CN108920558B - 一种基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统及方法，由多个能源交易与供给节点构成区块链网络，在区块链网络中部署智能合约，所述智能合约为区块链网络的各个节点的发电能量、储能容量都被自动的控制着，以达到平衡供给和需求；搭建一个预测模型，并将预测模型得到的预测结果同步发送给区块链网络的每个节点；提前指导链上关于电力供需的指导动作,并被记录在区块链上。本发明系统和方法采用区块链技术建立一个分布式的能源交易和供给系统，交易数据和预测分析结果在区块链上以一个防篡改的方式进行记录并进行去中心化的分布式存储，分布式能源交易具备公开、透明，同时提升分布式能源效率。

Description

一种基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统及方法
技术领域
本发明涉及分布式能源交易领域，具体涉及一种基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统及方法。
背景技术
目前的分布式能源交易系统大多采用中心式数据存储，集中存放所有交易细节，造成能源交易的安全性、稳定性被扼于一处，一旦系统瘫痪或被攻陷，会存在数据被篡改、丢失等风险，势必造成不可挽回的损失。在完全中心化的系统中，分布式能源市场中各个主体的私有信息得不到全面的保障，财务相关信息、行为相关信息等，在一定程度上处于直接或者间接的被任意调取和访问之下，隐私问题未被真正重视，中心化的能源的调度和交易很难获得各方完全认可。
另外，用户之间的能源交易，物理网络上能源流通，各个单元的产能方案存在着不匹配、不协调的情况。能源传输、价值转换和资源变现分属于电网中心、通讯公司和银行机构，需要三者协同工作才能完成整个交易过程，整个过程复杂烦琐。
区块链(Block chain)技术是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术的新型应用模式。所谓共识机制是区块链系统中实现不同节点之间建立信任、获取权益的数学算法，其特点是去中心化、公开透明。区块链是比特币的一个重要概念，它本质上是一个去中心化的数据库，同时作为比特币的底层技术。区块链是一串使用密码学方法相关联产生的数据块，每一个数据块中包含了一次比特币网络交易的信息，用于验证其信息的有效性(防伪)和生成下一个区块。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术问题，提出一种基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统及方法。
为达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统，所述分布式能源交易与供给管理系统包括多个能源交易与供给节点，每个能源交易与供给节点为分布式能源发电的独立个体；每任意两个能源交易与供给节点之间可以直接通过点对点网络进行能源交易，多个能源交易与供给节点构成区块链网络；
所述能源交易与供给节点包含发电装置和储能装置；
在区块链网络中部署智能合约，所述智能合约为区块链网络的各个节点的发电能量、储能容量都被自动的控制着，以达到平衡供给和需求；
所述分布式能源交易与供给管理系统内的交易数据在区块链上以一个防篡改的方式进行记录，并采用分布式记账的方式存储在所述能源交易与供给节点中；
所述分布式能源交易与供给管理系统还搭建一个预测模型，并将预测模型得到的预测结果同步发送给区块链网络的每个节点；提前指导链上关于电力供需的指导动作，所述指导动作也会被记录在区块链上。
进一步的，所述预测模型包含一个独立的数据挖掘引擎；所述数据挖掘引擎与区块链网络节点的数据进行t+1模式的交互。
上述的t+1模式是指区块链网络节点的历史数据传回数据挖掘引擎；利用adboost算法对历史数据中记录的各数据建模，建立分类模型，预测电力的供需差异情况，将区块链网络节点回传目标数据，所述目标数据为电力供需缺口，所述目标数据的数量范围为数量范围为整个实数域。
在本发明实施例中，进一步，通过adboost算法建立分类模型，即在“某种具体的时间段”、“某种具体的用电行为”，“具体的电流电压表现”之下，“是否会发生电力供需的不平衡”以及“供需的缺口数量的大致范围，所述供需的缺口数量的大致范围是指可能的供给量-可能的需求量；所述缺口可正可负，正代表供给可能过剩，负代表供给不足，通过分析，准确的把握电力供需的变动情况。
