本發(fā)明涉及能源區(qū)塊鏈領(lǐng)域，具體是基于區(qū)塊鏈的機(jī)組組合可信優(yōu)化算法。

背景技術(shù)：

1、安全約束機(jī)組組合(security?constrained?unit?commitment,scuc)模型求解決定了發(fā)電機(jī)組開(kāi)停機(jī)狀態(tài)，是現(xiàn)貨市場(chǎng)出清的核心環(huán)節(jié)。保障scuc求解結(jié)果的最優(yōu)性、精確性，直接影響著現(xiàn)貨市場(chǎng)交易結(jié)果的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

2、scuc為大規(guī)?；旌险麛?shù)線性規(guī)劃(mixed-integer?linear?program，milp)優(yōu)化問(wèn)題，現(xiàn)有研究大多致力于提高集中求解scuc模型的求解效率和求解結(jié)果最優(yōu)性。然而，如何提高scuc模型求解結(jié)果的可驗(yàn)證性，滿足市場(chǎng)成員對(duì)出清結(jié)果最優(yōu)性、公平性的信任訴求同樣是亟需解決的問(wèn)題。scuc模型具有高維離散特性，實(shí)踐中往往僅能找到局部最優(yōu)解，而多個(gè)目標(biāo)值相近的局部最優(yōu)解的機(jī)組開(kāi)停機(jī)計(jì)劃仍存在差異，選取不同的局部最優(yōu)解將直接影響部分機(jī)組收益。在集中求解模式下，scuc模型求解過(guò)程處于“黑箱狀態(tài)”，求解結(jié)果的可驗(yàn)證性較差，市場(chǎng)成員難以驗(yàn)證、判斷局部最優(yōu)解的質(zhì)量。尤其在省內(nèi)、省間電力現(xiàn)貨市場(chǎng)建設(shè)的初期階段，現(xiàn)貨市場(chǎng)出清結(jié)果可能偏離原先量?jī)r(jià)區(qū)間，機(jī)組開(kāi)停機(jī)計(jì)劃偏離原先預(yù)期，可能進(jìn)一步引發(fā)部分市場(chǎng)成員對(duì)出清結(jié)果的質(zhì)疑。

3、區(qū)塊鏈作為一種以多方共治、相互監(jiān)督為核心思想的技術(shù)工具，憑借其去中心化、不可篡改行等特性，已被廣泛討論并應(yīng)用于能源領(lǐng)域，具有支撐scuc模型可信求解的天然潛力。在區(qū)塊鏈環(huán)境下，市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)、市場(chǎng)監(jiān)管機(jī)構(gòu)、市場(chǎng)主體代表可作為區(qū)塊鏈共識(shí)節(jié)點(diǎn)共同履行scuc模型的求解、驗(yàn)證任務(wù)。任何節(jié)點(diǎn)對(duì)求解結(jié)果的篡改行為都將被其他節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)并阻止；僅節(jié)點(diǎn)在鏈上達(dá)成一致的結(jié)果，才能作為市場(chǎng)交易結(jié)果的依據(jù)。區(qū)塊鏈可以通過(guò)規(guī)則上鏈存證、多方監(jiān)督執(zhí)行打破scuc模型求解過(guò)程“黑箱”，賦予各市場(chǎng)主體監(jiān)督權(quán)與驗(yàn)證權(quán)，保障交易結(jié)果的公正性與透明性。

