全球P2P能源交易研究：现状与展望

工程6（2020）739研究智能电网与能源互联网点对点能源交易的现状分析与展望周岳、吴建中、朝龙、明文龙卡迪夫大学工程学院，Cardiff CF24 3AA，英国阿提奇莱因福奥文章历史记录：收到2019年2019年8月22日修订2019年11月22日接受在线预订2020年保留字：点对点能源交易分布式能源本地电力市场区块链能源政策A B S T R A C T作为解决人类社会面临的“能源三难困境”的一个有希望的解决方案，P2P能源交易近年来出现并迅速发展。在进行P2P能源交易时，拥有分布式能源资源（DER）的客户能够直接相互交易和共享能源。本文通过对国内外P2P能源交易相关学术论文、研究项目和产业实践的综合评述，对P2P能源交易的全球发展进行了总结和分析。在P2P能源交易的关键方面进行了确定和讨论，包括市场设计，交易平台，物理基础设施和信息和通信技术（ICT）的基础设施，社会科学的角度来看，和政策。对于每个关键方面，现有的研究和实践进行了严格审查，并提出了未来发展的见解最后是全面的结束语，总结了本文的主要结论和观点P2P能源交易是一个不断发展的领域，为世界各地的学术界和工业界提供了巨大的潜力和机会©2020 THE COUNTORS.Elsevier LTD代表中国工程院出版，高等教育出版社有限公司。这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。1. 介绍“能源三难困境”是现代人类社会面临的核心问题之一。它包括三个至关重要但有时相互冲突的目标：环境可持续性、能源公平和能源安全[1]。这三个目标都必须在经济社会发展中实现。因此，一场前所未有的能源革命正在全球范围内进行，据估计，全球每年在能源基础设施方面的投资约为2万亿美元[2]。能量三元引理的潜在解可以分为两个一个方向是建立更大的互联能源系统，在地区、国家甚至全球层面上调度资源例如，全球能源互联网发展与合作组织（GEIDCO）[3]在这方面做出了许多努力。另一个方向是开发本地化的解决方案，例如智能本地能源系统，为大型能源系统创建自我管理和强大的电池[4]。专家们认为，没有一个单一的解决方案将是*通讯作者。电子邮件地址：WuJ5@cardiff.ac.uk（J. Wu）.需要采取一种方法，将相互关联和本地化的解决方案结合起来，以应对全球能源挑战[6，7]。本地化能源解决方案的出现是分布式能源（DER）快速发展和连接的结果[8]。传统上，电力系统的功率流是单向的。电力由大型发电厂产生，通过高压输电网络传输，在变电站转换，最后通过配电网分配给最终用户[9]。因此，电力市场是单向的。一般来说，发电公司在批发市场向零售商出售大量电力，然后零售商在零售市场向最终用户出售相对较少的电力[10]。DER的出现，包括各种分布式发电机（DG）、储能系统（ESS）和灵活的需求，正在改变技术和商业方面的游戏规则[11]。从技术角度来看，分布式发电引起的双向潮流，以及分布式可再生发电（RPG）的严重不稳定性和随机性，对现代电力系统的规划，运营和保护提出了重大挑战。同时，DER中包含的灵活性为系统运营商提供了应对这些挑战的新措施。从商业角度来看，DER属于电力系统边缘的大量小客户，并且多样化https://doi.org/10.1016/j.eng.2020.06.0022095-8099/©2020 THE COMEORS.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志主页：www.elsevier.com/locate/eng740Y. Zhou et 其他/工程 6（2020）739电力供应，从而创造了一个机会，为当地的电力市场的出现和发展[8]。点对点（P2P）能源交易已经出现，近年来引起了越来越多的关注[13]。在P2P能源交易中，配备有DER的客户（被称为“产消者”，因为他们能够生产和消费电力）能够直接彼此交易和共享能源。与传统电力市场的寡头垄断和规模经济特征相比，P2P能源交易可以被视为“共享经济”的一个实例类似于共享未充分利用的汽车的Uber或共享未充分利用的房屋的Airbnb[15]，P2P能源交易允许客户与其他有需要的人分享其剩余的现场发电或其能源需求的灵活性，以获得一些温和的报酬（比大规模电网便宜）。