CN112785428A

CN112785428A - 基于区块链技术的电能交易方法

Info

Publication number: CN112785428A
Application number: CN202110017076.5A
Authority: CN
Inventors: 张帆
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-01-07
Filing date: 2021-01-07
Publication date: 2021-05-11

Abstract

本发明属于电力系统技术领域，涉及一种基于区块链技术的电能交易方法，包括用户登录获得授权、创建交易、出价、竞价、出清和结算交易等步骤，并提供了相应的函数，而且在出价部分使售电主体和未完全用尽电的转让主体的分层次出价，形成了配合市场阶梯式用电收费的出价系统且有效参与到整个电能交易中，为购电主体提供了具有层次的竞价选择。本发明通过使未完全用尽电的转让主体参与到电能交易中，使其未完全用尽的电量参与到用电较大的购电主体的购买环节中，既能提高了电能的合理利用率，又提高了购电主体的经济效益，而且增加了市场的竞争能力，从而为社会获得较高的社会效益，设计合理，综合效益较好，适合大规模推广。

Description

基于区块链技术的电能交易方法

技术领域

本发明属于电力系统技术领域，尤其涉及一种基于区块链技术的电能交易方法。

背景技术

参与电能交易的市场主体主要是电网企业和发电企业，随着市场化的需求，正在逐步放开电力用户与发电企业开展直接交易，既有利于培育市场主体的竞争意识，又有利于充分发挥资源的利用率。区块链是一种新的交易技术，其通过去中心化、共识机制和非对称加密等技术实现了点对点的交易模式。区块链在的六大特征包括去中心化、开放性、防窜改性、匿名性、自治性和可追溯性。

现有的区块链电能交易一般只能解决初次交易的问题，但是在实际使用过程中，由于售电主体的售后问题、供电质量问题或者是购电用户本身对用电申报量的高估问题，存在退电的意愿，而现有电能交易系统不能很好地解决这个问题；再者，即便一些售电主体愿意将多缴费用退回到购电主体，但是会扣除一部分费用以补偿在追溯过程中产生的费用以及违约费用；同时，由于地区阶梯性收费的差异情况，如第二阶梯电价高于第一阶梯电价，第三阶梯电价高于第二阶梯电价，使得相同的退费对应的阶梯价位是不同的，而对于一些用电量稍大一些或者非常大的购电主体来说则需要以高出一般用户用电价格从售电主体采购用电；再加上，现有用电体系中将用电类别分别四大类，包括居民生活用电、一般工商业用电、大工业用电和农业生产用电，现有的电能交易购买体系存在相当的资源浪费，而且很难使交易不合理的对象重视对电能的合理利用。

发明内容

本发明针对上述的电能交易所存在的技术问题，提出一种设计合理、结构简单、经济性能较好、有利于提高资源利用率并提高用户节能意识的基于区块链技术的电能交易方法。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为，本发明提供的基于区块链技术的电能交易方法，包括以下有效步骤：

步骤a，用户登录系统选择主体类型并输入身份信息，通过区块链技术获得授权，所述主体类型包括售电主体、购电主体和未完全用尽电的转让主体；

步骤b，创建交易，售电主体和转让主体根据创建交易函数向区块链储存并由区块链传递创建交易信息，所述创建交易信息包括交易的电能、标价、报价时间和交易时间，创建交易函数为：

A＝{U_x,P,T_in,T_en}，其中，U_x为不同主体类型交易的电能，U_x＝U_s则U_s为售电主体交易的电能，U_x＝U_z则U_z为转让主体交易的电能，P为标价，T_in为报价时间，T_en为交易时间；

步骤c，出价，售电主体和转让主体根据出价函数向区块链储存并由区块链传递出价信息且起拍价为r以最大化其社会效益，出价函数为：

其中，r_s为售电主体的出价函数，r_z为转让主体的出价函数，ξ_S、η_z为每个售电主体和转让主体以其独有标志以表征其售电特征；同时，每个售电主体和转让主体与购电主体交易的社会效益函数分别为：

其中，WS、WZ为售电主体s和转让主体z的社会效益，C_S(x_s)为售电主体同时作为发电侧的发电成本函数，其表达式为C_s(x_s)＝α_sx²+β_sx_s+γ_s，x_s为售电主体向购电主体销售第一阶梯用电量的销售电量，x_z2为转让主体向购电主体转让第二阶梯用电量的销售电量，x_z3转让主体向购电主体转让第三阶梯用电量的销售电量，λ为交易电价， SC_sg、SC_zg为售电主体和转让主体在与购电主体交易成功后向区块链支付的激励，Q_e为第一阶梯额定用量，σ为用电类别区别额定系数，θ为超出第一阶梯额定用量的超额系数；