4、然而，區(qū)塊鏈多方同步、冗余計(jì)算的技術(shù)特點(diǎn)導(dǎo)致其往往僅擅長(zhǎng)執(zhí)行簡(jiǎn)單數(shù)值、邏輯計(jì)算任務(wù)，scuc模型求解這類復(fù)雜優(yōu)化任務(wù)會(huì)導(dǎo)致傳統(tǒng)區(qū)塊鏈運(yùn)算復(fù)雜度和運(yùn)行耗時(shí)急劇上升，以至無(wú)法執(zhí)行。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已提出一些面向復(fù)雜優(yōu)化任務(wù)的區(qū)塊鏈解決方案，主流思路可分為以下四類：第一類為“鏈下求解，鏈上存證”，即將求解任務(wù)轉(zhuǎn)移至鏈下由第三方機(jī)構(gòu)求解，僅將求解結(jié)果發(fā)送上鏈存證，確保求解結(jié)果的一致性，但難以確保求解結(jié)果的正確性。第二類以“模型化簡(jiǎn)”為核心思想，將模型求解過(guò)程分解為一系列簡(jiǎn)單運(yùn)算步驟，從而使其兼容區(qū)塊鏈智能合約語(yǔ)言環(huán)境，但僅適用于優(yōu)化模型易于化簡(jiǎn)的應(yīng)用場(chǎng)景。第三類以“區(qū)塊鏈既協(xié)調(diào)級(jí)”為核心思想，將優(yōu)化模型拆分為上層協(xié)調(diào)問(wèn)題和若干個(gè)本地求解的下層子問(wèn)題，其中上層協(xié)調(diào)問(wèn)題在鏈上求解，下層子問(wèn)題由參與主體本地求解，但需以原模型可分解為前提。第四類以解決方案證明(poso)共識(shí)機(jī)制為核心思想，采用“鏈下求解，鏈上驗(yàn)證”方法，在鏈下執(zhí)行復(fù)雜優(yōu)化求解過(guò)程，將求解結(jié)果發(fā)送上鏈，各共識(shí)節(jié)點(diǎn)在鏈上進(jìn)行最優(yōu)解校驗(yàn)，但僅適用于連續(xù)優(yōu)化等存在最優(yōu)性判據(jù)的場(chǎng)景。

5、綜上所述，現(xiàn)有基于區(qū)塊鏈的可信優(yōu)化方法均無(wú)法支持scuc模型這一大規(guī)模、離散化模型求解，亟需提出與之相適應(yīng)的高效、可信求解算法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供基于區(qū)塊鏈的機(jī)組組合可信優(yōu)化算法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問(wèn)題。

2、為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

3、基于區(qū)塊鏈的機(jī)組組合可信優(yōu)化算法，包括如下步驟：

4、(1)建立scuc模型以及鏈上-鏈下協(xié)同的scuc求解架構(gòu)，所述架構(gòu)包括鏈上尋優(yōu)層和鏈下求解層，其中鏈上尋優(yōu)層由一組區(qū)塊鏈共識(shí)節(jié)點(diǎn)組成，負(fù)責(zé)將scuc模型解空間分割成若干個(gè)存在冗余的子解空間，分發(fā)至鏈下求解層，并通過(guò)比對(duì)鏈下求解層提交的正確求解結(jié)果，得到原模型最優(yōu)解；鏈下求解層由一組求解節(jié)點(diǎn)組成，各求解節(jié)點(diǎn)在鏈上尋優(yōu)層分發(fā)的對(duì)應(yīng)子解空間內(nèi)搜索原模型的局部最優(yōu)解，并提交至鏈上尋優(yōu)層；

5、(2)建立機(jī)組組合解空間容錯(cuò)分割方法，以兼顧區(qū)塊鏈環(huán)境下scuc模型求解結(jié)果可信賴性和求解過(guò)程效率性；

6、(3)設(shè)計(jì)相應(yīng)的scuc可信求解智能合約；

7、所述步驟(1)建立scuc模型的步驟為：

8、scuc模型以總發(fā)電成本最低為目標(biāo)，其目標(biāo)函數(shù)表示為：

9、

10、其中，t為調(diào)度周期內(nèi)的時(shí)段總數(shù)；i為可啟停機(jī)組總數(shù)；分別為第i臺(tái)機(jī)組在時(shí)段t內(nèi)的電能量成本、啟動(dòng)成本和關(guān)機(jī)成本；

11、電能量成本

12、

13、其中，k為機(jī)組i在時(shí)段t內(nèi)的分段報(bào)價(jià)數(shù)目；和分別為機(jī)組i在時(shí)段t內(nèi)第k個(gè)分段的報(bào)價(jià)和中標(biāo)量；αi,t為機(jī)組i在時(shí)段t內(nèi)的在線狀態(tài)(1表示機(jī)組在線，0表示機(jī)組不在線)；為機(jī)組i在時(shí)段t內(nèi)的最小技術(shù)出力成本；

