CN108335202A - 一种基于区块链的分布式能源交易系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于区块链的分布式能源交易系统，包括客户端、公用账户、私链、发布模块、拍卖模块、校核模块、清算模块。运用以太坊智能合约技术，搭建了多边交易平台，实现配电网多边交易中的发布交易、密封报价、公开密封报价、拍卖和安全校核。该系统设计出了一种多交易请求、多响应报价的多边交易模式，建立了去中心化的配电网架构及市场出清模型。
Description
技术领域
本发明涉及区块链技术在分布式能源交易方面的应用，涉及一种基于区块链的分布式能源交易系统。
背景技术
传统上，配电系统分布式电源的运行管理采用“自发自用，余量上网”模式，即分布式电源优先满足自身需求，电网对分布式发电的“余量”按照既定价格全额收购。然而，这一模式的价格机制过于简单粗放，既难以有效应对分布式电源的间歇性和不确定性，又难以有效利用智能用户的弹性和需求响应潜力，长远来看不利于分布式电源合理布局与开发。
无论在学术界还是企业界，对区块链在电力系统中应用尚处于探索阶段；不少区块链公司提出电力交易在区块链上的解决方案，但这些方案将电力视为与大豆、矿石、贵金属等一样的大宗商品，并未在区块链上考虑电力系统特有的物理约束，例如功率、潮流、电压等等，因此交易方案在实际运行中并不可行。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的基于区块链的分布式能源交易系统。
为达到上述技术方案的效果，本发明的技术方案为：基于区块链的分布式能源交易系统，包含以下内容：
分布式能源交易系统包括客户端、公用账户、私链、发布模块、拍卖模块、校核模块、清算模块；
私链分别与发布模块、拍卖模块、校核模块、清算模块相连；
每个用户都配有客户端，客户端用于实现用户和分布式能源交易系统的人机交互；
用户在参与竞价之前需要交纳一笔保证金，成功交纳保证金的用户成为竞价者，可以参与能源交易；
公用账户用于存放用户交纳的保证金；
私链用于存储区块，私链上部署有智能合约，智能合约用于执行交易和传递信息；
发布模块用于保存竞价者的计划交易价格和计划交易电量；
拍卖模块用于修改竞价者的计划交易价格和计划交易电量、确认参与能源交易；
校核模块用于确定中标的竞价者、中标价格和中标电量；
清算模块用于计算收益；
分布式能源交易系统的交易过程包括以下步骤：
步骤1：用户交纳保证金成为竞价者；
步骤2：竞价者通过客户端输入计划交易价格和计划交易电量，并设置随机密码；随机密码是竞价者自定义的随机数；
步骤3：客户端将计划交易价格和计划交易电量发送给发布模块，发布模块调用智能合约，将计划交易价格用SHA256算法进行加密得到密封报价，计算方法如公式一：
公式一：K＝SHA256(SHA256(d)+SHA256(P)+SHA256(M))
其中，K为密封报价，取值是64个字符的字符串(十六进制)；d为随机密码，取值是任意数字或字母组成的随机数；M为计划交易电量，P为计划交易价格，M、P是正的有理数；
客户端将密封报价记录到区块中，并将区块存储到私链上；在报价截止时间之前，竞价者可以通过客户端多次修改计划交易价格和计划交易电量；报价截止时间由分布式能源交易系统的工作人员规定；竞价者不需要修改计划交易价格和计划交易电量时，可直接执行步骤5；竞价者需要修改计划交易价格和计划交易电量时，可多次执行步骤4，再执行步骤5；
步骤4：竞价者通过客户端输入计划交易价格和计划交易电量、以及随机密码；客户端将计划交易价格和计划交易电量、以及随机密码发送给拍卖模块；拍卖模块调用智能合约验证接收到的最近一次提交的计划交易价格和私链上存储的密封报价解密后的结果是否一致，如果一致，则在客户端的界面上提示竞价者输入调整后的计划交易价格和计划交易电量，并将竞价者输入调整后的计划交易价格和计划交易电量记录到区块中，再将区块存储到私链上；如果不一致，则竞价者不能调整计划交易价格和计划交易电量；
步骤5：报价截止时间之前，竞价者通过客户端启动拍卖模块，确认参加此次能源交易；
