CN109919501A - 基于区块链的社区分布式电网的运行与交易结算方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链的社区分布式电网的运行与交易结算方法，包括两个以上的用户家庭供电控制装置，所述用户家庭供电控制装置之间通过导线连接，且每个用户家庭供电控制装置均并联在电网上；所述用户家庭供电控制装置包括光伏发电设备、电能存储传输设备、微机控制器，对于与电网实行的交易，采取实时结算；对于与用户之间实行的交易，采取分时段结算。本发明可以实现对分布式并网型微电网中的多个用户家庭供电控制装置进行有效地的买电售电、电能传输、供电控制功能。

Description

基于区块链的社区分布式电网的运行与交易结算方法

技术领域

本发明涉及供电配电控制技术领域，尤其涉及一种基于区块链的社区分布式并网型微电网的运行方法。

背景技术

未来的电网将是由亿万交互的终端组成，包括微电网、光伏系统、智能设备、分布式计算系统与能源管理软件等。尽管太阳能板让电力的生产被去中心化了，但目前能源配送还是中心化的。面对电网运行环境的不断的变化，专家们在思考如何充分发现和利用分布式新能源，实现供需有效对接，提高用电效率，降低用电成本？如何能够实时地、自动地验证并确保不同节点之间的海量交易。

由于电力商品不同于普通交易商品，其具有实时性的特点，为了保证电力系统运行的稳定可靠，电能的生产与与传输等专业的事情应当让专业的电力公司、变电所来负责，而交易系统这一块则需要与电力控制独立出来，减少由交易纷争而导致电力系统运行问题。如此便形成了分布式微电网与区块链交易系统相互配合的发展方式

分布式微电网是电力行业的一个发展趋势，区块链技术的去中心化、透明性、公平性以及公开性等特点与其理念相吻合，在构建下一代的分布式微电网体系中潜力巨大，区块链电网的研究正在全面展开。

深化能源供给侧结构性改革，加快可再生能源和分布式能源发展，建立多元融合、供需互动、高效配置的能源生产与消费模式，更好地发挥市场配置电力资源的决定性作用，率先构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于区块链的社区分布式电网的运行与交易结算方法，以实现在居民社区微电网中的多个微机控制器系统中高效地进行电能的高效传输。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种基于区块链的社区分布式电网的运行方法，包括两个以上的用户家庭供电控制装置，所述用户家庭供电控制装置之间通过导线连接，且每个用户家庭供电控制装置均并联在电网上。所述用户家庭供电控制装置包括光伏发电设备、电能存储传输设备、微机控制器，其中：

所述光伏发电设备，用于将太阳能转化为电能，将产生的电能传输给电能存储传输设备。

所述电能存储传输设备，用于储存光伏发电设备所产生的电能，同时依据微机控制器的调配，将富余的电能输送给电能不足的家庭或者电网，电能不足时则从电网或者电能有富余的家庭输入。

所述微机控制器，用于监测电能存储传输设备中电能不能满足家中交流负载时，采用接入电网输电或者从其他富余电量的家庭输电来获取电能。输电优先级为优先从其他富余电量的家庭输电来获取电能，在保留了一定裕度之后如果还是不能满足电能的使用则选择从电网输电以满足使用需要。当微机控制器监测到实发电量能满足家中交流负载时，则优先将富余电量输出给其他电量不足的家庭，其次则是并入电网来将多余电量送入电网。

富余电能的计算方法如下：

W＝W1-W2-W3

其中，W表示富余电能，W1为电能存储传输设备中存储的电能数量，W2为用户家中在规定时间内所有用电设备需要消耗的电能数量，W3为设定的电能缓冲量。

优选的：所述微机控制器包括物联网模块、控制模块、同步频率设置模块、智能电表，其中：

智能电表用于实时读取并存储家庭用电信息，并将家庭用电信息输送给控制模块。

同步频率设置模块用于调整智能电表读取家庭用电信息的频率，并将该频率输送给控制模块。

物联网模块用于按照设定时间间隔，通过通信信道将所述智能电表中存储的所述家庭用电信息发送到云端，用户可直接通过手机端读取信息，同时通过通信信道接收微机控制器发送的电力输出控制指令。

