CN110599304B - 一种基于区块链的分布式能源交易系统及构建方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种基于区块链的分布式能源交易系统及构建方法。系统包括：物理层、网络层和服务层；其中，所述物理层分布在所述分布式能源交易系统底层，包括若干分布式区块链节点；所述网络层位于所述物理层之上，包括点对点网络模块、共识机制模块、密码学算法模块和数据存储模块；所述服务层位于所述网络层之上，包括智能合约、分布式应用程序、应用程序编程接口和软件开发工具包。本发明实施例通过将发电、储能设备上链数字化，给小型电力运营商提供更多灵活的业务模式，同时帮助个人用户降低用户成本。

Description

一种基于区块链的分布式能源交易系统及构建方法
技术领域
本发明涉及区块链技术领域，尤其涉及一种基于区块链的分布式能源交易系统及构建方法。
背景技术
传统电网通过中心化运营，消费者获得了相对稳定的价格和安全。但随着分布式电力能源的发展，包括太阳能、电池等不断发展，普通用户开始获得了电力的部分控制权。不论是本地运营商，还是用售电一体的个人用户，都对传统电网单独定价、统一输配的传统模式产生了冲击。在本地运营商或者P2P模式下，电能的生产者和使用者之间建起了直接的联系，他们可以直接进行交易，而不是通过一个充当中介的电力公司。直接交易的优势就是省钱，省事，降低传输损耗并且能最大化清洁能源的使用。
然而，分布式/点对点的电力交易系统，也面临着一些自身特点带来的限制。一方面，本地的电力装置购置和基础设施建设，需要大量的资金投入，对于小型运营商或者个人用户而言，这是一笔不菲的前期投入。另一方面，分布式的能源交易系统，具有实时电价波动、用电计划动态调整、频繁资费结算等特点，信息、资金在整个系统中的变化、流转非常频繁，必须具有一个稳定、高效、低成本的交易体系。
发明内容
本发明实施例提供一种基于区块链的分布式能源交易系统及构建方法，用以解决现有技术中交易系统前期投资成本高，并且受实时用电情况影响较大，系统不稳定的缺陷。
第一方面，本发明实施例提供一种基于区块链的分布式能源交易系统，包括：
物理层、网络层和服务层；
其中，所述物理层分布在所述分布式能源交易系统底层，包括若干分布式区块链节点；
所述网络层位于所述物理层之上，包括点对点网络模块、共识机制模块、密码学算法模块和数据存储模块；
所述服务层位于所述网络层之上，包括智能合约、分布式应用程序、应用程序编程接口和软件开发工具包。
其中，所述若干分布式区块链节点具体包括构成所述分布式能源交易系统的物理机器。
其中，所述点对点网络模块由多个节点组成，用于负责所述多个节点之间的信息交互与同步，通过gRPC通道进行数据交互，以及通过Gossip协议进行数据同步。
其中，所述共识机制模块用于保证多个节点对于能源交易的发生顺序、合法性以及对账本状态的更新结果达成一致。
其中，所述密码学算法模块用于允许授权用户加入所述分布式能源交易系统、验证用户身份以及验证交易有效性等。
其中，所述数据存储模块用于通过链式结构，将所述分布式能源交易系统的交易、运行和配置等信息以区块的形式进行存储。
其中，所述智能合约用于提供底层服务，并与区块链进行交互。
其中，所述分布式应用程序用于面向用户与用电设备提供应用服务。
其中，所述应用程序编程接口用于负责智能合约与所述分布式应用程序进行交互。
第二方面，本发明实施例提供一种基于区块链的分布式能源交易系统的构建方法，包括：
构建物理层，所述物理层分布在所述分布式能源交易系统底层，包括若干分布式区块链节点；
构建网络层，所述网络层位于所述物理层之上，包括点对点网络模块、共识机制模块、密码学算法模块和数据存储模块；
构建服务层，所述服务层位于所述网络层之上，包括智能合约、分布式应用程序、应用程序编程接口和软件开发工具包。
本发明实施例提供的一种基于区块链的分布式能源交易系统及构建方法，通过将发电、储能设备上链数字化，给小型电力运营商提供更多灵活的业务模式，同时帮助个人用户降低用户成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的分布式能源系统的架构图；
图2为本发明实施例提供的分布式能源交易系统的框架结构图；
