CN109902952A - 一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易系统，所述智能交易系统包括：储能模块、若干用户单元，所述若干用户单元均与所述智能合约交易平台网络连接；每一个用户单元均包括有：储能模块、用户终端模块、智能电表模块；储能模块用于存储光伏微电网中光伏发电单元产生的电能，并实时上传余电信息至智能电表模块；用户终端模块用于对微电网进行控制和调度；用户通过智能合约交易平台进行电能交易；智能电表模块用于显示电能交易的数据，并存储历史用电数据；智能合约交易平台用于电能数据进行存储和更新，使用在线电能交易或智能合约平台自动交易。本发明通过去中心化方式，节省中间成本，交易透明可靠性高，交易方案灵活经济性更高。

Description

一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易系统及方法

技术领域

本发明涉及电能交易领域，更具体地，涉及一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易系统及方法。

背景技术

微电网是由各种分布式电源、储能单元、负荷以及监控和保护装置组成的集合，它可以在孤岛运行和并网运行两种模式间切换。对用户来说，微电网可作为一个可定制的电网，有效容纳可再生资源，减轻传统大电网的压力，从而对大电网起削峰填谷的作用。当大电网无法正常供电时，微电网中居民用户配置的可再生能源在满足自家的电能需求的同时，所产多余的电能还可以卖给缺电用户，有利于电能的充分消纳。

光伏发电作为微电网的分布式电源之一，具有太阳能电能资源丰富、运行维护简单等优点。光伏微电网用户屋顶都安装有光伏发电单元同时配有储能蓄电池。光伏微电网用户既可以选择把多余的电卖给电网公司，也可以卖给缺电的光伏型微电网用户。

区块链是一种新兴的基于分布式和去中心化的价值传输协议，它可被类比为一种分布式数据库技术，通过维护数据块的链式结构，可以维持持续增长的、不可篡改的数据记录，具有去中心、集体维护、智能合约、安全可信等特性。光伏型微电网用户交易系统中融入了区块链技术，可以使电能交易的信息度更加的透明。

现有的微电网交易系统中，其运营模式仍无法脱离中心化方式。电能仍需要能量管理中心进行统一调度和分配。用户需向能量管理中心缴纳服务费，用户与中心之间架设的很多输电线路，其维护费用也比较高。另外，中心式的电能交易方案制定不缺少合理性，光伏微电网用户中所产的余电也得不到充分消纳。因此，在微电网用户电能交易系统中，中心化的交易模式存在交易方式不够灵活、价格不透明以及结算不及时等问题。

当前，如何在分布式的光伏微电网用户交易系统中保证交易过程的安全可靠性以及经济性，是值得研究的问题。

发明内容

本发明为克服现有技术中光伏微型电网交易系统成本及维护费用高、交易安全可靠性低，经济性不高的缺陷，提供一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易系统及方法。

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。

本发明的首要目的是为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易系统，所述智能交易系统包括：智能合约交易平台和若干用户单元，所述若干用户单元均与所述智能合约交易平台网络连接；每一个用户单元均包括有：储能模块、用户终端模块、智能电表模块；