步骤6：到报价截止时间之后，分布式能源交易系统的工作人员输入此次能源交易的总电量，并启动校核模块；校核模块调用智能合约的过程包括：
1)校核模块首先查询到所有确认过参加此次能源交易的竞价者并将其作为有效竞价者，其他的竞价者则为无效竞价者；
2)校核模块查询到有效竞价者保存在私链上的最后一个区块中记录提交的计划交易价格和计划交易电量；
3)校核模块将有效竞价者按照其最后一个区块中记录的计划交易价格由高到低进行排序；
4)校核模块确定出中标截止者，中标截止者是有效竞价者中的一个或多个，且满足两个条件，条件1：排在中标截止者之前的有效竞价者最后一个区块中记录的计划交易电量的总和小于此次能源交易的总电量，条件2：中标截止者及其前面的所有有效竞价者的最后一个区块中记录的计划交易电量的总和不小于此次能源交易的总电量；
5)校核模块确定出中标的竞价者、中标价格和中标电量，并将其记录到区块中，并将区块存储到私链上，同时发送启动请求给清算模块；中标的竞价者包括中标截止者及其前面的所有有效竞价者；中标价格就是中标的竞价者最后一个区块中记录的计划交易价格；中标截止者前面的有效竞价者的中标电量就是其最后一个区块中记录的计划交易电量，中标截止者的中标电量就是此次能源交易的总电量减去所有中标截止者前面的有效竞价者的中标电量之后得到的差值；
步骤6：清算模块接收到启动请求，启动智能合约，计算每个竞价者的收益，计算方法为：
分布式能源交易系统将扣除无效竞价者M％的保证金，M的取值由分布式能源交易系统的工作人员确定；
清算模块查询出中标的竞价者存储在私链上的关于此次能源交易的所有区块，统计出区块的个数，并按时间顺序编号得到区块的编号，用公式二计算惩罚因子：
公式二：
其中，α为惩罚因子，取值是0～1之间的有理数；n为区块的个数，取值是正整数；i为区块的编号，取值是正整数；G是区块中记录的计划交易电量，Gi-1是编号为i-1的区块中记录的计划交易电量，Gi是编号为i的区块中记录的计划交易电量；H是区块中记录的计划交易价格，Hi-1是编号为i-1的区块中记录的计划交易价格，Hi是编号为i的区块中记录的计划交易价格；G、Gi-1、Gi、H、Hi-1、Hi是正的有理数；
中标的竞价者的收益就是惩罚因子、中标价格和中标电量三者的乘积。
本发明的有益成果为：本发明提供了一种基于区块链的分布式能源交易系统，包括客户端、公用账户、私链、发布模块、拍卖模块、校核模块、清算模块。运用以太坊智能合约技术，搭建了多边交易平台，实现配电网多边交易中的发布交易、密封报价、公开密封报价、拍卖和安全校核。该系统设计出了一种多交易请求、多响应报价的多边交易模式，建立了去中心化的配电网架构及市场出清模型。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。具体方法如下：
实施例：本实施例举例说明了基于区块链的分布式能源交易系统的工作过程，如下：
分布式能源交易系统的用户包括A、B、C、D、E，A和B为居民，C、D和E为写字楼；
分布式能源交易系统的交易过程包括以下步骤：
步骤1：用户交纳保证金成为竞价者；保证金存放在公用账户中；
步骤2：竞价者通过客户端输入计划交易价格和计划交易电量，并设置随机密码；随机密码是竞价者自定义的随机数；
步骤3：客户端将计划交易价格和计划交易电量发送给发布模块，发布模块调用智能合约，将计划交易价格用SHA256算法进行加密得到密封报价，表1中列出了5个竞价者的密封报价；
表1：竞价者的密封报价
客户端将密封报价记录到区块中，并将区块存储到私链上；在报价截止时间之前，竞价者可以通过客户端多次修改计划交易价格和计划交易电量；报价截止时间由分布式能源交易系统的工作人员规定；竞价者不需要修改计划交易价格和计划交易电量时，可直接执行步骤5；竞价者需要修改计划交易价格和计划交易电量时，可多次执行步骤4，再执行步骤5；
步骤4：竞价者通过客户端输入计划交易价格和计划交易电量、以及随机密码；客户端将计划交易价格和计划交易电量、以及随机密码发送给拍卖模块；拍卖模块调用智能合约验证接收到的最近一次提交的计划交易价格和私链上存储的密封报价解密后的结果是否一致，如果一致，则在客户端的界面上提示竞价者输入调整后的计划交易价格和计划交易电量，并将竞价者输入调整后的计划交易价格和计划交易电量记录到区块中，再将区块存储到私链上；如果不一致，则竞价者不能调整计划交易价格和计划交易电量；