这为能源生产者和消费者创造了双赢的P2P能源交易的潜力来自发电的多样性（如果配备DG）和不同客户的需求概况。这种多样性导致一些客户需要能源，而另一些客户则拥有可以共享的剩余能源。此外，在大多数国家，将电力售回电网的上网电价低于从电网购买电力的价格[17]，这为客户提供了在与电网单独交易之前相互交易的经济激励。在许多国家，关于降低上网电价的趋势和争论进一步激励客户形成本地P2P能源交易市场。例子包括美国、英国、澳大利亚、新西兰、葡萄牙和西班牙[18]。从电力系统运营商的角度来看，P2P能源交易提供了一种管理未来高DER交易的潜在措施[17]。DER的类型、特点、容量、位置和所有权都各不相同，并且分布在电力系统的各个边缘这些事实使得以传统的集中方式管理DER不切实际且成本高昂[19]。如果设计了适当的P2P能源交易机制，DER可以自主地促进电力和能源方面的更好的本地平衡。这可以释放压力并减少上游电网的不确定性[20]。此外，通过特定的合同或机制设计，P2P能源交易市场中的DER可以提供各种辅助服务来支持上游电网，类似于虚拟发电厂（VPP）所做的事情，一些研究人员称之为“联合发电厂（FPP基于P2P能源交易的全球最新发展，本文识别和分析了P2P能源交易的关键方面，提供了现有的研究和行业实践的回顾。本文的组织如下：第2部分描述了一个全球景观，总结了现有的学术论文，研究项目，和世界各地的工业实践。第三部分介绍了P2P能源交易的关键方面，包括市场设计、交易平台、物理基础设施和信息通信技术（ICT）基础设施、社会科学观点和政策。结论性意见见第4。2. 全球P2P能源交易P2P能源交易越来越受到各国学术界和产业界的关注。本部分通过对世界范围内的学术论文、研究项目和产业项目的统计数据进行汇总和分析，介绍了P2P能源交易的全球发展概况。调查了30多篇期刊论文，8个研究项目和20个工业项目2.1. 学术论文对30多篇期刊论文进行了审查，以描绘P2P能源交易学术研究的全球图景。“点对点”、“能源交易”、“能源共享”及其组合作为关键词在IEEEXplore、ScienceDirect、MDPI和Springer数据库中进行搜索。 然后，作者通过阅读标题、关键词和摘要来手动检查和筛选论文，以选择与P2P能源交易直接相关的论文。考虑到大量的会议论文以及许多会议论文已经或将进一步发展为期刊论文，本文仅选择期刊论文进行综述。按年份、国家和研究重点分列的统计数据见图11和图12。1比3。有关调查论文的详细信息，请参阅附录A表S1。图1显示了2018年的急剧增长，与2017年相比，P2P能源交易的期刊论文数量增加了六倍。截至2019年3月，期刊论文数量达到11个，是2018年总数的一半以上。因此，我们认为，预计2019年论文数量将继续增加。这些数据表明，P2P能源交易已经引起了学术界越来越多的关注和兴趣。请注意，这些论文是使用有限的关键词并按照开头Fig. 1. 按年份分列的P2P能源交易期刊论文数量。2019年的论文数量仅涵盖2019年1月至3月图二. 按国家分列的关于P2P能源交易的期刊论文数量。Y. Zhou等人 /工程6（2020）739-753741图三. 按研究重点分列的P2P能源交易期刊论文数量。这一小节。因此，关于P2P能源交易的实际论文数量高于此处所示的数量。此外，这一数字并不意味着最早的P2P能源交易论文出现在2015年。可能有关于P2P能源交易的早期论文，由于使用的搜索和选择标准而未包括在本文中。这个数字只是显示了P2P能源交易论文数量的增长趋势。类似的规则适用于Figs。2和3也是。此外，请注意，2019年的数字仅涵盖2019年1月至3月图2显示了按国家分列的论文数量。英国在P2P能源交易方面的论文数量最多，而欧洲国家贡献了超过55%的论文总数，显著领先于世界其他国家和地区。许多论文也是在澳大利亚制作的，澳大利亚在世界上排名第二。除欧洲和澳大利亚外，亚洲（包括中国、新加坡和日本）和北美（美国和加拿大）也发表了一些论文，论文总数分别为9篇和5篇。关于研究重点，如图3所示，绝大多数论文集中在P2P能源交易的市场设计，其次是交易平台，社会科学观点，物理和ICT基础设施以及政策。这可能是因为P2P能源交易还处于发展的早期阶段，所以大多数研究都集中在如何使P2P能源交易在实践中发生。政策问题是大规模开展P2P能源交易的主要障碍之一，值得进一步研究。2.2. 