所述储能模块用于存储光伏微电网中光伏发电单元所产生的电能，所述储能模块将实时余电信息上传至智能电表模块；所述光伏发电单元由太阳能电池板和光伏逆变器组成。

所述用户终端模块用于用户对光伏微电网进行远程控制，实现电能调度、电能剩余量监控；同时用户通过用户终端模块登录智能合约交易平台进行电能交易；

所述智能电表模块用于显示用户的电能交易数据信息，并存储历史用电数据信息；

所述智能合约交易平台用于对电能数据进行存储和更新，利用区块链的智能合约将最佳交易方案写成计算机代码的方式保存在区块链上，电能交易和费用结算自动触发执行。

进一步地，所述智能电表模块还包括有：用户端控制单元、用户用电信息存储单元、双向数据通信传输单元、用户用电信息处理单元；

所述用户端控制单元用于电能交易过程中，用户通过协商后在线直接进行电能调度，或用户双方通过已签署的智能合约来自动进行电能调度；

所述用户用电信息存储单元用于存储用户家用电器耗电数据信息和电能交易信息；

所述双向数据通信传输单元用于电能交易双方进行电能数据的传输和通信；

所述用户用电信息处理单元用于预测单个用户家用电器全天电能的需求量。

进一步地，所述智能合约交易平台包括：条款存储单元、交易过程程序化单元、交易数据存储单元、交易数据实时更新单元、区块打包入链单元；

所述条款存储单元用于存储电能交易双方签订智能合约中的条款信息，所述条款信息包括协商的电能价格和电量信息；

所述交易过程程序化单元用于将交易方案程序化，在智能合约中交易方案程序被自动触发执行；

所述交易数据存储单元用于存储交易双方实时交易数据信息和历史交易数据信息；

所述交易数据实时更新单元用于交易双方确认交易结算完成后，对交易平台上的交易数据信息进行实时更新；

所述区块打包入链单元用于电能交易结束，将交易后生成的电子收据单打包成区块，并向全网其他用户进行广播。

进一步地，用户通过用户终端模块登录智能合约交易平台时通过指纹识别进行身份验证。

本发明基于上述光伏微电网电力智能交易系统还提供了一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易方法，所述方法包括：

S1：利用智能电表模块的用户信息处理单元对单个用户家用电器全天所需用电量进行预测，将智能电表模块作为一个节点，并通过节点将当前智能电表模块预测的用电信息进行全网广播；

S2：将全天时间分为若干交易时段，在具体的交易时段内根据用户用电需求量和发电量将用户分为不同的交易身份，具体划分为：若用户的用电需求量小于发电量则定义为售电用户，若用户的用电需求量大于发电量则定义为买电用户；

S3：用户在用户终端模块登录智能合约交易平台，买电用户在线公布其买电需求，售电用户根据自身的用户单元中储能模块的余电信息及智能电表模块的信息发布售电信息；

S4：买电用户和售电用户登录智能合约交易平台用户终端界面，交易双方选择在线协商价格和电量或选择离线状态通过智能合约平台上的条款存储单元确定交易方案，所述条款存储单元存储有每个交易时段签订智能合约中的交易条款信息；

S5：若交易双方采用在线电能交易的方式，则买电用户在支付费用后，售电用户授权电量售让调度；

若交易双方采用通过智能合约平台自动交易，则买电用户发送买电交易请求后将自动被智能合约平台处理并进行智能优化匹配售电用户的售电需求，匹配双方交易需求匹配成功后，双方的电能交易方案通过智能合约平台的交易过程程序化单元编程为程序进行电能自动调度和交易费用结算；

S6：交易完成后智能合约平台将生成智能合约广播至全网，在全网达成共识后，写入区块链；同时，买电用户将交易后生成电子收据单打包成区块，并向全网其他用户进行广播，交易结束；本发明中智能电表模块作为节点均记录了同时保存了每次电能交易的完整账目。

S7：实时更新单元对智能合约交易平台上的交易数据进行更新。本发明通过用户与用户之间的直接交易，避免了传统交易方式依赖第三方交易中心的缺陷，无须额外架设线路，降低了成本，此外通过智能合约平台进行交易，提高了交易的透明度。

进一步地，步骤S1所述利用智能电表模块的用户信息处理单元对单个用户家用电器全天所需用电量进行预测，具体方法是用户信息处理单元通过BP人工神经网络预测，过程如下：

S1.1：选用包括有n层感知器的BP神经网络，将家用电器拥有数量作为神经网络的输入数据样本，输入样本包括有若干家用电器，输入样本数据记为x，若干家用电器表示为{x₁,x₂,x₃....x_n}，样本输出数据记为y，每个用电器需要的用电量记为{y₁,y₂,y₃....y_n}；

S1.2：利用现有数据对BP神经网络进行权重训练，BP神经网络的系统指标表示如下：

其中，N为学习样本数，y_j为神经网络的实际输出；T_j为理想输出；P_mp为样本预测的平均误差；

根据样本预测的平均误差进行BP神经网络权重的修正，权重的修正矢量公式为：

M和L分别为学习因子和记忆因子；为第f+1步和第f步第k层中第j个神经元对应的权重修正矢量；M为学习因子，L为记忆因子；

S1.3：将待遇测输入样本数据输入至权重训练完毕的BP神经网络，得到用户用电预测结果。本发明通过神经网络对所有光伏型微电网用户对单个用户家用电器全天所需用电量进行预测，同时解决了光伏型微电网用户交易身份区分确认的问题，准确性高。

进一步地，所述n层感知器为3层感知器，分别为：输入层、隐含层、输出层。

进一步地，n层感知器的BP神经网络通过设置迭代次数来确定神经元的个数。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明通过将区块链引入交易系统实现了去中心化，节省了中间成本，同时减少了新输电线路的假设，降低了维护成本；交易更加透明可靠性高，交易方案灵活可选经济性更高。

