CN112767148B - 基于区块链和分布式优化的电力交易方法和系统 - Google Patents

基于区块链和分布式优化的电力交易方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法和系统，涉及区块链技术和电力技术领域。本发明利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并形成交易方案；然后背书节点对各用户的交易方案进行验证，排序节点将通过后的交易方案打包成区块，更新区块链，基于区块链中的交易方案进行交易，并将实际交易数据记录在区块链中；基于实际交易数据和权限许可调用链码，链码自动转移交易费用，完成电力交易。本技术方案提高了电力交易优化过程中的数据处理速度，满足了用户实时交易的需求，同时解决了现有技术存在单点故障的问题，提高了系统的鲁棒性，并且保护了用户信息隐私安全。

Description

基于区块链和分布式优化的电力交易方法和系统
技术领域
本发明涉及区块链技术和电力技术领域，具体涉及一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法和系统。
背景技术
传统电力交易系统多采用集中式优化，即通过采集电网中用户各时段的用电量、光伏发电量、电动汽车的荷电状态等全局信息，在调度中心进行集中计算，对电网进行全局优化调度，匹配订单，为用户制订用电计划。集中式优化在求解时不需要反复迭代，可直接得到最优的电力交易方案。
但随着可再生能源的快速发展，能源互联网中接入大量的分布式发电设备，通过现有的调度中心进行集中计算的优化方法需要耗费大量时间和算力求解，难以满足电网实时调度和实时交易服务的需求；其次，现有的集中式优化需要收集用户的个人信息进行全局优化，中心调度机构存在隐私泄露的风险；而且，现有集中式优化的电力交易系统鲁棒性不高，调度中心易受到网络攻击，存在单点故障的风险。
有鉴于此，提出一种基于区块链和分布式优化的电力交易技术，以解决现有的电力交易集中式优化技术存在耗时费力且安全性不高的问题。
发明内容
(一)解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法和系统，解决了现有的电力交易集中式优化技术存在耗时费力且安全性不高的问题。
(二)技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
第一方面，本发明首先提供一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法，所述方法包括：
为用户分配参与电力交易的权限许可；
轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案；
背书节点对各用户的所述交易方案进行验证，通过后发送给排序节点，所述排序节点将所有通过的所述交易方案打包成区块，更新区块链；
基于区块链中的所述交易方案进行交易，并将实际交易数据记录在区块链中；
基于所述实际交易数据和所述权限许可调用链码，所述链码自动转移交易费用，完成电力交易。
优选的，所述为用户分配参与电力交易的权限许可包括：区块链电力交易平台的监管机构为用户分配参与电力交易的权限，分配一组公钥、私钥和钱包地址。
优选的，所述轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案包括：
S21、用户基于历史数据和个人偏好进行决策，获取预计购售电量上传给轮值背书节点，轮值背书节点为用户推荐理想购售电量，用户基于所述理想购售电量再次进行决策并发送给轮值背书节点；
S22、轮值背书节点与用户反复通信，重复S21步骤，直到轮值背书节点推荐的购售电量与用户实际决策变量相同时，获取此时的购售电量即为优化后的购售电量；
S23、用户基于确定的购售电量，决定预计交易费用上传给轮值背书节点，轮值背书节点为用户推荐理想交易费用，用户基于所述理想交易费用再次进行决策，并发送给轮值背书节点；
S24、轮值背书节点与用户反复通信，重复S23步骤，直到轮值背书节点推荐的交易费用与用户实际决策变量相同时，获取此时的交易费用即为优化后的交易费用；
S25、基于优化后的购售电量和优化后的交易费用形成交易方案。
优选的，所述决策包括：根据以下目标函数进行决策：
Figure BDA0002889089400000031
Figure BDA0002889089400000032
其中，
Figure BDA0002889089400000033
是用户i参与点对点电力交易后的总成本；
Figure BDA0002889089400000034
是用户i参与点对点交易后不舒适度成本、储能退化成本、向电网购售电成本的总和；πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure BDA0002889089400000035
是用户因负荷转移而造成的不舒适度；
Figure BDA0002889089400000036
是用户使用储能电池而引起的电池退化成本；
Figure BDA0002889089400000037
是用户与电网的交易费用；
用户因负荷转移而造成的不舒适度
Figure BDA0002889089400000038
为：
Figure BDA0002889089400000039
其约束条件可表示为：
Figure BDA00028890894000000310
Figure BDA00028890894000000311
其中，
Figure BDA00028890894000000312
是用户在t时刻参与需求响应转移的负荷量；
Figure BDA00028890894000000313
和
Figure BDA00028890894000000314
分别是转移负荷的下限和上限；T＝24是优化调度的周期；
Figure BDA00028890894000000315
表示保证用户参与需求响应时只进行负荷转移而不进行负荷削减；
用户使用储能电池而引起的电池退化成本
Figure BDA00028890894000000316
为：
Figure BDA0002889089400000041
其约束条件为：
Figure BDA0002889089400000042
Figure BDA0002889089400000043
Figure BDA0002889089400000044
其中，βi是储能电池的退化系数；ci和di分别是用户储能电池的充电功率和放电功率；
Figure BDA0002889089400000045
和
Figure BDA0002889089400000046
是充放电功率上限；SOCi(t)是电池的荷电状态；ηch和ηdis是电池的充放电效率；
