CN112085598A - 一种多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路 - Google Patents

一种多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路 Download PDF

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姜贻哲
杨洪朝
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Abstract

本发明公开了一种多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，包括：多中心电能链生成单元，用来提取各交易链节点区块中的历史交易电量Qi与历史交易信用值Ci，筛选节点与调度中心成为电能链节点；校核权选举模块用来选举校核信用值最高的电能链节点成为校核权节点，校核权节点提取交易链上所有节点达成的待校核交易功率集合，输入交易方案校核单元进行物理安全校核，计算交易调整功率集合，并广播至多中心化电能链上的所有节点；电能链节点接收交易调整功率集合进行安全验证，验证通过后发送至交易链上的所有节点，实现电力交易的物理安全校核和调整。本发明具有结构简单、易于实现、安全性高、适用范围广等优点。

Description

一种多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路
技术领域
本发明主要涉及到电能交易技术领域，特指一种多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路。
背景技术
随着大量的分布式可再生能源、分布式储能设备和具有可控性的用电设备接入需求侧，传统的电能消费者转变成兼具电能生产和消费双重特性的电能产消者(简称产消者)。
拥有分布式可再生能源、储能设备和可控性负荷设备的产消者将作为一种新兴的市场主体参与市场竞争。目前，产消者只能与电网公司(或交易中心)进行费用结算，且价格固定，产消者之间无法进行自主交易。2017年10月，国家发展改革委和能源局联合发布了《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》，分布式电源的交易方式不再局限于传统的“自发自用、余电上网”或“全额上网”模式，可以自主选择交易对象。自主交易无法通过传统的电网公司进行，而需要一种去中心化的新型交易方式予以支撑。
区块链作为比特币中的底层核心技术，是一种去中心化和去信任的分布式账薄，具有公正、公开和智能化管理的特征，支撑用户以分散方式自主进行交易。但电能作为一种特殊商品，除了自身的经济属性外，还必须遵循电力网络的物理约束，单链式区块链上交易方案进行安全校核时，各区块除了每个节点(产消者)的交易信息以外，还需存储系统所有的物理信息，造成区块链容量剧增，性能下降。故应用区块链技术进行电力交易时需克服单链式区块链不能同时满足对点交易经济性、去中心化和网络安全校核的缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、易于实现、安全性高、适用范围广的多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，参与交易的市场主体对应交易链上的一个节点，存储信息在每个交易链节点区块中，该电路包括：多中心电能链生成单元、交易方案校核单元和交易调整安全验证单元；所述多中心电能链生成单元，包括电能链节点选举模块和校核权选举模块；所述交易方案校核单元，包括物理安全校核模块和交易功率调整模块；所述交易调整安全验证单元，包括交易调整功率验证模块、安全验证判断模块和校核信用值更新模块；所述多中心电能链生成单元，用来提取各交易链节点区块中的历史交易电量Qi与历史交易信用值Ci，筛选评分最高的前K-1个节点与调度中心成为电能链节点，进行多中心化的物理安全校核；所述校核权选举模块用来选举校核信用值最高的节点成为校核权节点，校核权节点提取交易链上所有节点达成的待校核交易功率集合{Pi，j}，输入交易方案校核单元，计算交易调整功率集合{ΔPi，j}，并广播至多中心化电能链上的所有节点；电能链节点接收交易调整功率集合{ΔPi，j}进行安全验证，经安全验证判断模块判断通过后，交易调整功率集合{ΔPi，j}发送至交易链上的所有节点，对电力交易的物理安全校核和调整。