其中，用于建模的数据包括具体的用电类型、时间戳、供给量，需求量，电流，电压与具体电力使用情况有关的数据。
所述预测模型将分析结果打包为消息模式记录在区块链网络节点上，并广播至每个几点，提前指导链上关于电力供需的指导动作，所述指导动作也会被记录在区块链上。
所述分布式能源交易与供给管理系统将每次的预测结果将与真实结果相匹配，从而不断修正预测模型的精确度。
在本发明另一实施例，还提供了一种基于区块链的分布式能源交易与供给管理方法，包括：
(1)构建区块链网络，所述区块链网络由多个能源交易与供给节点构成，每任意两个能源交易与供给节点之间可以直接通过点对点网络进行能源交易；每个能源交易与供给节点为分布式能源发电的独立个体，所述能源交易与供给节点包含发电装置和储能装置；
(2)在区块链网络中部署智能合约，所述智能合约为区块链网络的各个节点的发电能量、储能容量都被自动的控制着，以达到平衡供给和需求；
(3)搭建一个预测模型，并将预测模型得到的预测结果同步发送给区块链网络的每个节点；提前指导链上关于电力供需的指导动作，所述指导动作也会被记录在区块链上；
所述预测模型包含一个独立的数据挖掘引擎；所述数据挖掘引擎与区块链网络节点的数据进行t+1模式的交互；
所述t+1模式是指区块链网络节点的历史数据传回数据挖掘引擎；利用adboost算法对历史数据中记录的各数据建模，建立分类模型，预测电力的供需差异情况，将区块链网络节点回传目标数据，所述目标数据为电力供需缺口，所述目标数据的数量范围为数量范围为整个实数域。
进一步的，通过adboost算法建立分类模型，即在“某种具体的时间段”、“某种具体的用电行为”，“具体的电流电压表现”之下，“是否会发生电力供需的不平衡”以及“供需的缺口数量的大致范围，所述供需的缺口数量的大致范围是指可能的供给量-可能的需求量；所述缺口可正可负，正代表供给可能过剩，负代表供给不足；
用于建模的各数据包括具体的用电类型、时间戳、供给量，需求量，电流，电压与具体电力使用情况有关的数据；
所述预测模型将分析结果打包为消息模式记录在区块链网络节点上，并广播至每个几点，提前指导链上关于电力供需的指导动作，所述指导动作也会被记录在区块链上。
进一步，优选的，将每次的预测结果将与真实结果相匹配。
上述的基于区块链的分布式能源交易与供给管理方法，每任意两个能源交易与供给节点之间可以直接通过点对点网络进行能源交易的交易数据在区块链上以一个防篡改的方式进行记录，并采用分布式记账的方式存储在所述能源交易与供给节点中。
进一步的，每任意两个能源交易与供给节点之间可以直接通过点对点网络采用加密货币进行能源交易。
本发明的基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统及方法，与现有技术相比较，具备如下有益效果：
(1)本发明利用区块链技术建立一个分布式的能源交易和供给系统，将有足够的能力来支撑整个分布式的能源交易、供给系统，使得能源的生产者、消费者直接的连接起来，使得电力生产商、输电网运营商、配电网运营商以及能源供应商得以在多个层级上进行交易，可以从根本上简化现有能源系统中复杂的多层次结构。采用区块链技术使得分布式的能源交易和供给系统有了新的控制、参与方式，从而更直接的反应市场中的新的能源需求；
(2)在将来，既是能源消费者也能源生产者，即所谓的“产销者”。这些产销者不仅消费能源，还将拥有一定的分布式发电装机，例如光伏、小规模的风机或者热电联产机组。区块链的技术将能够使他们将这些设备发出的电，以点对点交易的形式直接的卖给任何人，比如他们的邻居，并可以通过加密货币进行点对点的能源交易；
(3)部署智能合约，所有的能源流以及交易，都可以由智能合约进行驱动，保证所有的能量以及储能容量都被自动的控制着，从而平衡供给和需求；
(4)本发明的创新点在于可以在链上搭建一个基于数据挖掘的电力供需缺口预测模型，所述t+1模式是指区块链网络节点的的历史数据传回数据挖掘引擎，用于对未来的电力供需做预测，比如平衡供给和需求方面，不只是当电力的供需已经发生不平衡时，再做调整。因为如果所有数据都在区块链上运行和记录，记账速度是个问题，相应的，很难瞬时反馈电力的供需不平衡，及时调度储能装置和供电口的交互。
