CN108011370A - 一种基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于区块链技术领域，公开了一种基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法，通过构建基于全球能源区块链的全球能源互联网系统，全球能源区块链将发挥分布式账簿的作用。利用全球能源区块链在海量的智能设备之间建立了低成本的相互直接沟通的渠道；同时又通过去中心化的共识机制提高了全球能源互联网系统的安全性和私密性，利用可靠的数学加密算法保护用户的隐私；通过分布式决策，各个组织机构共同参与，提升认可度。最终实现全球能源互联网系统的自我管理和维护，将全球能源互联网系统转变为一个去中心化、自组织、自调节的系统，实现无需中介信任的点对点价值传输、安全的分布式数据共享，构造一个全球能源互联网分布式平台。
Description
技术领域
本发明属于区块链技术领域，尤其涉及一种基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法。
背景技术
近年来相关机构提出了建设全球能源互联网战略，实现清洁能源在全球范围内的优化配置，全球能源互联网将推动以清洁和绿色方式满足全球电力需求，然而在全球能源互联网落地和实施过程中，面临着全球范围内能源调度和交易信任缺失和中心化问题。区块链的理念与全球能源互联网理念相吻合，有利于整合能源网、信息网、交通网，在没有中心化中介机构的基础上，建立去中心化、去信任的全球能源互联网体系架构，促进全球能源互联网落地。全球能源互联网要求在不同国家主体之间建立可信交易和调度，由于能源具有国家重要战略资源的属性，是关系国计民生的重要基础设施，因而中心化的机构组织很难获得各方认可，采用去中心化、去信任的点对点方式在智能设备或能源主体之间直接交易，具有良好的成本优势和较高的可行性，而全球能源区块链将有助于在没有中介信任的前提下，在不同主体之间建立可信平等的直接交易，获得各方认可。通过构建“全球能源区块链”,并使之成为全球能源互联网公共基础信息平台，支持国家或机构平等接入，实现各国之间公平、点对点、可信、实时能源调度和交易，使我国处于全球能源互联网的主导核心地位。基于特高压+智能电网，实现”一极一道”清洁能源与世界各地消费者之间的无缝连接，实现跨国跨地域直接点对点交易。用户坐在家中可以选择使用国外的清洁能源，而区块链则辅助完成各项操作，包括调度交易等过程。
综上所述，全面考虑全球能源互联网建设和运行中的安全、效率问题，现有技术存在的问题是：全球能源互联网面临着不同国家或主体之间能源交易信任缺失和中心化问题，需要一种满足去中心化、去信任、去中介的调度交易机制，实现多主体分布式决策，从而得到各方认同支持。另外，随着能源互联网的发展，能源系统与信息系统深度融合，各类信息安全问题更容易渗透，全球能源互联网系统面临着严重的安全和效率问题，易引发系统故障。比如在2016 年乌克兰停电事故中，黑客获取了变电站监控系统服务器的操作权限，进行了恶意倒闸操作，切除了变电站所带负荷。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法。其核心思想描述如下：将涵盖多个国家、机构的能源生产者、传输者、消费者统一接入全球能源区块链，利用区块链及智能合约技术自动记录和保存所有生产、消费、传输数据，同时基于区块链中存储的不可篡改大数据，预测、分析各类用户行为，比如根据天气和历史数据预测光伏太阳能的发电能力，分析用户的能源消费行为并预测能源需求等。在全面掌握准确实时供需信息的基础上，实现基于拜占庭容错共识机制的分布式调度策略，能源调度由中心化向分布式转变，各方用户机构广泛参与，利用群体智慧提高调度及交易的精准度和效率。
本发明是这样实现的，一种基于基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法，所述基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法包括：
步骤一，各种清洁能源设备准确预测下一个时段的发电量，主要采取基于大数据的预测方法，数据存储全球能源区块链中，其中包括天气数据、历史数据及设备状态数据等，构建基于大数据的预测模型；
步骤二，与清洁设备连接且内置智能合约的设备装置向全球能源区块链网络预选节点发送请求确认，预选节点间利用拜占庭容错共识算法进行共识(具体过程如图3所示)，并将共识结果返回智能设备；(说明：智能合约是一组自动执行的计算机程序，是区块链的重要特性之一，是可编程交易的技术基础。)
步骤三，利用智能合约自动将达成共识后的清洁能源发电信息写入全球能源区块链，并永久加密保存，其他设备或节点可以读取区块链中的数据；
步骤四，用电客户根据自己的生产生活需要，预估用电需求，并将某个时段的用电需求信息发送给智能合约设备；
步骤五，内置智能合约的设备向区块链预选节点发送此客户需求信息，由所有预选节点共识确认；
步骤六，确认后的信息由智能合约自动写入全球能源区块链，并永久加密存储，其他设备或节点可以读取区块链中的数据；至此步骤，在全球能源区块链中存储了经过共识机制确认的准确供需信息；
