CN110276671A - 一种基于区块链技术的电力交易方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于区块链技术的电力交易方法，步骤包括：步骤一：产消者进行注册登录交易平台，对产消者进行真实性检查，若通过真实性检查则进入步骤二，未通过真实性检查则退出交易平台；步骤二：产消者进入联盟链，根据自己的情况选择出售或购买电力；步骤三：产消者通过拍卖机制，出售或购买电力，签署智能合约，完成交易；步骤四：智能电表将记录用户的交易，并将交易过程信息写入区块链中。本发明在本地用户之间的微电网中进行P2P电力交易，很大部分需求由当地发电提供，这种分散模型能使输电损耗最小化，降低故障概率。本发明应用区块链和智能合约与电网交易相结合，这消除了欺诈的可能性，并确保了电力交易的安全。
Description
技术领域
本发明属于电力交易技术领域，具体涉及一种基于区块链技术的电力交易方法。
背景技术
近年来，电力基础设施中各种分布式发电方式的整合带来了巨大的机遇，但这种整合也给能源管理带来了严峻的挑战，如拥塞定价和调度的非最优性。为了应对这些挑战，电力市场的放松管制和权力下放是有效的解决办法之一。尽管近年来提出了各种放松管制方案，但在实现实时能量调节的弹性管理方面仍然存在一些严重的挑战。同时，市场规划和需求响应管理面临的一个关键挑战是电力需求在规模和范围上的快速增长，这一挑战也需要新的解决方案。传统的电力市场体系结构是分层次的，依赖于集中发电，缺乏灵活性，只有少数卖方和买方参与竞标。
然而，相比电改前传统电费结算，电改后的市场化结算在市场成员、交易合同和交易品种等方面对应用和系统提了新的要求。成员增多、交易品种多样化，合同规则复杂化，要求结算系统能灵活拓展，按照市场价结算；同时允许购、售电端自主协商、集中竞价，导致最终市场价格、电量都不统一，这些都对交易结算管理及风险防范都提出了更高要求。
发明内容
本发明针对现有技术中的不足，提供一种基于区块链技术的电力交易方法，通过区块链技术，开发了一种交易性电力营销模式，在这种模式中，当地的用户既为电力生产者又为电力用户，并有机会参与P2P能源交易。利用合约理论设计了一个智能合约，在智能合约的设计当中加入联盟的概念，以确保电力交易的实时性，而无需进行监督。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于区块链技术的电力交易方法，包括以下步骤：
步骤一：产消者进行注册登录交易平台，对产消者进行真实性检查，若通过真实性检查则进入步骤二，未通过真实性检查则退出交易平台；
步骤二：产消者进入联盟链，根据自己的情况选择出售或购买电力；
步骤三：产消者通过拍卖机制，出售或购买电力，签署智能合约，完成交易；
步骤四：智能电表将记录用户的交易，并将交易过程信息写入区块链中。
为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：
步骤一的注册过程和真实性检查过程具体如下：产消者将名称和地址添加到注册表中，同时宣布产消者的地址、电量生产水平、电量需求水平、当前时间的市场地位和电量价格，检查产消者提供的地址和当前时间的电量数据是否与数据库中的数据匹配；如果与数据库匹配则存储由产消者提供的数据；若不匹配则使用密钥进行双重检查，如果未通过密钥检查则阻止产消者进入市场。
步骤二中的联盟链为所有卖家组成的卖方联盟，从所有卖家中选出一个代表来参与市场。
步骤二中进入联盟后先对产消者的需求水平进行评估，判断其发电量是否能够自给自足；若可以自给自足则使用本地发电满足需求；若不可以，则进入步骤三。
步骤三中，拍卖机制具体包括：
1)每一个产消者在以太坊区块链上占有一个帐户，该帐户具有特定地址和特定特征；
2)所有想要出售过剩电力的产消者组成一个卖方联盟，在一个统一的集合中出售电力；
3)每个卖家的利润分配与他们为卖方联盟贡献的电力数量成正比；
4)买家参与智能合约。
产消者在以太坊区块链上的账户具有的特定特征为，产消者在注册时提供的数据在以太坊区块链上经过处理后的表示。
步骤三中，智能合约内容包括：
1)宣布每一次拍卖的开始；
2)从卖方联盟接收当前可用资源并向买方宣布；
3)等待拍卖窗口关闭或直到收到所有买方的所有投标书，以时间较早者为准；
4)比较所有买家的出价，确定并宣布出价最高的为获胜者；
5)将资金从获胜者账户转移到卖方联盟。
每个卖家都有权选择减少自己的用电需求，为联盟做出更多贡献；
