CN112634055A - 一种基于区块链的企业用电容量权益交易方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于电业管理技术领域，具体为一种基于区块链的企业用电容量权益交易方法。本发明将入驻园区的企业用户用电权的优化配置分为初始预分配和市场交易两个阶段；市场交易阶段包括企业用户的报量报价、用电权双向拍卖和P2P交易、用电权P2P挂牌交易、交割结算；交易过程在区块链上实现，在以太坊开发可实际运行的智能合约；交易信息存储在区块链中，由具备维护功能的所有节点共同维护、永久存储、无法篡改，且交易信息对参与者公开透明；并设计有奖励机制，以促进企业用户行为规范化。本发明采用去中心化、去信任化的区块链技术，相对于传统集中式调度分配用电权资源的方式，可大幅降低交易成本，实现电力资源的高效分配、合理利用。

Description

一种基于区块链的企业用电容量权益交易方法
技术领域
本发明属于电业管理技术领域，具体涉及分散的园区企业之间的P2P用电权交易方法。
背景技术
受到工业园区中各个企业用户的行业周期性变化、用电急迫性差异的影响，企业用户的用电负荷特征和用电调节能力均有较大差异。然而，入驻园区的企业用户为缴费购买所获的基本用电容量固定，这造成了部分企业用电权闲置而用能成本高，而部分企业用电急迫却用电权不足的现象。对于园区管理者而言，同样面临电力分配不均匀、量价不透明等难题。同时，常规的供电方式也可能导致供电资产的使用不充分、利用率低下。因此，无论是对供电企业、园区物业还是企业用户，实现企业之间的用电权动态共享、均衡其基本用电量权益均存在现实的意义。然而，传统集中控制协调的交易方式可能存在运行成本高、运行效率低，控制中心与企业用户之间互不信任的问题，难以保证用电权交易的公平性、安全性、透明性与信息对称性。区块链技术具备去中心化、开放可靠、安全透明等特点，与去中心化的用电权多边交易相吻合，在一定程度上打破了传统交易方式的局限。本发明引入区块链技术，能够使得面向企业用户的用电权交易更为简单可行，实现基于区块链的企业用户之间的点对点(peer-to-peer，P2P）用电权交易方法。
发明内容
本发明提出了一种基于区块链的企业用电容量权益交易方法，以解决传统集中交易方式运行成本高、效率低、安全性不足等问题。
本发明提出的基于区块链的企业用电容量权益交易方法，采用开放透明、去信任化、去中心化的区块链技术，在供电公司、园区物业以及园区企业用户之间建立一个可信对等的多方数据共享环境，以促进用电权交易的安全高效运行，确保用电权安全可信转移，实现更为均衡的电力资源分配。
本发明提出的基于区块链的企业用电容量权益交易方法，对于作为用电权交易主体的入驻园区的企业用户，用电权的优化配置可分为初始预分配和市场交易两个阶段；市场交易阶段可进一步分为企业用户的报量保价、用电权双向拍卖和P2P交易、用电权P2P挂牌交易、交割结算四个阶段。整个交易过程均在区块链上实现，在以太坊开发可实际运行的智能合约，完成交易流程的自动化处理。交易信息存储在区块链中，由系统中具备维护功能的所有节点共同维护，永久存储，无法篡改，且交易信息对参与者公开透明，并具备可追溯性，信息的安全度高。
本发明将一天划分为若干个交易时段（例如划分为48个时段），一个交易时段内依次分为如下五个分时段：用电权初始预分配时段，用电权申报时段，双向拍卖和P2P交易时段，P2P挂牌交易时段，交割结算时段。企业用户在每个交易时段可以对上一个交易时段进行结算、对下一个时段的用电权进行交易；具体交易过程如下。
第一分时段为用电权初始预分配。区块链平台根据供电公司下发的各企业的基本用电量分配企业用户的初始用电权。企业用户向平台提交相应的保证金。保证金为供电公司设定的标准成交电价（由分时电价确定）、企业用户的初始基本用电容量、交割时段时长（本发明中为30分钟）乘积的两倍。
第二分时段为用电权申报。企业用户根据自身的用电情况，向区块链提交下一个时段希望购买或出售的用电权的数量和价格。为了保护用户信息，此阶段采用密封报价的方式，即企业用户无法获得其他企业用户的报价信息和身份信息。区块链自动对企业用户的报价进行排列：用电权出售者的报价从低到高排列；用电权购买者的报价从高到低排列；报价相同时按照报价时间顺序排列。
