CN111754023A - 边云协同的用户负荷预测控制与交易系统及其实施方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种边云协同的用户负荷预测控制与交易系统及其实施方法，包括云端、边缘和客户端，边缘包括区块链计量通信结算终端、可编程区块链网关、终端控制模块和终端计量模块；云端包括通信和数据接口模块、数据库模块、数据中台模块、预测模块、调度响应模块、协调控制模块、交易模块和自动结算模块；客户端包括智能终端模块。本发明可以与电网侧的调度模块、交易侧的电力市场交易模块实现互动，支持电网调度指令响应和电力市场交易，并支持电网掌握准确的用户系统用能情况。通过将用户系统转化为可预测、可控制资源，可以精准地对电网调度、用户指令进行自动响应。边缘侧区块链对计费周期的记录保障数据安全，智能合约实现交易自动化。
Description
技术领域
本发明涉及能源信息的技术领域，尤其是指一种边云协同的用户负荷预测控制与交易系统及其实施方法。
背景技术
在电力交易市场中，用户侧负荷预测和电力交易正在成为重要的内容。随着电力市场化的不断放开，其作用和重要性正在不断凸显。受电力市场政策和技术的限制，目前，对于用户侧的服务仍然处在计量、监测和节能建议等基础能源服务商，尚未实现从用户侧负荷预测、需求响应、用电控制、自动交易和结算在内的完整信息化管理。比如，用户侧尚难以实现自动需求响应和并离网切换，用户侧的本质安全购售电尚缺乏可靠可信的实现方式。
物联网、云计算、人工智能、区块链等前沿技术的发展正在为用户侧电力市场服务提供新的技术解决方案。基于物联网技术的先进计量设备、基于人工智能的大数据分析挖掘、基于云计算的资源调度和优化等业务应用正在为电力行业带来深刻变革。但在用户侧的负荷预测、控制和交易上，尚未形成一体化的全过程解决方案。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种边云协同的用户负荷预测控制与交易系统及其实施方法，可以在用户侧负荷精确计量和预测、电力交易量和交易价格精确预测的基础上，实现电网对用户侧资源的精确优化调度，以及用户进行电力交易竞价策略和电力交易的优化。通过对用户系统资源的可靠控制，使得用户系统转变为可预测、可控制的资源，从而帮助电网实现优化调度、自动响应。进一步，该系统可以响应电网调度和用户控制命令，通过协调控制输出最优控制命令集合。同时，在边缘侧基于区块链和智能合约，实现自动化安全交易。交易结果以及用户系统对电网和用户指令的响应结果可以通过自动结算系统来进行付费、补偿自动结算。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：边云协同的用户负荷预测控制与交易系统，所述用户负荷预测控制与交易系统能够与电网侧的电网调度模块、交易侧的电力市场交易模块形成联动，支持电网调度指令响应和电力市场交易，实现优化调度和优化交易，同时也融合了电网供需、电力市场交易和价格、用户负荷的预测功能，为区域电网调度和用户系统内部协调控制提供精确预测结果支持，并采用基于区块链和智能合约的终端或网关，提供基于智能合约的自动交易，数据不可篡改，以保证数据和交易的安全，而且对于有受控需求的用户系统，亦能够提供可编程区块链网关结合终端控制模块、终端计量模块的用户负荷计量和控制功能支持，实现对用户系统的可控性要求，将用户资源变成能够供电网调度和用户控制的资源，同时能够支持参与自动需求响应，提高电网灵活性。
进一步，所述用户负荷预测控制与交易系统由边缘、云端、客户端组成，其中：
所述边缘是指数据源头侧支持边缘侧负荷数据可信采集、可信传输和边缘数据存储计算的实体组合；
所述云端是指应用虚拟化技术，通过封装相应功能模块，提供数据通信和处理，以及面向应用的预测、调度、控制和交易这些服务的功能平台；
所述客户端是指能够为用户提供本地服务，通过与边缘和云端的交互获得所需负荷监测、预测、控制和交易在内服务的终端系统。
进一步，所述边缘包括区块链计量通信结算终端、可编程区块链网关、终端控制模块和终端计量模块，其中：
所述终端控制模块能够与可编程区块链网关进行通信，并在控制指令的作用下进行并网、切除以及对所连接用能系统或设备进行精确指令控制；
所述终端计量模块对终端用能设备或系统的用能参数进行采集及对采集的参数进行计算分析，并与可编程区块链网关进行有线或无线通信；
所述可编程区块链网关建立与终端控制模块和终端计量模块通信的局域网，并能够同时与云端的通信和数据接口模块进行数据交换；其中，所述可编程区块链网关应用区块链技术，支持对区域网各节点的分布式记账和数据上链，当满足智能合约机制要求时，能够实现自动交易；