卖方从其需求电量中削减较多以促进销售，其财务周转率则提高，而自身满意度水平则降低。
当完成步骤四后，重复步骤二至步骤四，进行电力交易的迭代过程。
产消者为装备了分布式发电机组的用户，包括装备了光伏板和智能电表的用户，产消者根据自身电力情况成为卖家或买家。
本发明的有益效果是：本发明提出了在本地用户之间的微电网中进行电力交易的P2P电力市场交易模型，其中很大一部分需求由使用小规模DG机组的当地发电提供。这种分散模型能使输电损耗最小化，降低因其固有孤岛能力而导致的串级故障概率。
同时卖方单独参与市场，提出自己的价格。买方以最高的价格，赢得这一轮，并得到购买电力。在本地市场，一般的产消者(生产商/消费者)不具备形成这样一个市场所需的条件，这是本发明应用区块链和智能合约与电网交易相结合的另一个有益处。区块链是分散的网络，每一个用户占用网络上的特定节点，具有特定的地址、资源和资本。所有发生在区块链上的金融交易都使用预先定义和接受的智能合约，所有事件都由各方确认，这消除了欺诈的可能性，并确保了电力交易的安全。
附图说明
图1是本发明电力交易方法的P2P交易流程图。
图2是本发明电力交易方法的卖方联盟智能合约算法。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供了一种基于区块链技术的点对点的电力交易方法。本发明具体地提出了一种P2P微网交易模型，在该模型中，用户(生产者/消费者)可以通过智能管理系统相互交换本地发电。此外，在我们提出的模型中，能源交易通过利用区块链技术以分散的方式执行。在众多不同的区块链技术中，本实施例采用了以太坊区块链，提出了能源交易的拍卖模型，提出了基于联盟概念的智能合约，保证电力交易的安全可靠。
一种基于区块链技术的电力交易方法，包括以下步骤：
步骤一：产消者进行注册登录交易平台，交易平台对产消者进行真实性检查，若满足条件则进入步骤二，不满足则退出交易平台；
步骤二：产消者进入联盟链，根据自己的情况选择出售或购买电力；
步骤三：产消者通过拍卖机制，出售或购买电力，签署智能合约，完成交易；
步骤四：智能电表将记录用户的交易，并将交易过程信息写入区块链中。
当完成步骤四后，重复步骤二至步骤四，进行电力交易的迭代过程，迭代过程是指从步骤二开始进行，满足真实性检查的产消者进入联盟链，对产消者的需求水平进行评估，根据自己的情况选择出售或购买电力；进行步骤三，产消者通过拍卖机制，出售或购买电力，签署智能合约，完成交易；进行步骤四：智能电表将记录用户的交易，并将交易过程信息写入区块链中。直至步骤四进行完毕为一个迭代过程，其中步骤二至步骤四具体的过程如下文所述。
这里的产消者既是电力生产者也是消费者，产消者是装备了分布式发电机组的用户，包括装备了光伏板和智能电表的用户，其中智能电表可以同时监控、记录和传输发电和消费水平的智能合同；产消者根据自身电力情况成为卖家或买家，当自身发电不能够自给自足时，则成为买家，公布自身需求情况，若自身发电能够自给自足，还有多余电量，便可成为卖家，向市场中出售电量。
步骤一的注册过程和真实性检查过程具体如下：产消者将名称和地址添加到注册表中，同时宣布产消者的地址、电量生产水平、电量需求水平、当前时间的市场地位和电量价格，进入真实性检查。通过检查产消者提供的地址和当前时间的电量数据是否与数据库中的注册表中数据匹配(数据库中的数据可以通过智能电表上传，国家电网的公布的数据，还有电力零售商自己提供，通过区块链技术存储)；如果匹配则存储由产消者提供的以上数据；若不匹配则使用安装时智能电表时提供的响应密钥进行双重检查，如果密钥凭证检测失败，则阻止产消者进入市场。使用密钥双重检查提高了真实性和保密性。
步骤二中的联盟链为所有卖家组成的卖方联盟，从所有卖家中选出一个代表来参与市场。
步骤二中进入联盟后先对产消者的需求水平进行评估，判断其发电量是否能够自给自足；若可以自给自足则使用本地发电满足需求；若不可以，则进入步骤三。
步骤三中，拍卖机制的进一步解释是：
1)每一个产消者在以太坊区块链上占有一个帐户，该帐户具有特定地址和一系列特定特征，特定特征指产消者在注册时提供的数据在以太坊区块链上经过处理后的表示；2)在每一次迭代中，所有想要出售过剩电力的产消者组成一个卖方联盟，在一个统一的集合中出售电力，以使他们的利润最大化；3)每个卖家的利润分配与他们为卖方联盟贡献的电力数量成正比；4)另一方面，买家完全不知道对方的决定，并在每次迭代中参与对可用资源的多阶段非合作拍卖。