图3为本发明实施例提供的一种基于区块链的分布式能源交易系统的构建方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的分布式能源系统的架构图，如图1所示，系统中包含多个居民用户、本地电力运营商与智能电网。居民用户之间、居民用户与运营商，以及运营商与电网之间均可以进行电力交易。系统中的实线连接代表电力连接，虚线连接代表信息连接。
居民的用电设备(如冰箱、空调、烘干机等)、智能手机、智能电表、储能设备(如电池、电动汽车等)等，都通过智能合约，连接到由区块链作为底层的分布式能源交易系统中。用户可以利用智能手机，查询实时电价，操作家中的用电设备，完成电力交易，所有的操作与交易记录，都会记录在基于区块链的分布式账本中。本地运营商的电力供应，来自于电力基础设施、光伏发电板、风力发电以及从智能电网购买的电力。用户可以根据自身需求，与本地运营商进行电力买卖，本地运营商可以提供比其他居民用户更稳定的电力出售和电力收购服务，但是价格相对更高。这些电力交易也会通过分布式能源交易系统，完成信息和价值的流转。当本地运营商与居民自身产生的电力，无法满足本地需求时，运营商会向智能电网购电，以满足本地用电负荷。
图2为本发明实施例提供的分布式能源交易系统的框架结构图，如图2所示，包括：
物理层、网络层和服务层；
其中，所述物理层分布在所述分布式能源交易系统底层，包括若干分布式区块链节点；
所述网络层位于所述物理层之上，包括点对点网络模块、共识机制模块、密码学算法模块和数据存储模块；
所述服务层位于所述网络层之上，包括智能合约、分布式应用程序、应用程序编程接口和软件开发工具包。
具体地，本发明实施例提出的分布式能源交易系统自下而上包括三个层：底层为物理层，具体包括由若干分布式区块链节点组成，物理层之上为网络层，其中具体包括了四个模块，点对点网络模块、共识机制模块、密码学算法模块和数据存储模块，网络层之上为服务层，其中也包含了四个部分，智能合约、分布式应用程序、应用程序编程接口和软件开发工具包。
本发明实施例通过构建分布式能源交易系统，将发电、储能设备上链数字化，给小型电力运营商提供更多灵活的业务模式，同时帮助个人用户降低用户成本。
在上述实施例的基础上，所述若干分布式区块链节点具体包括构成所述分布式能源交易系统的物理机器。
具体地，分布式能源交易系统底层为物理层，包含多个分布式区块链节点，是构成分布式能源交易系统的物理机器，由运营商与系统用户分别维护各自的节点。
在上述实施例的基础上，所述点对点网络模块由多个节点组成，用于负责所述多个节点之间的信息交互与同步，通过gRPC通道进行数据交互，以及通过Gossip协议进行数据同步。
具体地，网络层中的点对点网络模块是由多节点组成，主要负责节点之间的信息交互与同步，通过gRPC通道进行数据交互，并通过Gossip协议进行数据同步。
本发明实施例通过分布式能源交易系统整体的架构设计，通过区块链技术，实现点对点电力交易。
在上述实施例的基础上，所述共识机制模块用于保证多个节点对于能源交易的发生顺序、合法性以及对账本状态的更新结果达成一致。
在上述实施例的基础上，所述密码学算法模块用于允许授权用户加入所述分布式能源交易系统、验证用户身份以及验证交易有效性等。
具体地，密码学算法用于允许授权用户加入能源交易系统、验证用户身份、验证交易有效性等，确保系统安全，保护用户隐私。
本发明实施例通过利用数字化凭证实现用户资产的安全交易与流转，并通过区块链钱包与相关密码学算法，保证用户数字资产的安全。
在上述实施例的基础上，所述数据存储模块用于通过链式结构，将所述分布式能源交易系统的交易、运行和配置等信息以区块的形式进行存储。
具体地，所有分布式能源交易系统的交易、运行、配置等信息，通过链式结构，以区块的形式存储，确保交易记录的安全透明、不可篡改，保证用户用电信息和账户资金的安全。
本发明实施例通过用户同时参与分布式能源交易系统的数据验证与存储，以及整个系统的运行与维护，通过分布式系统保证点对点能源交易的安全、可信。
在上述实施例的基础上，所述智能合约用于提供底层服务，并与区块链进行交互。
具体地，位于服务层的智能合约由开发者编写的无状态的、事件驱动的代码。智能合约对外暴露若干接口，对应用发出的交易做出响应，执行代码逻辑，与区块链账本进行交互。项目平台支持拥有权限的角色进行智能合约的升级。
本发明实施例通过引入智能合约，为能源生态系统提供了一种新型的交易管理层级，面向用户、运营商、智能电表、用电设备，提供不同的服务，实现信息与价值的可靠流转。