所述区块链计量通信结算终端具备用能精确计量、远程无线通信、基于区块链的智能合约和自动交易功能。
进一步，所述云端包括通信和数据接口模块、数据库模块、数据中台模块、预测模块、调度响应模块、协调控制模块、交易模块及自动结算模块，其中：
所述通信和数据接口模块实现与边缘设备、客户端设备和系统、电网侧系统、交易侧系统之间进行通信和数据交换，包含有进行通信所必须的软件和硬件部分；
所述数据库模块支持数据处理、储存、查询和调用的数据库，包含有提供相应数据库功能的软件和硬件部分；
所述数据中台模块为实现数据库后台数据、面向应用的各功能和业务子模块之间消息处理、数据集管理、数据分发、业务匹配在内功能的中间系统；
所述预测模块集成有部署在云端的支持用能负荷预测、价格预测、交易量预测、功率预测功能，以及负荷分解和分项精准预测在内的算法或计算模块，支持年度到秒级时间等级的中长期、短时预测功能；
所述调度响应模块与电网侧的电网调度模块进行通信，接受电网调度并通过调度响应机制或算法，向系统内聚合的能源供应、传输和消费资源输出调度指令并接受调度响应结果；
所述协调控制模块接受调度响应模块的系统级调度指令以及用户通过智能终端输出的控制指令，通过内置的算法和控制逻辑实现协同控制，并实现向子系统内各部分之间的控制指令输出；
所述交易模块能够与交易侧的电力市场交易模块进行业务对接，支持运营方和用户通过该交易模块参与电力市场交易；
所述自动结算模块根据交易模块确定的交易内容、交易规则和用户合约，以及基于区块链的智能合约，实现能源消费的自动化结算。
进一步，所述客户端包括智能终端模块，其中，所述智能终端模块包含的智能终端有电脑、平板和智能手机，用于基于智能终端访问前端业务和功能系统，进行监测、预测、交易、控制、结算和管理在内的业务动作。
进一步，所述电网调度模块是电网运营商进行电网内生产、传输、消费能源的资源调度的功能模块，包括电网运行参数调整、系统或设备投切、发电计划、负荷投退、监测和预警这些满足电网供需平衡、安全运行的功能组合，所述电网调度模块根据电网运行情况向云端的调度响应模块输出调度指令，并接受调度响应模块响应结果反馈；
所述电力市场交易模块是公开电力市场中进行电力交易的模块，包含有中长期电力现货交易内容，其统计和分配电力电量、统计电力供应和消费用户的需求、联系供应和消费用户进行直接交易。
本发明也提供了上述边云协同的用户负荷预测控制与交易系统的的实施方法，包括以下步骤：
S1、为所有的用户侧系统建立区块链节点和智能合约
将每个用户侧系统作为独立的节点看待，为其建立编号，分配IP地址、公钥和私钥对，配置节点属性信息；根据用户和电力系统之间建立的能源交易合同，确定能量交易的智能合约，并将其赋予边缘智能设备，包括区块链计量通信结算终端和可编程区块链网关；
S2、基于边缘智能终端进行用户侧能量精确计量
基于区块链计量通信结算终端和终端计量模块，实时采集其对应的用户侧系统的参数，获得实时用能指标；
S3、用户侧能源和业务数据的云端处理及存储
基于边缘智能终端的通信功能，实现与云端的通信和数据接口模块之间的通信，将实时数据存入数据库模块；
S4、用户负荷预测以及用户能源交易
S4-1、用户负荷预测
根据用户系统的实时和历史用电数据，采用预设的预测分析算法和影响因素进行负荷分解和总体负荷预测；根据电力交易市场的历史成交量和成交价格信息及预设的预测分析算法和影响因素进行电价、电量预测；
预测的结果能够上传到电网侧，为电网调度模块提供基于区域负荷预测、用户资源可用容量在内的优化调度支持，同时也能够为用户进行交易策略优化、最佳竞价策略提供预测结果支持；
S4-2、用户电力交易并形成电子合约
用户通过智能终端模块访问云端的交易模块，获取电力交易市场的历史和实时数据；基于历史和实时数据以及预测模块的输出结果，用户确定用能需求，并通过交易模块建立与用户侧能源系统之间的电子合约，根据合约确定付费机制；其中，在通过交易模块与用户建立能源合同之后，再通过交易模块与电网侧的电力市场交易模块之间建立联系，订立与交易侧的能源批发交易合约，来满足与不同用户订立合约的能源需求；
S4-3、更新智能合约
根据双方的交易合约，建立应用于区块链自动结算的智能合约，如果发生了变更，则更新区块链计量通信结算终端和可编程区块链网关的智能合约内容；
S5、用户侧负荷控制和调度响应
S5-1、接收电网调度模块的调度指令并作出响应
