CN111563786A - 一种基于区块链的虚拟电厂调控平台及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于区块链的虚拟电厂调控平台及运行方法，所述平台包括前端系统、后端系统、区块链系统、调度控制系统；所述的前端系统用于提供交互界面与用户完成交互，通过调用后端系统完成交易处理；所述的后端系统用于完成核心交易的处理，包括相关业务处理的逻辑；所述的区块链系统用于储存系统运行过程中产生的数据信息，以及自动执行约定的交易内容；所述的调度控制系统用于判断节点是否具备执行请求的能力以及接收来自区块链系统的决策。本发明的有益效果在于：解决了虚拟电厂去中心化的信任问题，实现各主体之间可信可靠的互联；保障了内部信息的真实有效；实现交易智能化，提高任务的执行效率。
Description
技术领域
本发明涉及虚拟电厂内部点对点电能交易、虚拟电厂参与电力辅助服务技术领域，具体涉及一种基于区块链的虚拟电厂调控平台，以及一种基于区块链的虚拟电厂调控平台的运行方法。
背景技术
近年来，随着能源紧缺问题、环境污染问题日益严重，分布式能源凭借能效高、损耗小、经济环保的性能特点受到广泛推崇和应用，但同时也给电力系统的安全稳定运行带来了新的挑战。虚拟电厂作为一种新的能源聚合形式，通过先进的通信技术，对分散的分布式能源进行整合控制，个体之间协调互补，共同参与电力市场和电力系统的运行。
虚拟电厂在发展过程中存在诸多挑战：不透明的交易过程和利益分配机制造成的信任成本高；内部信息和数据没有相应的安全保障体系；中心化管理可能导致的用户隐私泄露；传统的集中式监管和第三方的参与需要数据维护、交易清算的频繁校对，阻碍了一些能源用户对高效率和低成本的追求。
发明内容
为了解决以上问题，本发明提供了一种基于区块链的虚拟电厂调控平台及运行方法，利用区块链技术解决虚拟电厂在交易调控过程中的信任问题、数据安全性问题、任务执行效率问题，并在场景一下考虑了交易双方竞价匹配的交易机制，实现分布式能源的自由能量交互；将区块链技术的应用场景拓展到场景二下，挖掘分布式能源参与电力辅助服务的潜力。
所述的场景一为虚拟电厂撮合内部交易主体之间的点对点电能交易场景。
所述的场景二为虚拟电厂整合内部分布式能源参与备用辅助服务场景。
本发明提出一种基于区块链的虚拟电厂调控平台，所述平台包括：
前端系统、后端系统、区块链系统、调度控制系统；
所述的前端系统用于提供交互界面与用户完成交互，通过调用后端系统完成交易处理；
所述的后端系统用于完成核心交易的处理，包括相关业务处理的逻辑；
所述的区块链系统用于储存系统运行过程中产生的数据信息，以及自动执行约定的交易内容；
所述的调度控制系统用于判断节点是否具备执行请求的能力以及接收来自区块链系统的决策。
进一步的，所述的前端系统包括用户注册模块、用户充值模块、用户请求模块；
所述的用户注册模块用于提供用户账户注册的用户界面；
所述的用户充值模块用于提供用户账户充值的用户界面；
所述的用户请求模块用于提供用户发送交易请求，包括电能交易请求和参与电力辅助服务请求的用户界面。
进一步的，所述的后端系统包括通信模块、请求验证模块、交易信息匹配模块、辅助服务模块、合约信息暂存模块；
所述的通信模块用于负责与所述的调度控制系统的通信器模块通信，完成数据的更新和同步；
所述的请求验证模块用于负责对用户请求的合法性和用户身份进行验证，以及对用户的类型以及发送请求的交易类型进行识别和分类；
所述的交易信息匹配模块用于负责将收集的买卖双方的报价信息进行排序，最后综合电网预测的阻塞费用以及线路安全校核的结果，进行相应的匹配；
所述的辅助服务模块用于负责接收来自信息审核模块的返回结果，并判断参与辅助服务资源的动态组合是否满足整体约束条件，若满足，则与各个节点进行签约，再利用调用接口将数据信息和合约信息写入区块链网络中；
所述的合约信息暂存模块用于负责存储制定的合约内容；在交易双方确认签名之后，利用区块链调用接口将交易过程中产生的数据信息和合约内容写入区块链网络中，完成数据的上链。
进一步的，所述的区块链系统包括：
智能合约模块，包括利用GO语言撰写的用户之间合约信息；
数字证书认证模块，负责管理用户注册登录的数字证书；
成员管理模块，负责管理各个成员的认证信息，提供授权服务；
共识模块，利用实用性容错拜占庭PBFT共识机制保障所有节点的数据完成同步，达成共识。
进一步的，所述的调度控制系统包括通信器模块、信息审核模块、节点信息存储模块、调度执行模块；
所述的通信器模块用于建立通信服务器，允许其他系统和节点的通信模块接入平台；
所述的信息审核模块用于负责对提出参与辅助服务请求的节点进行参数信息验证，包括可调容量验证、历史响应时间、历史持续时间、可用性指标，判断是否具备参与电力辅助服务的能力，并返回验证结果；
所述的节点信息存储模块用于负责将节点智能仪表的实时数据进行存储，方便数据的查询。
所述的调度执行模块用于接收区块链系统中智能合约模块的决策，执行相应的调度权限，返回调度执行结果。
根据本发明的一个实施例，还提出一种基于区块链的虚拟电厂调控平台的运行方法，用于虚拟电厂撮合内部交易主体之间的点对点电能交易，虚拟电厂为分布式发电资源和负荷用户提供双向互动交互平台，其特征在于：包括以下步骤：