作为本发明方法的进一步改进：所述电能链节点选举模块用来提取交易链节点区块中的历史交易电量Qi与历史交易信用值Ci；由节点历史交易电量Qi除以总市场交易电量
Figure BDA0002629876820000021
计算出节点的市场份额Ki，并与Ci相乘，得到节点综合评分Si；依次将所有节点综合评分Si(i＝1，2，…n)由高到低排序，筛选出评分最高的K-1个节点作为电能链节点，调度中心作为第K个节点加入电能链，形成实施物理安全校核的多中心化电能链。
作为本发明方法的进一步改进：所述校核权选举模块用于提取电能链节点区块信息，获得K个节点的校核信用值Ek(k＝1，2，…K)，取校核信用值最高的电能链节点作为校核权节点。校核权节点通过区块链网络接收交易链上当前时刻所有节点之间达成的待校核交易功率集合{Pi，j|i，j∈(1，2，…n)，i≠j}，输入至交易方案校核单元。
作为本发明方法的进一步改进：所述物理安全校核模块用来接收待校核交易功率集合Pi，j，经潮流计算后，求得每条线路的传输功率Pl(l＝1，2，3…，L)，L为线路总数；Pl(l＝1，2，3…，L)与线路传输功率限值Plmax比较，得到差值集合{ΔPl|l＝1，2，…，L}；当差值集合{ΔPl}中的所有元素均小于零时，判定线路无越限，不启动交易功率调整模块；当差值集合{ΔPl}中存在大于零的元素时，判定线路越限，启动交易功率调整模块。
作为本发明方法的进一步改进：所述交易功率调整模块基于配电网络拓扑结构与线路阻抗，按式
Figure BDA0002629876820000031
计算出节点i与j之间的单位交易功率对线路l的传输分配系数Dl，i，j，m、n为线路l两端的节点号；bm，i为节点导纳矩阵B逆阵的转置矩阵所对应的m行i列元素，Xm，n为线路l的电抗值；交易功率调整模块将差值集合{ΔPl}中大于零的每个ΔPl，除以该线路的传输功率限值Plmax后，依次与对应的Dl，i，j相除，计算出调整比例αi，j，与Pi，j相乘计算出所有越限线路l的调整功率集合{ΔPl，i，j|l＝1，2，...L1}，并取max{ΔPl，i，j}作为节点i与j之间的交易调整功率ΔPi，j，形成所有交易节点之间应调整的交易功率集合{ΔPi，j|i，j∈(1，2，…n)，i≠j}，并输入至交易调整功率安全验证单元。
作为本发明方法的进一步改进：所述交易调整功率验证模块，除校核权节点以外，电能链上的k-1个节点都接收校核权节点发布的交易调整功率集合{ΔPi，j}，并以与校核权节点相同的功率调整方法进行验证；每有1个节点通过调整功率验证，计数器m加1。
作为本发明方法的进一步改进：所述安全验证判断模块的判定条件是：由计数器输出判定该交易调整功率集合通过验证的节点数m；当m与k的比值不小于50％时，判定校核权节点校核的交易调整功率集合{ΔPi，j}通过安全验证，并将交易调整功率集合{ΔPi，j}向所有交易链节点发布，更新交易链上所有节点的区块信息；当m与k的比值小于50％时，判定校核权节点校核的交易调整功率集合{ΔPi，j}未通过安全验证，需重新进行校核与调整，直至最终通过安全验证。
作为本发明方法的进一步改进：所述校核信用值更新模块，电能链节点的校核信用值初始值为Ek0；当安全验证未通过，校核权节点的校核信用值减3；当安全验证通过，校核权节点的校核信用值加1；其余各电能链节点的验证结果与最终的安全验证结果一致时，其校核信用值加1；其余各电能链节点的验证结果与最终的安全验证结果不一致时，其校核信用值减1；最后生成更新后的校核信用值集合{Ek|k＝1，2，…，K}，并将其存储在电能链节点的区块中。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，结构简单、易于实现、安全性高、适用范围广，本发明实现了电力交易信息和系统物理信息分链部署，交易链和电能链耦合且独立运行，在有效保障电力交易物理安全性的同时，提高了区块链的可拓展性。
附图说明
图1是本发明在具体应用实例中的电路原理示意图。
图2是本发明在具体应用实例中配电节点网络的示意图。
图3是本发明在具体应用实例中11：00时刻各节点间的交易功率示意图。
图4是本发明在具体应用实例中11：00时刻配电线路传输功率示意图。