Figure BDA0002889089400000047
是电池的额定容量；
Figure BDA0002889089400000048
和
Figure BDA0002889089400000049
是电池荷电状态的上下限；
用户与电网的交易费用
Figure BDA00028890894000000410
为：
Figure BDA00028890894000000411
其约束条件可表示为：
Figure BDA00028890894000000412
其中，
Figure BDA00028890894000000413
和
Figure BDA00028890894000000414
分别是用户向电网的购电量和售电量；pb和ps分别是用户向电网的购电价格和售电价格；
πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure BDA00028890894000000415
是用户与区块链中其他用户的交易电量；约束条件为：
Figure BDA00028890894000000416
Figure BDA00028890894000000417
第二方面，本发明还提供了一种基于区块链和分布式优化的电力交易系统，所述系统包括：
权限分配模块，用于为用户分配参与电力交易的权限许可；
交易方案制订模块，用于轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案；
交易方案验证模块，用于背书节点对各用户的所述交易方案进行验证，通过后发送给排序节点，所述排序节点将所有通过的所述交易方案打包成区块，更新区块链；
交易方案执行模块，用于基于区块链中的所述交易方案进行交易，并将实际交易数据记录在区块链中；
交易费用结算模块，用于基于所述实际交易数据和所述权限许可调用链码，所述链码自动转移交易费用，完成电力交易。
优选的，所述权限分配模块为用户分配参与电力交易的权限许可包括：区块链电力交易平台的监管机构为用户分配参与电力交易的权限，分配一组公钥、私钥和钱包地址。
优选的，所述交易方案制订模块中，轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案包括：
S21、用户基于历史数据和个人偏好进行决策，获取预计购售电量上传给轮值背书节点，轮值背书节点为用户推荐理想购售电量，用户基于所述理想购售电量再次进行决策并发送给轮值背书节点；
S22、轮值背书节点与用户反复通信，重复S21步骤，直到轮值背书节点推荐的购售电量与用户实际决策变量相同时，获取此时的购售电量即为优化后的购售电量；
S23、用户基于确定的购售电量，决定预计交易费用上传给轮值背书节点，轮值背书节点为用户推荐理想交易费用，用户基于所述理想交易费用再次进行决策，并发送给轮值背书节点；
S24、轮值背书节点与用户反复通信，重复S23步骤，直到轮值背书节点推荐的交易费用与用户实际决策变量相同时，获取此时的交易费用即为优化后的交易费用；
S25、基于优化后的购售电量和优化后的交易费用形成交易方案。
优选的，所述决策包括：根据以下目标函数进行决策：
Figure BDA0002889089400000061
Figure BDA0002889089400000062
其中，
Figure BDA0002889089400000063
是用户i参与点对点电力交易后的总成本；
Figure BDA0002889089400000064
是用户i参与点对点交易后不舒适度成本、储能退化成本、向电网购售电成本的总和；πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure BDA0002889089400000065
是用户因负荷转移而造成的不舒适度；
Figure BDA0002889089400000066
是用户使用储能电池而引起的电池退化成本；
Figure BDA0002889089400000067
是用户与电网的交易费用；
用户因负荷转移而造成的不舒适度
Figure BDA0002889089400000068
为：
Figure BDA0002889089400000069
其约束条件可表示为：
Figure BDA00028890894000000610
Figure BDA00028890894000000611
其中，
Figure BDA00028890894000000612
是用户在t时刻参与需求响应转移的负荷量；
Figure BDA00028890894000000613
和
Figure BDA00028890894000000614
分别是转移负荷的下限和上限；T＝24是优化调度的周期；
Figure BDA00028890894000000615
表示保证用户参与需求响应时只进行负荷转移而不进行负荷削减；
用户使用储能电池而引起的电池退化成本
Figure BDA00028890894000000616
为：
Figure BDA00028890894000000617
其约束条件为：
Figure BDA00028890894000000618
Figure BDA00028890894000000619
Figure BDA00028890894000000620
其中，βi是储能电池的退化系数；ci和di分别是用户储能电池的充电功率和放电功率；
Figure BDA0002889089400000071
和
Figure BDA0002889089400000072
是充放电功率上限；SOCi(t)是电池的荷电状态；ηch和ηdis是电池的充放电效率；
Figure BDA0002889089400000073
是电池的额定容量；
Figure BDA0002889089400000074
和
Figure BDA0002889089400000075
是电池荷电状态的上下限；
用户与电网的交易费用
Figure BDA0002889089400000076
为：
Figure BDA0002889089400000077
其约束条件可表示为：
Figure BDA0002889089400000078
其中，
Figure BDA0002889089400000079
和
Figure BDA00028890894000000710
分别是用户向电网的购电量和售电量；pb和ps分别是用户向电网的购电价格和售电价格；
πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure BDA00028890894000000711
是用户与区块链中其他用户的交易电量；约束条件为：
Figure BDA00028890894000000712