阶段一：合约制定阶段
步骤1：已经通过前端完成注册的用户对平台发送电能交易的请求，请求验证模块对发出请求的用户节点身份、请求信息类型、请求交易时间、请求交易量以及电能报价进行合理性验证，如果通过验证，则转到步骤2；如果未通过验证，则转到步骤8；
步骤2：在此次交易周期内，平台采集通过请求验证模块的用户请求，在交易匹配模块中根据交易时间和交易量提供预定的匹配范围；确定预定的匹配范围后，根据电网企业线路安全校核结果，综合电网给出的阻塞费用和相应卖方的报价，买方对匹配范围内的所有对象根据价格按照升序排列；如果买方通过比较选择和电网签订电能交易合约或者放弃此次交易，则直接跳转至步骤8；除此之外，买方选择卖方，完成匹配选择过程；若用户没有可选择的匹配范围，则跳转到步骤7；
步骤3：系统询问双方节点是否确认交易，如果是，则转到步骤4，如果否，则转到步骤7；
步骤4：交易双方在合约暂存模块中生成合约条款，等待买卖双方通过签名进行确认；所述的合约条款包括交易时间、交易电量、交易电价以及费用结算机制，合约要求买方在确认签名前保证账户里的金额不少于此次的成交电价，卖方的账户余额不少于150％的成交电价；
步骤5：交易双方确认签名后，利用区块链调用接口将用户身份信息、用户请求信息、身份和请求信息验证结果、买卖双方交易匹配结果、制定的合约条款数据信息写入区块链系统中，平台从买方的账户中扣除此次的成交金额，从卖方的账户中扣除押金；所述用户请求信息包括请求信息类型、请求交易时间、请求交易量以及电能报价，所述制定的合约条款包括买卖双方的交易时间、交易电量、交易电价、费用结算机制；然后跳转到步骤7；
所述将数据信息写入区块链系统操作具体包括：利用区块链调用接口调用区块链系统的客户端SDK，客户端SDK把用户身份信息、用户请求信息、身份和请求信息验证结果、买卖双方交易匹配结果、制定的合约条款数据信息发送到背书节点，背书节点与智能合约通信，智能合约模拟执行相应逻辑，每次执行都会获得一组读写集。背书节点对这些读写集签名，并将读写集连同签名一起返回给客户端SDK。客户端SDK再把读写集发送给排序节点，进行排序和打包工作，生成新的区块。将打包好的新区块发送给提交节点，进行校验，检查区块和区块内交易的数据是否正确。验证结束后，提交节点会将通过验证的新区块进行上链操作；所述用户请求信息包括请求信息类型、请求交易时间、请求交易量以及电能报价，所述制定的合约条款包括买卖双方的交易时间、交易电量、交易电价、费用结算机制；
步骤6：平台从买方的账户中扣除此次的成交金额，从卖方的账户中扣除150％成交电价的押金；跳转到步骤8；
步骤7：系统询问节点是否愿意调整报价或者交易量，如果是，则转到步骤2，如果否，则转到步骤8；
步骤8：交易结束；
阶段二：交易执行阶段
步骤1：待执行的智能合约完成部署后满足触发条件自动执行，当满足合约执行的规定前提，智能合约模块通知调度执行模块执行调度权限；
步骤2：电能调度完成后，智能合约模块通过验证参与交易节点的电能数据，按照合约内容中约定的费用结算机制对此次交易进行自动结算；
步骤3：返回交易结果，并利用区块链调用接口将交易结果写入区块链系统，完成数据的上链操作。
根据本发明提出的另一方面，还提出一种基于区块链的虚拟电厂调控平台的运行方法，应用于虚拟电厂整合内部分布式能源参与备用辅助服务场景，包括以下步骤：
步骤1：区块链平台上的各个节点根据自身用能/发电情况，向调控平台发出参与电力辅助服务的请求，请求内容包括参与辅助服务的投标容量，参与辅助服务的运行时段；
步骤2：区块链平台通过链上记录的各个请求节点的历史信息，以及信息存储模块中的实时数据，对提出请求的节点进行物理约束验证，包括节点的可调容量验证、历史响应时间、历史持续时间、历史可靠性；
步骤3：将通过验证的节点信息发送给辅助服务模块；
步骤4：辅助服务模块将通过验证节点进行动态组合，并判断动态组合的结果是否满足约束条件，包括组合容量约束、容量可用性概率约束、响应时间约束、持续时间约束、可调容量约束；如果通过验证，则转到步骤5；如果未通过验证，则转到步骤9；
步骤5：辅助服务模块分别与满足条件的节点在合约信息暂存模块中制定相应的合约内容，节点进行签名确认；
所述的合约内容包括节点参与辅助服务的中标容量，参与辅助服务的运行时段，费用结算机制；
步骤6：利用区块链调用接口将用户身份信息、用户请求信息、节点身份验证结果、节点信息审核结果、动态组合约束条件验证结果、制定的合约条款数据信息写入区块链系统中；平台从参与辅助服务节点的账户中扣除中标容量的惩罚金额当做押金；所述的用户请求信息包括请求信息类型、请求参与辅助服务的投标容量、参与辅助服务的运行时段；所述的节点信息审核结果包括节点的可调容量验证、历史响应时间、历史持续时间、历史可靠性数据；所述的动态组合约束条件验证结果包括组合容量约束、容量可用性概率约束、响应时间约束、持续时间约束、可调容量约束；所述制定的合约条款包括节点参与辅助服务的中标容量，参与辅助服务的运行时段，费用结算机制；
