CN111160880A - 基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法 - Google Patents
基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法，其主要技术特点为：采集工业用户电力能耗数据；使用数据分析引擎并根据电力计划削减量和基本用电情况构建需求响应策略；根据需求响应策略，使用区块链技术建立电力交易模型；基于电力交易模型建立交易验证模型；生成虚拟代币作为交易的流通量；通过智能合约机制，完成虚拟代币的转移并完成交易。本发明设计合理，能够制定合理有效的需求响应策略；并采用区块链技术，保证工业用户电力交易的公平性及安全性，并且在工业用户需求响应实施过程中使用区块链技术能够快速检测数据异常和增强检测和响应网络攻击的能力，增强数据平台可信赖性并保留数据的完整性。
Description
技术领域
本发明属于配电网技术领域，尤其是一种基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法。
背景技术
随着节能减排政策的大力实施以及化石能源的逐渐短缺，除了采用新能源之外，用电负荷的峰谷差值的不断增大也给电网公司的安全与经济运行带来多种风险，以往通过限电等传统方式不仅会影响用户的正常生活之外，也大大增加了发电企业的机组启停成本，仅仅通过对发电企业的各项资源进行规划和调整途径不能很好照顾到需求侧用户的规划，需求响应技术已经成为兼顾电网公司以及用户需求的高效手段。电力需求响应主要是引导电力用户根据电力产品价格信号自主的调整自己的用电模式来使得电力的供应以及需求维持平衡，也就是说一定意义实现了用户按需自主调整用电模式，既可以降低能耗水平、提高能源利用率，也可以解决发电企业单方面强制控制用电负荷的缺点，需求响应的技术框架如图2所示。
目前，分布式发电市场化交易的机制是：分布式发电项目单位与配电网就近电力用户进行电力交易。由于配电网特性与输电网特性存在较大的差异，传统的集中式交易中心存在成本高、效率低下、透明度低、信息安全风险高等问题。近几年区块链技术在分散复杂系统管理方面的应用得到广泛研究。2016年工信部发布的区块链白皮书中将区块链技术定义为分布式数据存储、P2P传输，加密算法的新型应用模式，在该技术中使用非对称加密手段来保证数据传输的安全性和私密性，利用分布式节点共识机制来实现身份的验证，可以允许多方协同互动与数据交互，生成分布式不可篡改的数据记录。利用区块链技术在交易和计量方面的独特优势，可以实现配电网分布式发电的去中心化交易，区块链基本结构如图1所示。
与居民用户和商业用户相比，工业用户的用电需求较为复杂，由于用电设备的种类、生产班制、产品性质和产量要求等方面的因素，主要有以下三个特点：
1)用电基数较大；
2)电力需求曲线较为规律；
3)工业用电量计算特殊，一种是按受电变压器容量(即变压器容量)计取，一种按按企业用电最大需量计取。
为使工业用户减少用电费用支出，结合工业用户的特点，智能用电管理模式正在参与到电力公司所提供的需求响应计划中，我国正在向着工业强国发展进程的不断加快，随着工业用户的用电消费规模不断增加，也由于工业用户电力消费的特殊性，使得电力行业对交易结算的难度逐渐加大，在需求响应项目实施的过程中，中心化的交易方式给电网公司带来了巨大的挑战。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法，能够实现快速结算不同工业用户需求响应。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法，包括以下步骤：
步骤1、采集工业用户电力能耗数据；
步骤2、使用数据分析引擎并根据电力计划削减量和基本用电情况构建需求响应策略；
步骤3、根据需求响应策略，使用区块链技术建立电力交易模型；
步骤4、基于电力交易模型建立交易验证模型；
步骤5、生成虚拟代币作为交易的流通量；
步骤6、通过智能合约机制，完成虚拟代币的转移并完成交易。
而且，所述步骤1采集工业用户电力能耗数据包括工业用户每日的电力总能耗数据、电力交易数据、需求响应反馈量、高能耗设备单位时间内的耗电信息以及高耗能设备的数量、能耗参数。
而且，所述步骤2的具体实现方法为：首先基于对工业用户电力能耗数据的统计分析，描述用电数据标出的客观规律，其次基于规定性分析，使用历史数据建立分析模型，实现对连续数据的实时分析，然后通过对工业海量电力消费数据的深层挖掘建立预测模型，实现下一届阶段用电量初步估计，预防设备用电超出等特殊情况，最后由数据分析引擎对用电数据多方面分析结果，结合电力计划削减量和基本用电情况制定有效的需求响应策略
而且，所述基本用电情况包括：用电高峰时段、用电低谷时段和可中断时段。
而且，所述步骤3的具体实现方法为：首先记录如下交易信息：供电商的账户地址、工业用户的账户地址、交易时段、工业用户与供电商的交易结算期限、工业用户的历史负荷数据、工业用户的需求响应量；然后供电商端发布需求响应资源的购买请求，记录全部请求并计算出总的需求响应资源量进行公布；区块链中的每一条交易都是通过交易双方确认且经过系统验证的电力资源转移记录，交易的输入量包括需求响应资源提供节点的上一次交易地址的区块地址ID，交易时间、交易量、交易价格；交易记录的输出量包括实际结算的交易量和交易时间段