在上述实施例的基础上，所述分布式应用程序用于面向用户与用电设备提供应用服务。
具体地，分布式应用程序负责具体的分布式能源交易系统功能实现，如面向居民用户的实时电价查看、电力买卖、设置用电计划，资金管理等；面向电力运营商/零售商的电能售卖、电能收购、基础设施资产证券化、系统成员管理等；面向智能电表的自动抄表、设备保护、自动扣费等；以及面向电力设备的设备起停、用电状态调整、智能预警等。
在上述实施例的基础上，所述应用程序编程接口用于负责智能合约与所述分布式应用程序进行交互。
本发明实施例通过构建分布式能源交易系统，将发电、储能设备上链数字化，给小型电力运营商提供更多灵活的业务模式，同时帮助个人用户降低用户成本。
图3为本发明实施例提供的一种基于区块链的分布式能源交易系统的构建方法流程图，如图3所示，包括：
S1，构建物理层，所述物理层分布在所述分布式能源交易系统底层，包括若干分布式区块链节点；
S2，构建网络层，所述网络层位于所述物理层之上，包括点对点网络模块、共识机制模块、密码学算法模块和数据存储模块；
S3，构建服务层，所述服务层位于所述网络层之上，包括智能合约、分布式应用程序、应用程序编程接口和软件开发工具包。
本发明实施例通过构建完整的分布式能源交易系统，对于区域电网中电力设备购买和基础设置建设，区块链技术提升了其资金筹集的灵活性，可以引入更多本地运营商，甚至个人售电用户参与其中，通过引入更多竞争，使得电力交易更加透明、更加市场化，其次，对于点对点的电力交易体系，去中心化的交易系统，降低系统信息、价值流转带来的摩擦，降低了系统运行的成本。
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于区块链的分布式能源交易系统，其特征在于，包括：物理层、网络层和服务层；
其中，所述物理层分布在所述分布式能源交易系统底层，包括若干分布式区块链节点；
所述网络层位于所述物理层之上，包括点对点网络模块、共识机制模块、密码学算法模块和数据存储模块；
所述服务层位于所述网络层之上，包括智能合约、分布式应用程序、应用程序编程接口和软件开发工具包；
所述若干分布式区块链节点具体包括构成所述分布式能源交易系统的物理机器；
所述点对点网络模块由多个节点组成，用于负责所述多个节点之间的信息交互与同步，通过gRPC通道进行数据交互，以及通过Gossip协议进行数据同步；
所述共识机制模块用于保证多个节点对于能源交易的发生顺序、合法性以及对账本状态的更新结果达成一致；
所述密码学算法模块用于允许授权用户加入所述分布式能源交易系统、验证用户身份以及验证交易有效性；
所述数据存储模块用于通过链式结构，将所述分布式能源交易系统的交易、运行和配置信息以区块的形式进行存储。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的分布式能源交易系统，其特征在于，所述智能合约用于提供底层服务，并与区块链进行交互。
3.根据权利要求2所述的一种基于区块链的分布式能源交易系统，其特征在于，所述分布式应用程序用于面向用户与用电设备提供应用服务。
4.根据权利要求2所述的一种基于区块链的分布式能源交易系统，其特征在于，所述应用程序编程接口用于负责智能合约与所述分布式应用程序进行交互。
5.一种基于区块链的分布式能源交易系统的构建方法，其特征在于，包括：
构建物理层，所述物理层分布在所述分布式能源交易系统底层，包括若干分布式区块链节点；
构建网络层，所述网络层位于所述物理层之上，包括点对点网络模块、共识机制模块、密码学算法模块和数据存储模块；
构建服务层，所述服务层位于所述网络层之上，包括智能合约、分布式应用程序、应用程序编程接口和软件开发工具包；
所述若干分布式区块链节点具体包括构成所述分布式能源交易系统的物理机器；
所述点对点网络模块由多个节点组成，用于负责所述多个节点之间的信息交互与同步，通过gRPC通道进行数据交互，以及通过Gossip协议进行数据同步；
所述共识机制模块用于保证多个节点对于能源交易的发生顺序、合法性以及对账本状态的更新结果达成一致；
所述密码学算法模块用于允许授权用户加入所述分布式能源交易系统、验证用户身份以及验证交易有效性；
所述数据存储模块用于通过链式结构，将所述分布式能源交易系统的交易、运行和配置信息以区块的形式进行存储。
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