用户侧的实时能源数据上传到电网侧，电网调度模块根据全网的供需、负荷和安全性要求发出调度指令；云端的调度响应模块接收到调度指令后，根据用户系统的实际情况和电网的相关规定，确定是否响应电网调度指令；如果需要响应，调度响应模块会根据预设规则输出响应指令集合；
S5-2、接收用户通过智能终端发出的控制命令
用户基于智能终端模块能够实时掌握其权限范围内用户系统的运行情况，并能够根据实际运行情况通过智能终端模块发出控制指令；
S5-3、根据电网调度响应指令和用户控制命令进行协调控制响应
根据电网调度指令响应需求以及用户控制命令，基于预设的规则实现对各用户系统的协同控制指令输出，用于控制具体用户系统的实际运行；
S5-4、用户侧终端控制模块完成响应动作
协调控制模块输出的控制指令经过通信和数据接口模块传递给可编程区块链网关，最后通过终端控制模块控制用户系统的运行状态，完成调度响应动作；响应完成后，将响应结果再次上传给协调控制模块，向用户确认控制命令执行结果；而当再需要响应电网调度指令时，进一步通过调度响应模块向电网侧的电网调度模块反馈调度指令响应结果，完成调度过程；
S6、基于智能合约实现自动付费和结算
在边缘，当满足智能合约要求时，自动执行交易，确定需要记录的数据内容，写入新的区块，并向全网广播；而新的区块链节点通过通信，同步上传到云端的数据库模块进行中心存储和备份；
在云端，自动结算模块根据与用户的合约、付费机制，自动进行预付费、后付费、用户账单、用能成本相关的计算和财务服务。
在步骤S1中，将时间离散化，节点入网，开始接受实时运行参数并根据预设机制做出响应。
在步骤S3中，所述数据库模块内的数据能够经过数据中台模块的调度、管理、分发，实现与其它业务模块之间的相互调用。
在步骤S5-3中，需确保对电网调度指令的优先响应以满足电网安全稳定要求，在不违背电网调度或不需对电网调度进行响应的前提下，对用户控制命令进行响应，形成具体控制指令输出。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本系统采用了基于区块链和智能合约的终端或网关，提供基于智能合约的自动交易，数据不可篡改，保证数据和交易安全。
2、对于有受控需求的用户系统，本系统提供了可编程区块链网关结合终端控制模块、终端计量模块的用户负荷计量和控制功能支持，实现对用户系统的可控性要求，将用户资源变成可供电网调度和用户控制的资源，同时可支持参与自动需求响应，提高电网灵活性。
3、本系统融合了电网供需、电力市场交易和价格、用户负荷的预测功能，为区域电网调度和系统内部协调控制提供精确预测结果支持，提高系统灵活性和整体效率。
4、本系统融合了电网供需、电力市场交易和价格、用户负荷的预测功能，支持进行精准的用能策略、电力交易优化，降低整体用能支出。
总之，本发明可以为用户系统的精确计量、精确预测、优化交易、优化调度、自动结算和安全交易提供支持，提高系统安全和自动化水平，降低总体用能成本，具有实际应用价值，值得推广。
附图说明
图1是用户负荷预测控制与交易系统的架构图。
图2是用户负荷预测控制与交易系统的优选实施例图。
图3是用户侧负荷预测控制和交易过程的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1所示，本发明提供的边云协同的用户负荷预测控制与交易系统，主要由边缘、云端以及客户端组成，实现了用户系统的能源精确计量、用户负荷和电力市场精确预测、用户资源的可控制可调度、基于区块链和智能合约的自动交易以及综合电网调度和用户指令的协同控制，支持计量、预测、控制、交易、结算在内的完整过程。所述系统可以与电网侧的电网调度模块、交易侧的电力市场交易模块形成联动，支持电网调度指令响应和电力市场交易，实现优化调度和优化交易。其中，所述边缘是指数据源头侧支持边缘侧负荷数据可信采集、可信传输和边缘数据存储计算的实体组合，其包括区块链计量通信结算终端、可编程区块链网关、终端控制模块和终端计量模块；所述云端是指应用虚拟化技术，通过封装相应功能模块，提供数据通信和处理，以及面向应用的预测、调度、控制和交易这些服务的功能平台，其包括通信和数据接口模块、数据库模块、数据中台模块、预测模块、调度响应模块、协调控制模块、交易模块和自动结算模块；所述客户端是指能够为用户提供本地服务，通过与边缘和云端的交互获得所需负荷监测、预测、控制和交易在内服务的终端系统，其主要包括智能终端模块。
各模块的功能及描述具体如下：
终端控制模块：能够与可编程区块链网关进行通信，并在控制指令的作用下进行并网、切除以及对所连接用能系统或设备进行精确指令控制。