所述将数据信息写入区块链系统操作具体包括：利用区块链调用接口调用区块链系统的客户端SDK，客户端SDK把用户身份信息、用户请求信息、节点身份验证结果、节点信息审核结果、动态组合约束条件验证结果、制定的合约条款等数据信息发送到背书节点，背书节点与智能合约通信，智能合约模拟执行相应逻辑，每次执行都会获得一组读写集。背书节点对这些读写集签名，并将读写集连同签名一起返回给客户端SDK。客户端SDK再把读写集发送给排序节点，进行排序和打包工作，生成新的区块。将打包好的新区块发送给提交节点，进行校验，检查区块和区块内交易的数据是否正确。验证结束后，提交节点会将通过验证的新区块进行上链操作；
步骤7：平台从参与辅助服务节点的账户中扣除中标容量的惩罚金额当做押金；
步骤8：等待此次辅助服务完成后，智能合约模块通过验证参与辅助服务节点的电能数据，按照合约内容中约定的费用结算机制对每个节点的费用进行自动结算，并返回交易结果，利用区块链调用接口将交易结果写入区块链系统，完成数据的上链操作。；
步骤9：交易结束。
进一步的，所述的可调容量为节点参与辅助服务的投标容量不超过节点的最大可调容量；
响应时间为节点从接收到调度指令到完全达到指令要求所需的最长时间；所述的历史响应时间为节点参与过的所有辅助服务响应时间的平均值；
持续时间为节点从完全响应调度指令后保持该状态的最短时间；所述的历史持续时间为节点参与过的所有辅助服务持续时间的平均值；
所述的历史可靠性为在实时调用的过程中，中标节点是否能完全响应调度指令，按照要求上线运行。
进一步的，所述的组合容量约束包括组合容量的上下限约束，组合容量的上限约束为参与辅助服务的节点动态组合的投标容量在不影响市场出清价格的范围内，组合容量的下限约束为节点动态组合的投标容量不得低于参与辅助服务的最小容量。
所述的容量可用性概率约束为每个时段备用资源的可用容量大于投标容量的概率满足预定的概率值；
所述的响应时间约束为每个参与辅助服务节点的响应时间均要满足辅助服务最小响应时间的要求；
所述的持续时间约束要求在每个时段中，所有节点的总输出电能不小于节点组合的投标容量在辅助服务要求的最小持续时间中输出的电能；
所述的可调容量约束为节点参与辅助服务的投标容量不超过节点的最大可调容量。
本发明的有益效果在于：
1、随着电力市场的逐渐开放，虚拟电厂可作为中间商为分布式发电资源和负荷用户提供点对点直接交易模式的双向互动平台，增强分布式能源在市场中的核心竞争力。同时，虚拟电厂也可通过更高层面的软件架构实现分布式能源的协调运行，根据动态组合算法等规则对分布式能源单元进行动态组合，将其作为一个整体参与电力辅助服务市场，挖掘分布式能源参与辅助服务的潜力。
2、本发明将基于虚拟电厂撮合内部交易主体之间的点对点电能交易和虚拟电厂整合内部分布式能源参与备用辅助服务的两个典型场景设计基于区块链的虚拟电厂交易调控平台。在点对点电能交易场景下考虑交易双方的竞价匹配选择，满足用户需求的多样性，实现分布式能源的能量自由交互。在电力辅助服务市场中，备用服务的响应时间和调节精度要求相对较为宽裕，更适合虚拟电厂等能源集成商参与。将区块链技术应用到虚拟电厂参与备用辅助服务的场景中，发挥出分布式能源参与电网辅助服务的潜力。
3、本发明将区块链技术应用于虚拟电厂具有以下优势：1)提高虚拟电厂数据存储的鲁棒性和可靠性；2)区块链中各节点共同协作维护整个系统的稳定运行，与虚拟电厂的运行特性相适应，有助于促进虚拟电厂的协调优化能力；3)智能合约保障了交易双方的权利义务和合约执行的判定，提高了执行效率，减少了第三方监督的管理成本；4)区块链利用密码学技术对数据进行加密，数据上链不能篡改，保证了虚拟电厂信息的安全有效，降低了各个主体之间的信任成本。
附图说明
图1：基于区块链的电能交易调控平台框架图；
图2：基于区块链的电能交易调控平台架构；
图3：基于区块链的虚拟电厂交易流程示意图；
图4：合约制定流程图；
图5：交易执行流程图；
图6：虚拟电厂参与备用服务流程图。
具体实施方式
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、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。下面结合具体实施例对一种基于区块链的虚拟电厂调控平台的运行方法进一步说明。
实施例1
本发明设计了一种基于区块链的虚拟电厂调控平台，设计的平台框架包括前端和后端两部分；平台框架的前端为基于WEB交互界面，平台框架的后端包括四层结构，自下而上分为数据采集层、数据传输层、数据处理层、区块链业务技术层；设计的平台架构包括前端系统、后端系统、区块链系统、调度控制系统。
图1为基于区块链的电能交易调控平台框架，结合图1对所述的设计的平台框架进行说明：
所述的基于WEB交互界面用于利用可视化界面与用户进行直接交互，可提供用户注册、用户充值、用户发送交易请求(包括电能交易请求和参与电力辅助服务请求)并与所述的后端系统进行通信，完成基于区块链的电能交易调控平台业务的场景化、个性化与业务化。
所述的数据采集层用于利用SCADA系统对在平台上的用户基本信息进行实时采集和监控，并筛选出需要与上级通信的数据。各项数据通过各种途径和渠道实时传输发送至数据传输层。