附图说明

图1为智能交易系统架构图。

图2为智能交易方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易系统，所述智能交易系统包括：智能合约交易平台和若干用户单元，所述若干用户单元均与所述智能合约交易平台网络连接；每一个用户单元均包括有：储能模块、用户终端模块、智能电表模块；

所述储能模块用于存储光伏微电网中光伏发电单元所产生的电能，所述储能模块将实时余电信息上传至智能电表模块；所述光伏发电单元由太阳能电池板和光伏逆变器组成。

用户通过用户终端模块登录智能合约交易平台时通过指纹识别进行身份验证。确保交易及操作的安全性。

所述用户终端模块用于用户对光伏微电网进行远程控制，实现电能调度、电能剩余量监控；同时用户通过用户终端模块登录智能合约交易平台进行电能交易；

所述智能电表模块用于显示用户的电能交易数据信息，并存储历史用电数据信息；

所述智能合约交易平台用于对电能数据进行存储和更新，利用区块链的智能合约将最佳交易方案写成计算机代码的方式保存在区块链上，电能交易和费用结算自动触发执行。

所述智能电表模块还包括有：用户端控制单元、用户用电信息存储单元、双向数据通信传输单元、用户用电信息处理单元；

所述用户端控制单元用于电能交易过程中，用户通过协商后在线直接进行电能调度，或用户双方通过已签署的智能合约来自动进行电能调度；

所述用户用电信息存储单元用于存储用户家用电器耗电数据信息和电能交易信息；

所述双向数据通信传输单元用于电能交易双方进行电能数据的传输和通信；

所述用户用电信息处理单元用于预测单个用户家用电器全天电能的需求量。

所述智能合约交易平台包括：条款存储单元、交易过程程序化单元、交易数据存储单元、交易数据实时更新单元、区块打包入链单元；

所述条款存储单元用于存储电能交易双方签订智能合约中的条款信息，所述条款信息包括协商的电能价格和电量信息；

所述交易过程程序化单元用于将交易方案程序化，在智能合约中交易方案程序被自动触发执行；

所述交易数据存储单元用于存储交易双方实时交易数据信息和历史交易数据信息；

所述交易数据实时更新单元用于交易双方确认交易结算完成后，对交易平台上的交易数据信息进行实时更新；

所述区块打包入链单元用于电能交易结束，将交易后生成的电子收据单打包成区块，并向全网其他用户进行广播。

本发明基于上述光伏微电网电力智能交易系统还提供了一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易方法，所述方法包括：

S1：利用智能电表模块的用户信息处理单元对单个用户家用电器全天所需用电量进行预测，将智能电表模块作为一个节点，并通过节点将当前智能电表模块预测的用电信息进行全网广播；

S2：将全天时间分为若干交易时段，在具体的交易时段内根据用户用电需求量和发电量将用户分为不同的交易身份，具体划分为：若用户的用电需求量小于发电量则定义为售电用户，若用户的用电需求量大于发电量则定义为买电用户；

S3：用户在用户终端模块登录智能合约交易平台，买电用户在线公布其买电需求，售电用户根据自身的用户单元中储能模块的余电信息及智能电表模块的信息发布售电信息；

S4：买电用户和售电用户登录智能合约交易平台用户终端界面，交易双方选择在线协商价格和电量或选择离线状态通过智能合约平台上的条款存储单元确定交易方案，所述条款存储单元存储有每个交易时段签订智能合约中的交易条款信息；

S5：若交易双方采用在线电能交易的方式，则买电用户在支付费用后，售电用户授权电量售让调度；

若交易双方采用通过智能合约平台自动交易，则买电用户发送买电交易请求后将自动被智能合约平台处理并进行智能优化匹配售电用户的售电需求，匹配双方交易需求匹配成功后，双方的电能交易方案通过智能合约平台的交易过程程序化单元编程为程序进行电能自动调度和交易费用结算；

S6：交易完成后智能合约平台将生成智能合约广播至全网，在全网达成共识后，写入区块链；同时，买电用户将交易后生成电子收据单打包成区块，并向全网其他用户进行广播，交易结束；本发明中智能电表模块作为节点均记录了同时保存了每次电能交易的完整账目。

