CN112785429A - 一种基于区块链技术的局域多微电网电力交易配对方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于区块链技术的局域多微电网电力交易配对方法，多微电网作为一种新型的分布式发电系统，是能源互联网的重要组成部分。其发电资源的选择与电能交易存在中心化明显、公平可信度低等一系列问题。针对以上微电网在实时电力交易中的缺点，提出了一种基于区块链技术的多微电网电力交易配对方法，构建交易部分去中心化“多卖方‑多买方”的竞争性电力现货市场，实现“源‑售”一体化。通过交易信息上传，匹配，加密以及智能合约自动达成结算的过程，利用蚁群算法实现各主体随机报价和随机配对，实现多目标最优。整个过程实现了电力交易能量流、信息流与货币流的统一，保证了电能资源合理分配和电力交易的公开透明性。
Description
技术领域：
本发明涉及局域多微电网电力交易配对方法，具体涉及一种基于区块链技 术的局域多微电网电力交易配对方法。
背景技术：
目前，一次能源消耗加快，环境恶化严重，新能源利用率低是全球能源经 济面临的重要挑战。能源互联网的出现为各类能源信息的接入和规模化使用提 供了可能性。由多个微电网组成的局域多微电网系统被认为是能源互联网的一 种典型子网，也是实现能源互联网技术发展的重要前提和必经途径。随着微电 网技术的兴起，对微电网电力交易场景进行研究显得尤为重要。但其发电资源 的选择与电能交易存在中心化明显、公平可信度低等一系列问题。
随着储能技术的发展以及智能电网技术的推进，使得参与竞争的市场主体 呈现出了多重性和多元化特征，市场主体类型不再是固定不变。新形势下，传 统的电能交易模式中心化明显，如何充分保障各市场主体的利益均衡，提高可 再生能源使用比例成为亟待解决的问题。因此，有必要研究一种基于区块链技 术的局域多微电网电力交易配对方法。
雾计算、霾计算结合分布式网络能够在一定程度上降低中心服务器的压力； MEC移动边缘计算同样能够做到计算能力下沉最大化，然而，上述方式仅能针 对边缘节点所直接面对的用户进行高效处理，若要跨区域交互，则需要经过中 心服务器或加强边缘节点运算处理以及通信的能力。而针对上述架构进行改进， 成本过高，同时需要经过中心服务器，无法实现完全的去中心化。
而区块链所应用技术为选举、竞争、共识以及合约等，在技术上无法与分 布式系统进行结合，因此，基于区块链实现完全的去中心化以令用户能够方便 快捷的进行新能源信息交互，是十分必要的。
发明内容：
鉴于此，本发明的目的在于，提出一种基于区块链技术的局域多微电网电 力交易配对方法，构建交易部分去中心化“多卖方-多买方”的竞争性电力现货 市场，实现“源-售”一体化，实现了电力交易能量流、信息流与货币流的统一， 保证了电能资源合理分配和电力交易的公开透明性。
本发明为解决以上技术问题提出了一种基于区块链技术的局域多微电网电 力交易配对方法，具体为：
步骤1，分析区块链技术特征以及基础构架模型；
步骤2，通过将区块链技术与微电网交易进行耦合，建立多微电网群信息流 交易模型；
步骤3，针对建立的多微电网信息流交易模型，构建详细的基于区块链技术 的自动结算过程，通过交易信息上传，匹配，加密以及智能合约自动达成完成 该过程；
步骤4，建立局域多微电网物理流交易模型，以此构建交易部分去中心化“多 卖方-多买方”的竞争性电力现货市场；
步骤5，针对构建的基于区块链的局域多微电网电力现货市场，采用改进的 蚁群算法实现各主体随即报价和随机配对，实现多目标局部最优化。
进一步地，步骤1中，区块链涉及数据区块，链式结构，P2P网络，时间戳， 梅克尔树，哈希函数，非对称加密传播机制，共识机制等关键技术，结合定义 及关键技术，其基本特征为：“去中心化”，信息安全透明，智能合约等；区块 链的基础架构由6个层次构成，分别为：数据层，网络层，共识层，激励层， 合约层，以及应用层。