所述的数据传输层用于终端用户之间提供透明的数据传输，向上层提供可靠的数据传输服务。
所述的数据处理层用于针对区块链平台执行交易过程中海量数据的清洗、校验、比对、存储等处理操作，完成相应的交易执行步骤，将数据上传给区块链业务技术层完成相应的区块链业务技术操作。
所述的区块链业务技术层用于区块链架构的选取，共识机制的设定，智能合约的生命周期管理等。
图2为基于区块链的电能交易调控平台架构，结合图2对所述的设计的平台架构进行说明：
所述的前端系统用于提供交互界面与用户完成交互，通过调用后端系统完成交易处理。包括用户注册模块、用户充值模块、用户请求模块。
所述的用户注册模块用于提供用户账户注册的用户界面。
所述的用户充值模块用于提供用户账户充值的用户界面。
所述的用户请求模块用于提供用户发送交易请求(包括电能交易请求和参与电力辅助服务请求)的用户界面。
所述的后端系统用于完成核心交易的处理，需要具备相关业务处理的逻辑。包括通信模块、请求验证模块、交易信息匹配模块、辅助服务模块、合约信息暂存模块。
所述的通信模块用于负责与所述的调度控制系统的通信器模块通信，完成数据的更新和同步。
所述的请求验证模块用于负责对用户请求的合法性和用户身份进行验证，以及对用户的类型以及发送请求的交易类型进行识别和分类。用户注册请求则直接发送给区块链系统模块，获取身份证书；普通电能交易则发送请求给交易信息匹配模块；参与电网辅助服务的请求则发送给辅助服务模块。
所述的交易信息匹配模块用于负责将收集的买卖双方的报价信息进行排序，最后综合电网预测的阻塞费用以及线路安全校核的结果，交易双方双向选择匹配。
所述的辅助服务模块用于负责接收来自信息审核模块的返回结果，并判断参与辅助服务资源的动态组合是否满足整体约束条件，若满足，则与各个节点进行签约，再利用调用接口将数据信息和合约信息写入区块链网络中。
所述的合约信息暂存模块用于负责存储制定的合约内容。在交易双方确认签名之后，利用区块链调用接口将交易过程中产生的数据信息和合约内容写入区块链网络中，完成数据的上链。
所述的区块链系统包括利用GO语言撰写的用户之间合约信息的智能合约模块；负责管理用户注册登录的数字证书的数字证书认证模块；主要负责管理各个成员的认证信息，提供授权服务的成员管理模块；利用实用性容错拜占庭PBFT共识机制保障所有节点的数据完成同步，达成共识的共识模块。
所述的调度控制系统用于判断节点是否具备执行请求的能力。包括通信器模块、信息审核模块、节点信息存储模块、调度执行模块。
所述的通信器模块用于建立通信服务器，允许其他系统和节点的通信模块接入平台。
所述的信息审核模块用于负责通过查询区块链上的历史数据和实时数据信息，对提出参与辅助服务请求的节点进行参数信息验证(包括可调容量、历史响应时间、历史持续时间、可用性指标)，判断是否具备参与电力辅助服务的能力，并返回验证结果。
所述的节点信息存储模块用于负责将各节点智能仪表的实时数据进行存储，方便数据的查询。
所述的调度执行模块用于接收区块链系统中智能合约模块的决策，执行相应的调度权限，返回调度执行结果。
实施例2
本发明还提供了一种基于区块链的虚拟电厂调控平台的运行方法，利用区块链技术解决虚拟电厂在交易调控过程中的信任问题、数据安全性问题、任务执行效率问题，在场景一下考虑了交易双方竞价匹配的交易机制，实现分布式能源的自由能量交互。图3为基于区块链的虚拟电厂运行流程示意图。
所述的场景一为虚拟电厂撮合内部各交易主体之间的点对点电能中长期交易场景。在此场景下，虚拟电厂作为中间商为分布式发电资源和负荷用户提供双向互动交易平台，从而构建新的点对点直接交易模式。平台的运行流程分为两个阶段，包括以下步骤：
阶段一：合约制定阶段
图4为合约制定流程图，结合图4对合约制定阶段的运行流程进行叙述说明。
步骤1：已经通过前端完成注册的用户对平台发送电能交易的请求，请求验证模块对发出请求的用户节点身份、请求信息类型、请求交易时间、请求交易量以及电能报价进行合理性验证，如果通过验证，则转到步骤2；如果未通过验证，则转到步骤8。
用户在决定报价时，平台会提供之前几个交易周期内按照交易时段分类的交易平均报价、卖方最低售价、买方最高出价以及电网的电价信息。电能报价的检验原则为：卖方的报价不得高于上一个交易周期内买方的最高出价；买方的报价不得低于上一个周期内卖方的最低售价。
步骤2：在此次交易周期内，平台采集通过请求验证模块的用户请求，在交易匹配模块中根据交易时间和交易量提供预定的匹配范围，并对匹配范围中买方报价信息进行降序排列，卖方报价信息进行升序排列，匹配的原则为买方的报价高于或等于卖方的报价。确定预定的匹配范围后，根据电网企业线路安全校核结果，删除未通过安全校核的匹配对象，综合电网给出的阻塞费用和相应卖方的报价，买方对匹配范围内的所有对象根据价格按照升序排列。如果买方通过比较选择和电网签订电能交易合约或者放弃此次交易，则直接跳转至步骤8；除此之外，买方选择卖方，完成匹配选择过程。若用户没有可选择的匹配范围，则跳转到步骤7；
步骤3：系统询问双方节点是否确认交易，如果是，则转到步骤4，如果否，则转到步骤7；