14、啟動(dòng)成本

15、

16、其中，βi,t表示機(jī)組i在時(shí)段t內(nèi)是否執(zhí)行啟動(dòng)動(dòng)作(1表示執(zhí)行啟動(dòng)動(dòng)作，0表示未執(zhí)行啟動(dòng)動(dòng)作)；為機(jī)組i的啟動(dòng)費(fèi)用；

17、關(guān)機(jī)成本

18、

19、其中，γi,t表示機(jī)組i在時(shí)段t內(nèi)是否執(zhí)行關(guān)機(jī)動(dòng)作(1表示執(zhí)行關(guān)機(jī)動(dòng)作，0表示未執(zhí)行關(guān)機(jī)動(dòng)作)；為機(jī)組i的關(guān)機(jī)費(fèi)用；

20、約束條件

21、功率平衡約束

22、

23、其中，pi,t為機(jī)組i在時(shí)段t內(nèi)的出力；n為節(jié)點(diǎn)數(shù)；dn,t為節(jié)點(diǎn)n在時(shí)段t內(nèi)的負(fù)荷；為機(jī)組i在時(shí)段t內(nèi)的最小技術(shù)出力；

24、系統(tǒng)備用容量約束

25、

26、其中，為機(jī)組i在時(shí)段t內(nèi)的機(jī)組最大出力；m為省間聯(lián)絡(luò)線總數(shù)；為省間聯(lián)絡(luò)線m在時(shí)段t的傳輸功率；ηi為機(jī)組置信因子；ptup、ptdown分別為時(shí)段t的系統(tǒng)正備用約束松弛因子和系統(tǒng)負(fù)備用約束松弛因子；分別為時(shí)段t的系統(tǒng)正備用需求和系統(tǒng)負(fù)備用需求；

27、機(jī)組分段報(bào)價(jià)中標(biāo)約束

28、

29、其中，為機(jī)組i在時(shí)段t內(nèi)第k個(gè)分段報(bào)價(jià)的申報(bào)量；

30、機(jī)組爬坡速率約束

31、

32、其中，和分別為機(jī)組i在時(shí)段t的最大上爬坡速率和最大下爬坡速率；

33、機(jī)組最小連續(xù)啟停時(shí)間約束

34、

35、其中，和分別為機(jī)組i在時(shí)段t時(shí)已經(jīng)連續(xù)開(kāi)機(jī)和連續(xù)停機(jī)的時(shí)間；和分別為機(jī)組i的最小連續(xù)開(kāi)機(jī)時(shí)間和最小連續(xù)停機(jī)時(shí)間；

36、能量約束

37、

38、其中，en,t為時(shí)段t時(shí)節(jié)點(diǎn)n的凈注入功率；λn為節(jié)點(diǎn)n上的所有機(jī)組的集合；fl,t為時(shí)段t時(shí)線路l的支路潮流；sfn,l為節(jié)點(diǎn)n對(duì)線路l的輸出功率轉(zhuǎn)移分布因子；分別時(shí)段t線路l的傳輸功率上限、上限；

39、所述步驟(2)建立機(jī)組組合解空間容錯(cuò)分割方法的步驟為：首先，在機(jī)組組合模型中選取a個(gè)0-1變量，將完整解空間ω分割為x＝2a個(gè)分割單元隨后，將分割單元重新組合為n個(gè)子解空間每個(gè)子解空間包含[x(f+1)/n]個(gè)分割單元，分別分發(fā)給求解節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)尋優(yōu)，各求解節(jié)點(diǎn)根據(jù)劃分的子解空間并行尋優(yōu)，并將求解結(jié)果提交至鏈上，共識(shí)節(jié)點(diǎn)通過(guò)交叉通信校驗(yàn)比對(duì)所有求解結(jié)果，將滿足約束條件且總發(fā)電成本最小的求解結(jié)果作為最終最優(yōu)解；

40、在所述鏈上尋優(yōu)層，基于離散優(yōu)化問(wèn)題的經(jīng)典分支定界思想，利用機(jī)組組合模型中的0-1變量將原始解空間分割為一組分割單元，并將分割單元組合為n個(gè)子解空間，分發(fā)給求解節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)尋優(yōu)，其中n為求解節(jié)點(diǎn)數(shù)量，為保證部分求解節(jié)點(diǎn)篡改求解結(jié)果、離線故障情況下所提方法仍能得到最優(yōu)解，且保證尋優(yōu)效率，子解空間分割滿足以下條件：