研究项目一些政府或资助机构支持研究项目，以促进P2P能源交易的发展在本文中，然后由作者手动检查和过滤结果，以选择那些直接相关的结果。一个重要的项目是欧盟委员会地平线2020计划下的P2P智能能源分配网络（P2P-SmarTest）项目。该项目始于2015年，于2018年结束，涵盖P2P能源交易的四个主要方面：市场设计、交易平台、物理和ICT基础设施以及政策。另一个大项目是由英国工程和物理科学研究委员会（EPSRC）资助的P2P能源交易和到2020年底[23]。P2P-3 M项目试图将技术和市场安排与P2P能源交易的各种社会需求相结合。其 他 重 要 项 目 包 括 Energy Collective[24] 、 EnerPort[25] 、NOBEL[26] 、 P2P Energy Trading Schemes for Sus-SwitzerlandCities[27]、Peer Energy Cloud[28]和Street 2Grid[29]。这些项目涵盖P2P能源交易的不同关键方面，包括市场设计、交易平台、支持基础设施、社会科学视角和政策，详见附录A表S2。从表S2所示的详细清单可以看出，大多数研究项目（8个中的7个）是在欧洲国家进行的。从研究范围来看，每个项目都侧重于多个主题，大多数项目都侧重于市场设计和交易平台。中等比例的项目侧重于有形基础设施和信通技术基础设施以及政策问题，很少（八分之一）涉及社会科学视角。2.3. 产业项目P2P能源交易的试验和商业项目正在世界各地迅速增加在本文中，然后由作者手动检查和过滤结果，以选择那些直接相关的结果。值得注意的是，原则上只选择了正在进行的项目，而不是处于规划阶段的项目。调查的统计数据见图11和图12。4和5.有关详细信息，请参阅附录A表S3。图 4显示，美国和欧洲国家的工业实践最为活跃，美国和德国的工业项目数量最多。 图 5显示，70%的项目集中在地方层面的P2P能源交易，包括建筑物，社区，微电网和配电网。另外30%的项目是国家层面的，重点是如何在不同地区或批发市场的发电商和消费者之间进行P2P能源交易值得注意的是，本文调查的几乎所有项目（见表S3）都涉及利用区块链技术支持和促进不同级别的P2P能源交易这表明，区块链可能是最有前途的解决方案，742Y. Zhou et 其他/工程 6（2020）739见图4。 按国家分列的项目比例。图五. 按规模分列的项目比例。由于其各种有利的特征，使得P2P能源交易成为可能，这将在第3.2中详细描述。2.4. 对本文所描绘的景观的局限性的评论除了本文中回顾的论文和项目外，可能存在许多与P2P能源交易相关的其他论文和项目，但由于使用的搜索方法和选择标准，本文未包括在内如第2.1-2.3节然而，如果使用不同的关键词，如“能源交易”[30]，“本地电力市场”[31]，“产消者业务”[11]等，则可能会发现与P2P能源交易相关的其他论文和项目这些关键词在本文中没有用于搜索，因为它们的“效率”有点低，因为大多数结果都是关于P2P能源交易的，甚至是不相关的此外，如第2.1节和第2.3节所述，人工检查和过滤检索结果，因此依赖于作者的知识和主观判断。 此外，对于第2.1节中选择的论文，只有标题，关键词，对每篇论文进行检索和摘要筛选。因此，有可能一篇论文实际上是关于P2P能源贸易的。然而，由于仅从标题、关键词和摘要难以确定相关性（例如，参考文献[32]）。最后，对于第2.1节中审查的论文，仅选择期刊论文。值得指出的是，有大量关于P2P能源交易的会议论文和自存档文章，如参考文献。[33此外，仅检索了IEEE Xplore、ScienceDirect、MDPI和Springer数据库，相关研究可能存在于其他数据库和来源中。尽管存在上述局限性，但我们认为本文仍然涵盖了与P2P能源交易直接相关的最新研究和项目的重要部分，并在此基础上进行了分类，分析和展望3. P2P能源交易的关键问题：回顾与未来研究基于学术界和产业界的现有发展，本节确定并分析了P2P能源交易的关键方面，包括市场设计、交易平台、物理和ICT基础设施、社会科学观点和政策。这些方面是作者通过阅读和总结第2节中介绍的材料和附录A中列出的材料确定的。每个关键方面首先进行了描述，其次是现有的研究和实践的审查，并对未来的前景。P2P能源交易的主要方面概述见图 六、3.1. 市场设计P2P能源交易涉及现代电力系统的创新市场安排，DER的渗透率越来越高。