Figure BDA00028890894000000713
(三)有益效果
本发明提供了一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法和系统。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并形成交易方案；然后背书节点对各用户的交易方案进行验证，排序节点将通过后的交易方案打包成区块，更新区块链，用户按照区块链中的交易方案进行交易，并将实际交易数据记录在区块链中；最后，基于实际交易数据和权限调用链码，链码自动转移交易费用，最终完成电力交易。本发明实施例提高了电力交易优化过程中的数据处理速度，满足了用户实时交易的需求，同时解决了现有技术存在单点故障的问题，提高了系统的鲁棒性，并且保护了用户信息隐私安全。
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，下面描述中的附图仅仅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为本发明实施例中一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法整体流程图；
图2为本发明实施例中一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法具体流程图；
图3为本发明实施例中一种基于区块链和分布式优化的电力交易系统框图。
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，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。
本申请实施例通过提供一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法和系统，解决了现有的电力交易集中式优化技术存在耗时费力且安全性不高的问题。
本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：
本发明实施例为了解决现有的电力交易集中式优化技术存在在数据计算时耗时费力，难以满足用户实时交易需求的问题，同时解决现有技术存在单点故障、隐私泄露等安全性问题，在区块链环境下的电力交易中对交易数据进行分布式存储，避免单点故障；使用交替方向乘子法对区块链环境下的电力交易过程进行分布式优化，充分利用了用户的分布式计算设备，提高了电力交易优化过程中的数据处理速度；另外，利用分布式优化后，用户只需要以匿名的方式向背书节点发送计划的交易电量和交易费用，可以起到保护用户信息隐私安全的作用。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1：
第一方面，本发明实施例首先提出了一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法，参见图1，该方法包括：
S1、为用户分配参与电力交易的权限许可；
S2、轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案；
S3、背书节点对各用户的上述交易方案进行验证，通过后发送给排序节点，上述排序节点将所有通过的上述交易方案打包成区块，更新区块链；
S4、基于区块链中的上述交易方案进行交易，并将实际交易数据记录在区块链中；
S5、基于上述实际交易数据和上述权限许可调用链码，上述链码自动转移交易费用，完成电力交易。
本发明实施例一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并形成交易方案；然后背书节点对各用户的交易方案进行验证，排序节点将通过后的交易方案打包成区块，更新区块链，用户按照区块链中的交易方案进行交易，并将实际交易数据记录在区块链中；最后，基于实际交易数据和权限调用链码，链码自动转移交易费用，最终完成电力交易。本发明实施例提高了电力交易优化过程中的数据处理速度，满足了用户实时交易的需求，同时解决了现有技术存在单点故障的问题，提高了系统的鲁棒性，并且保护了用户信息隐私安全。
在本发明实施例的上述方法中，为了确保电力交易过程的安全进行，用户在加入区块链电力交易平台之前监管机构需要对用户的信用、设备等进行审查，确定用户是否有资格参与电力交易，然后对具有资格的用户赋予权限和许可，此时，一种较佳的处理方式是为用户分配参与电力交易的权限许可包括：区块链电力交易平台的监管机构为用户分配参与电力交易的权限，分配一组公钥、私钥和钱包地址。
另外，为了解决电力交易数据集中计算优化技术需要耗费大量时间和算力求解的问题，以及解决电力交易时存在单点故障和信息泄露等安全问题，一种较佳的处理方式是在分布式优化过程中，轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案包括：
S21、用户基于历史数据和个人偏好进行决策，获取预计购售电量上传给轮值背书节点，轮值背书节点为用户推荐理想购售电量，用户基于所述理想购售电量再次进行决策并发送给轮值背书节点；
S22、轮值背书节点与用户反复通信，重复S21步骤，直到轮值背书节点推荐的购售电量与用户实际决策变量相同时，获取此时的购售电量即为优化后的购售电量；
S23、用户基于确定的购售电量，决定预计交易费用上传给轮值背书节点，轮值背书节点为用户推荐理想交易费用，用户基于所述理想交易费用再次进行决策，并发送给轮值背书节点；
S24、轮值背书节点与用户反复通信，重复S23步骤，直到轮值背书节点推荐的交易费用与用户实际决策变量相同时，获取此时的交易费用即为优化后的交易费用；
S25、基于优化后的购售电量和优化后的交易费用形成交易方案。
实际上，在电力交易进行分布式优化过程中，一种较佳的处理方式是，根据以下目标函数进行决策：
Figure BDA0002889089400000111
Figure BDA0002889089400000112
其中，
Figure BDA0002889089400000113
是用户i参与点对点电力交易后的总成本；
Figure BDA0002889089400000114
是用户i参与点对点交易后不舒适度成本、储能退化成本、向电网购售电成本的总和；πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure BDA0002889089400000115
是用户因负荷转移而造成的不舒适度；
Figure BDA0002889089400000116
是用户使用储能电池而引起的电池退化成本；
Figure BDA0002889089400000117
是用户与电网的交易费用；