步骤七，预选节点根据记录在区块链中的供需信息，综合考虑储能、电动汽车等资源，采取路径最优化匹配策略和减少能源损耗的原则，确定能源最优化调度配置，详细过程如图4所示；
步骤八，调度的结果记入区块链，并驱动电力系统自动执行，支持能源路由器实现能源智能调度。
进一步，所述步骤二、五的共识过程基于拜占庭容错算法，包括：
(1)内置智能合约的智能设备向预选节点发送数据写入请求；
(2)预选节点将要写入数据发送给其他所有预选节点；
(3)预选节点分别分析自己收到的数据，依据历史数据及设备基本参数等信息，核对数据的准确性和可信度，分析结果即是否确认要写入数据发送给其他节点；
(4)预选节点根据自己接收到的确认信息及数据分析结果，确定是否要提交确认信息到智能设备，如果不确认则不发送；
(5)智能设备根据收到的应答信息，根据预先设定的规则达成共识，数据写入区块链，否则数据不能写入区块链，共识失败。
根据上述描述，如果系统中有3f+1个预选节点，那么共识过程可以容忍出现故障或欺诈的预选节点不超过f个。每一个客户端的请求需要5个阶段才能完成，通过采用两次两两交互的方式在预选节点达成一致之后再执行客户端的各项操作。
进一步，所述步骤七的分布式调度(如图4所示)利用收集到的供需信息，在供需之间建立匹配，实现能源的点对点直接交易。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述基于共识机制的分布式能源调度交易方法的新能源发电系统。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述基于共识机制的分布式能源调度交易方法的家用电器。
本发明的另一目的在于提供一种利用所述基于共识机制的分布式能源调度交易方法的电动汽车。
本发明利用全球能源区块链安全加密技术，某种程度上可以提高信息安全等级，抵御部分网络攻击。全球能源区块链可以从三方面增强信息安全性：拦截身份盗窃、防止数据篡改、阻止拒绝服务攻击。其中，通过去中心化透明的数据源，给用户提供了验证数据真实性的渠道，从而实现拦截身份盗窃；通过直接在区块链备份中验证密钥和签名，用区块链节点的透明、分布式证明替代私钥的保密性，防止数据篡改；通过分布式DNS将域名置于所有参与者的控制之下，使任何单个机构无法单独控制，阻止拒绝服务攻击。
通过构建基于全球能源区块链的全球能源互联网系统，在全球能源互联网系统中，当数十亿个设备自动交互信息时，全球能源区块链将发挥分布式账簿的作用。利用全球能源区块链在海量的智能设备之间建立了低成本的相互直接沟通的渠道；同时又通过去中心化的共识机制提高了全球能源互联网系统的安全性和私密性，利用可靠的数学加密算法保护用户的隐私；通过分布式决策，各个组织机构共同参与，提升认可度。最终实现全球能源互联网系统的自我管理和维护，将全球能源互联网系统转变为一个去中心化、自组织、自调节的系统，实现无需中介信任的点对点价值传输、安全的分布式数据共享，构造一个使用区块链技术的全球能源互联网分布式平台。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于共识机制的分布式能源调度交易方法流程图。
图2是本发明实施例提供的基于共识机制的分布式能源调度交易方法实现流程图。
图3是本发明实施例提供的基于共识机制的分布式能源调度交易方法的共识过程示意图。
图4是本发明实施例提供的基于共识机制的分布式能源调度交易方法的能源调度示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
全球能源区块链应采用联盟链(行业链)形式，即全球能源区块链由多个国家政府、组织机构、公司共同参与决策，具有多中心化特性，既继承了中心化架构的优势，又减轻了垄断问题。区块链由多个预选节点作为控制人，通过预选节点共识机制完成区块链的记账操作。全球能源区块链作为整个全球能源互联网的核心基础部分，各个系统组件通过智能合约将数据写入区块链，并利用区块链共识机制实现分布式能源调度交易，各种发电及消费设备通过智能合约自动连接全球能源区块链，自动完成数据记录、能源传输等操作。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
如图1所示，本发明实施案例提供的基于共识机制的分布式能源调度交易方法包括以下步骤：
S101：清洁能源的发电信息利用存储在区块链中的大数据预测在下一个时段的发电量；
S102：内置智能合约的设备向区块链网络预选节点发送请求确认，预选节点间利用拜占庭容错共识算法进行共识，并将确认结果返回智能设备；
S103：利用智能合约达成共识后的清洁能源发电信息写入区块链；
S104：各个用电客户将某个时段的用电需求信息发送给智能合约设备；
S105：内置智能合约的设备向区块链预选节点发送此客户需求信息，由所有预选节点共识确认；
S106：确认后的信息由智能合约写入区块链；
S107：预选节点根据记录在区块链中的供需信息，确定能源最优化调度配置；
S108：调度的结果记入区块链，并驱动电力系统自动执行。
下面结合附图对本发明的应用原理作进一步的描述。
