CN108491980A - 基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，包括以下步骤：建立分布式电源管理系统；搭建区块链服务的微电网云平台；判断微电网内部电能供需是否平衡，是则进行主动电能质量态势感知控制，否则进入下一步骤；在电能交易数据库对证据进行挖掘，利用D‑S证据理论对智能节点交易进行决策，符合交易条件则进入下一步骤；确定智能节点交易合约内容，进行编码；各智能节点交易达成共识，确定各交易的输入与输出；判断交易是否安全，若安全，则交易结束，若不安全，则返回重新设计交易合约内容。本发明将区域内部的分布式电源管理系统和外部的云区块链服务平台高效互联，保证微电网片区的智能节点电能利用的高效性和实时性。

Description

基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法
技术领域
本发明涉及一种基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法。
背景技术
在目前具有间歇性和分布集中的可再生能源快速发展的背景下，微电网以其方便就地消耗能源、成本较低和交易方式多样且具有较高重构性的优势受到普遍关注。微电网交易过程中由于分布式能源的随机性与间歇性电力资源的价格存在着波动过程，微电网的能源利用率和消耗效率问题更为突出，因此微电网交易机制应该具备一定的智能性和灵活性以引导用户合理转移和消纳新能源。
微电网传统的交易对象一般是电力用户和电力局，在智能化微电网电力市场当中，交易的对象可以升级为具有一定利益导向的智能节点，智能节点不仅包括常规的交易对象，还包括一些智能化设备单元。微电网原有的DG接口变流器也升级为遵循IEC6185090-7标准的先进变流器，即具有电能质量调节、微电网节点电压和频率以及有功功率预测控制功能的先进变流器，使得变流器系统和其他智能设备一起在交易过程中承担更多职责。
申请号为201510553187.2的发明专利公开了一种基于马尔科夫决策过程的变流器统一控制策略的方法。其中变流器通过马尔科夫状态机进行决策，电网侧发出电价曲线，变流器控制器根据当前电路电能质量状态以及MDP模型的最优策略得出变流器最优运行行为。
申请号为201510496976.7的发明专利公开了一种微电网电能随机匹配交易方法。大电网将交易信息传至各微电网，微电网各决策方参与并制定市场参数，开启随机交易市场，通过参与者上报、运营者下发结果以及实时交易等一系列过程，最后交易结束，进行数据清算以及价格补贴。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种安全可靠、实时高效的基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，包括以下步骤：
步骤一：微电网区域内部建立分布式电源管理系统，收集分布式电源出力情况、储能设备充放电情况、各智能电力用户的电力数据，产生的电能以实时电价对电能进行虚拟化定量，进入步骤二；
步骤二：搭建区块链服务的微电网云平台，各区域智能节点在云平台进行登记、注册，进入步骤三；
步骤三：分布式电源管理系统判断微电网内部电能供需平衡情况，微电网区域内部电能若能保持平衡则进入步骤四，不能保持平衡，则进入步骤五；
步骤四：微电网区域内部对外界不进行电能交易，先进变流器系统进行主动电能质量态势感知控制，微电网区域内部形成稳定环境；
步骤五：云平台挖掘过去某一时间段交易决策过程中母线断路器、先进变流器系统、储能设备、可切除负荷交易情况的具体账本信息做为决策模型的证据来源，并利用D-S证据理论对智能节点交易进行决策，判断是否符合交易条件，若符合交易条件，则进入步骤六；
步骤六：确定智能节点交易合约内容，进行编码，进入步骤七；
步骤七：各智能节点交易达成共识，确定各交易的输入与输出，进入步骤八；
步骤八：判断交易是否安全，若安全，则进入步骤九，若不安全，则返回步骤六，重新设计交易合约内容；
步骤九：交易周期结束后，由电力数据和合同内容进行价值转移，完成智能节点双方的资金交易。
上述基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，所述步骤二中，云平台包括云基础设施层、云平台层、云应用层和云终端层。
上述基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，所述步骤二中，智能节点在云平台进行登记、注册后，云平台返回给智能节点一对公钥和私钥；公钥做为用户在云平台上的账户地址，私钥做为操作该账户的唯一钥匙。
上述基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，所述步骤四中，先进变流器系统进行主动电能质量态势感知控制的过程为，建立微电网马尔科夫决策模型，具体包括电能质量需求状态模型、变流器运行模式模型、转移概率矩阵模型、收益矩阵模型；微电网通过先进变流器进行控制，以便于进行态势感知与利导过程，提前预测选择相应模式保持系统稳定。