智能合约内容包括：1)宣布每一次拍卖迭代的开始；2)从卖方联盟接收当前可用资源并向买方宣布；3)等待拍卖窗口关闭或直到收到所有买方的所有投标书，以时间较早者为准；4)比较所有买家的出价，确定并宣布出价最高的为获胜者；5)将资金从获胜者账户转移到卖方联盟。这些任务是完全自主完成的，没有任何第三方监督，而且由于所有数据都可以公开看到(在所有投标都由投标人宣布之后或在迭代拍卖通过之后)，因此不存在数据错乱或欺诈。
在步骤三中的智能合约设计中满足如下3条规则：(1)个体理性：市场中的每一个参与者都是基于理性行事，并致力于最大化其个人利益。(2)激励相容性：只有在有激励措施鼓励参与者参与时，参与者才会参与市场。换句话说，必须有一个参数来推动玩家积极参与市场。这一原则通常通过使用财务补偿来证明，稍后将详细说明。(3)保持效用和满意度：为了鼓励消费者参与和积极参与市场，需要有一个可接受的满意度水平来阻止他们离开市场。用户可以选择调整自己的需求来支持不同层次的市场，拍卖的结果和每一个动作都是在没有人的交互的情况下发生的。买家和卖家聚合器之间的联系就是智能合约。其中组织卖方联盟宣布总发电量，每个买方进行投标，宣布最高投标人为获胜者，然后进行买方卖方资金转移，进入下一次迭代，对下一个进入市场的产消者进行需求水平评估。
基于上述原则，本发明设计了卖方联盟，所有卖家组成一个联盟，其中选择出一个代表，参与市场。并在第二步，对其营销吸引力进行了分析，多个有地理联系的产消者构成一个微网。如前所述，每个联盟都与批发市场相连，卖家通过相关的聚合器进行有限的P2P能源交易。考虑到当地发电很难在一整天内满足需求，特别是在高峰时段，微电网的需求将始终依赖于主电网和其他零售市场。智能合约中，根据当前时段tn中的最高市场价格联盟的总批发发电量以及向卖方联盟中提供的电量以及电网及零售商提供的不变电量为了明确市场双方的结构，该结构遵循如下规则：每个产消者j对主要市场(由联盟组成的电力零售市场)的贡献量称为它由它的dg单元(分布式发电单元)生成，并基于当地发电量，聚合器将向产消者支付一笔与产消者向联盟提供的电量之成比例的补偿。每个卖家都有权选择减少自己的用电需求，为联盟做出更多贡献。如果卖方j从其需求中削减更多以促进销售，其财务周转率将更高，但同时满意度水平Vj将更低。卖方j的满意度可定义为：
和分别为卖方j在需求削减前后的需求。我们可以计算出，总可供销售的联盟发电量为：
基于此，每个消费者j在时间步长tn时的支付可以计算为：
本身与成比例，换句话说，与所成的比例代表了总销售额的一个恒定比率，我们称之为α，因此等式(3)可以改写为：
显然，交易应该有利于卖方，因此每个卖方的发电利润应该高于其发电成本。我们注意到生产商j在时间步长tn的发电成本为因此，每个卖方通过优化以下成本函数来确定其应为联盟贡献多少发电量，同时尽量保持其满意度：
约束条件其中，是卖方j在tn时间内m个产消者支付的金额，如前所述，这与它对联盟的发电贡献成正比，Tj被定义为j号卖方满意指数的最小可接受范围，这是一个预先确定的阈值。因此，可计算为：
式(5)中的模型是一个凸优化问题，可以用一个正态线性规划来求解。因此，基于不同卖家的不同阈值，他们的参与比例也会因不同的消费者而有所不同。
下面以一具体实施例来说明本电力交易方法。
当一个新的产消者想要加入网络，将自动根据其名称，地址和存储特征将其添加为新的产消者，然后对其进行地址账号审查，是否为唯一地址。审查成功后将产消者的名称和42位十六进制地址添加到注册表中，产消者宣布其地址、生产水平、需求水平、当前时间市场状态(产消者处于买方或卖方角色)和价格，进入真实性检查。通过检查其提供的地址和时间是否与注册表匹配，如果不匹配，先使用提供的密钥双重检查，如果凭证未迁出则阻止消费者进入市场；如果匹配则存储由消费者提供的数据，进入智能合约决策程序，进入迭代阶段。在进入智能合约后，首先评估产消者的需求水平，判断产消者的发电量能否自给自足，如果足够则本地发电满足自身需求，然后进入判断下一位产消者，评估下一个产消者的需求水平。如果不可以自给自足，则加入市场中公布其需求情况(卖方宣布自己的合同和电量)，判断当地市场(由产消者联盟形成的电力零售市场)的容量，若当地市场容量不足则通过本地聚合器进入上层市场(由传统发电组成的大电网市场)进行购买。根据指定的需求，主电网价格是否可以接受，若可以接受则从主电网购买能源以支持需求；若不可以接受则产消者相应地减少自身低优先级需求，计划用电，降低自身用电需求，例如减少可中断负荷的投入使用，努力达到产消者发电能够自给自足的条件。