用户因负荷转移而造成的不舒适度
Figure BDA0002889089400000118
为：
Figure BDA0002889089400000119
其约束条件可表示为：
Figure BDA00028890894000001110
Figure BDA00028890894000001111
其中，
Figure BDA00028890894000001112
是用户在t时刻参与需求响应转移的负荷量；
Figure BDA00028890894000001113
和
Figure BDA00028890894000001114
分别是转移负荷的下限和上限；T＝24是优化调度的周期；
Figure BDA00028890894000001115
表示保证用户参与需求响应时只进行负荷转移而不进行负荷削减；
用户使用储能电池而引起的电池退化成本
Figure BDA00028890894000001116
为：
Figure BDA00028890894000001117
其约束条件为：
Figure BDA00028890894000001118
Figure BDA00028890894000001119
Figure BDA00028890894000001120
其中，βi是储能电池的退化系数；ci和di分别是用户储能电池的充电功率和放电功率；
Figure BDA0002889089400000121
和
Figure BDA0002889089400000122
是充放电功率上限；SOCi(t)是电池的荷电状态；ηch和ηdis是电池的充放电效率；
Figure BDA0002889089400000123
是电池的额定容量；
Figure BDA0002889089400000124
和
Figure BDA0002889089400000125
是电池荷电状态的上下限；
用户与电网的交易费用
Figure BDA0002889089400000126
为：
Figure BDA0002889089400000127
其约束条件可表示为：
Figure BDA0002889089400000128
其中，
Figure BDA0002889089400000129
和
Figure BDA00028890894000001210
分别是用户向电网的购电量和售电量；pb和ps分别是用户向电网的购电价格和售电价格；
πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure BDA00028890894000001211
是用户与区块链中其他用户的交易电量；约束条件为：
Figure BDA00028890894000001212
Figure BDA00028890894000001213
下面结合对S1-S5步骤的阐述，来详细说明本发明一个实施例的实现过程。
图1是一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法的流程图，图2为一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法具体流程图，参见图1和图2，基于区块链和分布式优化的电力交易方法具体过程包括：
S1、为用户分配参与电力交易的权限许可。
各用户在配置了信息收发、信息采集、信息存储、客户端、负载和光储系统等子模块后，区块链电力交易平台的监管机构会为各用户分配参与交易的权限和公、私钥，以及钱包地址等相关文件，根据这些权限和相关文件，各用户即可调用对应链码，与电网和其他用户进行交易。
S2、轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案。
轮值背书节点宣布开始进行电力交易后，各用户与轮值背书节点利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化。具体过程为：各用户查看自己储能电池的荷电状态，并根据历史数据预测可再生能源发电量和用电量，然后用户根据个人需求或者偏好习惯，对各时段的购售电量、储能电池充放电量、需求响应量进行决策，并将向其他用户购售的购售电量上传给轮值背书节点，轮值背书节点根据市场上购售电量的情况，为各用户推荐一个理想的购售电量，各用户根据轮值背书节点反馈的信息，再次进行决策，并发送给轮值背书节点......各用户与轮值背书节点反复通信，直到轮值背书节点推荐的购售电量与用户实际决策变量相同，将此时的购售电量作为最终确定的购售电量。同理，根据确定的购售电量，用户决定自己愿意支付或收取的费用，并发送给轮值背书节点，轮值背书节点根据所有用户的决策，为各用户推荐一个理想的交易费用，用户根据轮值背书节点的反馈信息，再次进行决策，并发送给轮值背书节点......用户与轮值背书节点反复通信，直到轮值背书节点推荐的交易费用与用户实际决策的费用相同，将此时的交易费用作为最终确定的交易费用。最后基于上述最终确定的购售电量和交易费用形成交易方案。
在上述过程中，用户i参与电力交易时根据以下目标函数进行决策，当该目标函数取最小值时，用户i进行决策。目标函数可以表示为：
Figure BDA0002889089400000131
Figure BDA0002889089400000132
其中，
Figure BDA0002889089400000133
是用户i参与点对点电力交易后的总成本，
Figure BDA0002889089400000134
是用户i参与点对点交易后不舒适成本、储能退化成本、向电网购售电成本的总和，πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure BDA0002889089400000141
是用户因负荷转移而造成的不舒适度；
Figure BDA0002889089400000142
是用户使用储能电池而引起的电池退化成本；
Figure BDA0002889089400000143
是用户与电网的交易费用。
Figure BDA0002889089400000144
是用户因负荷转移而造成的不舒适度，可表示为：
Figure BDA0002889089400000145
其约束条件可表示为：
Figure BDA0002889089400000146
Figure BDA0002889089400000147
其中，
Figure BDA0002889089400000148
是用户在t时刻参与需求响应转移的负荷量；
Figure BDA0002889089400000149
和
Figure BDA00028890894000001410
分别是转移负荷的下限和上限；T＝24是优化调度的周期；
Figure BDA00028890894000001411