从集中化程度下的市场分类、电力产品的差异化、市场稳定性、与外部市场的关系以及博弈论的角度探讨了P2P能源交易的市场设计。3.1.1. 集中、分散还是分散的市场？根据中心化程度，P2P能源交易的市场设计可以分为三类：集中式，分布式和分散式，如图所示。7.第一次会议。3.1.1.1. 集中的市场。 在集中式市场中，存在与每个对等体（即参与P2P能源交易的实体）通信的协调者。基于从对等体收集的信息，协调器直接决定对等体的能量输入/输出或对等体之间的设备协调器根据一些预定义的原则分配整个P2P社区的收入，例如通过决定计算每个对等体收入的价格[38]。中心化市场的一个主要优势是，它们可以最大限度地提高整个P2P社区的社会福利。协调器可以将社会福利的最大化设置为目标函数（如参考文献[39]），当为对等体做出控制决策时另一个优点是集中化市场的结果，即同行的发电和消费模式，具有更少的不确定性。这是因为对等体的操作状态是在协调器的直接控制下[39集中式市场的主要缺点是，随着所涉及的DER规模的增加，它们给集中式管理系统带来了指数级的计算和通信负担[19]。其他缺点包括隐私和Y. Zhou等人 /工程6（2020）739-753743见图6。 P2P能源交易的关键方面概述。DSO：配电系统运行。见图7。P2P能源交易市场的分类。(a)（b）分散市场;（c）分散市场。自主权的担忧。在隐私方面，协调器所需的信息在自主性方面，对对等设备的直接控制破坏了对等最后，中心化市场容易受到协调者单点故障的影响。一些研究已经提出或讨论了集中式P2P能源交易市场。Nguyen等人[39]提出了一个优化模型，以最大限度地提高一组家庭与光伏（PV）电池和电池的经济效益在这种模式下，交易价格由家庭决定Lüth等人[40]研究了集中式和分散式电池在P2P能源交易中的作用和价值，并提出了两种市场设计，‘‘Flexi Hou等人[41]提出在工业物联网（IIoT）中为基于区块链的P2P能源交易配备和使用本地电力存储，重点是最小化链长度和能源运输成本。Zepter等人[42]提出了一种名为“智能电力交易平台”（STEP）的P2P能源交易机制。Long等人[38]提出了一种用于P2P能源共享社区微电网中电池的两阶段控制方案该方案的主要卖点阿拉姆等人的贡献之一[43]集中式P2P744Y. Zhou et 其他/工程 6（2020）739能源交易市场是一种近似最优的算法，名为“通过交易进行能源成本优化”（ECO-Trade）。使用该算法，99%的最优解可以得到一个更有效的方式。从以上综述可以看出，集中式P2P能源交易市场由于可以进行全局优化，因此可以实现多项效益，如整体经济效益最大化。集中式P2P能源交易市场的未来研究可以从两个方向进行：一个方向是实现其他良好的功能，如辅助服务提供，网络约束管理和公平的收入分配，而另一个方向是试图解决集中式市场在可扩展性，可靠性，隐私性和自治性方面3.1.1.2. 分散的市场。与中心化市场不同，分散式P2P能源交易市场没有中心化的协调者，节点之间直接签订合同并进行交易。在去中心化市场中，对等点的隐私得到了很好的保护，对等点能够完全控制自己的设备[45此外，去中心化市场的可扩展性更好，同行可以很容易地“这些都是去中心化市场相对于集中化市场的优势。分散的市场也有不利之处。因为没有中心化的协调者，去中心化市场的此外，P2P能源交易的总体结果对于网络运营商（诸如配电网络运营商（DNO）和传输系统运营商（TSO））而言不是非常可见或可预测的;一个示例是参考文献103中的双边合同网络[45]. 这使得管理网络约束变得更加复杂，并且更难以提高电力系统的运行效率。最后但并非最不重要的是，在完全分散的市场中，同行受到严重的不确定性的影响;因此，脆弱客户一个例子是发电/负荷削减，可能会发生在连续的双向拍卖机制中描述的参考。[50]第50段。与集中式市场的研究相比，分散式P2P能源交易市场的研究较少。Morstyn等人[45]提出了完全分散的双边合同网络作为P2P能源交易的远期和实时市场设计。有人指出，满足同行偏好的“完全可替代性条件”对于稳定结果的存在至关重要。Sorin等人[46]提出了作者声称，在社会福利最大化的同时，可以尊重客户的差异化偏好。 迪瓦恩和卡夫[47] 为基于区块链的能源交易市场设计了一种创新且有趣的滞期费在该机制中，能量支持令牌的赎回值被设计为随时间下降，使得可以将功耗分配给具有剩余本地发电的时段。