如图2所示，本发明实施例提供的基于共识机制的分布式能源调度交易方法具体包括以下步骤：
(1)各种清洁能源的发电信息，比如”一极一道”的太阳能和风能，可利用存储在区块链中的大数据预测在下一个时段的发电量；
(2)通过内置智能合约技术的设备向区块链网络预选节点发送请求确认，预选节点间利用拜占庭容错共识算法进行共识，并将确认结果返回智能设备，具体共识过程如图4所示；
(3)利用智能合约，将达成共识后的清洁能源发电信息写入区块链，形式为“某设备某时段的发电信息”；
(4)各个用电客户，比如工厂等，将自己某个时段的用电需求信息发送给智能合约设备；
(5)内置智能合约的设备向区块链预选节点发送此客户需求信息，由所有预选节点共识确认；
(6)确认后的信息由智能合约写入区块链，形式为“某客户某时段需要消费信息”；
(7)预选节点根据记录在区块链中的供需信息，在满足电力或能源约束的条件下，考虑距离、时效及能源损耗的基础上，开展能源最优化调度配置，调度基于分布式共识算法；
(8)调度的结果记入区块链，并驱动电力系统自动执行，在能源过剩时，采用储能设备存储过剩能源；考虑储能周期、成本的基础上，合理调度储能资源，避免资源浪费。
在对全球能源区块链操作过程中，所有的写入操作需要由满足拜占庭容错机制的共识算法完成，其共识过程如图4所示；如图4所示，整个共识过程由所有预选节点参与，参照拜占庭容错算法实现，整个过程分为五个阶段：
(1)请求：某内置智能合约的智能设备向预选节点1发送数据写入请求；
(2)预准备：预选节点1将要写入数据发送给其他所有预选节点，比如图中的预选节点2-4，同时对数据进行分析是否确认；
(3)准备：预选节点2-4分别分析自己收到的数据，将分析结果即是否确认要写入的数据发送给其他节点，比如预选节点2将自己的确认信息发送给1、 3、4；
(4)提交：预选节点根据自己接收到的确认信息及数据分析结果，确定是否要提交确认信息到智能设备，如果不确认则不发送。
(5)应答：智能设备根据收到的应答信息，根据预先设定的规则，比如51％的预选节点确认，即达成共识，则数据写入区块链，否则数据不能写入区块链，共识失败。
全球能源区块链基础上的分布式调度示意图，利用收集到的精准供需信息，在供需之间建立最佳匹配，实现能源的点对点交易；在调度基础上，能源电力设备完成传输和转换。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法，其特征在于，所述基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法包括：
步骤一，清洁能源的发电信息利用存储在区块链中的大数据预测在下一个时段的发电量；
步骤二，内置智能合约的设备向区块链网络预选节点发送请求确认，预选节点间利用拜占庭容错共识算法进行共识，并将确认结果返回智能设备；
步骤三，利用智能合约将达成共识后的清洁能源发电信息写入区块链，整个过程自动完成，无需人工参与；
步骤四，用电客户将某个时段的用电需求信息发送给智能合约设备，本步骤可以由人工提交或用电设备依据历史数据自动提交；
步骤五，内置智能合约的设备向区块链预选节点发送此客户需求信息，由所有预选节点共识确认；
步骤六，确认后的信息由智能合约写入区块链，与步骤三类似，自动完成；
步骤七，预选节点根据记录在区块链中的供需信息，确定能源最优化调度配置；
步骤八，调度的结果记入区块链，并驱动电力系统自动执行，完成能源点对点直接交易。
2.如权利要求1所述的基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法，其特征在于，所述步骤二和五的共识包括：
(1)内置智能合约的智能设备向预选节点发送数据写入请求；
(2)预选节点将要写入数据发送给其他所有预选节点；
(3)预选节点分别分析自己收到的数据，分析结果即是否确认要写入的数据发送给其他节点；
(4)预选节点根据自己接收到的确认信息及数据分析结果，确定是否要提交确认信息到智能设备，如果不确认则不发送；
(5)智能设备根据收到的应答信息，根据预先设定的规则达成共识，数据写入区块链，否则数据不能写入区块链，共识失败。
3.如权利要求1所述的基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法，其特征在于，所述步骤七的分布式调度利用收集到的供需信息，在供需之间建立匹配，实现能源的点对点交易。
4.一种利用权利要求1～3任意一项所述基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法的光伏发电系统。
5.一种利用权利要求1～3任意一项所述基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法的家用电器。
6.一种利用权利要求1～3任意一项所述基于全球能源区块链的分布式能源调度交易方法的电动汽车。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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