步骤4：交易双方在合约暂存模块中生成合约条款，等待买卖双方通过签名进行确认；所述的合约条款包括交易时间、交易电量、交易电价以及费用结算机制，合约要求买方在确认签名前保证账户里的金额不少于此次的成交电价，卖方的账户余额不少于150％的成交电价；
步骤5：交易双方确认签名后，利用区块链调用接口将用户身份信息、用户请求信息、身份和请求信息验证结果、买卖双方交易匹配结果、制定的合约条款数据信息写入区块链系统中，平台从买方的账户中扣除此次的成交金额，从卖方的账户中扣除押金；所述用户请求信息包括请求信息类型、请求交易时间、请求交易量以及电能报价，所述制定的合约条款包括买卖双方的交易时间、交易电量、交易电价、费用结算机制；然后跳转到步骤7；
所述将数据信息写入区块链系统操作具体包括：利用区块链调用接口调用区块链系统的客户端SDK，客户端SDK把用户身份信息、用户请求信息(包括请求信息类型、请求交易时间、请求交易量以及电能报价)、身份和请求信息验证结果、买卖双方交易匹配结果、制定的合约条款(包括买卖双方的交易时段、交易量、费用结算机制)等数据信息发送到背书节点，背书节点与智能合约通信，智能合约模拟执行相应逻辑，每次执行都会获得一组读写集。背书节点对这些读写集签名，并将读写集连同签名一起返回给客户端SDK。客户端SDK再把读写集发送给排序节点，进行排序和打包工作，生成新的区块。将打包好的新区块发送给提交节点，进行校验，检查区块和区块内交易的数据是否正确。验证结束后，提交节点会将通过验证的新区块进行上链操作；
步骤6：平台从买方的账户中扣除此次的成交金额，从卖方的账户中扣除150％成交电价的押金；跳转到步骤8；
步骤7：系统询问节点是否愿意调整报价或者交易量，如果是，则转到步骤2，如果否，则转到步骤8；
步骤8：交易结束；
阶段二：交易执行阶段
图5为交易执行流程图，结合图5对合约制定阶段的运行流程进行叙述说明。
步骤1：待执行的智能合约完成部署后满足触发条件自动执行。当满足合约执行的规定前提，智能合约模块通知调度执行模块执行调度权限。
步骤2：电能调度完成后，智能合约模块通过验证参与交易节点的电能数据，按照合约内容中约定的费用结算机制对此次交易进行自动结算。
所述的费用结算机制为，若卖方的物理交割电量不少于成交电量，则平台将除阻塞费用外的买方支付金额以及卖方的押金均退还给卖方，同时将阻塞费用支付给电网；若卖方的物理交割电量小于成交电量(允许1％的偏差电量)，平台向电网购买差额电量发送给买方，此差额电量按照实时电价从卖方的押金中扣除，则平台将除阻塞费用外的买方支付金额以及扣除差额电量电价后的卖方押金支付给卖方，同时将阻塞费用支付给电网。
步骤3：返回交易结果，并利用区块链调用接口将交易结果写入区块链系统，完成数据的上链操作。
实施例3
本发明还提供了一种基于区块链的虚拟电厂调控平台的运行方法，利用区块链技术解决虚拟电厂在交易调控过程中的信任问题、数据安全性问题、任务执行效率问题。将区块链技术的应用场景拓展到场景二下，挖掘分布式能源参与电力辅助服务的潜力。
所述的场景二为虚拟电厂整合内部分布式能源参与备用辅助服务场景。在电力辅助服务市场中，备用服务的响应时间和调节精度要求相对较为宽裕，更适合虚拟电厂等能源集成商参与。图6为虚拟电厂参与备用服务流程图，结合附图对虚拟电厂参与备用服务的运行流程进行叙述说明。在此场景下平台的运行流程包括以下步骤：
步骤1：区块链平台上的各个节点根据自身用能/发电情况，向平台发出参与电力辅助服务的请求，请求内容包括参与辅助服务的投标容量，参与辅助服务的运行时段。
步骤2：区块链平台通过链上记录的各个请求节点的历史信息，以及信息存储模块中的实时数据，对提出请求的节点进行物理约束验证(包括节点的可调容量验证、历史响应时间、历史持续时间、历史可靠性)。
所述的可调容量验证为节点参与辅助服务的投标容量不超过节点的最大可调容量。
可表达为：
0≤xi≤Ci
式中，xi为节点i参与辅助服务的总投标容量，Ci为节点i的最大可调容量。
响应时间为节点从接收到调度指令到完全达到指令要求所需的最长时间。所述的历史响应时间为节点参与过的所有辅助服务响应时间的平均值，可表达为：
式中，
为节点i的历史响应时间，trk为节点i参加第k次辅助服务的响应时间，n为节点i已参与辅助服务的总次数。
持续时间为节点从完全响应调度指令后保持该状态的最短时间。所述的历史持续时间为节点参与过的所有辅助服务持续时间的平均值，可表达为：
式中，
为节点i的历史持续时间，tdk为节点i参加第k次辅助服务的持续时间，n为节点i已参与辅助服务的总次数。
可靠性为在实时调用的过程中，中标节点是否能完全响应调度指令，按照要求上线运行。可靠性指数αi可定义为：
式中，ai为节点i完全响应调度指令，在约定时段内处于运行状态的容量。所述的历史可靠性为节点参与过的所有辅助服务可靠性指数的平均值。
步骤3：将通过验证的节点信息发送给辅助服务模块。
步骤4：辅助服务模块将通过验证节点进行动态组合，并判断动态组合的结果是否满足约束条件(包括组合容量约束、容量可用性概率约束、响应时间约束、持续时间约束、可调容量约束)。如果通过验证，则转到步骤5；如果未通过验证，则转到步骤9。