终端计量模块：对终端用能设备或系统的用能参数进行采集，可对采集的参数进行计算分析，并实现与可编程区块链网关进行有线或无线通信。
可编程区块链网关：建立与终端控制模块和终端计量模块通信的局域网，并可同时与云端的通信和数据接口模块进行数据交换；其中，该网关应用了区块链技术，支持对区域网各节点的分布式记账和数据上链，当满足智能合约机制要求时，可以实现自动交易。
区块链计量通信结算终端：具备用能精确计量、远程无线通信、基于区块链的智能合约和自动交易功能。
通信和数据接口模块：实现与边缘设备、客户端设备和系统、电网侧系统、交易侧系统之间进行通信和数据交换，包含有进行通信所必须的软件和硬件部分。
数据库模块：支持数据处理、储存、查询和调用的数据库，包含有提供相应数据库功能的软件和硬件部分。
数据中台模块：实现数据库后台数据、面向应用的各功能和业务子模块之间消息处理、数据集管理、数据分发、业务匹配在内功能的中间系统。
预测模块：集成有部署在云端的支持用能负荷预测、价格预测、交易量预测、功率预测功能，以及负荷分解和分项精准预测在内的算法或计算模块，支持年度到秒级时间等级的中长期、短时预测功能。
调度响应模块：与电网侧的电网调度模块进行通信，接受电网调度并通过调度响应机制或算法，向系统内聚合的能源供应、传输和消费资源输出调度指令并接受调度响应结果。
协调控制模块：接受调度响应模块的系统级调度指令以及用户通过智能终端输出的控制指令，通过内置的算法和控制逻辑实现协同控制，实现向子系统内各部分之间的控制指令输出。
交易模块：能够与交易侧的电力市场交易模块进行业务对接，支持运营方和用户通过该交易模块参与电力市场交易。
自动结算模块：根据交易模块确定的交易内容、交易规则和用户合约，以及基于区块链的智能合约，实现能源消费的自动化结算。
智能终端模块：包括电脑、平板、智能手机等智能终端，用于基于智能终端访问前端业务和功能系统，进行监测、预测、交易、控制、结算、管理在内的业务动作。
电网调度模块：电网运营商进行电网内生产、传输、消费能源的资源调度的功能模块，包括电网运行参数调整、系统或设备投切、发电计划、负荷投退、监测和预警等满足电网供需平衡、安全运行的功能组合。其中，电网调度模块根据电网运行情况向云端的调度响应模块输出调度指令，并接受调度响应模块响应结果反馈。
电力市场交易模块：公开电力市场中进行电力交易，包括中长期电力现货交易内容，其统计和分配电力电量、统计电力供应和消费用户的需求、联系供应和消费用户进行直接交易。
参见图2所示，为本发明上述用户负荷预测控制与交易系统的优选实例示意图，其具体情况如下：
边缘：
终端计量模块：支持预付费功能的智能电表，布置在家庭进线总线，实现对家庭用电系统的用电精确计量。该终端采用RS458、RE232有线通信或者WiFi、蓝牙无线通信的方式连接到可编程区块链网关，将用电信息传递给路由器。
可编程区块链网关：具备区块链功能的智能网关，具备RS458、RE232有线通信和WiFi、蓝牙局域无线通信，以及网口通信、4G或5G无线远传能力。该网关将单户用电系统作为独立节点处理，实现分布式记账，根据用户和电力系统之间的合约确定智能合约，支持用电的自动付费。同时，该网关可以接收调度和控制指令，实现对其所连接的用电设备，如电器、照明、空调、电动汽车的开关、负荷控制。所述的电器、照明、空调带有终端控制模块，支持远程控制功能，所述的电动汽车带有双向可控充电器。
云端：
HTTP/MQQT/WebService接口：实现与家用区块远传路由器之间的通信，以及电网侧、交易侧、客户端数据相互调用所需的通信能力。进一步的，可以根据对接系统的接口要求作出针对性的调整。
MySQL+实时数据库：MySQL关系型数据库结合实时数据库满足实时控制、监测、管理业务的数据管理和存储要求。典型的实时数据库包括PI、庚顿等实时数据库。进一步的，存储于数据库中的设备、用户和业务数据执行统一的数据建模标准，实现标准化建库、标准化调用，保证数据一致。
数据中台：云端大数据和后台功能模块、前台业务系统之间的数据调度、管理、分发和功能支持枢纽，提供包括数据检验、数据抽取、数据分发、消息处理、中间件管理、数据规范检验、类目体系、数据资产管理等在内的功能支持，保证数据在前后台、不同子模块和子系统之间的高效可靠调用。