Luo等人[48] 开发了一种代理联盟机制，用于同行形成联盟和协商电力交易。此外，在2014年的早期工作中，Velik和Nicolay[32]提出了一种非常简单的机制，其中微电网之间的交易价格被设置为恒定且与时间无关的值。微电网按照预定义表中的固定顺序确定与哪个邻居进行交易。从上述综述可以看出，与广泛使用全局优化的中心化市场相比，针对分散化市场已经提出了多种方法，包括双边合同网络，共识方法，区块链代币的滞期费机制和多代理方法。从另一个角度来看，这表明在完全分散的环境中不可能容易地实现全局最优，因此有很大的空间来提出不同类型的方法，这些方法在不同方面具有良好的特性。此外，现有的去中心化市场设计的影响通常是基于对同行将如何做出决策的某些假设然而，在现实中，节点设计的市场在实践中将如何运作，需要仔细考虑和评估。此外，与集中式市场一样，如何在分散式市场中设计相关机制，以激励同行提供其他功能，如辅助服务，同时进行双边能源交易，是未来需要解决的另一个挑战。3.1.1.3. 分布式市场。分布式市场是一种介于集中式和分散式市场之间的设计。 在分布式市场中，协调器通常通过发送定价信号间接影响对等体，而不是直接指示对等体与完全分散的市场相比（例如，对比参考文献[17，45]），分布式市场仍然涉及协调器，因此对等点的行为可以更好地协调。与集中式市场相比（例如，对比参考文献[17，43]），分布式市场通常需要来自对等体的有限信息，并且不直接控制对等体的设备;因此，它们为客户提供更高级别的隐私和自主权。总之，分布式市场结合了集中式和分散式市场的特点，并在集中式和分散式市场之间提供了一种折衷的解决方案。许多研究已经提出了P2P能源交易的分布式市场。Kang等人[51]使用迭代双向拍卖机制来最大化插电式混合动力电动汽车（PHEV）之间P2P能源交易的社会福利。Li等人[52]对基于信用的贷款使用了基于Stackelberg博弈的定价策略为IIoT中的P2P能源交易设计的能源区块链。Long等人[53]提出了三种定价机制-账单共享，中间市场价格和基于拍卖的定价策略-用于社区微电网中的P2P能源交易Alvaro-Hermana等人[54]使用二次规划公式来决定P2P能源交易的价格，基于为每个电动汽车假设的线性报价Morstyn和McCulloch[55]提出了一种分布式价格导向的优化机制，用于具有多种能源产品的P2P 能源交易。Paudel 等 人 。 [56] 提 出 了 一 种 基 于 非 合 作 博 弈 、 进 化 博 弈 和Stackelberg博弈理论的迭代定价机制，用于社区微电网中的P2P能源交易。Baroche等人。[57]使用共识交替方向乘数法（ADMM）来解决内生P2P经济调度问题，以创建分布式P2P市场。尘和苏[58]提出了一个本地化的事件驱动的市场，其中零售能源经纪人确定偶尔的市场开放率时，有任何事件或请求的基础上的双重拍卖模型。Liu等人[59]提出了一种基于价格需求响应的微电网P2P能量共享模型，并在此基础上建立了基于供需比的动态从以上综述可以看出，分布式市场的核心问题之一同样重要的是找出适当的方法来建模对等体的决策过程和实现所设计的定价机制（例如，单次或迭代地、同步地或异步地）。分布式P2P能源交易市场的层次结构是Y. Zhou等人 /工程6（2020）739-753745在参考文献[17]中总结的，其中多代理框架和系统的指标体系被开发用于模拟和评估不同的分布式市场设计。分布式P2P能源交易市场的未来发展方向将涉及如何设计适当的定价机制，以促进P2P能源交易，同时提供其他功能，如辅助服务。定价机制必须考虑对等节点的实际决策和行为模式以及适用的实现方式。定价机制下的趋同需要特别注意，以避免在实践中出现不稳定和不希望出现的结果。3.1.2. 电力产品在现有的大部分电力市场中，电力产品的区别主要在于不同时间出售的电力具有不同的价值和价格。在批发市场中，不同时间段的电力（例如，短期、中期和长期合同）通常具有不同的价格。在零售市场，分时电价（ToU）或其他定价机制，如实时定价（RTP）和临界峰值定价（CPP），在世界各地的许多地方都有使用[60]。电力有时也根据累积的能源消耗进行区分。例如，在中国[61]、加拿大[62]和南非[63]等一些国家采用的倾斜分段电价（IBT），电价根据一个月的累计用电量分为几个等级。