41、負(fù)載均衡性：各求解節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)尋優(yōu)的子解空間大小相同，如式(12)所示：

42、

43、其中，j為求解節(jié)點(diǎn)數(shù)量，為求解節(jié)點(diǎn)j負(fù)責(zé)尋優(yōu)的子解空間，|·|表示解空間包含的分割單元數(shù)量；

44、拜占庭容錯(cuò)性：假設(shè)求解節(jié)點(diǎn)中存在不多于f個(gè)作弊求解節(jié)點(diǎn)，可能通過(guò)提交錯(cuò)誤求解結(jié)果、不提交求解結(jié)果方式擾亂求解過(guò)程，則任意f+1個(gè)求解節(jié)點(diǎn)應(yīng)還原完整解空間，如式(13)所示：

45、

46、其中，ω為機(jī)組組合模型的解空間；

47、最小冗余性：各求解節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)尋優(yōu)的子解空間應(yīng)盡量減少冗余，如式(14)所示：

48、

49、所述步驟(3)設(shè)計(jì)相應(yīng)的scuc可信求解智能合約的步驟包括scuc模型準(zhǔn)備、解空間容錯(cuò)分割、最優(yōu)解校核比對(duì)三個(gè)階段，包括以下函數(shù)：

50、1)scuc模型準(zhǔn)備階段

51、①模型數(shù)據(jù)上傳函數(shù)：市場(chǎng)運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)收集各發(fā)電機(jī)組的相關(guān)參數(shù)及市場(chǎng)邊界條件，建立scuc模型，將模型轉(zhuǎn)換為json格式并上傳至區(qū)塊鏈，包含目標(biāo)函數(shù)和各約束條件，如式(1)-式(11)所示，供各求解節(jié)點(diǎn)訪問(wèn)和下載，確保后續(xù)求解過(guò)程的一致性；

52、2)解空間分割階段

53、②解空間分割函數(shù)：選取a個(gè)scuc模型中的0-1變量，將解空間ω分割為x＝2a個(gè)分割單元隨后將分割單元重新組合為n個(gè)子解空間，形成如式(15)所示的分配方案m：

54、

55、其中矩陣m的行數(shù)n為子解空間數(shù)量，列數(shù)x為分割單元數(shù)量；元素mij＝1表示子解空間包含分割單元mij＝0則表示子解空間不包含分割單元

56、3)最優(yōu)解校核比對(duì)階段

57、③局部最優(yōu)解發(fā)布函數(shù)：各求解節(jié)點(diǎn)在鏈下獨(dú)立搜索對(duì)應(yīng)子解空間內(nèi)的局部最優(yōu)解，并將計(jì)算得到的局部最優(yōu)解li提交至區(qū)塊鏈；

58、④約束條件驗(yàn)證函數(shù)：收集各求解節(jié)點(diǎn)的局部最優(yōu)解li后，驗(yàn)證各個(gè)局部最優(yōu)解是否滿足約束條件如式(5)-式(11)，將不滿足約束條件的局部最優(yōu)解去除；

59、⑤最終最優(yōu)解比對(duì)函數(shù)：比對(duì)所有滿足約束條件的局部最優(yōu)解，將總發(fā)電成本最小的局部最優(yōu)解作為最終最優(yōu)解g。

60、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

61、本發(fā)明提出了“鏈上分割比對(duì)尋優(yōu)，鏈下并行容錯(cuò)求解”思想，建立了鏈上-鏈下協(xié)同的scuc求解架構(gòu)，將離散優(yōu)化模型求解過(guò)程轉(zhuǎn)移至鏈下，減輕了區(qū)塊鏈的計(jì)算負(fù)擔(dān)；本發(fā)明考慮拜占庭容錯(cuò)性、負(fù)載均衡性和最小冗余性，建立了機(jī)組組合解空間容錯(cuò)分割方法，以兼顧求解結(jié)果可信賴性和求解過(guò)程效率性；本發(fā)明設(shè)計(jì)了scuc可信求解智能合約，提供了可實(shí)操的scuc可信求解方案。