预测模块：从数据库获取实时和历史数据，结合预测分析算法实现整体和分解负荷预测、电力市场交易量和交易价格预测分析。基于智能电表终端的用电精确计量数据，进行总体用电的月度、星期、逐日到逐时的负荷预测，结合非侵入式检测技术，对负荷类型进行精确分解。所分析的数据可供用户购电、电网确定区域负荷需求提供支持。进一步，结合交易侧的交易量、供应量、消费量、成交电价的预测，支持系统进行总体优化交易调度和用户优化交易策略、竞价策略，降低总体用电成本，提高电网安全性。优选的预测模块采用的算法模型为深度神经网络(RNN)结合时间序列的预测分析方法。优选的负荷分解实施例是采用高频智能电表进行电量信息采集，结合电器用电负荷特征学习进行非侵入式负荷分解。
调度响应模块：典型的电网调度实施例是高峰时段的需求响应。根据电网和用户系统之间的协议，当需要在高峰削减负荷时，电网发出调度指令，调度响应模块对调度指令实时响应，确定需要调度的用户资源以及所需要的参与的深度、用户系统的调度模式，输出面向用户系统的调度指令集。当调度完成后，由调度响应模块获得调度执行结果并反馈给电网侧的电网调度模块。
协调控制模块：根据调度响应模块的输出指令集以及用户通过客户端输出的控制命令，综合确定用户系统的最终调度模式和动作。典型的协调控制实施例：当电网发出负荷削减调度指令并经调度响应模块响应输出后，用户系统根据其负荷类型、响应能力确定以经济模式、节能模式或其它模式进行响应，确定响应的时间和深度。在响应期间，当发生用户控制相关电气启停时，根据预设的优先级和逻辑规则，系统不响应用户的控制命令，直到电网调度响应周期结束。在响应结束之后，协调控制模块负责评估具体用户系统的想应该有效性并给出评价结果，记录响应期内的用户系统响应市场、响应容量信息，并根据需求提交给自动结算模块。
交易模块：包括交易分析、消费报表、偏差考核、期货和现货交易、个人订单、支付与余额管理、资质申请、合约管理、不同时间跨度的电力商品市场等在内的功能支持，帮助用户实现线上购售电和便捷电力交易。
自动结算模块：根据交易模块确定的交易合约，以及边缘终端基于智能合约形成的自动支付结果，实现用户用电的自动化结算。此外，对于用户参与电网调度的部分，基于精确计量、响应内容以及预设的补偿或激励机制，确定用户获得的收益。其它附加的功能包括银行卡和电子支付账号管理、用户支付安全管理等在内的结算支持功能。
客户端：
智能终端模块：电脑、平板、智能手机等智能终端，用于基于智能终端访问预测分析系统、调度响应系统、协调控制系统、用电交易系统、自动结算系统，进行监测、预测、交易、控制、结算、管理在内的业务动作。
电网侧：
电网调度模块：由电网运营商进行电网内生产、传输、消费能源的资源调度的功能系统，包括电网实时潮流、运行参数调整、系统或设备投切、发电计划、负荷投退、监测和预警等满足电网供需平衡、安全运行的功能组合。在本实施例中，电网调度中心根据电网运行情况向云端的调度响应系统输出调度指令，并接受调度响应系统响应结果反馈。
交易侧：
电力市场交易模块：统计和分配电力电量、统计电力供应和消费用户的需求、联系供应和消费用户进行直接交易的系统。在本实施例中，用户负荷预测控制和交易系统运营商通过参与电力市场交易模块进行电力交易，从公开市场获得电力电量，再向用户系统提供满足合约要求的电力生产和消费需求。
优选实施例的典型实施过程包括：
步骤S1：为所有的用户侧系统建立区块链节点和智能合约
将每个家庭用户作为一个独立的用户系统和独立的节点看待，为其建立编号，分配IP地址、公钥和私钥对，配置节点属性信息。
进一步，根据用户和系统运营商之间建立的能源交易合同，确定能量交易的智能合约条款化内容，并将上述节点信息和智能合约写入家用区块链远传路由器。
进一步，节点入网，将时间离散化，开始接受实时运行参数并根据预设机制做出响应。
步骤S2：基于预付费智能电表重点进行用户侧能量精确计量
基于预付费智能电表实时采集其对应的用户系统的用电数据，获得实时用能指标。采样模式优选为高频采样，以获得用户系统电压、频率、电流的高质量监测数据，用于后续的负荷分解、特征提取和预测分析。
进一步，采集的数据用过串口或局域无线传输的方式实时传递给家用区块链远传路由器。
步骤S3：用户侧能源和业务数据的云端处理和存储
通过家用区块链远传路由器建立与云端的实时通信，实时数据用过云端的HTTP/MQQT/WebService接口实时写入MySQL+实时数据库，实现数据实时入库和管理。
进一步，数据库内的数据可经过数据中台的调度、管理、分发实现与其他业务模块之间的相互调用。
步骤S4：用户负荷预测以及用户能源交易
步骤S4-1：用户负荷和电力交易预测
根据智能电表终端监测和上传的历史和实时用电数据，采用循环神经网络和时间序列相结合的预测算法，结合气象、用户习惯等影响因素大数据分析结果，预测用户下季度、下月度、下周、次日及逐时的负荷数据。