而且，所述步骤4的具体实现方法为：通过P2P网络将交易记录进行广播，各节点对交易进行验证，验证方式通过交易双方的数字签名以及区域层的确认信息；通过验证，则作为备选交易信息记入下一个数据区块。
而且，所述步骤5的具体实现方法为：在整个交易系统中生成虚拟货币作为交易双方的流通量，使用工作量量证明通过SHA256算法将包含当前记录交易信息的Merkle根植、上一区块地址信息、时间戳和一个随机数通过SHA256算法进行计算，通过该算法，通过该算法后交易流通过程中可以防止数据被篡改，生成虚拟代币作为交易的流通量。
而且，所述步骤6的具体实现方法为：智能合约以数字形式定义的承诺并使用计算机语言取代法律语言来记录，当系统运行时，智能电表可以记录下工业用户在一定时间内的用电量并发送至区块链中，交易结算智能合约在结算时间节点根据智能电表发送到区块链中的用电量数据进行结算，设定合约触发条件，双方合同以代码的形式写进区块链，合同在区块链中时公开透明的，合约通过P2P网络在区块链中进行全网扩散，只要触发特定条件则合约自动执行，自动实现虚拟代币资金的转移，完成交易。
本发明的优点和积极效果是：
本发明设计合理，其将电力总能耗数据、电力交易数据、需求响应反馈量以及高耗能设备的数量和耗能数据进行采集，在获取这些电力能耗的先验数据的基础上，使用得到的先验数据进行建立的多方面数据分析，可以制定合理有效的需求响应策略；并采用区块链技术，在使用先验数据制定有效的需求响应策略后，将获得的相关数据导入区块链中，通过使用区块链的开放、去中心化、不可篡改的等特性进行需求响应交易系统的搭建，保证工业用户电力交易的公平性，智能合约的技术使用同时也保证了交易的安全性，并且在工业用户需求响应实施过程中使用区块链技术能够快速检测数据异常和增强检测和响应网络攻击的能力，增强数据平台可信赖性并保留数据的完整性。
附图说明
图1为区块链原理的基本结构图；
图2为需求响应的技术框架图；
图3为本发明的基于区块链技术的面向工业用户需求响应的交易结算流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种基于区块链技术的面向工业用户需求响应的交易结算控制方法，如图3所示，包括以下步骤：
步骤1、采集工业用户电力能耗数据。
在本步骤中，采集工业用户电力能耗数据包括工业用户每日的电力总能耗数据、电力交易数据、需求响应反馈量、高能耗设备单位时间内的耗电信息，以及高耗能设备的数量、能耗参数。
由于不同工业用户的数据协议不标准，常见的协议包括ModBus、OPC、CAN、ControlNet、DeviceNet、Profibus、Zigbee等工业协议，因此，本发明通过相关工业用户授权将各类型的工业协议数据转化为常见的互联网HTTP协议，之后进行数据清洗，保留有效的数据到数据库中。
步骤2、建立数据分析引擎并根据电力计划削减量和基本用电情况构建需求响应策略。
在本步骤中，数据分析引擎的建立：首先基于对工业用户电力能耗数据的统计分析，描述用电数据标出的客观规律，其次基于规定性分析，使用历史数据建立分析模型，实现对连续数据的实时分析，然后通过对工业海量电力消费数据的深层挖掘建立预测模型，实现下一届阶段用电量初步估计，预防设备用电超出等特殊情况，最后由数据分析引擎对用电数据多方面分析结果，结合电力计划削减量和基本用电情况制定有效的需求响应策略。所述基本用电情况包括：用电高峰时段、用电低谷时段和可中断时段。
步骤3、根据需求响应策略，使用区块链技术建立电力交易模型。
首先记录如下交易信息:包括供电商的账户地址、工业用户的账户地址、交易时段、工业用户与供电商的交易结算期限、工业用户的历史负荷数据、工业用户的需求响应量等，然后供电商端发布需求响应资源的购买请求，记录全部请求并计算出总的需求响应资源量进行公布，其中所有交易及耗能数据都保存在区块链中且不可篡改，保证率交易双方的信任问题，无需第三方结算平台的参与，减少了交易成本。且区块链中的每一条交易都是通过交易双方确认且经过系统验证的电力资源转移记录，交易的输入量包括需求响应资源提供节点的上一次交易地址的区块地址ID，交易时间、交易量、交易价格；交易记录的输出量包括实际结算的交易量和交易时间段。
步骤4、基于电力交易模型进行交易验证。
在本步骤中，交易验证的方法为：通过P2P网络将交易记录进行广播，各节点对交易进行验证，验证方式通过交易双方的数字签名以及区域层的确认信息；通过验证，则作为备选交易信息记入下一个数据区块。
步骤5、生成虚拟代币作为交易的流通量。