控制模块用于根据家庭用电信息、频率、电能存储传输设备中存储的电能计算出电能存储传输设备中的富余电能数量。

优选的：微机控制器用于将所述用户家庭供电控制装置中的家庭用电信息通过物联网云端发送到用户的手机应用上，以实现用户对于家庭用电信息的随时了解。

优选的：所述家庭用电信息包括：家中光伏发电设备的发电状态、所有用电设备的用电负载、电能储存传输设备储存以及完成传输的电能数量信息。

优选的：所述光伏发电设备包括太阳能电池板、逆变器，其中：太阳能电池板为多个单体太阳能电池互联封装而成的组件，逆变器用于将太阳能电池板产生的直流电转换成交流电。

一种基于区块链的社区分布式电网的交易结算方法，采用所述基于区块链的社区分布式电网的运行方法所构成的社区分布式电网，对于与电网实行的交易，采取实时结算。对于与用户之间实行的交易，则根据电力物理市场的实时运行结果，采取分时段结算。

本发明相比现有技术，具有以下有益效果：

本发明通过为分布式并网型微电网中的每家每户家庭供电控制装置的自主调控，实现电能的合理分配更好地发挥市场配置电力资源的决定性作用，率先构建清洁低碳、安全高效的现代能源体系，实现了对分布式并网型微电网中的多个用户家庭供电控制装置进行有效地的买电售电、电能传输、供电控制功能。

附图说明

图1为本发明实施例一提供的一种对社区分布式并网型微电网中光伏发电组件结构框图。

图2为本发明实施例一提供的一种社区分布式并网型微电网的总体框架图。

图3为本发明实施例一提供的用户家庭供电控制装置的结构框图。

图4为本发明实施例一提供的用户家庭供电控制装置中微机控制器的结构框图。

图5为本发明实施例二提供的380V接入用户配电箱方案一次系统接线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，应理解这些实例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围，在阅读了本发明之后，本领域技术人员对本发明的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

一种基于区块链的社区分布式电网的运行方法，以实现在居民社区微电网中的多个微机控制器系统中高效地进行电能的售卖购买传输，主要包括：利用区块链是一个“分布式的共享账本”这一特征，让各用户家庭供电控制装置接收由光伏发电设备产生的电能在遵循“自用为主，余电上网”原则的前提下通过微机控制器进行电能的分配使用及售出多余的电能。该家庭用电信息涵盖以下几点：家中光伏发电设备的发电状态，所有用电设备的用电负载，以及储存传输设备储存以及完成传输的电能数量信息。当微机控制器监测到实发电量不能满足家中交流负载时，采用接入电网购电或者从其他电量富余的家庭购电来获取电能。具体的优先级为优先从其他电量富余的家庭购电来获取电能，在保留了一定裕度之后如果还是不能满足电能的使用则选择从电网购电以满足使用需要。当微机控制器监测到实发电量能满足家中交流负载时，则优先将富余电量出售给其他电量不足的家庭，其次则是并入电网来讲多余电量送入电网。

如图1、2所示，包括两个以上的用户家庭供电控制装置，所述用户家庭供电控制装置之间通过导线连接，且每个用户家庭供电控制装置均并联在电网上。所述用户家庭供电控制装置包括光伏发电设备、电能存储传输设备、微机控制器，其中：

所述光伏发电设备，用于将太阳能转化为电能，将产生的电能传输给电能存储传输设备。

所述电能存储传输设备，用于储存光伏发电设备所产生的电能，同时依据微机控制器的调配，将富余的电能输送给电能不足的家庭或者电网，电能不足时则从电网或者电能有富余的家庭输入。

所述微机控制器，用于监测电能存储传输设备中电能不能满足家中交流负载时，采用接入电网输电(购电)或者从其他富余电量的家庭输电(购电)来获取电能。输电优先级为优先从其他富余电量的家庭输电(购电)来获取电能，在保留了一定裕度之后如果还是不能满足电能的使用则选择从电网输电(购电)以满足使用需要。当微机控制器监测到实发电量能满足家中交流负载时，则优先将富余电量输出(出售)给其他电量不足的家庭，其次则是并入电网来将多余电量送入(出售)给电网。

同时用于将所述用户家庭供电控制装置中的家庭用电信息通过物联网云端发送到用户的手机应用上，以实现用户对于家庭用电信息的随时了解。所述家庭用电信息包括：家中光伏发电设备的发电状态、所有用电设备的用电负载、电能储存传输设备储存以及完成传输的电能数量信息。