步骤5：报价截止时间之前，竞价者通过客户端启动拍卖模块，确认参加此次能源交易；
步骤6：到报价截止时间之后，分布式能源交易系统的工作人员输入此次能源交易的总电量，并启动校核模块；校核模块调用智能合约的过程包括：
1)校核模块首先查询到所有确认过参加此次能源交易的竞价者并将其作为有效竞价者，其他的竞价者则为无效竞价者；
2)校核模块查询到有效竞价者保存在私链上的最后一个区块中记录提交的计划交易价格和计划交易电量；
3)校核模块将有效竞价者按照其最后一个区块中记录的计划交易价格由高到低进行排序；
4)校核模块确定出中标截止者，中标截止者是有效竞价者中的一个或多个，且满足两个条件，条件1：排在中标截止者之前的有效竞价者最后一个区块中记录的计划交易电量的总和小于此次能源交易的总电量，条件2：中标截止者及其前面的所有有效竞价者的最后一个区块中记录的计划交易电量的总和不小于此次能源交易的总电量；
5)校核模块确定出中标的竞价者、中标价格和中标电量，并将其记录到区块中，并将区块存储到私链上，同时发送启动请求给清算模块；中标的竞价者包括中标截止者及其前面的所有有效竞价者；中标价格就是中标的竞价者最后一个区块中记录的计划交易价格；中标截止者前面的有效竞价者的中标电量就是其最后一个区块中记录的计划交易电量，中标截止者的中标电量就是此次能源交易的总电量减去所有中标截止者前面的有效竞价者的中标电量之后得到的差值；
步骤6：清算模块接收到启动请求，启动智能合约，计算每个竞价者的收益，计算方法为：
分布式能源交易系统将扣除无效竞价者M％的保证金，M的取值由分布式能源交易系统的工作人员确定；
清算模块查询出中标的竞价者存储在私链上的关于此次能源交易的所有区块，统计出区块的个数，并按时间顺序编号得到区块的编号，中标的竞价者的收益就是惩罚因子、中标价格和中标电量三者的乘积，表2列出了5次能源交易中中标的竞价者的收益。
表2 中标的竞价者的收益
本发明的有益成果为：本发明提供了一种基于区块链的分布式能源交易系统，包括客户端、公用账户、私链、发布模块、拍卖模块、校核模块、清算模块。运用以太坊智能合约技术，搭建了多边交易平台，实现配电网多边交易中的发布交易、密封报价、公开密封报价、拍卖和安全校核。该系统设计出了一种多交易请求、多响应报价的多边交易模式，建立了去中心化的配电网架构及市场出清模型。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求保护范围。同时以上说明，对于相关技术领域的技术人员应可以理解及实施，因此其他基于本发明所揭示内容所完成的等同改变，均应包含在本权利要求书的涵盖范围内。
Claims (1)
1.一种基于区块链的分布式能源交易系统，其特征在于，包含以下内容：
分布式能源交易系统包括客户端、公用账户、私链、发布模块、拍卖模块、校核模块、清算模块；
所述私链分别与所述发布模块、所述拍卖模块、所述校核模块、所述清算模块相连；
每个用户都配有所述客户端，所述客户端用于实现用户和所述分布式能源交易系统的人机交互；
用户在参与竞价之前需要交纳一笔保证金，成功交纳所述保证金的用户成为竞价者，可以参与能源交易；
所述公用账户用于存放用户交纳的保证金；
所述私链用于存储区块，所述私链上部署有智能合约；
所述发布模块用于保存所述竞价者的计划交易价格和计划交易电量；
所述拍卖模块用于修改所述竞价者的计划交易价格和计划交易电量、确认参与所述能源交易；
所述校核模块用于确定中标的竞价者、中标价格和中标电量；
所述清算模块用于计算收益；
所述分布式能源交易系统的交易过程包括以下步骤：
步骤1：用户交纳所述保证金成为所述竞价者；
步骤2：所述竞价者通过所述客户端输入所述计划交易价格和计划交易电量，并设置随机密码；所述随机密码是所述竞价者自定义的随机数；
步骤3：所述客户端将所述计划交易价格和计划交易电量发送给所述发布模块，所述发布模块调用所述智能合约，将所述计划交易价格用SHA256算法进行加密得到密封报价，计算方法如公式一：