(5)本分布式能源交易与供给管理系统及方法采用区块链技术是去中心化，都可以在区块链上以一个防篡改的方式进行记录，保证了数据的安全性交易记录，提供一个安全的对于所有权的存储，来记录所有权归属以及其相关的交易，以防篡改和分布式记账的方式记录所有的交易数据，保证数据的安全性。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统的区块链网络示意图。
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，以下结合附图和实施例，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。本发明的描述中，能源包括电能、天然气等各种人类所需的能源，其中电能包括新能源如光伏发电、风能发电，电能还包括传统发电，如水利发电、燃煤发电等。
实施例1
本发明提供了一种基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统，包括多个能源交易与供给节点，如附图1所示，例如多个能源交易与供给节点为能源交易与供给节点1、能源交易与供给节点2、能源交易与供给节点3……能源交易与供给节点N，其中，N为正整数。每个能源交易与供给节点为分布式能源发电的独立个体；每任意两个能源交易与供给节点之间可以直接通过点对点网络进行能源交易，多个能源交易与供给节点构成区块链网络。本发明基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统可以使得电力生产商、输电网运营商、配电网运营商以及能源供应商得以在多个层级上进行点对点交易。
本发明实施例中的分布式能源交易与供给管理系统的每个所述能源交易与供给节点包含发电装置、储能装置，也可以包含负载装置。
在区块链网络中部署智能合约，所述智能合约为区块链网络的各个节点的发电能量、储能容量都被自动的控制着，以达到平衡供给和需求。例如，当电力的供给大于需求时，智能合约将用来保证多余的电力自动的供给给储能装置。相反，当电力的需求大于供给时，储能装置中储存的电能将会在智能合约的控制下去填补电力供给的空缺。通过这种方式，智能合约可以直接的控制电网中电能的流向以及储能设备。
所述分布式能源交易与供给管理系统内的交易数据，交易数据以区块的形成进行存储，并链接所述区块形成区块链，交易记录在区块链上以一个防篡改的方式进行记录，并采用分布式记账的方式存储在所述能源交易与供给节点中。
本发明的基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统用于平衡能源供给和需求，不只是当电力的供需已经发生不平衡时，再做调整。因为如果所有数据都在区块链的链上运行和记录，记账速度是个问题，相应的，很难瞬时反馈电力的供需不平衡，及时调度储能装置和供电口的交互。为此，本发明分布式能源交易与供给管理系统还搭建一个预测模型，并将预测模型得到的预测结果同步发送给区块链网络的每个节点；提前指导链上关于电力供需的指导动作，所述指导动作也会被记录在区块链上。
具体的所述预测模型包含一个独立的数据挖掘引擎；所述数据挖掘引擎与区块链网络节点的数据进行t+1模式的交互。
所述t+1模式是指区块链网络节点的历史数据传回至所述数据挖掘引擎，并利用adboost算法对区块链网络节点的历史数据中记录的各数据建模，建立分类模型，预测电力的供需差异情况，将区块链网络节点回传目标数据，所述目标数据为电力供需缺口，所述目标数据的数量范围为数量范围为整个实数域。本发明将区块链网络节点的历史数据传回非实时传输的目的是保证在该t+1模式不受影响的情况下，充分解放区块链的链上运行的效率。
本发明基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统中使用的adaboost是一种迭代算法，其核心思想是针对同一个训练集训练不同的分类器(弱分类器)，然后把这些弱分类器集合起来，构成一个更强的最终分类器(强分类器)。
在本发明实施例中，通过adboost算法建立分类模型，即在“某种具体的时间段”、“某种具体的用电行为”，“具体的电流电压表现”之下，“是否会发生电力供需的不平衡”以及“供需的缺口数量的大致范围，所述供需的缺口数量的大致范围是指可能的供给量-可能的需求量；所述缺口可正可负，正代表供给可能过剩，负代表供给不足。
用于建模的各数据包括具体的用电类型、时间戳、供给量，需求量，电流，电压与具体电力使用情况有关的数据。
所述预测模型将分析结果打包为消息模式记录在区块链网络节点上，并广播至每个几点，提前指导链上关于电力供需的指导动作，所述指导动作也会被记录在区块链上。