S7：实时更新单元对智能合约交易平台上的交易数据进行更新。本发明通过用户与用户之间的直接交易，避免了传统交易方式依赖第三方交易中心的缺陷，无须额外架设线路，降低了成本，此外通过智能合约平台进行交易，提高了交易的透明度。

其中，步骤S1所述利用智能电表模块的用户信息处理单元对单个用户家用电器全天所需用电量进行预测，具体方法是用户信息处理单元通过BP人工神经网络预测，过程如下：

S1.1：选用包括有3层感知器的BP神经网络，所述三层感知器分别为：输入层、隐含层、输出层。感知器的BP神经网络通过设置迭代次数来确定神经元的个数。

将家用电器拥有数量作为神经网络的输入数据样本，输入样本包括有若干家用电器，输入样本数据记为x，若干家用电器表示为{x₁,x₂,x₃....x_n}，样本输出数据记为y，每个用电器需要的用电量记为{y₁,y₂,y₃....y_n}；

S1.2：利用现有数据对BP神经网络进行权重训练，BP神经网络的系统指标表示如下：

其中，N为学习样本数，y_j为神经网络的实际输出；T_j为理想输出；P_mp为样本预测的平均误差；

根据样本预测的平均误差进行BP神经网络权重的修正，权重的修正矢量公式为：

M和L分别为学习因子和记忆因子；为第f+1步和第f步第k层中第j个神经元对应的权重修正矢量；M为学习因子，L为记忆因子；

S1.3：将待遇测输入样本数据输入至权重训练完毕的BP神经网络，得到用户用电预测结果。本发明通过神经网络对所有光伏型微电网用户对单个用户家用电器全天所需用电量进行预测，同时解决了光伏型微电网用户交易身份区分确认的问题，准确性高。

本发明的有益效果如下：

本智能交易系统实现了光伏微电网用户之间点对点进行电能交易和电力数据通信的交互。在本发明中应用区块链技术使电力交易数据不可篡改，使电能交易更加透明化。同时，光伏微电网用户只有通过指纹识别才能登录系统进行电能交易，确保交易过程的安全进行。

本发明中的智能电表模块采用了BP神经网络的方法来对单个用户家用电器的全天所需用电量进行预测。然后把智能电表作为一个节点，然后将节点上的预测结果进行全网广播。一个交易时段被确认后：当光伏发电量小于电器的耗电量时，用户则选择购电，即买电用户。当光伏发电量大于电器的耗电量时，有余电产生，用户选择出售过剩的电能，即售电用户。通智能电表模块，用户交易身份得到确认。

本发明结合了区块链技术和智能合约，用户之间的电能交易将不存在第三方交易中心的角色。光伏微电网用户之间进行点对点交易，用户之间不需要架设更多的电能传输线路，也就降低了对电能传输线路的维护费用。光伏微电网用户通过智能合约交易平台，用户双方建立最佳的匹配方案，有利于电能资源的合理分配和使用。使光伏微电网用户余电得到了最大消纳，用户交易双方的效益也实现了最大化。针对光伏微电网用户之间交易结算不及时和交易模式不灵活的问题，该系统中智能合约交易平台中使用户交易双方根据智能合约中的合约条款自动进行电能交易和结算，使交易更加有自主性。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。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，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易系统，其特征在于，所述智能交易系统包括：智能合约交易平台和若干用户单元，所述若干用户单元均与所述智能合约交易平台网络连接；每一个用户单元均包括有：储能模块、用户终端模块、智能电表模块；

所述储能模块用于存储光伏微电网中光伏发电单元所产生的电能，所述储能模块将实时余电信息上传至智能电表模块；；所述光伏发电单元由太阳能电池板和光伏逆变器组成。

所述用户终端模块用于用户对光伏微电网进行远程控制，实现电能调度、电能剩余量监控；同时用户通过用户终端模块登录智能合约交易平台进行电能交易；

所述智能电表模块用于显示用户的电能交易数据信息，并存储历史用电数据信息；

所述智能合约交易平台用于对电能数据进行存储和更新，利用区块链的智能合约将最佳交易方案写成计算机代码的方式保存在区块链上，电能交易和费用结算自动触发执行。

2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易系统，其特征在于，所述智能电表模块还包括有：用户端控制单元、用户用电信息存储单元、双向数据通信传输单元、用户用电信息处理单元；