第三分时段为双向拍卖和P2P交易。根据区块链的价格排序结果，取用电权购买者的最高报价为最优买价，取用电权出售者的最低报价为最优卖价，只有当最优买价不低于最优卖价时才能够成功撮合。报价高的用电权购买者和报价低的用电权出售者优先撮合，报价相同时，报价时间靠前的报价优先撮合。匹配成功时，成交电量取交易双方报量的较小值，成交电价为交易双方报价的平均值。若企业用户的交易需求全部得到满足，则自动将其移出交易序列，直至交易序列中的最优买价低于最优卖价为止。随后，所有企业用户根据双向拍卖的交易结果在区块链上进行结算，并更新其持有的下一个交易时段的用电权数量。
第四分时段为P2P挂牌交易。经过双向拍卖交易后，剩余未能成功撮合的企业用户，可在此时段采取限价交易、市价交易、撤单三种交易行为开展P2P挂牌交易。限价交易是指购买方或出售方指定交易的价格和数量，只有当出售方或购买方低于或高于该价格时，才能撮合的交易，成交价格是买卖双方报价的平均值，成交的用电权数量取两者报量的较小值。市价交易是指购买方或出售方仅指定自己需要成交的数量，以当前市场的最优买价或最优卖价进行交易的成交方式。撤单则是购买方或出售方拥有放弃购买或出售用电权的需求时能够采取的行动，选择撤单则会清除其在P2P市场发布的报价信息。在开展P2P交易之前，用电权购买者可观察购买者序列中的最高报价，出售者可以观察出售者序列中的最低报价，从而在此时段选择以何种方式进行交易。若用电权购买者和出售者均未改变自身的报价，则由于最优买价始终低于最优卖价，P2P市场没有成交量；若交易双方调整了其报价，则有可能有交易达成，撮合顺序同双向拍卖交易一致。随后，所有企业用户根据P2P挂牌交易结果在区块链上进行结算，并更新其持有的下一时段的用电权数量。
第五分时段为交割结算。各企业用户根据最终持有的用电权数量向供电公司支付用电费用，结算过程在区块链上完成。
本发明中，还加入了奖惩机制，以规范企业用户的申报及交易行为。具体地：
对各个企业用户所持有的用电权数量设定上限，以防止个别企业用户的恶意竞争和收购，当企业用户最终持有的用电权超过该数量时则受到一定的经济惩罚，惩罚的费用为其持有用电权超过设定用电权上限的偏差、惩罚系数、市场用电权平均电价（双向拍卖与P2P交易市场和P2P挂牌交易市场所有交易流动的总金额除以在两个交易市场中流动的用电权数量总和）的乘积。
本发明中，双向拍卖及P2P挂牌交易市场中各个企业用户之间的交易结算、最终向供电公司支付的用电权费用，以及对其实施的奖惩的金额均利用保证金进行支付结算，在结算完成后退还其剩余的保证金。
本发明中，将一天划分为若干个交易时段，具体交易时段数量可根据实际情况确定。
本发明中，一个交易时段中，五个分时段的具体时间长度，也可根据具体情况设定，可以相同，也可以不同。
例如，当把一日划分为48个交易时段，则每个交易时段为30分钟；假定五个分时段的时间长度相等，则每个分时段为5分钟。
本发明具有如下特点：
（1）交易主体的特点为分布式，交易过程特点为分散化、点对点，所有交易主体均有相等的权利、义务，无需中心化的管理机构；
（2）交易主体根据自身需求自主参与交易，智能合约可根据预定义规则，通过交易信号自动判断并执行协议，以该方式完成用电权的优化配置，不但尊重了交易主体的交易意愿，而且维护了系统的安全平稳运行；
（3）采用密封报价的方式，即交易主体报价时匿名报价即可，无需公开身份，同时也无法获得其他用户的报价信息和身份信息，确保了交易的公平性，信息的安全性；
（4）交易主体无需相互信任即可完成交易和协作，具备“去信任”的架构。同时，区块链具有的可追溯特性，通过跟踪用电权交易，能够更好地为用电权交易者提供信任基础。
本发明的基于区块链的企业用电容量权益交易方法，具备安全性，区块链利用智能合约记录所有的交易信息，并通过分布式网络扩散到各个节点并形成共识，交易信息和交易过程对交易主体而言完全透明，确保了交易的开放性、透明性、安全性。同时，区块链中的数据块由系统中具有维护功能的交易主体共同维护，一旦交易信息添加至区块链，就会被永久存储，无法篡改。