图5是本发明在具体应用实例中11：00时刻各节点间的交易调整功率示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1和图2所示，本发明的一种多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，参与交易的n个市场主体对应交易链上的n个节点，存储历史交易、待校核交易与交易信用等信息在每个交易链节点区块中，所述电能链节点区块存储线路阻抗、传输功率限值等配电物理信息和校核信用信息；该电路包括：多中心电能链生成单元、交易方案校核单元和交易调整安全验证单元；所述多中心电能链生成单元，包括电能链节点选举模块和校核权选举模块；所述交易方案校核单元，包括物理安全校核模块和交易功率调整模块；所述交易调整安全验证单元，包括交易调整功率验证模块、安全验证判断模块和校核信用值更新模块；其中，多中心电能链生成单元，用来提取各交易链节点区块中的历史交易电量Qi与历史交易信用值Ci，筛选评分最高的前K-1个节点与调度中心成为电能链节点，实现多中心化的物理安全校核；多中心电能链生成单元包括电能链节点选举模块和校核权选举模块，校核权选举模块用来选举校核信用值最高的节点成为校核权节点，校核权节点提取交易链上所有节点达成的待校核交易功率集合{Pi，j}，输入交易方案校核单元，计算交易调整功率集合{ΔPi，j}，并广播至多中心化电能链上的所有节点；电能链节点接收交易调整功率集合{ΔPi，j}进行安全验证，经安全验证判断模块判断通过后，交易调整功率集合{ΔPi，j}发送至交易链上的所有节点，实现电力交易的物理安全校核和调整。
在具体应用实例中，电能链节点选举模块用来提取交易链节点区块中的历史交易电量Qi与历史交易信用值Ci；由节点历史交易电量Qi除以总市场交易电量
Figure BDA0002629876820000051
计算出节点的市场份额Ki，并与Ci相乘，得到节点综合评分Si；依次将所有节点综合评分Si(i＝1，2，…n)由高到低排序，筛选出评分最高的K-1个节点作为电能链节点，调度中心作为第K个节点加入电能链，形成实施物理安全校核的多中心化电能链。
在具体应用实例中，校核权选举模块用于提取电能链节点区块信息，获得K个节点的校核信用值Ek(k＝1，2，…K)，取校核信用值最高的电能链节点作为校核权节点。校核权节点通过区块链网络接收交易链上当前时刻所有节点之间达成的待校核交易功率集合{Pi，j|i，j∈(1，2，…n)，i≠j}，输入至交易方案校核单元。
在具体应用实例中，物理安全校核模块用来接收待校核交易功率集合Pi，j，经潮流计算后，求得每条线路的传输功率Pl(l＝1，2，3…，L)，L为线路总数；Pl(l＝1，2，3…，L)与线路传输功率限值Plmax比较，得到差值集合{ΔPl|l＝1，2，...，L}；当差值集合{ΔPl}中的所有元素均小于零时，判定线路无越限，不启动交易功率调整模块；当差值集合{ΔPl}中存在大于零的元素时，判定线路越限，启动交易功率调整模块。
在具体应用实例中，交易功率调整模块基于配电网络拓扑结构与线路阻抗，按式
Figure BDA0002629876820000061
计算出节点i与j之间的单位交易功率对线路l的传输分配系数Dl，i，j，m、n为线路l两端的节点号；bm，i为节点导纳矩阵B逆阵的转置矩阵所对应的m行i列元素，Xm，n为线路l的电抗值；交易功率调整模块将差值集合{ΔPl}中大于零的每个ΔPl，除以该线路的传输功率限值Plmax后，依次与对应的Dl，i，j相除，计算出调整比例αi，j，与Pi，j相乘计算出所有越限线路l的调整功率集合{ΔPl，i，j|l＝1，2，...L1}，并取max{ΔPl，i，j}作为节点i与j之间的交易调整功率ΔPi，j，形成所有交易节点之间应调整的交易功率集合{ΔPi，j|i，j∈(1，2，…n)，i≠j}，并输入至交易调整功率安全验证单元。
在具体应用实例中，交易调整功率验证模块，除校核权节点以外，电能链上的k-1个节点都接收校核权节点发布的交易调整功率集合{ΔPi，j}，并以与校核权节点相同的功率调整方法进行验证；每有1个节点通过调整功率验证，计数器m加1；
在具体应用实例中，安全验证判断模块的判定条件是：由计数器输出判定该交易调整功率集合通过验证的节点数m；当m与k的比值不小于50％时，判定校核权节点校核的交易调整功率集合{ΔPi，j}通过安全验证，并将交易调整功率集合{ΔPi，j}向所有交易链节点发布，更新交易链上所有节点的区块信息；当m与k的比值小于50％时，判定校核权节点校核的交易调整功率集合{ΔPi，j}未通过安全验证，需重新进行校核与调整，直至最终通过安全验证。
在具体应用实例中，校核信用值更新模块，电能链节点的校核信用值初始值为Ek0；当安全验证未通过，校核权节点的校核信用值减3；当安全验证通过，校核权节点的校核信用值加1；其余各电能链节点的验证结果与最终的安全验证结果一致时，其校核信用值加1；其余各电能链节点的验证结果与最终的安全验证结果不一致时，其校核信用值减1；最后生成更新后的校核信用值集合{Ek|k＝1，2，…，K}，并将其存储在电能链节点的区块中。