上述基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，所述步骤五中的决策模型为，
设函数M是满足下列条件的映射：
不可能事件的基本概率是0，辨识框架集合设为Ω，即M(Φ)＝0；2Ω中全部元素的基本概率之和为1，即∑M(A)＝1，则称M是2Ω上的概率分配函数，M(A)称为A的基本概率数；其中设M1和M2是两个概率分配函数，则其正交和M＝M1+M2定义为：
其中
由(1)推广到一般地，M＝M1+M2+…+Mn定义为：
其中
当集合元素满足
其中，x为最终判断依据量，ε1、ε2为预先设定门限；满足以上交易条件时，交易需求触发。
上述基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，所述步骤六具体过程为，两个智能节点存在交易需求，交易一方发出含有交易内容的智能合约发布在云平台上，并设置交易条件并进行编码，交易条件包括交易金额、收款人地址以及公钥，参与者分别用各自私钥进行签名，以确保合约的有效性与强制执行性。
上述基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，所述步骤七具体过程为，云平台将交易内容打包成一个合约集合，并算出这个合约集合的Hash值，最后将这个合约集合的Hash值组装成一个区块结构，扩散到云平台全网，每个智能节点都会收到一份；其它智能节点验证节点收到这个区块结构后，会把里面包含的合约集合的Hash取出来，与自己保存的合约集合进行比较；同时发送一份自己认可的合约集合给其它智能节点的验证节点；通过多轮发送和比较，所有的验证节点最终对最新的合约集合达成一致，形成共识；
交易池中智能节点参与者综合上一个区块的Hash值，上一个区块生成之后，新的交易数据通过随机数X进行挖矿，一起打包至新的候选区块，要求新区块Hash值满足挖矿条件，最后形成新区块，交易数据进入云平台。
上述基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，所述步骤七中，利用账户模型分析每个交易的输入与输出，未经使用的交易的输出模型被新交易作为合法输入，交易方A输送一部分电能至B，输入是他人向A的输出，输出是B账户可以使用该交易，接着A签名确认。
上述基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，所述步骤八中，检查地址是否合法、发起交易方是否是输入地址的合法拥有者、账户是否被锁定、是否满足电网物理层安全需要，若检查全部通过，则交易安全，否则交易不安全。
本发明的有益效果在于：本发明提供一种基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，首先对云平台里面的交易数据进行处理与计算，获得不同智能节点对其他用户发出交易合约的概率模型，再通过引入D-S证据理论对用户是否需要参与交易进行自动化决策，最后获得智能节点交易决策结果，以实现微电网智能交易以及决策过程，保证了电能交易的安全性和可靠性，将区域内部的分布式电源管理系统和外部的云区块链服务平台高效互联，保证微电网片区的智能节点电能利用的高效性和实时性。
附图说明
图1为本发明的流程图。
图2为本发明微电网云区块链服务平台的信息模型图。
图3为本发明微电网区域间的交易构架图。
图4为本发明智能节点间交易决策的循环机制图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1所示，一种基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，包括以下步骤：
步骤一：微电网区域内部建立分布式电源管理系统，收集分布式电源出力情况、储能设备充放电情况、各智能电力用户的电力数据，产生的电能以实时电价对电能进行虚拟化定量，进入步骤二。
假定微电网中包含先进变流器系统(AI)、光伏发电装置单元(PV)、风力发电单元(WT)储能单元(ES)、可切除负荷单元(IE)以及断路控制器(BC)。智能节点对微电网各区域电力物理单元进行智能化管理，并且可以根据利益需求选择相应的工作状态，同时也可以根据内部能源需要对外进行电能交易。
微电网拓扑实际是以一组分布式发电设备为一个单独区域的分割网络，从而微电网系统可以被细分为若干个区域。智能节点是指在普通电力用户或者设备的基础上引入智能管理系统，使其作为交易网络中的一个节点，以便于电力能源虚拟化交易与管理的智能化。
步骤二：搭建区块链服务的微电网云平台，云平台包括云基础设施层(IaaS)、云平台层(PaaS)、云应用层(SaaS)、云终端层。如图2所示，图2中详细介绍了云基础设施层(IaaS)、云平台层(PaaS)、云应用层(SaaS)、云终端层的具体构成情况。