步骤d，竞价，购电主体根据竞价函数向区块链储存并由区块链传递竞价信息，竞价函数为：

其中，WB_b为购电主体的社会效益最大化函数，并且其表达式为WB＝U_bq_b-q_bλ-∑_sx_s,bSC_sb，而q_b为每个购电主体购买的电能，并且其表达式为q_b＝∑_z∑_sx_s,z；

步骤e，出清，在规定时间内，根据总目标函数确定交易对并由区块链进行公布，总目标函数为：

其中，N_S、N_z、N_b分别为参与竞价的售电主体、转让主体和购电主体的数量，该函数为凸函数，由区块链的挖矿机制计算整个区块链网络的状态，并且获取完整的效用与成本函数加以求解；

步骤f，结算交易，根据区块链公布的交易对进行电能传输。

作为优选，售电主体和转让主体向购电主体出售电力的服务费用函数为：

其中，其中N_t为配电网内参与点对点电能交易主体之间线路之和，

为在线路L上售电主体s、转让主体z与购电主体g之间功率转移因子，η_l和F_l分别为该电路的线损费用和总功率流。

作为优选，功率转移分布因子PTDF的表达式为：

其中，ω＝{s,z,g,l}表示购电主体g从售电主体s和转让主体z购得的单位电量，

分别为节点s、z、g之间的线路L 上的注入转移分布因子，e为购电主体从不同售电主体和转让主体购买电量的功率因数补偿系数。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

1、本发明提供的基于区块链技术的电能交易方法，通过使未完全用尽电的转让主体参与到电能交易中，使其未完全用尽的电量参与到用电较大的购电主体的购买环节中，既能提高了电能的合理利用率，又提高了购电主体的经济效益，而且增加了市场的竞争能力，从而为社会获得较高的社会效益，设计合理，综合效益较好，适合大规模推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为实施例1提供的基于区块链技术的电能交易方法的示意图；

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。

实施例1，如图1所示，本发明提供的基于区块链技术的电能交易方法，首先，用户登录系统选择主体类型并输入身份信息，通过区块链技术获得授权，所述主体类型包括售电主体、购电主体和未完全用尽电的转让主体；同时，参与登录的节点获得通过预设的市场化交易匹配所得到的电子合同，在现有区块链技术上，其智能合约根据登录用户对合约内涉及到的不同类别的用户类别进行参数调整，以达到提供合约条件的目的。

售电侧创建交易，售电主体和转让主体根据创建交易函数向区块链储存并由区块链传递创建交易信息，所述创建交易信息包括交易的电能、标价、报价时间和交易时间，创建交易函数为：A＝{U_x,P,T_in,T_en}，其中，U_x为不同主体类型交易的电能，U_x＝U_s则U_s为售电主体交易的电能，U_x＝U_z则U_z为转让主体交易的电能，P为标价，T_in为报价时间，T_en为交易时间。通过创建交易使得售电侧的主体即售电主体和转让主体能够通过区块链网络广播其供电能力信息，而且其投放的信息在区块链的同态加密技术和不对称密码技术下进行安全传递，以使购电侧能够获得准确的已投放信息，并且在有效的报价时间与交易时间内达成有效的电力交易。

售电侧出价，售电主体和转让主体根据出价函数向区块链储存并由区块链传递出价信息且起拍价为r以最大化其社会效益，出价函数为：

其中，WS、WZ为售电主体s和转让主体z的社会效益，C_S(x_s)为售电主体同时作为发电侧的发电成本函数，其表达式为C_s(x_s)＝α_sx²+β_sx_s+γ_s，x_s为售电主体向购电主体销售第一阶梯用电量的销售电量，x_z2为转让主体向购电主体转让第二阶梯用电量的销售电量，x_z3转让主体向购电主体转让第三阶梯用电量的销售电量，λ为交易电价， SC_sg、SC_zg为售电主体和转让主体在与购电主体交易成功后向区块链支付的激励，Q_e为第一阶梯额定用量，σ为用电类别区别额定系数，θ为超出第一阶梯额定用量的超额系数。在售电侧的出价中，充分考虑了对不同用电类别情形的出价要求，使得大用电用户能够在节能减排上进行积极的改进；尤其是本发明将未完全用尽电的转让主体参与到电能交易中，使其未完全用尽的电量参与到用电较大的购电主体的购买环节中，满足大用户在达到第一阶梯用电量之后能够以低于市场上对其第二阶梯用电量或第三阶梯用电量的一般收费获得相当的电能，有效回收利用转让主体侧不能充分利用的电能，这部分过剩的电能在转让主体侧完全用尽的话不仅成本高，而且对资源的利用非常不合理，既能提高了电能的合理利用率，又提高了购电主体的经济效益，而且强化了市场上电力的竞争拉力，为自己争取最大的不产生减损的利益，避免出现不正当竞争。