进一步，根据用户分项用电设备的特征进行用电负荷分解，包括照明、空调、电动汽车、家用电器大项分类以及各子项家用电器的详细分类，从而确定可以有效参与需求响应的容量。
进一步，通过与电力市场交易模块的对接，获得实时和历史电力市场成交量、成交频率、成交价格信息，基于RNN模型预测中长期、短期和现货市场的成交量和价格信息。
进一步，负荷预测结果实时传递给电网调度模块，用于确定区域负荷的精确组成和未来时段的用电需求，帮助电网优化调度实现供需平衡。同时，电力市场预测分析结果可根据需求传递给用户交易系统，帮助用户优化交易策略。
步骤S4-2：用户电力交易并形成电子合约
基于实时和历史数据，以及预测模块输出的负荷预测结果、电力市场预测结果，用户确定最佳竞价策略和交易策略，并和系统运营商订立电子化交易合约。
进一步，系统运营商综合各用户系统的电子合约，再通过交易模块参与到交易侧的电力市场交易模块，订立与交易侧的电力电量批发交易合约，来满足与不同用户订立合约的用电需求。
步骤S4-3：更新智能合约
进一步，根据双方的交易合约，建立基于区块链的智能合约。如果发生了变更，则更新区块链计量通信结算终端和可编程区块链网关的智能合约内容。相应的智能合约通过远程通信通过升级的方式写入家用区块链远传路由器。
步骤S5：用户侧负荷控制和调度响应
步骤S5-1：接收电网调度模块的调度指令并作出响应
当电网发出调度指令后，系统云端的调度响应模块根据用户系统的实际情况和电网的相关要求，确定是否响应电网调度指令。如果需要响应，调度响应模块根据预设规则输出响应指令集合。
典型的实施例是用户侧需求响应。在用电高峰需要进行需求响应时，在电网和用户达成需求响应合约的前提下，电网对用户发出调度指令削减负荷。调度响应模块根据削减的时间、容量，结合系统内所有用户系统的可削减容量、响应特征确定最佳的用户侧系统响应组合，以满足响应时间和深度的要求。
步骤S5-2：接收用户通过智能终端发出的控制命令
用户基于智能终端模块可以实时掌握其权限范围内用户系统的运行情况，并可根据实际运行情况通过智能终端模块发出控制指令。典型的实施例包括用户通过终端控制空调和家用电器的启停、控制电动汽车的充电。
步骤S5-3：根据电网调度响应指令和用户控制命令进行协调控制响应
根据电网调度指令响应需求以及用户控制命令，基于预设的规则实现对各用户系统的协同控制指令输出，用于控制具体用户系统的实际运行。
典型的预设规则包括用户收益最大模式、电网优先模式及其它自定义模式。典型的实施例是当需要进行需求侧管理削减负荷时，在调度响应模块输出用户系统的最佳响应组合时，如果用户侧通过智能终端控制空调设备打开，此时，在电网优先模式下，协调控制模块首先评估电网调度需求的满足程度，然后确定是否对具体用户指令进行响应以及响应程度。协调控制模块经过综合评估之后，最终向系统内的具体用户系统下发需要执行的控制命令。
步骤S5-4：用户侧终端控制模块完成响应动作
协调控制模块输出的控制指令经过HTTP/MQQT/WebService接口传递给家用区块链远传路由器。
进一步，用户系统内的用电设备设施内置的控制模块根据控制指令完成开、关、功率控制要求，完成响应动作。响应完成后，将响应结果再次上传给协调控制模块，向用户确认控制命令执行结果。在需要响应电网调度指令时，进一步通过调度响应模块向电网侧的电网调度模块反馈调度指令响应结果，完成调度过程。
典型的，当空调收到控制指令关闭运行时，空调关闭直到响应期结束。在完成响应后，家用区块链远传路由器记录响应参数并将响应结果经数据接口传递给协调控制系统。
步骤S6：基于智能合约实现自动付费和结算
在边缘，当满足智能合约要求时，自动执行交易，确定需要记录的数据内容，写入新的区块，并向全网广播。新的区块链节点通过通信，同步上传到云端的数据库模块进行中心存储和备份。典型的，在计费周期内，区块内所记录的数据内容包括总用电量、分项用电量和用电时段、电能质量、电网需求响应结果及补偿费用、电价(包括阶梯电价、分时电价)、电费总额数据、欠费数据。
在云端，自动结算模块根据与用户的合约、付费机制，自动进行预付费、后付费、用户账单、用能成本相关的计算和财务服务。同时，通过协调控制模块获取用户系统对电网调度指令的响应结果，根据响应的有效性和响应深度确定用户补偿金额并进行结算。
上述步骤不代表本实施例的严格执行次序。在实际运行中，上述步骤中的执行内容可根据实际需要同步进行。