公式一：K＝SHA256(SHA256(d)+SHA256(P)+SHA256(M))
其中，K为所述密封报价，取值是64个字符的字符串(十六进制)；d为所述随机密码，取值是任意数字或字母组成的随机数；M为所述计划交易电量，P为所述计划交易价格，所述M、所述P是正的有理数；
所述客户端将所述密封报价记录到所述区块中，并将所述区块存储到所述私链上；在报价截止时间之前，所述竞价者可以通过所述客户端多次修改所述计划交易价格和计划交易电量；所述报价截止时间由所述分布式能源交易系统的工作人员规定；所述竞价者不需要修改所述计划交易价格和计划交易电量时，可直接执行步骤5；所述竞价者需要修改所述计划交易价格和计划交易电量时，可多次执行步骤4，再执行步骤5；
步骤4：所述竞价者通过所述客户端输入所述计划交易价格和计划交易电量、以及所述随机密码；所述客户端将所述计划交易价格和计划交易电量、以及所述随机密码发送给所述拍卖模块；所述拍卖模块调用所述智能合约验证接收到的所述计划交易价格和所述私链上存储的所述密封报价解密后的结果是否一致，如果一致，则在所述客户端的界面上提示所述竞价者输入调整后的计划交易价格和计划交易电量，并将所述调整后的计划交易价格和计划交易电量记录到所述区块中，再将所述区块存储到所述私链上；如果不一致，则所述竞价者不能调整所述计划交易价格和计划交易电量；
步骤5：所述报价截止时间之前，所述竞价者通过所述客户端启动所述拍卖模块，确认参加此次能源交易；
步骤6：到所述报价截止时间之后，所述分布式能源交易系统的工作人员输入所述此次能源交易的总电量，并启动所述校核模块；所述校核模块调用所述智能合约的过程包括：
1)所述校核模块首先查询到所有确认过参加所述此次能源交易的竞价者并将其作为有效竞价者，其他的所述竞价者则为无效竞价者；
2)所述校核模块查询到所述有效竞价者保存在所述私链上的最后一个区块中记录提交的计划交易价格和计划交易电量；
3)所述校核模块将所述有效竞价者按照其最后一个区块中记录的计划交易价格由高到低进行排序；
4)所述校核模块确定出中标截止者，所述中标截止者是所述有效竞价者中的一个或多个，且满足两个条件，条件1：排在所述中标截止者之前的所述有效竞价者最后一个区块中记录的计划交易电量的总和小于所述此次能源交易的总电量，条件2：所述中标截止者及其前面的所有所述有效竞价者的最后一个区块中记录的计划交易电量的总和不小于所述此次能源交易的总电量；
5)所述校核模块确定所述出中标的竞价者、所述中标价格和所述中标电量，将其记录到所述区块中，并将所述区块存储到所述私链上，同时发送启动请求给所述清算模块；所述中标的竞价者包括所述中标截止者及其前面的所有所述有效竞价者；所述中标价格就是所述中标的竞价者最后一个区块中记录的计划交易价格；所述中标截止者前面的有效竞价者的中标电量就是其最后一个区块中记录的计划交易电量，所述中标截止者的中标电量就是所述此次能源交易的总电量减去所有所述中标截止者前面的有效竞价者的中标电量之后得到的差值；
步骤6：所述清算模块接收到所述启动请求后，启动所述智能合约，计算每个所述竞价者的收益，计算方法为：
所述分布式能源交易系统将扣除所述无效竞价者M％的保证金，所述M的取值由所述分布式能源交易系统的工作人员确定，取值范围是0～100之间的有理数；
所述清算模块查询出所述中标的竞价者存储在所述私链上的和所述此次能源交易相关的所有区块，统计出区块的个数，并按时间顺序编号后得到区块的编号，用公式二计算惩罚因子：
公式二：
其中，α为所述惩罚因子，取值是0～1之间的有理数；n为所述区块的个数，取值是正整数；i为所述区块的编号，取值是正整数；G是区块中记录的计划交易电量，Gi-1是编号为i-1的区块中记录的计划交易电量，Gi是编号为i的区块中记录的计划交易电量；H是区块中记录的计划交易价格，Hi-1是编号为i-1的区块中记录的计划交易价格，Hi是编号为i的区块中记录的计划交易价格；所述G、所述Gi-1、所述Gi、所述H、所述Hi-1、所述Hi的取值均是正的有理数；
所述中标的竞价者的收益就是所述惩罚因子、所述中标价格和所述中标电量三者的乘积。
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