如图1所述的社区分布式并网型微电网中光伏发电组件，将太阳能电池控制系统和民用电网并联，当太阳能电池输出电能不能满足负载要求的时候，由电网来进行补充。而当其输出的功率超出负载需求的时候，则将电能输送到电网中去。

其中包括太阳能电池板、逆变器、控制器。

太阳能电池板即多个单体太阳能电池互联封装成为组件。

逆变器是把直流电转换成50Hz交流电能的交流装置，是分布式电源的核心设备之一。

控制器用来对蓄电池组的充放电进行控制，使其达到最佳工作状态。

如图2所述的基于区块链的分布式电网总体运行方法。

即用户通过太阳能光伏组件产生电能，之后电能供用户自己使用，当太阳能电池输出电能不能满足负载要求的时候，由电网来进行补充。而当其输出的功率超出负载需求的时候，则将电能输送到电网中去。

如图3所述的用户家庭供电控制装置，包含微机控制器、电能存储传输设备。

该家庭供电控制装置用于管理用户家庭内部的用电和供电控制，同时对用户各个用电设备的用电状态以及光伏设备的发电状态进行分析，存储和传输设备将存储的富余电能传输到负荷过大的用户家中。在自家负载过大、存储的电能不够的情况下，主动向电网发送电能输入请求。

如图4所述的微机控制器。用于发送调节输入输出电能的指令给传输装置。

其主要包括物联网模块、控制模块、同步频率设置模块、智能电表。

智能电表用于实时读取并存储家庭用电信息，并将家庭用电信息输送给控制模块。

同步频率设置模块用于调整智能电表读取家庭用电信息的频率，并将该频率输送给控制模块。

物联网模块用于按照设定时间间隔，通过通信信道将所述智能电表中存储的所述家庭用电信息发送到云端，用户可直接通过手机端读取信息，同时通过通信信道接收微机控制器发送的电力输出控制指令。

控制模块用于根据家庭用电信息、频率、电能存储传输设备中存储的电能计算出电能存储传输设备中的富余电能数量。富余电能的计算方法按照以下的方式计算：设电能存储和传输设备中存储的电能数量为W1，用户家中在规定时间内所有用电设备需要消耗的电能数量W2，设定的电能缓冲量为W3，该富余电能的计算方法如下：

富余电能W＝W1-W2-W3。在实际应用中，富余电能的计算方法还可以通过其他方式实现。

一种基于区块链的社区分布式电网的交易结算方法，采用所述基于区块链的社区分布式电网的运行方法所构成的社区分布式电网，对于远期合约即与电网实行的交易，属于不影响电力物理市场运行的金融性合约。对于实时合约即与用户之间实行的交易，则需要根据电力物理市场的实时运行结果，采取分时段结算。

考虑到城市居民人均土地面积较小，而农村地区多为一家独栋，因此将该分布式电源建在更为广阔的农村地区，利用居民自家住宅的屋顶进行建设，考虑到所在地区大部分屋脊上安装了太阳能热水器，对北面屋顶有遮挡作用，用户的光伏组件安装在屋顶南面。

该分布式电源所发电量采用“自发自用，余量上网”的技术方案。

依据国家电网公司要求，单个并网点容量小于8kW时，推荐接入电压为220V，对于该分布式电源整体容量为7.83kW，容量较小，考虑就近原则，整体接入220V低压电网。

考虑到该分布式电源容量较小，且光伏电站主要由光伏逆变器设备引起电能质量问题，当分布式电源逆变器相关各项指标合格，则分布式电源并网引起的电网电压偏差，谐波闪变及电压波动、三相不平衡等电能质量指标一般均能够满足GB/T12325，等电能质量国家标准。

该分布式电源暂不考虑建立调度关系，只需上传电压、电流和发电量信息。信息传输通过电表的物联网模块，采用无线方式，接入现有集抄系统实现电量信息远传。用户侧配电箱需配置相应的数据采集终端。同时用户可由手机端读取家中光伏发电设备的发电状态，所有用电设备的用电负载，以及储存传输设备储存以及完成传输的电能数量信息。方便用户的电费缴纳以及信息查询。

该分布式电源项目安装的电能表精度要求不低于1.0级，除具备双向有功计量功能、事件记录功能外，还具备电压、电流、电量等信息采集功能，能够实现数据的存储和上传，并配有标准通信接口，具备本地通信和通过电能信息采集终端远程通信的功能。计量表采集信息应分别接入电网管理部门和分布式电源管理部门电能信息采集系统，作为电能量计量和电价补贴依据。