表示保证用户参与需求响应时只进行负荷转移而不进行负荷削减。
Figure BDA00028890894000001412
是用户使用储能电池而引起的电池退化成本，可表示为：
Figure BDA00028890894000001413
其约束条件为：
Figure BDA00028890894000001414
Figure BDA00028890894000001415
Figure BDA00028890894000001416
其中，βi是储能电池的退化系数；ci和di分别是用户储能电池的充电功率和放电功率；
Figure BDA00028890894000001417
和
Figure BDA00028890894000001418
是充电、放电功率上限；SOCi(t)是电池的荷电状态；ηch和ηdis是电池的充放电效率；
Figure BDA00028890894000001419
是电池的额定容量；
Figure BDA00028890894000001420
和
Figure BDA00028890894000001421
是电池荷电状态的上下限。
Figure BDA0002889089400000151
是用户与电网的交易费用，可表示为：
Figure BDA0002889089400000152
其约束条件可表示为：
Figure BDA0002889089400000153
其中，
Figure BDA0002889089400000154
和
Figure BDA0002889089400000155
分别是用户向电网购售的购电量和售电量；pb和ps分别是用户向电网购售电时的购电价格和售电价格；
πi是用户i与其他用户进行电力交易时的费用；
Figure BDA0002889089400000156
是用户与区块链中其他用户的交易电量；约束条件为：
Figure BDA0002889089400000157
Figure BDA0002889089400000158
电力交易流程可以分为电力交易量优化阶段和交易费用优化阶段，具体地：
电力交易量优化。在电力交易量优化阶段的第k次迭代中，用户i根据自身情况调用链码以确定
Figure BDA0002889089400000159
中的各变量，用户i的目标函数是：
Figure BDA00028890894000001510
约束条件：
Figure BDA00028890894000001511
Figure BDA00028890894000001512
Figure BDA00028890894000001513
Figure BDA00028890894000001514
Figure BDA00028890894000001515
Figure BDA00028890894000001516
Figure BDA0002889089400000161
Figure BDA0002889089400000162
其中，
Figure BDA0002889089400000163
和δi,k-1分别是上一次迭代中背书节点更新的电力交易计划和乘子，σ是惩罚因子，
Figure BDA0002889089400000164
是用户i在t时刻的光伏发电量，
Figure BDA0002889089400000165
是参与需求响应转移的负荷量，
Figure BDA0002889089400000166
是用户原始的用电量，ci(t)和di(t)分别是用户储能电池的充电功率和放电功率，
Figure BDA0002889089400000167
是用户与区块链中其他用户的交易电量，
Figure BDA0002889089400000168
和
Figure BDA0002889089400000169
分别是用户向电网购售的购电量和售电量。用户完成决策后向背书节点提交更新后的
Figure BDA00028890894000001610
在所有用户都提交后，背书节点调用链码更新参数
Figure BDA00028890894000001611
并根据以下公式制订新的电力交易计划：
Figure BDA00028890894000001612
约束条件：
Figure BDA00028890894000001613
其中，
Figure BDA00028890894000001614
是背书节点为各用户制订的电力交易计划。在确定新的电力交易计划
Figure BDA00028890894000001615
后，背书节点更新参数
Figure BDA00028890894000001616
并按照以下公式更新乘子。
Figure BDA00028890894000001617
当
Figure BDA00028890894000001618
和
Figure BDA00028890894000001619
同时满足时，电力交易量优化阶段结束，各用户确定自己的决策变量，并进入交易费用优化阶段，否则令k＝k+1开始下一次优化求解。其中，ξ1和ξ2是背书节点设置的收敛误差。
交易费用优化。在交易费用优化阶段的第m次迭代中用户i根据自身情况调用链码确定交易费用πi，用户i的目标函数是：
Figure BDA0002889089400000171
约束条件：
Figure BDA0002889089400000172
其中，
Figure BDA0002889089400000173
和λi,m-1分别是上一次迭代中背书节点更新的电力交易费用和乘子，
Figure BDA0002889089400000174
是用户i不与其他用户交易的情况下(自发自用，余电上网)的用能费用，ρ是惩罚因子。
Figure BDA0002889089400000175
是用户i参与用户间电力交易的前提条件，即参与交易后的用能成本不高于之前的用能成本。在用户完成决策后向背书节点提交更新后的πi,m，在所有用户都提交后，背书节点调用链码更新参数πm并根据以下公式制订新的电力交易费用：
Figure BDA0002889089400000176
约束条件：
Figure BDA0002889089400000177
其中，
Figure BDA0002889089400000178
是背书节点为各用户制订的电力交易费用。在确定新的电力交易费用
Figure BDA0002889089400000179
后，背书节点更新参数
Figure BDA00028890894000001710
并按照以下公式更新乘子。
Figure BDA00028890894000001711
当
Figure BDA00028890894000001712
和
Figure BDA00028890894000001713