所述用户端控制单元用于电能交易过程中，用户通过协商后在线直接进行电能调度，或用户双方通过已签署的智能合约来自动进行电能调度；

所述用户用电信息存储单元用于存储用户家用电器耗电数据信息和电能交易信息；

所述双向数据通信传输单元用于电能交易双方进行电能数据的传输和通信；

所述用户用电信息处理单元用于预测单个用户家用电器全天电能的需求量。

3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易系统，其特征在于，所述智能合约交易平台包括：条款存储单元、交易过程程序化单元、交易数据存储单元、交易数据实时更新单元、区块打包入链单元；

所述条款存储单元用于存储电能交易双方签订智能合约中的条款信息，所述条款信息包括协商的电能价格和电量信息；

所述交易过程程序化单元用于将交易方案程序化，在智能合约中交易方案程序被自动触发执行；

所述交易数据存储单元用于存储交易双方实时交易数据信息和历史交易数据信息；

所述交易数据实时更新单元用于交易双方确认交易结算完成后，对交易平台上的交易数据信息进行实时更新；

所述区块打包入链单元用于电能交易结束，将交易后生成的电子收据单打包成区块，并向全网其他用户进行广播。

4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易系统，其特征在于，用户通过用户终端模块登录智能合约交易平台时通过指纹识别进行身份验证。

5.一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易方法，其特征在于，所述方法包括：

S1：利用智能电表模块的用户信息处理单元对单个用户家用电器全天所需用电量进行预测，将智能电表作为一个节点，并通过节点将当前智能电表预测的用电信息进行全网广播；

S2：将全天时间分为若干交易时段，在具体的交易时段内根据用户用电需求量和发电量将用户分为不同的交易身份，具体划分为：若用户的用电需求量小于发电量则定义为售电用户，若用户的用电需求量大于发电量则定义为买电用户；

S3：用户在用户终端模块登录智能合约交易平台，买电用户在线公布其买电需求，售电用户根据自身的用户单元中储能模块的余电信息及智能电表模块的信息发布售电信息；

S4：买电用户和售电用户登录智能合约交易平台用户终端界面，交易双方选择在线协商价格和电量或选择离线状态通过智能合约平台上的条款存储单元确定交易方案，所述条款存储单元存储有每个交易时段签订智能合约中的交易条款信息；

S5：若交易双方采用在线电能交易的方式，则买电用户在支付费用后，售电用户授权电量售让调度；

若交易双方采用通过智能合约平台自动交易，则买电用户发送买电交易请求后将自动被智能合约平台处理并进行智能优化匹配售电用户的售电需求，匹配双方交易需求匹配成功后，双方的电能交易方案通过智能合约平台的交易过程程序化单元编程为程序进行电能自动调度和交易费用结算；

S6：交易完成后智能合约平台将生成智能合约广播至全网，在全网达成共识后，写入区块链；同时，买电用户将交易后生成电子收据单打包成区块，并向全网其他用户进行广播，交易结束；

S7：实时更新单元对智能合约交易平台上的交易数据进行更新。

6.根据权利要求5所述的一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易方法，其特征在于，步骤S1所述利用智能电表模块的用户信息处理单元对单个用户家用电器全天所需用电量进行预测，具体方法是用户信息处理单元通过BP人工神经网络预测，过程如下：

S1.1：选用包括有n层感知器的BP神经网络，将家用电器拥有数量作为神经网络的输入数据样本，输入样本包括有若干家用电器，输入样本数据记为x，若干家用电器表示为{x₁,x₂,x₃....x_n}，样本输出数据记为y，每个用电器需要的用电量记为{y₁,y₂,y₃....y_n}；

S1.2：利用现有数据对BP神经网络进行权重训练，BP神经网络的系统指标表示如下：

其中，N为学习样本数，y_j为神经网络的实际输出；T_j为理想输出；P_mp为样本预测的平均误差；

根据样本预测的平均误差进行BP神经网络权重的修正，权重的修正矢量公式为：

M和L分别为学习因子和记忆因子；为第f+1步和第f步第k层中第j个神经元对应的权重修正矢量；M为学习因子，L为记忆因子；

S1.3：将待遇测输入样本数据输入至权重训练完毕的BP神经网络，得到用户用电预测结果。

7.根据权利要求6所述的一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易方法，其特征在于，所述n层感知器为3层感知器，分别为：输入层、隐含层、输出层。

8.根据权利要求6所述的一种基于区块链的光伏微电网电力智能交易方法，其特征在于，n层感知器的BP神经网络通过设置迭代次数来确定神经元的个数。