所述的动态组合为，将参与辅助服务的时间划分为N个时段，在每个时段t内，针对一种特定的备用服务，对已有的备用资源进行组合，组合模型的目标函数可表达为：
式中，Ft为在时段t内参与辅助服务的收益，yt为节点组合在时段t的投标容量，pt表示动态组合在时段t内的预测价格，xi，t为节点i在时段t内参与辅助服务的投标容量，ri为节点i的单位成本。
组合模型的约束条件包括：
所述的组合容量约束包括组合容量的上下限约束，组合容量的上限约束为参与辅助服务的节点动态组合的投标容量在不影响市场出清价格的范围内，组合容量的下限约束为节点动态组合的投标容量不得低于参与辅助服务的最小容量。
所述的容量可用性概率约束可表示为：
式中，αi为节点i的可靠性指数，xi，t为节点i在时段t内参与辅助服务的投标容量，yt为节点组合在时段t的投标容量，
为可用性概率目标。
所述的响应时间约束为每个参与辅助服务节点的响应时间均要满足辅助服务最小响应时间的要求，可表示为：
0≤tri≤Tr
式中，tri为节点i的响应时间，Tr为目标辅助服务的最小响应时间。
所述的持续时间约束要求在每个时段中，所有节点的总输出电能不小于节点组合的投标容量在辅助服务要求的最小持续时间中输出的电能，可表达为：
式中，di，t为节点i在时段t内的最大持续时间，xi，t为节点i在时段t内参与辅助服务的投标容量，Dt为辅助服务在时段t内要求的最小持续时间，yt为节点组合在时段t的投标容量。
所述的可调容量约束为节点参与辅助服务的投标容量不超过节点的最大可调容量。
可表达为：
0≤xi≤Ci
式中，xi为节点i参与辅助服务的总投标容量，Ci为节点i的最大可调容量。
步骤5：辅助服务模块分别与满足条件的节点在合约信息暂存模块中制定相应的合约内容，节点进行签名确认。
所述的合约内容包括节点参与辅助服务的中标容量，参与辅助服务的运行时段，费用结算机制。合约要求节点在确认签名前保证账户里的余额不少于100％全中标容量的金额。
步骤6：利用区块链调用接口将用户身份信息、用户请求信息、节点身份验证结果、节点信息审核结果、动态组合约束条件验证结果、制定的合约条款数据信息写入区块链系统中；平台从参与辅助服务节点的账户中扣除中标容量的惩罚金额当做押金；所述的用户请求信息包括请求信息类型、请求参与辅助服务的投标容量、参与辅助服务的运行时段；所述的节点信息审核结果包括节点的可调容量验证、历史响应时间、历史持续时间、历史可靠性数据；所述的动态组合约束条件验证结果包括组合容量约束、容量可用性概率约束、响应时间约束、持续时间约束、可调容量约束；所述制定的合约条款包括包括节点参与辅助服务的中标容量，参与辅助服务的运行时段，费用结算机制；
所述将数据信息写入区块链系统操作具体包括：利用区块链调用接口调用区块链系统的客户端SDK，客户端SDK把用户身份信息、用户请求信息(包括请求信息类型、请求参与辅助服务的投标容量、参与辅助服务的运行时段)、节点身份验证结果、节点信息审核结果(包括节点的可调容量验证、历史响应时间、历史持续时间、历史可靠性数据)、动态组合约束条件验证结果(包括组合容量约束、容量可用性概率约束、响应时间约束、持续时间约束、可调容量约束)、制定的合约条款(包括节点参与辅助服务的中标容量，参与辅助服务的运行时段，费用结算机制)等数据信息发送到背书节点，背书节点与智能合约通信，智能合约模拟执行相应逻辑，每次执行都会获得一组读写集。背书节点对这些读写集签名，并将读写集连同签名一起返回给客户端SDK。客户端SDK再把读写集发送给排序节点，进行排序和打包工作，生成新的区块。将打包好的新区块发送给提交节点，进行校验，检查区块和区块内交易的数据是否正确。验证结束后，提交节点会将通过验证的新区块进行上链操作；
步骤7：平台从参与辅助服务节点的账户中扣除中标容量的惩罚金额当做押金；
步骤8：等待此次辅助服务完成后，智能合约模块通过验证参与辅助服务节点的电能数据，按照合约内容中约定的费用结算机制对每个节点的费用进行自动结算。对交易自动进行结算，将最后的交易金额支付给各个节点，并返回交易结果，利用区块链调用接口将交易结果写入区块链系统，完成数据的上链操作。
步骤9：交易结束。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
Claims (11)
1.一种基于区块链的虚拟电厂调控平台，其特征在于，所述平台包括：
前端系统、后端系统、区块链系统、调度控制系统；
所述的前端系统用于提供交互界面与用户完成交互，通过调用后端系统完成交易处理；
所述的后端系统用于完成核心交易的处理，包括相关业务处理的逻辑；
所述的区块链系统用于储存系统运行过程中产生的数据信息，以及自动执行约定的交易内容；
所述的调度控制系统用于判断节点是否具备执行请求的能力以及接收来自区块链系统的决策。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂调控平台，其特征在于：所述的前端系统包括用户注册模块、用户充值模块、用户请求模块；
所述的用户注册模块用于提供用户账户注册的用户界面；
所述的用户充值模块用于提供用户账户充值的用户界面；
所述的用户请求模块用于提供用户发送交易请求，包括电能交易请求和参与电力辅助服务请求的用户界面。