同时满足时，电力交易费用优化阶段结束，各用户确定自己的电力交易费用，否则令m＝m+1开始下一次优化求解。其中，ξ3和ξ4是背书节点设置的收敛误差。
分阶段优化确定
Figure BDA00028890894000001714
和πi后，电力交易计划形成。
S3、背书节点对各用户的上述交易方案进行验证，通过后发送给排序节点，上述排序节点将所有通过的上述交易方案打包成区块，更新区块链。
电力交易计划方案形成后，用户将交易方案提交给背书节点进行验证，验证通过后发送给排序节点，排序节点将该周期内的所有交易方案打包成区块，更新区块链。
S4、基于区块链中的上述交易方案进行交易，并将实际交易数据记录在区块链中；
在指定时间内，各用户按照形成的电力交易方案转移相应负荷、控制储能电池充放电、向电网或其他用户进行购电或售电，智能电表对各用户之间的电力交易过程进行实时记录，在结束后智能电表利用有线或无线网络将记录的数据自动上传给背书节点。在足够多的背书节点签名后，由排序节点将该时间段内的交易信息打包成区块并分发给各节点，更新区块链。
S5、基于上述实际交易数据和上述权限许可调用链码，上述链码自动转移交易费用，完成电力交易。
背书节点调用相应链码按照用户间实际的电力交易量自动将相应的费用从购电用户的钱包转移到售电用户的钱包，此时，本阶段的电力交易结束，用户开始参与下一次电力交易。
至此，完成了本发明一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法的全部过程。
实施例2：
第二方面，本发明还提供了一种基于区块链和分布式优化的电力交易系统，参见图3，该系统包括：
权限分配模块，用于为用户分配参与电力交易的权限许可；
交易方案制订模块，用于轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案；
交易方案验证模块，用于背书节点对各用户的所述交易方案进行验证，通过后发送给排序节点，所述排序节点将所有通过的所述交易方案打包成区块，更新区块链；
交易方案执行模块，用于基于区块链中的所述交易方案进行交易，并将实际交易数据记录在区块链中；
交易费用结算模块，用于基于所述实际交易数据和所述权限许可调用链码，所述链码自动转移交易费用，完成电力交易。
可选的，所述权限分配模块为用户分配参与电力交易的权限许可包括：区块链电力交易平台的监管机构为用户分配参与电力交易的权限，分配一组公钥、私钥和钱包地址。
可选的，所述交易方案制订模块中，轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案包括：
S21、用户基于历史数据和个人偏好进行决策，获取预计购售电量上传给轮值背书节点，轮值背书节点为用户推荐理想购售电量，用户基于所述理想购售电量再次进行决策并发送给轮值背书节点；
S22、轮值背书节点与用户反复通信，重复S21步骤，直到轮值背书节点推荐的购售电量与用户实际决策变量相同时，获取此时的购售电量即为优化后的购售电量；
S23、用户基于确定的购售电量，决定预计交易费用上传给轮值背书节点，轮值背书节点为用户推荐理想交易费用，用户基于所述理想交易费用再次进行决策，并发送给轮值背书节点；
S24、轮值背书节点与用户反复通信，重复S23步骤，直到轮值背书节点推荐的交易费用与用户实际决策变量相同时，获取此时的交易费用即为优化后的交易费用；
S25、基于优化后的购售电量和优化后的交易费用形成交易方案。
优选的，所述决策包括：根据以下目标函数进行决策：
Figure BDA0002889089400000191
Figure BDA0002889089400000201
其中，
Figure BDA0002889089400000202
是用户i参与点对点电力交易后的总成本；
Figure BDA0002889089400000203
是用户i参与点对点交易后不舒适度成本、储能退化成本、向电网购售电成本的总和；πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure BDA0002889089400000204
是用户因负荷转移而造成的不舒适度；
Figure BDA0002889089400000205
是用户使用储能电池而引起的电池退化成本；
Figure BDA0002889089400000206
是用户与电网的交易费用；
用户因负荷转移而造成的不舒适度
Figure BDA0002889089400000207
为：
Figure BDA0002889089400000208
其约束条件可表示为：
Figure BDA0002889089400000209
Figure BDA00028890894000002010
其中，
Figure BDA00028890894000002011
是用户在t时刻参与需求响应转移的负荷量；
Figure BDA00028890894000002012
和
Figure BDA00028890894000002013
分别是转移负荷的下限和上限；T＝24是优化调度的周期；
Figure BDA00028890894000002014
表示保证用户参与需求响应时只进行负荷转移而不进行负荷削减；
用户使用储能电池而引起的电池退化成本
Figure BDA00028890894000002015
为：
Figure BDA00028890894000002016
其约束条件为：
Figure BDA00028890894000002017
Figure BDA00028890894000002018
Figure BDA00028890894000002019
其中，βi是储能电池的退化系数；ci和di分别是用户储能电池的充电功率和放电功率；
Figure BDA00028890894000002020
和
Figure BDA00028890894000002021
是充放电功率上限；SOCi(t)是电池的荷电状态；ηch和ηdis是电池的充放电效率；
Figure BDA0002889089400000211
是电池的额定容量；
Figure BDA0002889089400000212
和
Figure BDA0002889089400000213
是电池荷电状态的上下限；
用户与电网的交易费用
Figure BDA0002889089400000214
为：
Figure BDA0002889089400000215
其约束条件可表示为：
Figure BDA0002889089400000216
其中，
Figure BDA0002889089400000217
和
Figure BDA0002889089400000218
分别是用户向电网的购电量和售电量；pb和ps分别是用户向电网的购电价格和售电价格；
πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure BDA0002889089400000219
是用户与区块链中其他用户的交易电量；约束条件为：
Figure BDA00028890894000002110
Figure BDA00028890894000002111
可理解的是，本发明实施例提供的基于区块链和分布式优化的电力交易系统与上述基于区块链和分布式优化的电力交易方法相对应，其有关内容的解释、举例、有益效果等部分可以参考基于区块链和分布式优化的电力交易方法中的相应内容，此处不再赘述。
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
1、本发明一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并形成交易方案；然后背书节点对各用户的交易方案进行验证，排序节点将通过后的交易方案打包成区块，更新区块链，用户按照区块链中的交易方案进行交易，并将实际交易数据记录在区块链中；最后，基于实际交易数据和权限调用链码，链码自动转移交易费用，最终完成电力交易。本发明实施例提高了电力交易优化过程中的数据处理速度，满足了用户实时交易的需求，同时解决了现有技术存在单点故障的问题，提高了系统的鲁棒性，并且保护了用户信息隐私安全；
2、本发明在区块链环境下的电力交易技术，对交易数据进行分布式存储，避免单点故障；其次，使用交替方向乘子法对区块链环境下的电力交易过程进行分布式优化，充分利用了用户的分布式计算设备，提高了交易信息的处理速度；
3、在本发明电力交易分布式优化的过程中，用户只需要以匿名的方式向背书节点发送计划的交易电量和交易费用，有利于保护用户信息隐私安全。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
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 (4)

1.一种基于区块链和分布式优化的电力交易方法，其特征在于，所述方法包括：
为用户分配参与电力交易的权限许可；
轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案；
背书节点对各用户的所述交易方案进行验证，通过后发送给排序节点，所述排序节点将所有通过的所述交易方案打包成区块，更新区块链；
基于区块链中的所述交易方案进行交易，并将实际交易数据记录在区块链中；
基于所述实际交易数据和所述权限许可调用链码，所述链码自动转移交易费用，完成电力交易；
所述轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案包括：
S21、用户基于历史数据和个人偏好进行决策，获取预计购售电量上传给轮值背书节点，轮值背书节点为用户推荐理想购售电量，用户基于所述理想购售电量再次进行决策并发送给轮值背书节点；
S22、轮值背书节点与用户反复通信，重复S21步骤，直到轮值背书节点推荐的购售电量与用户实际决策变量相同时，获取此时的购售电量即为优化后的购售电量；
S23、用户基于确定的购售电量，决定预计交易费用上传给轮值背书节点，轮值背书节点为用户推荐理想交易费用，用户基于所述理想交易费用再次进行决策，并发送给轮值背书节点；
S24、轮值背书节点与用户反复通信，重复S23步骤，直到轮值背书节点推荐的交易费用与用户实际决策变量相同时，获取此时的交易费用即为优化后的交易费用；
S25、基于优化后的购售电量和优化后的交易费用形成交易方案；
所述决策包括：根据以下目标函数进行决策：
Figure FDA0003751352500000021
Figure FDA0003751352500000022
其中，
Figure FDA0003751352500000023
是用户i参与点对点电力交易后的总成本；
Figure FDA0003751352500000024
是用户i参与点对点交易后不舒适度成本、储能退化成本、向电网购售电成本的总和；πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure FDA0003751352500000025
是用户因负荷转移而造成的不舒适度；
Figure FDA0003751352500000026
是用户使用储能电池而引起的电池退化成本；
Figure FDA0003751352500000027
是用户与电网的交易费用；
用户因负荷转移而造成的不舒适度
Figure FDA0003751352500000028
为：
Figure FDA0003751352500000029
其约束条件可表示为：
Figure FDA00037513525000000210
Figure FDA00037513525000000211
其中，
Figure FDA00037513525000000212
是用户在t时刻参与需求响应转移的负荷量；
Figure FDA00037513525000000213
和
Figure FDA00037513525000000214
分别是转移负荷的下限和上限；T＝24是优化调度的周期；
Figure FDA00037513525000000215
表示保证用户参与需求响应时只进行负荷转移而不进行负荷削减，λi(t)表示与用户相关的偏好系数；
用户使用储能电池而引起的电池退化成本
Figure FDA00037513525000000216
为：
Figure FDA00037513525000000217
其约束条件为：
Figure FDA0003751352500000031
Figure FDA0003751352500000032
Figure FDA0003751352500000033
其中，βi是储能电池的退化系数；ci和di分别是用户储能电池的充电功率和放电功率；
Figure FDA0003751352500000034
和
Figure FDA0003751352500000035
是充放电功率上限；SOCi(t)是电池的荷电状态；ηch和ηdis是电池的充放电效率；
Figure FDA0003751352500000036
是电池的额定容量；
Figure FDA0003751352500000037
和
Figure FDA0003751352500000038
是电池荷电状态的上下限；
用户与电网的交易费用
Figure FDA0003751352500000039
为：
Figure FDA00037513525000000310
其约束条件可表示为：
Figure FDA00037513525000000311
其中，
Figure FDA00037513525000000312
和