由上可知，本发明针对电力作为特殊商品参与市场交易时，既具有一般商品交易的经济属性，还必须遵循电力网络的物理约束的特点，提出一种多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，结合图3-图5，本发明在具体实例中具体步骤如下：
步骤S1：包含电网公司在内的14个市场主体组成了进行电力交易的14个交易链节点；
步骤S2：电能链节点选举模块提取14个交易链节点区块中的历史交易电量Qi与历史交易信用值Ci；由节点历史交易电量Qi除以总市场交易电量
Figure BDA0002629876820000072
计算出节点的市场份额Ki，并与Ci相乘，得到节点综合评分Si；依次将所有节点综合评分Si(i＝1，2，…14)由高到低排序，筛选出评分最高的5个节点作为电能链节点，调度中心作为第6个节点加入电能链，形成实施物理安全校核的多中心化电能链；
步骤S3：校核权选举模块提取电能链节点区块信息，获得6个节点的校核信用值{Ek|81，81,83,80,84,85}，取校核信用值最高的第6个电能链节点作为校核权节点。校核权节点通过区块链网络接收11时刻交易链上节点之间达成的待校核交易功率，见图3，输入至交易方案校核单元，
步骤S4：待校核交易功率集合Pi，j经潮流计算后，求得每条线路的传输功率Pl(l＝1，2，...，13)，见图4；Pl(l＝1，2，...，13)与线路传输功率限值Plmax(l＝1，2，...，13)比较，得出线路6功率越限7kw，线路12功率越限20.7kw，启动交易功率调整模块；
步骤S5：交易功率调整模块按计算式
Figure BDA0002629876820000071
出节点i与j之间的单位交易功率对线路l的传输分配系数Dl，i，j，交易功率调整模块将线路6差值ΔPl＝7kw集线路7差值ΔPl＝20.7kw，分别除以线路6、7的传输功率限值Plmax后，依次与对应的Dl，i，j相除，计算出调整比例αi，j，与Pi，j相乘计算出越限线路6、7的调整功率集合{ΔPl，i，j|l＝6，7}，并取max{ΔPl，i，j}作为节点i与j之间的交易调整功率ΔPi，j，形成应调整的交易功率ΔP10，9＝5.4kw，ΔP10，12＝3.6kw，ΔP10，1＝9kw并输入至交易调整安全验证单元。
步骤S6：交易调整功率验证模块：除校核权节点以外，电能链上其余5个节点都接收校核权节点发布的交易调整功率集合{ΔPi，j}，并以与校核权节点相同的功率调整方法进行验证；电能链节点1、2、3、4判定该交易调整功率集合通过验证，电能链节点5判定该交易调整功率集合没有通过验证；
步骤S7：计数器输出判定该交易调整功率集合通过验证的节点数m＝4；当m与k的比值为66.7％，判定校核权节点校核的交易调整功率集合{ΔPi，j}通过安全验证。
步骤S8：校核权节点的校核信用值初始值为85；此次安全验证通过，其校核信用值加1，更新为86；电能链节点1、2、3、4的验证结果与最终的安全验证结果一致时，其校核信用值均加1，分别更新为82、82、84、81；电能链节点5的验证结果与最终的安全验证结果不一致，其校核信用值减1，由84更新为83；最后将更新后的校核信用值信息存储在电能链节点的区块中。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，其特征在于，参与交易的市场主体对应交易链上的一个节点，存储信息在每个交易链节点区块中，该电路包括：多中心电能链生成单元、交易方案校核单元和交易调整安全验证单元；所述多中心电能链生成单元，包括电能链节点选举模块和校核权选举模块；所述交易方案校核单元，包括物理安全校核模块和交易功率调整模块；所述交易调整安全验证单元，包括交易调整功率验证模块、安全验证判断模块和校核信用值更新模块；所述多中心电能链生成单元，用来提取各交易链节点区块中的历史交易电量Qi与历史交易信用值Ci，筛选评分最高的前K-1个节点与调度中心成为电能链节点，进行多中心化的物理安全校核；所述校核权选举模块用来选举校核信用值最高的节点成为校核权节点，校核权节点提取交易链上所有节点达成的待校核交易功率集合{Pi，j}，输入交易方案校核单元，计算交易调整功率集合{ΔPi，j}，并广播至多中心化电能链上的所有节点；电能链节点接收交易调整功率集合{ΔPi，j}进行安全验证，经安全验证判断模块判断通过后，交易调整功率集合{ΔPi，j}发送至交易链上的所有节点，对电力交易的物理安全校核和调整。