本发明的基于区块链的企业用电容量权益交易方法，具备高效性，区块链可根据交易主体提供的报价信息根据交易规则自动匹配，与传统集中化管理方式相比，速度快，效率高。
本发明方法实现供电公司、园区物业以及企业用户之间的“直连”，解决了传统交易机制的信任问题，并大幅降低了交易成本，提高了交易效率，同时，有效优化聚合了企业用户的用电负荷，均衡了电力资源的分配。
具体实施方式
下面通过具体例子进一步介绍本发明。
在产业园区中有四家企业用户A、B、C、D，其分配的固定用电容量分别为800kW、1000kW、100kW、250kW，前两家公司A和B用电容量富足，后两家公司C和D因为是后入驻企业，分配的固有用电容量较少，有新增的用电容量需求，而A和B可通过出售多余的用电容量权益降低自身的用能成本。
以上企业均可通过用电容量权益交易机制达到自身的用电需求，并通过区块链的智能合约记录所有的交易过程和信息，确保了交易的开放性、透明性、安全性。以30分钟的交易过程为例，使用方法如下。
（1）用电容量初始预分配：四家企业分别使用区块链账号完成注册，注册内容为企业名称、用户类型和基本用电容量（表1），经区块链核实信息后完成注册，并交纳交易保证金。
表1
Figure RE-875302DEST_PATH_IMAGE001
。
（2）用电容量需求提交阶段：企业根据自身用电需求，调用投标函数根据自身用电需求,提供相应报价，具体结果如下表2、3所示：
表2，卖方报价报量
Figure RE-792442DEST_PATH_IMAGE002
表 3，买家报价报量
Figure RE-165654DEST_PATH_IMAGE003
。
（3）双边拍卖撮合阶段：区块链内置函数对买方报价进行从高到低排序，卖方报价从低到高排序，双边拍卖函数对买卖企业双方进行双边撮合，撮合结果如下：
表4，双边拍卖成交结果
Figure RE-29705DEST_PATH_IMAGE004
C为买方，报价较高为50元/KW，B作为卖方，报价较低为34元/KW，因此C与B优先撮合，成交价格为二者报价的算数平均值为42元/KW，成交量取二者报量的较小值即130 KW。交易完成后，B需求全部得到满足，移出交易队列，C与A交易，成交价格为44元/KW，成交量为20 KW，交易结束后，C需求量清零，移出交易队列。
（4）P2P挂牌交易阶段：剩余企业A与D参与P2P挂牌交易，A调用函数查看市价为40（元/KW），决定调用市价交易函数交易其剩余用电权；D调用函数查询剩余卖家最低报价为40（元/KW），决定调用限价交易函数，修改自身报价提升至42（元/KW），具体交易行为如下表所示：
表5，P2P交易行为及结果
Figure RE-844078DEST_PATH_IMAGE005
公司D需求也完成量出清，退出交易，A仍然剩余60KW未出清，但缺少买方无法平衡，A退出交易市场。
表6，双向拍卖和P2P挂牌交易行为及结果
Figure RE-260015DEST_PATH_IMAGE006
。
（5）交割结算阶段：以上企业通过用电权交易平台完成交易后，各企业用电容量更新如下表所示：
表 7，企业交易后用电容量表
Figure RE-995890DEST_PATH_IMAGE007
。

Claims (6)

1.一种基于区块链的企业用电容量权益交易方法，其特征在于，对于作为用电权交易主体的入驻园区的企业用户，用电权的优化配置分为初始预分配和市场交易两个阶段；市场交易阶段分为企业用户的报量报价、用电权双向拍卖和P2P交易、用电权P2P挂牌交易、交割结算四个阶段；整个交易过程均在区块链上实现，在以太坊开发可实际运行的智能合约，完成交易流程的自动化处理；交易信息存储在区块链中，由系统中具备维护功能的所有节点共同维护、永久存储、无法篡改，且交易信息对参与者公开透明，并具备可追溯性，信息的安全度高；具体步骤为：