所述分布式能源交易与供给管理系统将每次的预测结果将与真实结果相匹配，从而不断修正预测模型的精确度。具体而言，每次真实的供电缺口数据会作为新的数据进入预测模型数据集，具体的，是由区块链的链上确认记录的数据，传回预测模型的数据集。预测模型会通过这部分新的增量数据做重新训练，以更新预测模型，从而不断修正预测模型的精确度。
实施例2
本发明实施例提供了一种基于区块链的分布式能源交易与供给管理方法，包括如下：
(1)构建区块链网络，所述区块链网络由多个能源交易与供给节点构成，每任意两个能源交易与供给节点之间可以直接通过点对点网络进行能源交易；每个能源交易与供给节点为分布式能源发电的独立个体，所述能源交易与供给节点包含发电装置和储能装置；
(2)在区块链网络中部署智能合约，所述智能合约为区块链网络的各个节点的发电能量、储能容量都被自动的控制着，以达到平衡供给和需求；
(3)搭建一个预测模型，并将预测模型得到的预测结果同步发送给区块链网络的每个节点；提前指导链上关于电力供需的指导动作，所述指导动作也会被记录在区块链上；
所述预测模型包含一个独立的数据挖掘引擎；所述数据挖掘引擎与区块链网络节点的数据进行t+1模式的交互，通过所述预测模型可以瞬时反馈电力的供需不平衡，及时调度储能装置和供电口的交互，而不是当电力的供需已经发生不平衡时，再做调整。
所述t+1模式是指区块链网络节点的历史数据传回数据挖掘引擎；利用adboost算法对历史数据中记录的各数据建模，建立分类模型，预测电力的供需差异情况，将区块链网络节点回传目标数据，所述目标数据为电力供需缺口，所述目标数据的数量范围为数量范围为整个实数域。
本发明基于区块链的分布式能源交易与供给管理方法中使用的adaboost是一种迭代算法，其核心思想是针对同一个训练集训练不同的分类器(弱分类器)，然后把这些弱分类器集合起来，构成一个更强的最终分类器(强分类器)。
本发明实施例中，通过adboost算法建立分类模型，即在“某种具体的时间段”、“某种具体的用电行为”，“具体的电流电压表现”之下，“是否会发生电力供需的不平衡”以及“供需的缺口数量的大致范围，所述供需的缺口数量的大致范围是指可能的供给量-可能的需求量；所述缺口可正可负，正代表供给可能过剩，负代表供给不足。
用于建模的各数据包括具体的用电类型、时间戳、供给量，需求量，电流，电压与具体电力使用情况有关的数据。
所述预测模型将分析结果打包为消息模式记录在区块链网络节点上，并广播至每个几点，提前指导链上关于电力供需的指导动作，所述指导动作也会被记录在区块链上。
在本发明中，将每次的预测结果将与真实结果相匹配，从而不断修正预测模型的精确度。具体而言，每次真实的供电缺口数据会作为新的数据进入预测模型数据集，具体的，是由区块链的链上确认记录的数据，传回预测模型的数据集。预测模型会通过这部分新的增量数据做重新训练，以更新预测模型，从而不断修正预测模型的精确度。
本发明的基于区块链的分布式能源交易与供给管理方法具备点对点的交易功能，即，每任意两个能源交易与供给节点之间可以直接通过点对点网络进行能源交易的交易数据在区块链上以一个防篡改的方式进行记录，并采用分布式记账的方式存储在所述能源交易与供给节点中。
本发明方法中，每个区块链网络节点既是能源消费者也能源生产者，即所谓的“产销者”。这些产销者不仅消费能源，还将拥有一定的分布式发电装机，例如光伏、小规模的风机或者热电联产机组。区块链的技术将能够使他们将这些设备发出的电，以点对点交易的形式直接的卖给任何人，比如他们的邻居。为了实现快速交易，可以通过加密货币进行点对点的能源交易，即每任意两个能源交易与供给节点之间可以直接通过点对点网络采用加密货币进行能源交易，提升了交易的效率。本发明的描述中，加密货币可以为数字货币也称虚拟货币，如比特币等虚拟货币。
上述说明描述了本发明的优选实施例，但应当理解本发明并非局限于上述实施例，且不应看作对其他实施例的排除。通过本发明的启示，本领域技术人员结合公知或现有技术、知识所进行的改动也应视为在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统，其特征在于，
所述分布式能源交易与供给管理系统包括多个能源交易与供给节点，每个能源交易与供给节点为分布式能源发电的独立个体；每任意两个能源交易与供给节点之间可以直接通过点对点网络进行能源交易，多个能源交易与供给节点构成区块链网络；
所述能源交易与供给节点包含发电装置和储能装置；