2.根据权利要求1所述的多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，其特征在于，所述电能链节点选举模块用来提取交易链节点区块中的历史交易电量Qi与历史交易信用值Ci；由节点历史交易电量Qi除以总市场交易电量
Figure FDA0002629876810000011
计算出节点的市场份额Ki，并与Ci相乘，得到节点综合评分Si；依次将所有节点综合评分Si(i＝1，2，…n)由高到低排序，筛选出评分最高的K-1个节点作为电能链节点，调度中心作为第K个节点加入电能链，形成实施物理安全校核的多中心化电能链。
3.根据权利要求1所述的多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，其特征在于，所述校核权选举模块用于提取电能链节点区块信息，获得K个节点的校核信用值Ek(k＝1，2，…K)，取校核信用值最高的电能链节点作为校核权节点。校核权节点通过区块链网络接收交易链上当前时刻所有节点之间达成的待校核交易功率集合{Pi，j|i，j∈(1，2，…n)，i≠j}，输入至交易方案校核单元。
4.根据权利要求1所述的多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，其特征在于，所述物理安全校核模块用来接收待校核交易功率集合Pi，j，经潮流计算后，求得每条线路的传输功率Pl(l＝1，2，3…，L)，L为线路总数；Pl(l＝1，2，3…，L)与线路传输功率限值Plmax比较，得到差值集合{ΔPl|l＝1，2，…，L}；当差值集合{ΔPl}中的所有元素均小于零时，判定线路无越限，不启动交易功率调整模块；当差值集合{ΔPl}中存在大于零的元素时，判定线路越限，启动交易功率调整模块。
5.根据权利要求1所述的多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，其特征在于，所述交易功率调整模块基于配电网络拓扑结构与线路阻抗，计算出节点i与j之间的单位交易功率对线路l的传输分配系数Dl，i，j，交易功率调整模块将差值集合{ΔPl}中大于零的每个ΔPl，除以该线路的传输功率限值Plmax后，依次与对应的Dl，i，j相除，计算出调整比例αi，j，与Pi，j相乘计算出所有越限线路l的调整功率集合{ΔPl，i，j|l＝1，2，...L1}，并取max{ΔPl，i，j}作为节点i与j之间的交易调整功率ΔPi，j，形成所有交易节点之间应调整的交易功率集合{ΔPi，j|i，j∈(1，2，…n)，i≠j}，并输入至交易调整功率安全验证单元。
6.根据权利要求1所述的多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，其特征在于，所述交易调整功率验证模块，除校核权节点以外，电能链上的k-1个节点都接收校核权节点发布的交易调整功率集合{ΔPi，j}，并以与校核权节点相同的功率调整方法进行验证；每有1个节点通过调整功率验证，计数器m加1。
7.根据权利要求1所述的多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，其特征在于，所述安全验证判断模块的判定条件是：由计数器输出判定该交易调整功率集合通过验证的节点数m；当m与k的比值不小于50％时，判定校核权节点校核的交易调整功率集合{ΔPi，j}通过安全验证，并将交易调整功率集合{ΔPi，j}向所有交易链节点发布，更新交易链上所有节点的区块信息；当m与k的比值小于50％时，判定校核权节点校核的交易调整功率集合{ΔPi，j}未通过安全验证，需重新进行校核与调整，直至最终通过安全验证。
8.根据权利要求1所述的多中心化物理安全校核的交易链与电能链数据交互电路，其特征在于，所述校核信用值更新模块，电能链节点的校核信用值初始值为Ek0；当安全验证未通过，校核权节点的校核信用值减3；当安全验证通过，校核权节点的校核信用值加1；其余各电能链节点的验证结果与最终的安全验证结果一致时，其校核信用值加1；其余各电能链节点的验证结果与最终的安全验证结果不一致时，其校核信用值减1；最后生成更新后的校核信用值集合{Ek|k＝1，2，…，K}，并将其存储在电能链节点的区块中。
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