通过运用直散分离原理和Hay模型，得到各个表面实际接收的光照强度。将各表面隔离分析，在此基础上，进一步对电池板作优先级排序，然后将原问题归纳为无约束二维剪切排样问题，构造基于贪心原则的递归算法，运用程序编程解决问题，得到电池板的原始铺设方案。而针对存在障碍物的表面，分别采用分割子区间和扣除重补的方法，得到最佳方案，计算得35年总发电量为46.3万千瓦时，每单位发电量成本为0.405元/千瓦时，投资将在27.5年时回收。

考虑上文中的投资回报期限时，我们假设折现率为零，因此未来每年的现金流入的价值就等于其现值。但是在实际生活中，由于银行利息以及通货膨胀等因素的影响，要求投资者考虑对其未来的收入进行一个折现，这样才能真正体现其未来收入的现时价值。

本发明实现了社区用户家庭供电控制装置进行有效地的买电售电、电能传输、供电控制。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于区块链的社区分布式电网的运行方法，其特征在于：包括两个以上的用户家庭供电控制装置，所述用户家庭供电控制装置之间通过导线连接，且每个用户家庭供电控制装置均并联在电网上；所述用户家庭供电控制装置包括光伏发电设备、电能存储传输设备、微机控制器，其中：

所述光伏发电设备，用于将太阳能转化为电能，将产生的电能传输给电能存储传输设备；

所述电能存储传输设备，用于储存光伏发电设备所产生的电能，同时依据微机控制器的调配，将富余的电能输送给电能不足的家庭或者电网，电能不足时则从电网或者电能有富余的家庭输入；

所述微机控制器，用于监测电能存储传输设备中电能不能满足家中交流负载时，采用接入电网输电或者从其他富余电量的家庭输电来获取电能；输电优先级为优先从其他富余电量的家庭输电来获取电能，在保留了一定裕度之后如果还是不能满足电能的使用则选择从电网输电以满足使用需要；当微机控制器监测到实发电量能满足家中交流负载时，则优先将富余电量输出给其他电量不足的家庭，其次则是并入电网来将多余电量送入电网；

富余电能的计算方法如下：

W＝W1-W2-W3

其中，W表示富余电能，W1为电能存储传输设备中存储的电能数量，W2为用户家中在规定时间内所有用电设备需要消耗的电能数量，W3为设定的电能缓冲量。

2.根据权利要求1所述基于区块链的社区分布式电网的运行方法，其特征在于：所述微机控制器包括物联网模块、控制模块、同步频率设置模块、智能电表，其中：

智能电表用于实时读取并存储家庭用电信息，并将家庭用电信息输送给控制模块；

同步频率设置模块用于调整智能电表读取家庭用电信息的频率，并将该频率输送给控制模块；

物联网模块用于按照设定时间间隔，通过通信信道将所述智能电表中存储的所述家庭用电信息发送到云端，用户可直接通过手机端读取信息，同时通过通信信道接收微机控制器发送的电力输出控制指令；

控制模块用于根据家庭用电信息、频率、电能存储传输设备中存储的电能计算出电能存储传输设备中的富余电能数量。

3.根据权利要求2所述基于区块链的社区分布式电网的运行方法，其特征在于：微机控制器用于将所述用户家庭供电控制装置中的家庭用电信息通过物联网云端发送到用户的手机应用上，以实现用户对于家庭用电信息的随时了解。

4.根据权利要求3所述基于区块链的社区分布式电网的运行方法，其特征在于：所述家庭用电信息包括：家中光伏发电设备的发电状态、所有用电设备的用电负载、电能储存传输设备储存以及完成传输的电能数量信息。

5.根据权利要求4所述基于区块链的社区分布式电网的运行方法，其特征在于：所述光伏发电设备包括太阳能电池板、逆变器，其中：太阳能电池板为多个单体太阳能电池互联封装而成的组件，逆变器用于将太阳能电池板产生的直流电转换成交流电。

6.一种基于区块链的社区分布式电网的交易结算方法，其特征在于：采用权利要求5所述基于区块链的社区分布式电网的运行方法所构成的社区分布式电网，对于与电网实行的交易，采取实时结算；对于与用户之间实行的交易，则根据电力物理市场的实时运行结果，采取分时段结算。