在整个交易系统中使用工作量证明(Proof of work,PoW)机制通过SHA256(Secure Hash Algorithm,SHA)算法完成该模块的构建，SHA-256的压缩函数满足Merkle-Damgard结构，可以保证压缩函数在满足散列函数安全性的前提下构造区块链所用的主要密码哈希函数，区块的头部信息为交易数据时，使用这个哈希函数去计算相关数据的哈希值，以保证数据的完整性。如图1所示，首先将包含当前记录交易信息的Merkle根植、上一区块地址信息、时间戳和一个随机数通过SHA256算法进行计算，通过该算法后交易流通过程中可以防止数据被篡改，生成虚拟代币作为交易的流通量。
步骤6、通过智能合约机制，完成虚拟代币的转移并完成交易。
智能合约是一套以数字形式定义的承诺，使用计算机语言取代法律语言来记录，当系统运行时，智能电表可以记录下工业用户在一定时间内的用电量并发送至区块链中，交易结算智能合约在结算时间节点根据智能电表发送到区块链中的用电量数据进行数据结算，设定合约触发条件，双方合同以代码的形式写进区块链，合同在区块链中时公开透明的，合约通过P2P网络在区块链中进行全网扩散，只要触发特定条件则合约自动执行，自动完成虚拟代币资金的转移，完成交易。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (8)
1.一种基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤1、采集工业用户电力能耗数据；
步骤2、使用数据分析引擎并根据电力计划削减量和基本用电情况构建需求响应策略；
步骤3、根据需求响应策略，使用区块链技术建立电力交易模型；
步骤4、基于电力交易模型建立交易验证模型；
步骤5、生成虚拟代币作为交易的流通量；
步骤6、通过智能合约机制，完成虚拟代币的转移并完成交易。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法，其特征在于：所述步骤1采集工业用户电力能耗数据包括工业用户每日的电力总能耗数据、电力交易数据、需求响应反馈量、高能耗设备单位时间内的耗电信息以及高耗能设备的数量、能耗参数。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法，其特征在于：所述步骤2的具体实现方法为：首先基于对工业用户电力能耗数据的统计分析，描述用电数据标出的客观规律，其次基于规定性分析，使用历史数据建立分析模型，实现对连续数据的实时分析，然后通过对工业海量电力消费数据的深层挖掘建立预测模型，实现下一届阶段用电量初步估计，预防设备用电超出情况，最后由数据分析引擎对用电数据多方面分析结果，结合电力计划削减量和基本用电情况制定有效的需求响应策略。
4.根据权利要求3所述的基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法，其特征在于：所述基本用电情况包括：用电高峰时段、用电低谷时段和可中断时段。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法，其特征在于：所述步骤3的具体实现方法为：首先记录如下交易信息：供电商的账户地址、工业用户的账户地址、交易时段、工业用户与供电商的交易结算期限、工业用户的历史负荷数据、工业用户的需求响应量；然后供电商端发布需求响应资源的购买请求，记录全部请求并计算出总的需求响应资源量进行公布；区块链中的每一条交易都是通过交易双方确认且经过系统验证的电力资源转移记录，交易的输入量包括需求响应资源提供节点的上一次交易地址的区块地址ID，交易时间、交易量、交易价格；交易记录的输出量包括实际结算的交易量和交易时间段。
6.根据权利要求1所述的基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法，其特征在于：所述步骤4的具体实现方法为：通过P2P网络将交易记录进行广播，各节点对交易进行验证，验证方式通过交易双方的数字签名以及区域层的确认信息；通过验证，则作为备选交易信息记入下一个数据区块。
7.根据权利要求1所述的基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法，其特征在于：所述步骤5的具体实现方法为：在整个交易系统中生成虚拟货币作为交易双方的流通量，使用工作量量证明通过SHA256算法将包含当前记录交易信息的Merkle根植、上一区块地址信息、时间戳和一个随机数通过SHA256算法进行计算，通过该算法，通过该算法后交易流通过程中可以防止数据被篡改，生成虚拟代币作为交易的流通量。
8.根据权利要求1所述的基于区块链的面向工业用户需求响应交易结算控制方法，其特征在于：所述步骤6的具体实现方法为：智能合约以数字形式定义的承诺并使用计算机语言取代法律语言来记录，当系统运行时，智能电表可以记录下工业用户在一定时间内的用电量并发送至区块链中，交易结算智能合约在结算时间节点根据智能电表发送到区块链中的用电量数据进行结算，设定合约触发条件，双方合同以代码的形式写进区块链，合同在区块链中时公开透明的，合约通过P2P网络在区块链中进行全网扩散，只要触发特定条件则合约自动执行，自动实现虚拟代币资金的转移，完成交易。
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