3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂调控平台，其特征在于：所述的后端系统包括通信模块、请求验证模块、交易信息匹配模块、辅助服务模块、合约信息暂存模块；
所述的通信模块用于负责与所述的调度控制系统的通信器模块通信，完成数据的更新和同步；
所述的请求验证模块用于负责对用户请求的合法性和用户身份进行验证，以及对用户的类型以及发送请求的交易类型进行识别和分类；
所述的交易信息匹配模块用于负责将收集的买卖双方的报价信息进行排序，最后综合电网预测的阻塞费用以及线路安全校核的结果，进行相应的匹配；
所述的辅助服务模块用于负责接收来自信息审核模块的返回结果，并判断参与辅助服务资源的动态组合是否满足整体约束条件，若满足，则与各个节点进行签约，再利用调用接口将数据信息和合约信息写入区块链网络中；
所述的合约信息暂存模块用于负责存储制定的合约内容；在交易双方确认签名之后，利用区块链调用接口将交易过程中产生的数据信息和合约内容写入区块链网络中，完成数据的上链。
4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂调控平台，其特征在于：所述的区块链系统包括：
智能合约模块，利用GO语言撰写用户之间合约信息；
数字证书认证模块，负责管理用户注册登录的数字证书；
成员管理模块，负责管理各个成员的认证信息，提供授权服务；
共识模块，利用实用性容错拜占庭共识机制PBFT保障所有节点的数据完成同步，达成共识。
5.根据权利要求1所述的一种基于区块链的虚拟电厂调控平台，其特征在于：
所述的调度控制系统包括通信器模块、信息审核模块、节点信息存储模块、调度执行模块；
所述的通信器模块用于建立通信服务器，允许其他系统和节点的通信模块接入平台；
所述的信息审核模块用于负责对提出参与辅助服务请求的节点进行参数信息验证，包括可调容量验证、历史响应时间、历史持续时间、可用性指标，判断是否具备参与电力辅助服务的能力，并返回验证结果；
所述的节点信息存储模块用于负责将节点智能仪表的实时数据进行存储，方便数据的查询；
所述的调度执行模块用于接收区块链系统中智能合约模块的决策，执行相应的调度权限，返回调度执行结果。
6.一种基于区块链的虚拟电厂调控平台的运行方法，用于虚拟电厂撮合内部交易主体之间的点对点电能交易，虚拟电厂为分布式发电资源和负荷用户提供双向互动交互平台，其特征在于：包括以下步骤：
阶段一：合约制定阶段
步骤1：已经通过前端完成注册的用户对平台发送电能交易的请求，请求验证模块对发出请求的用户节点身份、请求信息类型、请求交易时间、请求交易量以及电能报价进行合理性验证，如果通过验证，则转到步骤2；如果未通过验证，则转到步骤8；
步骤2：在此次交易周期内，平台采集通过请求验证模块的用户请求，在交易匹配模块中根据交易时间和交易量提供预定的匹配范围；确定预定的匹配范围后，根据电网企业线路安全校核结果，综合电网给出的阻塞费用和相应卖方的报价，买方对匹配范围内的所有对象根据价格按照升序排列；如果买方通过比较选择和电网签订电能交易合约或者放弃此次交易，则直接跳转至步骤8；除此之外，买方选择卖方，完成匹配选择过程；若用户没有可选择的匹配范围，则跳转到步骤7；
步骤3：系统询问双方节点是否确认交易，如果是，则转到步骤4，如果否，则转到步骤7；
步骤4：交易双方在合约暂存模块中生成合约条款，等待买卖双方通过签名进行确认；所述的合约条款包括交易时间、交易电量、交易电价以及费用结算机制，合约要求买方在确认签名前保证账户里的金额不少于此次的成交电价，卖方的账户余额不少于150％的成交电价；
步骤5：交易双方确认签名后，利用区块链调用接口将用户身份信息、用户请求信息、身份和请求信息验证结果、买卖双方交易匹配结果、制定的合约条款数据信息写入区块链系统中，平台从买方的账户中扣除此次的成交金额，从卖方的账户中扣除押金；所述用户请求信息包括请求信息类型、请求交易时间、请求交易量以及电能报价，所述制定的合约条款包括买卖双方的交易时间、交易电量、交易电价、费用结算机制；然后跳转到步骤7；
步骤6：平台从买方的账户中扣除此次的成交金额，从卖方的账户中扣除150％成交电价的押金；跳转到步骤8；
步骤7：系统询问节点是否愿意调整报价或者交易量，如果是，则转到步骤2，如果否，则转到步骤8；
步骤8：交易结束；
阶段二：交易执行阶段
步骤1：待执行的智能合约完成部署后满足触发条件自动执行，当满足合约执行的规定前提，智能合约模块通知调度执行模块执行调度权限；
步骤2：电能调度完成后，智能合约模块通过验证参与交易节点的电能数据，按照合约内容中约定的费用结算机制对此次交易进行自动结算；
步骤3：返回交易结果，并利用区块链调用接口将交易结果写入区块链系统，完成数据的上链操作。
7.根据权利要求6所述的一种基于区块链的虚拟电厂调控平台的运行方法，其特征在于，所述步骤5中，所述将数据信息写入区块链系统操作具体包括：