若当地市场资源充足，根据自身报价是否为最高价，若为最高价则从当地的消费者中购买能源来支持需求，若不是最高价，则从主网(与分布式电力零售网相对的传统火电，水电，风电等组成的大电网)获取资源，判断主电网价格是否可以接受，若可以接受则从主电网购买能源以支持需求；若不可以接受则产消者相应地减少自身低优先级需求。
本发明提出了在本地用户之间的微电网中进行电力交易的P2P电力市场交易模型，其中很大一部分需求由使用小规模DG机组的当地发电提供。这种分散模型能使输电损耗最小化，降低因其固有孤岛能力而导致的串级故障概率。
同时卖方单独参与市场，提出自己的价格。买方以最高的价格，赢得这一轮，并得到购买电力。在本地市场，一般的产消者(生产商/消费者)不具备形成这样一个市场所需的条件，这是本发明应用区块链和智能合约与电网交易相结合的另一个有益处。区块链是分散的网络，每一个用户占用网络上的特定节点，具有特定的地址、资源和资本。所有发生在区块链上的金融交易都使用预先定义和接受的智能合约，所有事件都由各方确认，这消除了欺诈的可能性，并确保了电力交易的安全。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。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前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于区块链技术的电力交易方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：产消者进行注册登录交易平台，对产消者进行真实性检查，若通过真实性检查则进入步骤二，未通过真实性检查则退出交易平台；
步骤二：产消者进入联盟链，根据自己的情况选择出售或购买电力；
步骤三：产消者通过拍卖机制，出售或购买电力，签署智能合约，完成交易；
步骤四：智能电表将记录用户的交易，并将交易过程信息写入区块链中。
2.根据权利要求1所述的电力交易方法，其特征在于，步骤一的注册过程和真实性检查过程具体如下：产消者将名称和地址添加到注册表中，同时宣布产消者的地址、电量生产水平、电量需求水平、当前时间的市场地位和电量价格，检查产消者提供的地址和当前时间的电量数据是否与数据库中的数据匹配；如果与数据库匹配则存储由产消者提供的数据；若不匹配则使用密钥进行双重检查，如果未通过密钥检查则阻止产消者进入市场。
3.根据权利要求1所述的电力交易方法，其特征在于，步骤二中的联盟链为所有卖家组成的卖方联盟，从所有卖家中选出一个代表来参与市场。
4.根据权利要求1所述的电力交易方法，其特征在于，步骤二中进入联盟后先对产消者的需求水平进行评估，判断其发电量是否能够自给自足；若可以自给自足则使用本地发电满足需求；若不可以，则进入步骤三。
5.根据权利要求1所述的电力交易方法，其特征在于，步骤三中，拍卖机制具体包括：
1)每一个产消者在以太坊区块链上占有一个帐户，该帐户具有特定地址和特定特征；
2)所有想要出售过剩电力的产消者组成一个卖方联盟，在一个统一的集合中出售电力；
3)每个卖家的利润分配与他们为卖方联盟贡献的电力数量成正比；
4)买家参与智能合约。
6.根据权利要求4所述的电力交易方法，其特征在于，产消者在以太坊区块链上的账户具有的特定特征为，产消者在注册时提供的数据在以太坊区块链上经过处理后的表示。
7.根据权利要求4所述的电力交易方法，其特征在于，步骤三中，智能合约内容包括：
1)宣布每一次拍卖的开始；
2)从卖方联盟接收当前可用资源并向买方宣布；
3)等待拍卖窗口关闭或直到收到所有买方的所有投标书，以时间较早者为准；
4)比较所有买家的出价，确定并宣布出价最高的为获胜者；
5)将资金从获胜者账户转移到卖方联盟。
8.根据权利要求1所述的电力交易方法，其特征在于，每个卖家都有权选择减少自己的用电需求，为联盟做出更多贡献；
卖方从其需求电量中削减较多以促进销售，其财务周转率则提高，而自身满意度水平则降低。
9.根据权利要求1所述的电力交易方法，其特征在于，当完成步骤四后，重复步骤二至步骤四，进行电力交易的迭代过程。
10.根据权利要求1所述的电力交易方法，其特征在于，产消者为装备了分布式发电机组的用户，包括装备了光伏板和智能电表的用户，产消者根据自身电力情况成为卖家或买家。
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