P2P能源交易市场为电力产品的差异化提供了更大的机会这是因为P2P能源交易市场服务于具有特定本地特征的本地化能源系统，并且相对较小;因此，它们更灵活地尝试不同的设置。初步探讨了在P2P能源交易市场中进行差异化电力产品交易的可能性Morstyn和McCulloch[55]提出了一种用于P2P能源交易的多类别能源管理，其中将电力分为参考文献[46]中提出的基于共识的方法是开放的，以实现电力产品的差异化举了一个例子，其中对同行之间欧几里得距离不同的交易征收不同的额外费用。未来，P2P能源交易将提出不同的市场设计，以纳入电力产品的差异化，并可以探索不同的电力产品差异化的方式，例如基于电能质量或供电可靠性的电力差异化。电力产品的差异化总结和说明在图。8.第八条。3.1.3. 形成P2P能源交易联盟的稳定性和竞争几乎所有现有的P2P能源交易的研究，如参考文献。[39然而，在实践中，一个地区极有可能存在多个“P2P市场服务提供商”，它们相互竞争，为自己建立的市场招募同行。在这种情况下，稳定性，即保持同行在市场内的能力，将成为评估P2P能源交易市场设计的一个重要方面有几项研究是关于这一主题的。参考文献[43]中提出的P2P能源交易市场保证了参与市场时没有单个对等体的情况会更糟，但没有检查对等体子组的利益是否不会更糟。结果，一个子组的同行可能会退出，并形成一个新的联盟，以获得更高的利益。Tushar等人。[64]验证了为P2P能源交易设计的基于规范联盟游戏的框架的核心，并证明了拟议市场的稳定性。然而，用于收入分配的定价机制（即中间市场利率）是否真的能保证同行的子集团不会离开大联盟，形成新的联盟以获得更高的利益，还有待研究。未来的研究可能会集中在建立稳定的P2P能源交易市场，至少在某些条件下。对于中心化市场，稳定性在很大程度上取决于联盟的收入如何分配给每个对等体。对于分散和分布式市场，在设计市场规则或定价机制时需要考虑稳定性问题。分析当对等体自由地形成P2P能源交易联盟时，它们将如何针对特定区域进行分组也是有趣的有了这些信息，P2P能源交易的影响-对个人同行和更广泛的社会-可以更精确地评估3.1.4. P2P能源交易与现有批发/零售市场未来电力系统的整体市场模式将是什么样的仍然是一个悬而未决的问题，尽管一些专家已经提出了对这个问题的看法[65然而，可以预见，在不久的将来，传统的批发零售市场体系和P2P能源交易将在相当长的一段时间内共存。因此，探索新兴的P2P能源交易与现有批发和零售市场之间的关系是P2P能源交易研究的重要课题。在大多数现有的研究中，对等体被假定为首先彼此交易，然后单独或集体地与批发或零售市场进行交易（取决于对等体的规模和P2P能源交易市场的设计），以处理能源不平衡。换句话说，传统的见图8。 电力产品的差异化。746Y. Zhou et 其他/工程 6（2020）739批发或零售市场充当P2P能源交易中同行的“社区市场”在参考文献[1][68]这是一个很好的例子参考文献中提供了其他例子[2019 - 03 -19 00：00：00][2019 - 03 - 19 00：00：00][2019 - 03 - 19 00：00][2019 - 01：00][2019 - 01：00][40，42，55]（与批发市场的相互作用）。P2P能源交易还有一些更一般的市场设计，不仅可以包括拥有DER的The ‘‘full [68]这是一个市场设计的例子此外，参考文献[45]明确表明，拟议的双边合同网络可用于促成产消者、零售商和大型发电商之间的直接能源交易文献[46]中提出的市场也可以应用于大型发电商和客户之间的直接能量交易虽然没有明确说明，但参考文献[47]中设计的市场相当普遍，并且有可能应用于需求方客户之外。在现有的研究中，以批发或零售市场作为剩余均衡器，通常假设P2P能源交易的规模和影响仍然是非常有限的，在整个电力系统。因此，同行被认为是批发和零售市场上的“价格接受者”。然而，鉴于参与P2P能源交易的DER客户越来越多，他们的影响再也不能被忽视，在批发和零售市场上将他们视为“价格制定者”是很重要的。对于那些可以在P2P能源交易中包括大型发电商甚至零售商的市场设计，P2P能源交易的新市场与现有批发或零售市场之间的关系需要进一步澄清。3.1.5. P2P能源交易的博弈论视角博弈论方法能够对具有冲突利益的实体的决策过程进行建模，并激励实体竞争或合作以实现某些目标;因此，它们在P2P能源交易中具有很大的应用潜力[69]。