利用区块链调用接口调用区块链系统的客户端SDK，客户端SDK把用户身份信息、用户请求信息、身份和请求信息验证结果、买卖双方交易匹配结果、制定的合约条款数据信息发送到背书节点，背书节点与智能合约通信，智能合约模拟执行相应逻辑，每次执行都会获得一组读写集；背书节点对这些读写集签名，并将读写集连同签名一起返回给客户端SDK；客户端SDK再把读写集发送给排序节点，进行排序和打包工作，生成新的区块；将打包好的新区块发送给提交节点，进行校验，检查区块和区块内交易的数据是否正确；验证结束后，提交节点会将通过验证的新区块进行上链操作；所述用户请求信息包括请求信息类型、请求交易时间、请求交易量以及电能报价，所述制定的合约条款包括买卖双方的交易时间、交易电量、交易电价、费用结算机制。
8.一种基于区块链的虚拟电厂调控平台的运行方法，应用于虚拟电厂整合内部分布式能源参与备用辅助服务场景，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：区块链平台上的各个节点根据自身用能/发电情况，向调控平台发出参与电力辅助服务的请求，请求内容包括参与辅助服务的投标容量，参与辅助服务的运行时段；
步骤2：区块链平台通过链上记录的各个请求节点的历史信息，以及信息存储模块中的实时数据，对提出请求的节点进行物理约束验证，包括节点的可调容量验证、历史响应时间、历史持续时间、历史可靠性；
步骤3：将通过验证的节点信息发送给辅助服务模块；
步骤4：辅助服务模块将通过验证节点进行动态组合，并判断动态组合的结果是否满足约束条件，包括组合容量约束、容量可用性概率约束、响应时间约束、持续时间约束、可调容量约束；如果通过验证，则转到步骤5；如果未通过验证，则转到步骤9；
步骤5：辅助服务模块分别与满足条件的节点在合约信息暂存模块中制定相应的合约内容，节点进行签名确认；
所述的合约内容包括节点参与辅助服务的中标容量，参与辅助服务的运行时段，费用结算机制；
步骤6：利用区块链调用接口将用户身份信息、用户请求信息、节点身份验证结果、节点信息审核结果、动态组合约束条件验证结果、制定的合约条款数据信息写入区块链系统中；平台从参与辅助服务节点的账户中扣除中标容量的惩罚金额当做押金；所述的用户请求信息包括请求信息类型、请求参与辅助服务的投标容量、参与辅助服务的运行时段；所述的节点信息审核结果包括节点的可调容量验证、历史响应时间、历史持续时间、历史可靠性数据；所述的动态组合约束条件验证结果包括组合容量约束、容量可用性概率约束、响应时间约束、持续时间约束、可调容量约束；所述制定的合约条款包括节点参与辅助服务的中标容量，参与辅助服务的运行时段，费用结算机制；
步骤7：平台从参与辅助服务节点的账户中扣除中标容量的惩罚金额当做押金；
步骤8：等待此次辅助服务完成后，智能合约模块通过验证参与辅助服务节点的电能数据，按照合约内容中约定的费用结算机制对每个节点的费用进行自动结算，并返回交易结果，利用区块链调用接口将交易结果写入区块链系统，完成数据的上链操作；
步骤9：交易结束。
9.根据权利要求8所述的一种基于区块链的虚拟电厂调控平台的运行方法，其特征在于：所述步骤6中将数据信息写入区块链系统操作具体包括：
利用区块链调用接口调用区块链系统的客户端SDK，客户端SDK把用户身份信息、用户请求信息、节点身份验证结果、节点信息审核结果、动态组合约束条件验证结果、制定的合约条款等数据信息发送到背书节点，背书节点与智能合约通信，智能合约模拟执行相应逻辑，每次执行都会获得一组读写集；背书节点对这些读写集签名，并将读写集连同签名一起返回给客户端SDK；客户端SDK再把读写集发送给排序节点，进行排序和打包工作，生成新的区块；将打包好的新区块发送给提交节点，进行校验，检查区块和区块内交易的数据是否正确；验证结束后，提交节点会将通过验证的新区块进行上链操作。
10.根据权利要求8所述的一种基于区块链的虚拟电厂调控平台的运行方法，其特征在于：
所述的可调容量为节点参与辅助服务的投标容量不超过节点的最大可调容量；
响应时间为节点从接收到调度指令到完全达到指令要求所需的最长时间。所述的历史响应时间为节点参与过的所有辅助服务响应时间的平均值；
持续时间为节点从完全响应调度指令后保持该状态的最短时间，所述的历史持续时间为节点参与过的所有辅助服务持续时间的平均值；
所述的历史可靠性为在实时调用的过程中，中标节点能完全响应调度指令，按照要求上线运行的概率。
11.根据权利要求8所述的一种基于区块链的虚拟电厂调控平台的运行方法，其特征在于：
所述的组合容量约束包括组合容量的上下限约束，组合容量的上限约束为参与辅助服务的节点动态组合的投标容量在不影响市场出清价格的范围内，组合容量的下限约束为节点动态组合的投标容量不得低于参与辅助服务的最小容量；
所述的容量可用性概率约束为每个时段备用资源的可用容量大于投标容量的概率满足预定的概率值；
所述的响应时间约束为每个参与辅助服务节点的响应时间均要满足辅助服务最小响应时间的要求；
所述的持续时间约束要求在每个时段中，所有节点的总输出电能不小于节点组合的投标容量在辅助服务要求的最小持续时间中输出的电能；
所述的可调容量约束为节点参与辅助服务的投标容量不超过节点的最大可调容量。
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