以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.边云协同的用户负荷预测控制与交易系统，其特征在于：所述用户负荷预测控制与交易系统能够与电网侧的电网调度模块、交易侧的电力市场交易模块形成联动，支持电网调度指令响应和电力市场交易，实现优化调度和优化交易，同时也融合了电网供需、电力市场交易和价格、用户负荷的预测功能，为区域电网调度和用户系统内部协调控制提供精确预测结果支持，并采用基于区块链和智能合约的终端或网关，提供基于智能合约的自动交易，数据不可篡改，以保证数据和交易的安全，而且对于有受控需求的用户系统，亦能够提供可编程区块链网关结合终端控制模块、终端计量模块的用户负荷计量和控制功能支持，实现对用户系统的可控性要求，将用户资源变成能够供电网调度和用户控制的资源，同时能够支持参与自动需求响应，提高电网灵活性。
2.根据权利要求1所述的边云协同的用户负荷预测控制与交易系统，其特征在于：所述用户负荷预测控制与交易系统由边缘、云端、客户端组成，其中：
所述边缘是指数据源头侧支持边缘侧负荷数据可信采集、可信传输和边缘数据存储计算的实体组合；
所述云端是指应用虚拟化技术，通过封装相应功能模块，提供数据通信和处理，以及面向应用的预测、调度、控制和交易这些服务的功能平台；
所述客户端是指能够为用户提供本地服务，通过与边缘和云端的交互获得所需负荷监测、预测、控制和交易在内服务的终端系统。
3.根据权利要求2所述的边云协同的用户负荷预测控制与交易系统，其特征在于：所述边缘包括区块链计量通信结算终端、可编程区块链网关、终端控制模块和终端计量模块，其中：
所述终端控制模块能够与可编程区块链网关进行通信，并在控制指令的作用下进行并网、切除以及对所连接用能系统或设备进行精确指令控制；
所述终端计量模块对终端用能设备或系统的用能参数进行采集及对采集的参数进行计算分析，并与可编程区块链网关进行有线或无线通信；
所述可编程区块链网关建立与终端控制模块和终端计量模块通信的局域网，并能够同时与云端的通信和数据接口模块进行数据交换；其中，所述可编程区块链网关应用区块链技术，支持对区域网各节点的分布式记账和数据上链，当满足智能合约机制要求时，能够实现自动交易；
所述区块链计量通信结算终端具备用能精确计量、远程无线通信、基于区块链的智能合约和自动交易功能。
4.根据权利要求2所述的边云协同的用户负荷预测控制与交易系统，其特征在于：所述云端包括通信和数据接口模块、数据库模块、数据中台模块、预测模块、调度响应模块、协调控制模块、交易模块及自动结算模块，其中：
所述通信和数据接口模块实现与边缘设备、客户端设备和系统、电网侧系统、交易侧系统之间进行通信和数据交换，包含有进行通信所必须的软件和硬件部分；
所述数据库模块支持数据处理、储存、查询和调用的数据库，包含有提供相应数据库功能的软件和硬件部分；
所述数据中台模块为实现数据库后台数据、面向应用的各功能和业务子模块之间消息处理、数据集管理、数据分发、业务匹配在内功能的中间系统；
所述预测模块集成有部署在云端的支持用能负荷预测、价格预测、交易量预测、功率预测功能，以及负荷分解和分项精准预测在内的算法或计算模块，支持年度到秒级时间等级的中长期、短时预测功能；
所述调度响应模块与电网侧的电网调度模块进行通信，接受电网调度并通过调度响应机制或算法，向系统内聚合的能源供应、传输和消费资源输出调度指令并接受调度响应结果；
所述协调控制模块接受调度响应模块的系统级调度指令以及用户通过智能终端输出的控制指令，通过内置的算法和控制逻辑实现协同控制，并实现向子系统内各部分之间的控制指令输出；
所述交易模块能够与交易侧的电力市场交易模块进行业务对接，支持运营方和用户通过该交易模块参与电力市场交易；
所述自动结算模块根据交易模块确定的交易内容、交易规则和用户合约，以及基于区块链的智能合约，实现能源消费的自动化结算。
5.根据权利要求2所述的边云协同的用户负荷预测控制与交易系统，其特征在于：所述客户端包括智能终端模块，其中，所述智能终端模块包含的智能终端有电脑、平板和智能手机，用于基于智能终端访问前端业务和功能系统，进行监测、预测、交易、控制、结算和管理在内的业务动作。
6.根据权利要求1或4所述的边云协同的用户负荷预测控制与交易系统，其特征在于：所述电网调度模块是电网运营商进行电网内生产、传输、消费能源的资源调度的功能模块，包括电网运行参数调整、系统或设备投切、发电计划、负荷投退、监测和预警这些满足电网供需平衡、安全运行的功能组合，所述电网调度模块根据电网运行情况向云端的调度响应模块输出调度指令，并接受调度响应模块响应结果反馈；
所述电力市场交易模块是公开电力市场中进行电力交易的模块，包含有中长期电力现货交易内容，其统计和分配电力电量、统计电力供应和消费用户的需求、联系供应和消费用户进行直接交易。