一些研究在P2P能源交易的多个方面使用了不同的博弈论方法。非合作博弈为基础的方法已被用于模拟P2P能源交易的整体结果，以评估拟议的市场设计的性能见参考文件[20]，计算了微电网的纳什均衡，其中具有现场光伏系统和灵活需求的产消者相互交易，以评估P2P能源交易的结果。在参考文献[56]中也使用了基于非合作博弈的方法来建模对等体的行为。此外，非合作拍卖为基础的方法已被用来作为分布式P2P能源交易市场的核心机制，在一些现有的研究，如参考。[50]第50段。Stackelberg博弈为基础的方法已被用于一些现有的研究建立分布式P2P能源交易市场的定价机制。例子包括参考文献[52]，其中协调者充当如第3.1.3所述，基于联盟博弈的方法可以作为分析P2P能源交易的稳定性和竞争问题的基础在文献[64]中，一个典型的联盟博弈被用作构建P2P能源交易市场的基础，并如参考文献[69]中所总结的，已经提出了各种博弈论方法，尽管在现有研究中只有少数用于P2P能源交易博弈论方法是未来可以利用的宝贵资源，对对等体的交易行为进行建模，并用于设计和评估P2P能源交易市场。3.2. 交易平台随着P2P能源交易市场的设计到位，交易平台是必不可少的，使同行能够相互交易（以及与大宗零售和批发市场），遵循市场规则。对P2P能源交易平台进行了广泛的研究和试验根据底层技术，平台也可以分为集中式和分散式。对于集中式平面，Zhang等人[20]开发了一个名为Elecbay的集中式软件平台的概念设计，用于并网微电网中的P2P能源交易。类似于电子商务平台“eBay”，电力生产商可以列出电力，消费者可以在Elecbay上下订单。每个订单包括以及在生产者和消费者之间需要供应多少电力。供应商（英国的电力零售商）和配电系统运营商（DSO）也与Elecbay通信，以平衡P2P交易之外的电力盈余/赤字，并检查P2P交易是否会导致网络约束违反。人们越来越关注使用区块链技术为P2P能源交易创建去中心化平台。参考文献[70]提供了一个全面的综述，为基于区块链的微电网建立了一个分析框架，并确定了实际和学术背景下的潜在挑战和未来方向。区块链技术是一种创新的分布式账本技术，它能够以分散的方式为各种实体之间的交易创造一个可信赖的环境。从长远来看，在微电网中实现P2P能源交易被认为是区块链技术最重要的方面之一[71]。区块链的去中心化特征被认为与P2P能源交易的去中心化特征很好地匹配，其中电力供应不再由集中的大型发电机提供，而是由拥有DER的小客户提供。总之，使用区块链技术支持P2P能源交易可以获得以下几个好处：(1) 避免了需要第三方来协调市场中的交易。因此，可以节省相关的管理费用，并减少因中介人行为不当而造成的风险减少了(2) 交易记录以区块链的形式存储在网络中的多个点上，这些区块链由某种“共识机制”组成，并受到密码学的保护。因此，交易记录是透明的，防篡改的，并且对单点故障具有鲁棒性。(3) 区块链平台可以支持智能合约，这些合约可以很容易地制作并自动执行，从而可以降低合同，执行和合规成本[72]。这一特性对于P2P能源交易尤其有用，因为P2P能源交易涉及到拥有DER的小规模客户之间的大量低价值交易。考虑到上述特征，世界各地正在进行许多工业试验和平台用于实现P2P能源交易。一个与众不同的项目是纽约的布鲁克林微电网项目，该项目由TransActive Grid运营。基于以太坊的区块链平台用于支持P2P能源交易，智能合约用于进行交易和处理能源交易的代币[73]。该项目由两个阶段组成，第一阶段涉及10个客户，第二阶段扩展到更大的规模，将包括300套房屋，Y. Zhou等人 /工程6（2020）739-753747小企业如表S3所列，世界各地还有许多其他规模和重点不同的项目。Andoni等人[74]对该领域的全球工业项目进行了全面审查，作为区块链技术在能源领域应用的例子。除了行业实践，关于如何更好地利用区块链技术作为P2P能源交易的交易平台，也有一些学术研究。在参考文献中。[52]和[54]，区块链技术被用于建立IIoT上的P2P能源交易平台。在参考文献[52]中，提出了一种联盟区块链，用于支持微电网，能源收集网络和车辆到电网网络中的P2P能源交易。提出了一种基于信用的支付方案，以克服区块链技术在交易确认延迟方面的弱点。