购电侧竞价，购电主体根据竞价函数向区块链储存并由区块链传递竞价信息，竞价函数为：

其中，WB_b为购电主体的社会效益最大化函数，并且其表达式为WB＝U_bq_b-q_bλ-∑_sx_s,bSC_sb，而q_b为每个购电主体购买的电能，并且其表达式为q_b＝∑_z∑_sx_s,z。在购电侧竞价的过程中，区块链的智能合约根据阶梯式收费政策的规定对不同类别的购电主体的购电计划与具有阶梯式特点的出价体系向匹配，也就是说，在购电主体的购电计划中，其第一阶梯用量自动与售电主体进行匹配，而且低于相应额定系数限制的用电量允许其完全以售电主体进行匹配；对于大用电量的购电主体，其购电计划中在额定范围内的用电量直接向售电主体购买，而且其竞价在相应的出价聚合中进行匹配，而其超过第一阶梯用电量的部分则向转让主体侧购买第二阶梯电量或第三阶梯电量，而远超过第三阶梯用电量的部分则可以在第三阶梯电量中进行竞价。这样的话，为购电主体提供了更为经济的选择，充分调动了电力资源在二级市场中的分配，有利于降低整个电力系统的成本。

区块链中参与交易的节点服务器进行出清，在规定时间内，根据总目标函数确定交易对并由区块链进行公布，总目标函数为：

其中，N_S、N_z、N_b分别为参与竞价的售电主体、转让主体和购电主体的数量，该函数为凸函数，由区块链的挖矿机制计算整个区块链网络的状态，并且获取完整的效用与成本函数加以求解。这样的话，以集体的社会效益确定合理的交易对，有效增加了交易对成交的数量，有利于减少系统的计算量，而且成交的质量较高，并提高了矿工激励获得的均匀性，降低出现决策集中的概率。整个点对点电能交易的目标为所有参与成员总的社会效益最大化，既考虑经济性，也考虑到电力系统的物理约束。

区块链中参与交易节点的分布式服务器完成结算交易，根据区块链公布的交易对进行电能传输。

为了保证在电力交易系统中具有合理的激励机制，本发明提供了售电主体和转让主体向购电主体出售电力的服务费用函数，该函数的表达式为：

为在线路L上售电主体s、转让主体z与购电主体g之间功率转移因子，η_l和F_l分别为该电路的线损费用和总功率流。所述服务费用不仅为区块链中的矿工提供了激励，而且参与到实际的社会效益计算中，为获得优化的出价与竞价交易对具有重要的意义，尤其考虑到了在售电主体、转让主体与购电主体之间的线损，提高了激励机制的合理性。

进一步地，PTDF是有功潮流一阶灵敏度的线性近似，代表电力系统某一节点功率变化引起的某一线路上有功潮流的变化，有利于提高电力交易的流畅性和交易成功率，功率转移分布因子PTDF的表达式为：

分别为节点s、z、g之间的线路L 上的注入转移分布因子，e为购电主体从不同售电主体和转让主体购买电量的功率因数补偿系数。由于区块链网络的安全性要求，所有参与者的信息都是被加密的，且每个参与者都是独立决策，每个参与者的目标在最后都被最大社会效益约束，能够充分提高电力交易的合理性以及电力资源的利用率。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种基于区块链技术的电能交易方法，其特征在于，包括以下有效步骤：

其中，WS、WZ为售电主体s和转让主体z的社会效益，C_S(x_s)为售电主体同时作为发电侧的发电成本函数，其表达式为C_s(x_s)＝α_sx²+β_sx_s+γ_s，x_s为售电主体向购电主体销售第一阶梯用电量的销售电量，x_z2为转让主体向购电主体转让第二阶梯用电量的销售电量，x_z3转让主体向购电主体转让第三阶梯用电量的销售电量，λ为交易电价，SC_sg、SC_zg为售电主体和转让主体在与购电主体交易成功后向区块链支付的激励，Q_e为第一阶梯额定用量，σ为用电类别区别额定系数，θ为超出第一阶梯额定用量的超额系数；

步骤f，结算交易，根据区块链公布的交易对进行电能传输。

2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的电能交易方法，其特征在于，售电主体和转让主体向购电主体出售电力的服务费用函数为：

3.根据权利要求2所述的基于区块链技术的电能交易方法，其特征在于，功率转移分布因子PTDF的表达式为：

分别为节点s、z、g之间的线路L上的注入转移分布因子，e为购电主体从不同售电主体和转让主体购买电量的功率因数补偿系数。