将一天划分为若干个交易时段，一个交易时段内依次分为如下五个分时段：用电权初始预分配时段，用电权申报时段，双向拍卖和P2P交易时段，P2P挂牌交易时段，交割结算时段；具体交易过程如下：
第一分时段为用电权初始预分配；
区块链平台根据供电公司下发的各企业的基本用电量分配企业用户的初始用电权；企业用户向平台提交相应的保证金；
第二分时段为用电权申报；
企业用户根据自身的用电情况，向区块链提交下一个时段希望购买或出售的用电权的数量和价格；此时段采用密封报价的方式，即企业用户无法获得其他企业用户的报价信息和身份信息；区块链自动对企业用户的报价进行排列：用电权出售者的报价从低到高排列；用电权购买者的报价从高到低排列；报价相同时按照报价时间顺序排列；
第三分时段为双向拍卖和P2P交易；
根据区块链的价格排序结果，取用电权购买者的最高报价为最优买价，取用电权出售者的最低报价为最优卖价，当最优买价不低于最优卖价时，交易成功撮合；报价高的用电权购买者和报价低的用电权出售者优先撮合；报价相同时，报价时间靠前的报价优先撮合；匹配成功时，成交电量取交易双方报量的较小值，成交电价为交易双方报价的平均值；若企业用户的交易需求全部得到满足，则自动将其移出交易序列，直至交易序列中的最优买价低于最优卖价为止；随后，所有企业用户根据双向拍卖的交易结果在区块链上进行结算，并更新其持有的下一个交易时段的用电权数量；
第四分时段为P2P挂牌交易；
经过双向拍卖交易后，剩余未能成功撮合的企业用户，可在此时段采取限价交易、市价交易、撤单三种交易行为开展P2P挂牌交易；在开展P2P交易之前，用电权购买者可观察购买者序列中的最高报价，出售者可以观察出售者序列中的最低报价，从而在此时段选择以何种方式进行交易；若用电权购买者和出售者均未改变自身的报价，则由于最优买价始终低于最优卖价，P2P市场没有成交量；若交易双方调整了其报价，则有可能有交易达成，撮合顺序同双向拍卖交易一致；随后，所有企业用户根据P2P挂牌交易结果在区块链上进行结算，并更新其持有的下一时段的用电权数量；
第五分时段为交割结算；
各企业用户根据最终持有的用电权数量向供电公司支付用电费用，结算过程在区块链上完成。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的企业用电容量权益交易方法，其特征在于，所述保证金的确定方式为：供电公司设定的标准成交电价、企业用户的初始基本用电容量、交割时段时长乘积的两倍。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的企业用电容量权益交易方法，其特征在于，在P2P挂牌交易时段，所述限价交易是指购买方或出售方指定交易的价格和数量，只有当出售方或购买方低于或高于该价格时，才能撮合的交易，成交价格是买卖双方报价的平均值，成交的用电权数量取两者报量的较小值；所述市价交易是指购买方或出售方仅指定自己需要成交的数量，以当前市场的最优买价或最优卖价进行交易的成交方式；所述撤单是指购买方或出售方放弃购买或出售用电权的需求时能够采取的行动，选择撤单则会清除其在P2P市场发布的报价信息。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的企业用电容量权益交易方法，其特征在于，还加入奖惩机制，以规范企业用户的申报及交易行为；具体地：
对各个企业用户所持有的用电权数量设定上限，以防止个别企业用户的恶意竞争和收购，当企业用户最终持有的用电权超过该数量时则受到一定的经济惩罚。
5.根据权利要求1所述的基于区块链的企业用电容量权益交易方法，其特征在于，双向拍卖及P2P挂牌交易市场中各个企业用户之间的交易结算、最终向供电公司支付的用电权费用，以及对其实施的奖惩的金额均利用保证金进行支付结算，在结算完成后退还其剩余的保证金。
6.根据权利要求1-5之一所述的基于区块链的企业用电容量权益交易方法，其特征在于，把一日划分为48个交易时段，每个交易时段为30分钟；五个分时段的时间长度相等，每个分时段为5分钟。
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