区块链技术的核心是分布式账本技术，采用保密性强的哈希函数，对数据进行秘钥管理。各节点利用工作量证明(PoW)等共识机制对数据进行处理与共识，待数据通过共识后进行分布式储存。各主体经过交易池进行挖矿形成区块链，并通过分布式账本数据库共享用能数据、交易数据以及运行参数。
各区域智能节点在云平台进行登记、注册，登记、注册后，云平台返回给智能节点一对公钥和私钥；公钥做为用户在云平台上的账户地址，私钥做为操作该账户的唯一钥匙；
云平台上配置好channel、orderer、application和consortiums四个组的参数，可以通过命令查看该区块内的通道配置部分，系统通道名称采用testchainid，通道采用树状图。
步骤三：分布式电源管理系统判断微电网内部电能供需平衡情况，微电网区域内部电能若能保持平衡则进入步骤四，不能保持平衡，则进入步骤五。
步骤四：微电网区域内部对外界不进行电能交易，系统建立微电网马尔科夫决策模型，具体包括电能质量需求状态模型、变流器运行模式模型、转移概率矩阵模型、收益矩阵模型。微电网通过先进变流器进行控制，以便于进行态势感知与利导过程，提前预测选择相应模式保持系统稳定。
步骤五：智能节点间具有可行的交易条件，云平台挖掘过去某一时间段交易决策过程中母线断路器、先进变流器系统、储能设备、可切除负荷交易情况的具体账本信息做为决策模型的证据来源，并利用D-S证据理论对智能节点交易进行决策，判断是否符合交易条件，若符合交易条件，则进入步骤六。
微电网云平台上，实际交易具有随机性。上述证据均由云平台数据处理系统对于分布式账本进行数据挖掘获取。设函数M是满足下列条件的映射：
不可能事件的基本概率是0，即M(Φ)＝0；2Ω中全部元素的基本概率之和为1，即∑M(A)＝1，则称M是2Ω上的概率分配函数，M(A)称为A的基本概率数；其中设M1和M2是两个概率分配函数，则其正交和M＝M1+M2定义为：
其中
由(1)推广到一般地，M＝M1+M2+…+Mn定义为：
其中
当集合元素满足
其中，x为最终判断依据量，ε1、ε2为预先设定门限；满足以上交易条件时，交易需求触发。
步骤六：确定智能节点交易合约内容，进行编码。两个智能节点存在交易需求，交易一方发出含有交易内容的智能合约发布在云平台上，并设置交易条件并进行编码，交易条件包括交易金额、收款人地址以及公钥，参与者分别用各自私钥进行签名，以确保合约的有效性与强制执行性。
合约数据通过M2M的方式在云平台全网中扩散，每个智能节点都会收到一份；云平台中的验证节点会将收到的合约先保存到内存中，等待新一轮的共识时间，触发对该份合约的共识和处理。
步骤七：各智能节点交易达成共识，确定各交易的输入与输出。云平台将交易内容打包成一个合约集合，并算出这个合约集合的Hash值，最后将这个合约集合的Hash值组装成一个区块结构，扩散到云平台全网，每个智能节点都会收到一份；其它智能节点验证节点收到这个区块结构后，会把里面包含的合约集合的Hash取出来，与自己保存的合约集合进行比较；同时发送一份自己认可的合约集合给其它智能节点的验证节点；通过多轮发送和比较，所有的验证节点最终在规定的时间内对最新的合约集合达成一致，形成共识；
交易池中智能节点参与者综合上一个区块的Hash值，在上一个区块生成之后，新的交易数据通过随机数X进行挖矿，一起打包至新的候选区块，要求新区块Hash值满足挖矿条件，最后形成新区块，交易数据进入云平台。
利用账户模型分析每个交易的输入与输出，未经使用的交易的输出模型被新交易作为合法输入，交易方A输送一部分电能至B，输入是他人向A的输出，输出是B账户可以使用该交易，接着A签名确认。
步骤八：判断交易是否安全，检查地址是否合法、发起交易方是否是输入地址的合法拥有者、账户是否被锁定、是否满足电网物理层安全需要，若检查全部通过，则交易安全，否则交易不安全，若安全，则进入步骤九，若不安全，则返回步骤六，重新设计交易合约内容；
步骤九：交易完成，打包进入云平台，交易周期结束后，由电力数据和合同内容进行价值转移，通过以太坊钱包转账的形式完成智能节点双方的资金交易。
在云区块链服务平台上的虚拟仪表盘可以直观监督管理各智能节点的交易数据，用户可以通过Web界面获取以及访问分布式账本数据资源，进入Dashboard可以看到属于智能节点的区块链网络，以便于及时检查其他用户的交易状态以及服务凭证。

Claims (9)

1.一种基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，包括以下步骤：
步骤一：微电网区域内部建立分布式电源管理系统，收集分布式电源出力情况、储能设备充放电情况、各智能电力用户的电力数据，产生的电能以实时电价对电能进行虚拟化定量，进入步骤二；
步骤二：搭建区块链服务的微电网云平台，各区域智能节点在云平台进行登记、注册，进入步骤三；