Figure FDA00037513525000000313
分别是用户向电网的购电量和售电量；pb和ps分别是用户向电网的购电价格和售电价格；
πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure FDA00037513525000000314
是用户与区块链中其他用户的交易电量；约束条件为：
Figure FDA00037513525000000315
Figure FDA00037513525000000316
其中，I表示参与基于区块链点对点电力交易市场的用户的集合。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为用户分配参与电力交易的权限许可包括：区块链电力交易平台的监管机构为用户分配参与电力交易的权限，分配一组公钥、私钥和钱包地址。
3.一种基于区块链和分布式优化的电力交易系统，其特征在于，所述系统包括：
权限分配模块，用于为用户分配参与电力交易的权限许可；
交易方案制订模块，用于轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案；
交易方案验证模块，用于背书节点对各用户的所述交易方案进行验证，通过后发送给排序节点，所述排序节点将所有通过的所述交易方案打包成区块，更新区块链；
交易方案执行模块，用于基于区块链中的所述交易方案进行交易，并将实际交易数据记录在区块链中；
交易费用结算模块，用于基于所述实际交易数据和所述权限许可调用链码，所述链码自动转移交易费用，完成电力交易；
所述交易方案制订模块中，轮值背书节点与用户反复通信，利用交替方向乘子法对购售电量和交易费用进行分布式优化，并基于优化后的购售电量和交易费用形成交易方案包括：
S21、用户基于历史数据和个人偏好进行决策，获取预计购售电量上传给轮值背书节点，轮值背书节点为用户推荐理想购售电量，用户基于所述理想购售电量再次进行决策并发送给轮值背书节点；
S22、轮值背书节点与用户反复通信，重复S21步骤，直到轮值背书节点推荐的购售电量与用户实际决策变量相同时，获取此时的购售电量即为优化后的购售电量；
S23、用户基于确定的购售电量，决定预计交易费用上传给轮值背书节点，轮值背书节点为用户推荐理想交易费用，用户基于所述理想交易费用再次进行决策，并发送给轮值背书节点；
S24、轮值背书节点与用户反复通信，重复S23步骤，直到轮值背书节点推荐的交易费用与用户实际决策变量相同时，获取此时的交易费用即为优化后的交易费用；
S25、基于优化后的购售电量和优化后的交易费用形成交易方案；
所述决策包括：根据以下目标函数进行决策：
Figure FDA0003751352500000051
Figure FDA0003751352500000052
其中，
Figure FDA0003751352500000053
是用户i参与点对点电力交易后的总成本；
Figure FDA0003751352500000054
是用户i参与点对点交易后不舒适度成本、储能退化成本、向电网购售电成本的总和；πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure FDA0003751352500000055
是用户因负荷转移而造成的不舒适度；
Figure FDA0003751352500000056
是用户使用储能电池而引起的电池退化成本；
Figure FDA0003751352500000057
是用户与电网的交易费用；
用户因负荷转移而造成的不舒适度
Figure FDA0003751352500000058
为：
Figure FDA0003751352500000059
其约束条件可表示为：
Figure FDA00037513525000000510
Figure FDA00037513525000000511
其中，
Figure FDA00037513525000000512
是用户在t时刻参与需求响应转移的负荷量；
Figure FDA00037513525000000513
和
Figure FDA00037513525000000514
分别是转移负荷的下限和上限；T＝24是优化调度的周期；
Figure FDA00037513525000000515
表示保证用户参与需求响应时只进行负荷转移而不进行负荷削减，λi(t)表示与用户相关的偏好系数；
用户使用储能电池而引起的电池退化成本
Figure FDA00037513525000000516
为：
Figure FDA00037513525000000517
其约束条件为：
Figure FDA00037513525000000518
Figure FDA00037513525000000519
Figure FDA00037513525000000520
其中，βi是储能电池的退化系数；ci和di分别是用户储能电池的充电功率和放电功率；
Figure FDA0003751352500000061
和
Figure FDA0003751352500000062
是充放电功率上限；SOCi(t)是电池的荷电状态；ηch和ηdis是电池的充放电效率；
Figure FDA0003751352500000063
是电池的额定容量；
Figure FDA0003751352500000064
和
Figure FDA0003751352500000065
是电池荷电状态的上下限；
用户与电网的交易费用
Figure FDA0003751352500000066
为：
Figure FDA0003751352500000067
其约束条件可表示为：
Figure FDA0003751352500000068
其中，
Figure FDA0003751352500000069
和
Figure FDA00037513525000000610
分别是用户向电网的购电量和售电量；pb和ps分别是用户向电网的购电价格和售电价格；
πi是用户i与其他用户进行电力交易的费用；
Figure FDA00037513525000000611
是用户与区块链中其他用户的交易电量；约束条件为：
Figure FDA00037513525000000612
Figure FDA00037513525000000613
其中，I表示参与基于区块链点对点电力交易市场的用户的集合。
4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述权限分配模块为用户分配参与电力交易的权限许可包括：区块链电力交易平台的监管机构为用户分配参与电力交易的权限，分配一组公钥、私钥和钱包地址。
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