在参考文献[54]中，提出了一种本地电力存储解决方案，以解决在P2P能源交易期间可能创建的长链维护许多区块的问题，从而减少运营开销。Kang等人[51]设计了一个用于PHEV之间P2P能源交易的联盟区块链，可以提高交易安全性和隐私保护水平。Aitzhan和Svetinovic将区块链技术与多重签名和匿名消息流相结合，创建了一个具有更高安全性和隐私性的P2P能源交易平台。尽管在利用区块链技术建立去中心化的P2P能源交易平台方面做了大量的努力，但仍然没有明确的证据表明基于区块链的去中心化平台比Elecbay等集中式解决方案更可取。尽管区块链技术在可信度，透明度，冗余，防篡改能力和避免中介方面的优势是真实的，但所有这些功能在P2P能源交易中是否真的必要以及人们将为配备所有这些功能的系统支付多少费用仍然是一个悬而未决的此外，尽管智能合约的好处通常与区块链一起提到，但事实上，智能合约也可以基于中心化平台，即使去中心化平台可以为智能合约提供更高水平的可信度此外，区块链技术本身也有很多缺点，比如在公共区块链中达成共识的时间和精力成本，以及在联盟或私有区块链中可信度的妥协。因此，在决定使用什么类型的平台来实现P2P能源交易时，根据特定环境和应用程序的要求进行详细的成本效益分析非常重要。3.3. 物质和信通技术基础设施在P2P能源交易平台上达成交易协议后，通过电力网络（传输或分配网络，或两者）在约定的时间段从一个对等体传递到另一个对等体。在这个过程中，许多计量和通信设备需要相应地发挥作用，以实现能量输送。因此，有形基础设施和信通技术基础设施对于P2P能源交易至关重要。3.3.1. 电力网络和相关的技术安排物理电力网络需要在对等方之间准备好，以便可以交付商定的电力。两种类型的解决方案可用于此目的，如图9.第九条。3.3.1.1. 私人电力网络和相关的控制策略。一种解决方案是在对等体之间构建专用线路或网络，使得电力输送以P2P方式物理地进行。尽管DER渗透率的增加和成本的降低重新开启了在一些国家建设专用网络的讨论，但由于沉没成本高和边际网络运营成本低，电力网络仍然具有明显的特征，包括规模经济、范围经济和密度经济[76]。此外，对未来投资、供应安全、气候变化和法规的长期担忧和不确定性使私有网络的风险更高[77]。因此，大规模建设P2P能源交易专用网络仍然不是一个经济的解决方案，世界上绝大多数电力网络仍然在政府监管下以垄断方式运营。目前还没有迹象表明这种情况会改变，即使P2P能源交易的发展也是如此已经进行了几项学术研究，以验证连接住宅或孤岛微电网的专用网络的技术可行性并提出控制策略。Werth等人[78]提出了一种基于直流（DC）的开放式能源系统，其中每个具有PV板和电池的房屋还配备有双向通过这种设计，电力可以通过外部直流电源总线以P2P方式在房屋之间交换。系统还设计了具有相关控制功能的软件层此外，Kumar et al.[79]开发了一种控制策略，用于在各种电压下运行的DC微电网的互连。Hossain等人[80]设计了一种鲁棒的分布式控制方案来调节多个孤岛微电网之间的功率流。Konar和Ghosh[81]还提出了孤岛直流微电网的互连，以提高供电可靠性。参考文献[79 - 81]并不针对P2P能源交易，但他们研究的互连可能会作为物理基础设施，用于实现孤岛微电网之间的P2P能源交易。总之，私有网络是实现P2P能源交易的可行技术解决方案，但预计不会在适当的时候蓬勃发展。图9.第九条。 关于促成P2P能源交易的有形基础设施的现有研究。DC：直流电。748Y. Zhou et 其他/工程 6（2020）739当然了尽管如此，一些学术研究已经探索了这一领域的硬件配置和控制策略。3.3.1.2. 公共电力网络及相关技术安排。另一种解决方案是在P2P能源交易中利用对等方之间的公共电力网络来提供商定的电力，这是世界上大多数地方的当前实践。在这个解决方案中，电力网络就像一个大水池。电力生产者将电力注入池中，电力消费者从池中提取电力。然而，池中的电力基本上具有统一的属性，并且用户不能也不需要确定电力的物理来源。在未来，电力产品的差异化（如第3.1.2节所述）以及电力路由设备[82，83]和算法[84，85]的发展（见参考文献10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10，10， [13，86]了解更多细节）可能会改变这种情况，但它们仍处