在区块链网络中部署智能合约，所述智能合约为区块链网络的各个节点的发电能量、储能容量都被自动的控制着，以达到平衡供给和需求；
所述分布式能源交易与供给管理系统内的交易数据在区块链上以一个防篡改的方式进行记录，并采用分布式记账的方式存储在所述能源交易与供给节点中；
所述分布式能源交易与供给管理系统还搭建一个预测模型，并将预测模型得到的预测结果同步发送给区块链网络的每个节点；提前指导链上关于电力供需的指导动作，所述指导动作也会被记录在区块链上；
所述预测模型包含一个独立的数据挖掘引擎；所述数据挖掘引擎与区块链网络节点的数据进行t+1模式的交互；
所述t+1模式是指区块链网络节点的历史数据传回数据挖掘引擎；利用adboost算法对历史数据中记录的各数据建模，建立分类模型，预测电力的供需差异情况，将区块链网络节点回传目标数据，所述目标数据为电力供需缺口，所述目标数据的数量范围为数量范围为整个实数域。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统，其特征在于，
通过adboost算法建立分类模型，即在“某种具体的时间段”、“某种具体的用电行为”，“具体的电流电压表现”之下，“是否会发生电力供需的不平衡”以及“供需的缺口数量的大致范围” ，所述供需的缺口数量的大致范围是指可能的供给量-可能的需求量；所述缺口可正可负，正代表供给可能过剩，负代表供给不足；
用于建模的各数据包括具体的用电类型、时间戳、供给量，需求量，电流，电压与具体电力使用情况有关的数据；
所述预测模型将分析结果打包为消息模式记录在区块链网络节点上，并广播至每个几点，提前指导链上关于电力供需的指导动作，所述指导动作也会被记录在区块链上。
3.根据权利要求2所述的基于区块链的分布式能源交易与供给管理系统，其特征在于，
所述分布式能源交易与供给管理系统将每次的预测结果将与真实结果相匹配，从而不断修正预测模型的精确度。
4.一种基于区块链的分布式能源交易与供给管理方法，其特征在于，包括：
构建区块链网络，所述区块链网络由多个能源交易与供给节点构成，每任意两个能源交易与供给节点之间可以直接通过点对点网络进行能源交易；每个能源交易与供给节点为分布式能源发电的独立个体，所述能源交易与供给节点包含发电装置和储能装置；
在区块链网络中部署智能合约，所述智能合约为区块链网络的各个节点的发电能量、储能容量都被自动的控制着，以达到平衡供给和需求；
搭建一个预测模型，并将预测模型得到的预测结果同步发送给区块链网络的每个节点；提前指导链上关于电力供需的指导动作，所述指导动作也会被记录在区块链上；
所述预测模型包含一个独立的数据挖掘引擎；所述数据挖掘引擎与区块链网络节点的数据进行t+1模式的交互；
所述t+1模式是指区块链网络节点的历史数据传回数据挖掘引擎；利用adboost算法对历史数据中记录的各数据建模，建立分类模型，预测电力的供需差异情况，将区块链网络节点回传目标数据，所述目标数据为电力供需缺口，所述目标数据的数量范围为数量范围为整个实数域。
5.根据权利要求4所述的基于区块链的分布式能源交易与供给管理方法，其特征在于，
通过adboost算法建立分类模型，即在“某种具体的时间段”、“某种具体的用电行为”，“具体的电流电压表现”之下，“是否会发生电力供需的不平衡”以及“供需的缺口数量的大致范围” ，所述供需的缺口数量的大致范围是指可能的供给量-可能的需求量；所述缺口可正可负，正代表供给可能过剩，负代表供给不足；
用于建模的各数据包括具体的用电类型、时间戳、供给量，需求量，电流，电压与具体电力使用情况有关的数据；
所述预测模型将分析结果打包为消息模式记录在区块链网络节点上，并广播至每个几点，提前指导链上关于电力供需的指导动作，所述指导动作也会被记录在区块链上。
6.根据权利要求5所述的基于区块链的分布式能源交易与供给管理方法，其特征在于，
将每次的预测结果将与真实结果相匹配。
7.根据权利要求6所述的基于区块链的分布式能源交易与供给管理方法，其特征在于，
每任意两个能源交易与供给节点之间可以直接通过点对点网络进行能源交易的交易数据在区块链上以一个防篡改的方式进行记录，并采用分布式记账的方式存储在所述能源交易与供给节点中。
8.根据权利要求7所述的基于区块链的分布式能源交易与供给管理方法，其特征在于，
每任意两个能源交易与供给节点之间可以直接通过点对点网络采用加密货币进行能源交易。
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