、终端用户以区块链的方式形成区块链联盟，利用服务器实现区块和账本等信息的存储，以电力调度的基本模型为依据进行市场调度和市场交易。在交易体系中，调度节点、交易中心、调度中心、服务端、能源聚合器以及终端用户是主要的实体。系统具体架构如图1 所示。

图1 系统架构

区块链以电力交易中心、发电企业和终端用户的数据为核心，电力调度中心通过上述3 者的联系实现区块链数据的整体上传，利用服务端的区块链和账本对电力交易中心下发的区块进行整合处理并形成信息流，该闭环信息流与能源聚合器形成完整的调度和交易体系。

3.2 边缘代理硬件结构

边缘代理位于电力系统调度和交易的终端感知层，利用相应的联网方式获取与其他中心和业务系统的联系，在感知层利用信息汇聚、边缘计算以及区域自治实现与区块链内容相匹配的数据采集、数据连接、设备监视以及数据模型一体化等功能。系统硬件架构主要包括主控单元、存储单元、通信单元、供电系统以及扩展单元等。

边缘代理是实现边缘计算的重要载体，通过对部署在发电企业、电力输送网络和终端用户之间的边缘代理进行整合，形成统一的通信网络和数据传输网络，实现以区块链为基础的系统调度和资源监视。

3.3 基于边缘代理的资源监视

调动资源的监视主要依靠部署在边端的边缘代理设备，采取监视对象主动汇报的方式获取相应调度资源和交易信息，通过对服务端涉及到的通信端口进行监听，在相应的软件架构上收集和整理数据，从而得到相应的监视结果。针对未部署边缘代理的情况，需要采用系统主动监视的方法进行数据查询，通过相应的通信协议获取监视对象的信息，实现数据的进一步上传[5]。

3.4 数据对比分析流程

边缘代理负责对终端数据进行汇集，将各类终端的数据汇总上传。终端数据在采集汇总期间容易出现遗漏、错误等问题，边缘代理能够检测出现异常的数据，与历史数据及其他终端数据进行对比，分析数据异常原因，从而有效筛选数据。

4 应用分析

将该系统应用于某地示范工程，该工程为微网示范项目，含有电动汽车、分布式光伏、小型机组，包括普通用户和产消者。假设基于用户出行规律统计后的充电需求为7 kW·h，按照本文提出的模型以成本最小为目标进行优化，将各节点部署边缘代理。

4.1 系统调度结果

电力资源动态调度监控系统的调度结果如图2所示。

图2 调度结果

由图2 可知，分布式光伏和风电出力在调度周期内能与电动汽车充电需求形成互补，一方面满足基本负荷的需求，另一方面满足充电需求。在总电量优化方面，能充分利用夜间的风电反调峰特性进行电源出力，达到平滑曲线的作用。在调度过程中，边缘代理部署在分布式光伏节点，能够有效监视这类波动性能源的出力，减少电网调度的误判风险，同时还能降低能源调度分析的计算成本[6]。

4.2 调度资源监视

在系统调度资源监视方面，系统可以实现的功能如下所述。

（1）数据采集。按配置的采集任务，采集传感器所产生的数据状态量、交流模拟量，支持大量感知单元的数据接入。

（2）数据处理。系统能够实现对数据的冻结、统计等处理功能。对于可压缩的长报文数据，通过自识别实现数据压缩传输，减轻系统通信压力。

（3）参数配置。由主站设置、查询边缘代理的通信地址、组地址、配置参数以及通信参数等。

（4）事件上报。系统能够产生事件信息，当边缘代理自动判断事件产生或恢复时自动上报，同时记录上报状态。

（5）数据传输。根据系统的区块链传输机制，实现调度数据传输。

（6）时钟同步及定位。主动和卫星完成对时，同时“边”设备可与接入设备进行对时，计时误差在0.5 s 以内。此外，边缘代理支持GPS 和北斗卫星双模定位功能。

（7）运行维护。针对电力系统调度过程中的系统维护问题和设备维护问题，基于区块链的系统能够自动识别系统维护位置、需维护设备的信息，自动诊断其功能是否正常，远程查看设备的相关信息，利用设备的运行日志提供运行维护方案。

5 结 论

文章提出了基于区块链和边缘代理的电力资源动态监测调度系统，通过对系统的功能分析和架构论证，该系统在软硬件结构方面能够满足电力系统调度和系统监测的需求。与现有的调度监控系统相比，该系统能够提升在电力交易方面的监控能力，扩大调度资源监视范围。