步骤三：分布式电源管理系统判断微电网内部电能供需平衡情况，微电网区域内部电能若能保持平衡则进入步骤四，不能保持平衡，则进入步骤五；
步骤四：微电网区域内部对外界不进行电能交易，先进变流器系统进行主动电能质量态势感知控制，微电网区域内部形成稳定环境；
步骤五：云平台挖掘过去某一时间段交易决策过程中母线断路器、先进变流器系统、储能设备、可切除负荷交易情况的具体账本信息做为决策模型的证据来源，并利用D-S证据理论对智能节点交易进行决策，判断是否符合交易条件，若符合交易条件，则进入步骤六；
步骤六：确定智能节点交易合约内容，进行编码，进入步骤七；
步骤七：各智能节点交易达成共识，确定各交易的输入与输出，进入步骤八；
步骤八：判断交易是否安全，若安全，则进入步骤九，若不安全，则返回步骤六，重新设计交易合约内容；
步骤九：交易完成，打包进入云平台，交易周期结束后，由电力数据和合同内容进行价值转移，完成智能节点双方的资金交易。
2.根据权利要求1所述的基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，其特征在于：所述步骤二中，云平台包括云基础设施层、云平台层、云应用层和云终端层。
3.根据权利要求1所述的基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，其特征在于：所述步骤二中，智能节点在云平台进行登记、注册后，云平台返回给智能节点一对公钥和私钥；公钥做为用户在云平台上的账户地址，私钥做为操作该账户的唯一钥匙。
4.根据权利要求1所述的基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，其特征在于：所述步骤四中，先进变流器系统进行主动潮流态势感知控制的过程为，建立微电网马尔科夫决策模型，具体包括电能质量需求状态模型、变流器运行模式模型、转移概率矩阵模型、收益矩阵模型；微电网通过先进变流器进行控制，以便于进行态势感知与利导过程，提前预测选择相应模式保持系统稳定。
5.根据权利要求1所述的基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，其特征在于：所述步骤五中的决策模型为，
设函数M是满足下列条件的映射：
不可能事件的基本概率是0，辨识框架集合设为Ω，即M(Φ)＝0；集合2Ω中全部元素的基本概率之和为1，即则称M是2Ω上的概率分配函数，M(A)称为A的基本概率数；其中设M1和M2是两个概率分配函数，则其正交和M＝M1+M2定义为：
其中
由(1)推广到一般地，M＝M1+M2+…+Mn定义为：
其中
当集合元素满足
其中，x为最终判断依据量，ε1、ε2为预先设定门限；满足以上交易条件时，交易需求触发。
6.根据权利要求1所述的基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，其特征在于：所述步骤六具体过程为，两个智能节点存在交易需求，交易一方发出含有交易内容的智能合约发布在云平台上，并设置交易条件并进行编码，交易条件包括交易金额、收款人地址以及公钥，参与者分别用各自私钥进行签名，以确保合约的有效性与强制执行性。
7.根据权利要求1所述的基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，其特征在于：所述步骤七具体过程为，云平台将交易内容打包成一个合约集合，并算出这个合约集合的Hash值，最后将这个合约集合的Hash值组装成一个区块结构，扩散到云平台全网，每个智能节点都会收到一份；其它智能节点验证节点收到这个区块结构后，会把里面包含的合约集合的Hash取出来，与自己保存的合约集合进行比较；同时发送一份自己认可的合约集合给其它智能节点的验证节点；通过多轮发送和比较，所有的验证节点最终对最新的合约集合达成一致，形成共识；
交易池中智能节点参与者综合上一个区块的Hash值，在上一个区块生成之后，新的交易数据通过随机数X进行挖矿，一起打包至新的候选区块，要求新区块Hash值满足挖矿条件，最后形成新区块，交易数据进入云平台。
8.根据权利要求1所述的基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，其特征在于：所述步骤七中，利用账户模型分析每个交易的输入与输出，未经使用的交易的输出模型被新交易作为合法输入，交易方A输送一部分电能至B，输入是他人向A的输出，输出是B账户可以使用该交易，接着A签名确认。
9.根据权利要求1所述的基于云区块链服务平台的微电网智能节点交易决策方法，其特征在于：所述步骤八中，检查地址是否合法、发起交易方是否是输入地址的合法拥有者、账户是否被锁定、是否满足电网物理层安全需要，若检查全部通过，则交易安全，否则交易不安全。
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