7.权利要求1至6任意一项所述边云协同的用户负荷预测控制与交易系统的实施方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、为所有的用户侧系统建立区块链节点和智能合约
将每个用户侧系统作为独立的节点看待，为其建立编号，分配IP地址、公钥和私钥对，配置节点属性信息；根据用户和电力系统之间建立的能源交易合同，确定能量交易的智能合约，并将其赋予边缘智能设备，包括区块链计量通信结算终端和可编程区块链网关；
S2、基于边缘智能终端进行用户侧能量精确计量
基于区块链计量通信结算终端和终端计量模块，实时采集其对应的用户侧系统的参数，获得实时用能指标；
S3、用户侧能源和业务数据的云端处理及存储
基于边缘智能终端的通信功能，实现与云端的通信和数据接口模块之间的通信，将实时数据存入数据库模块；
S4、用户负荷预测以及用户能源交易
S4-1、用户负荷预测
根据用户系统的实时和历史用电数据，采用预设的预测分析算法和影响因素进行负荷分解和总体负荷预测；根据电力交易市场的历史成交量和成交价格信息及预设的预测分析算法和影响因素进行电价、电量预测；
预测的结果能够上传到电网侧，为电网调度模块提供基于区域负荷预测、用户资源可用容量在内的优化调度支持，同时也能够为用户进行交易策略优化、最佳竞价策略提供预测结果支持；
S4-2、用户电力交易并形成电子合约
用户通过智能终端模块访问云端的交易模块，获取电力交易市场的历史和实时数据；基于历史和实时数据以及预测模块的输出结果，用户确定用能需求，并通过交易模块建立与用户侧能源系统之间的电子合约，根据合约确定付费机制；其中，在通过交易模块与用户建立能源合同之后，再通过交易模块与电网侧的电力市场交易模块之间建立联系，订立与交易侧的能源批发交易合约，来满足与不同用户订立合约的能源需求；
S4-3、更新智能合约
根据双方的交易合约，建立应用于区块链自动结算的智能合约，如果发生了变更，则更新区块链计量通信结算终端和可编程区块链网关的智能合约内容；
S5、用户侧负荷控制和调度响应
S5-1、接收电网调度模块的调度指令并作出响应
用户侧的实时能源数据上传到电网侧，电网调度模块根据全网的供需、负荷和安全性要求发出调度指令；云端的调度响应模块接收到调度指令后，根据用户系统的实际情况和电网的相关规定，确定是否响应电网调度指令；如果需要响应，调度响应模块会根据预设规则输出响应指令集合；
S5-2、接收用户通过智能终端发出的控制命令
用户基于智能终端模块能够实时掌握其权限范围内用户系统的运行情况，并能够根据实际运行情况通过智能终端模块发出控制指令；
S5-3、根据电网调度响应指令和用户控制命令进行协调控制响应
根据电网调度指令响应需求以及用户控制命令，基于预设的规则实现对各用户系统的协同控制指令输出，用于控制具体用户系统的实际运行；
S5-4、用户侧终端控制模块完成响应动作
协调控制模块输出的控制指令经过通信和数据接口模块传递给可编程区块链网关，最后通过终端控制模块控制用户系统的运行状态，完成调度响应动作；响应完成后，将响应结果再次上传给协调控制模块，向用户确认控制命令执行结果；而当再需要响应电网调度指令时，进一步通过调度响应模块向电网侧的电网调度模块反馈调度指令响应结果，完成调度过程；
S6、基于智能合约实现自动付费和结算
在边缘，当满足智能合约要求时，自动执行交易，确定需要记录的数据内容，写入新的区块，并向全网广播；而新的区块链节点通过通信，同步上传到云端的数据库模块进行中心存储和备份；
在云端，自动结算模块根据与用户的合约、付费机制，自动进行预付费、后付费、用户账单、用能成本相关的计算和财务服务。
8.根据权利要求7所述的边云协同的用户负荷预测控制与交易系统的实施方法，其特征在于：在步骤S1中，将时间离散化，节点入网，开始接受实时运行参数并根据预设机制做出响应。
9.根据权利要求7所述的边云协同的用户负荷预测控制与交易系统的实施方法，其特征在于：在步骤S3中，所述数据库模块内的数据能够经过数据中台模块的调度、管理、分发，实现与其它业务模块之间的相互调用。
10.根据权利要求7所述的边云协同的用户负荷预测控制与交易系统的实施方法，其特征在于：在步骤S5-3中，需确保对电网调度指令的优先响应以满足电网安全稳定要求，在不违背电网调度或不需对电网调度进行响应的前提下，对用户控制命令进行响应，形成具体控制指令输出。
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