进一步地，步骤2中，基于步骤1对区块链特征的分析，结合多微电网电 力市场交易和区块链特征的相似处，进行耦合分析，主要分为三大类：主体耦 合，交易机制耦合以及智能合约耦合；同时，通过步骤1中对于基础构架的分 析，建立基于区块链技术的局域多微电网信息流交易模型。
进一步地，步骤3中，基于步骤2建立的局域多微电网信息流交易模型， 构建详细的基于区块链技术的自动结算过程，在大的能源区块链网络中，各市 场主体将自身的售电单元ID，发电额度，能源类型，电力报价以及电能购售情 况通过哈希函数将原始数据转换为特定长度的，由字母和数字组成的字符串， 即哈希函数值，记入区块链中，增加了数据交易和存储的安全性，通过编码并 向全网广播，各节点经校验达成共识后发布此供电信息块。同时段购电者可以 从区块链中读取到其他主体的售电信息，寻找满足自身需求的售电主体进行交 易配对，智能合约完成结算，同时交易信息上传区块链网络中，该交易信息能够被用户实时查询。通过交易信息上传，匹配，加密以及智能合约自动达成完 成所述自动结算过程。
进一步地，步骤4中，建立局域多微电网物理流交易模型，以微电网运营 商，分布式存储商，以及电力用户这三大类群体为市场主体，构建交易部分去 中心化“多卖方-多买方”的竞争性电力现货市场模型。
进一步地，步骤5中，基于步骤4构建的基于区块链的局域多微电网电力 现货市场模型，在交易进行前，各市场主体构建一个竞价策略空间，各主体根 据自身利润最大化，建立目标函数，采用改进的蚁群算法实现各主体随机报价 和随机配对，实现多目标局部最优化。
本发明的优点在于：
(1)本发明提供的一种基于区块链技术的局域多微电网电力交易配对方法， 通过将区块链技术与多微电网电力交易耦合，利用“点对点”技术，构建交易 部分去中心化“多卖方-多买方”的竞争性电力现货市场，实现“源-售”一体 化；
(2)各参与交易的市场主体通过交易信息上传，匹配，加密以及智能合约 自动达成结算的过程；
(3)利用改进的蚁群算法实现各主体随机报价和随机配对，实现多目标局 部最优化；
(4)本发明实现了电力交易能量流，信息流与货币流的统一，保证了电能 资源合理分配和电力交易的公开透明；
(5)本发明可解决传统电力交易过程中，中心化明显，公平可信度低的问 题。
附图说明：
图1为基于区块链技术的局域多微电网信息流交易模型；
图2为基于区块链技术的局域多微电网电力交易配对框图；
图3为各类型市场主体的竞价策略区间图；
图4为12：00的最优竞价策略图(以微电网运营商为目标函数)；
图5为12：00的最优竞价策略图(以分布式存储商为目标函数)。
具体实施方式：
下面结合附图及具体实施方式对本发明作进一步的说明。
图1示出了基于区块链技术的局域多微电网信息流交易模型：
现实意识应用层包括分布式聚合商、大用户、分布式用户以及微电网运营 四个部分，并能够在各个区块中记录各个电力提供商的发电量信息、电网负荷 信息、市场参与者信息以及投标数据，并能够综合判定所述各个电力提供商的 发电量信息、所述电网负荷信息、所述市场参与者信息以及所述投标数据，向 用户提供最优电力提供商。该现实意识应用层的存在，能够实现电力交易系统 的去中心化。
交易意识合约层，各个区块能够基于输入数据、输入事件，基于合约状态 判定是否满足预置响应条件，并基于合约值触发对应预置响应规则，根据所述 预置响应规则执行动作1或动作2。
核心意识共识层及激励层，共识层即是：实现让分布式数据库高效地对区 块达成共识。决策权力越分散，达成共识越困难，同时效率越低，但是相对而 言它的稳定性和满意度会越高，所以，在去中心化的区块链系统中，达成有效 共识是必不可少的，共识层能够实现PoW共识、PoS共识以及DPoS共识。同时， 激励层是一种奖惩机制，提供分布式节点算力竞争环境，保证数据一致性以及 公式安全性；能够明确节点对特定货币所有权，出具权益证明，明确区块所有 权；并且，由各个节点轮流记账，减少节点数量，实现快速共识验证，通过这 样的方式，使整个区块链系统朝着良性循环的方向发展。
交易意识合约层、核心意识共识层及激励层能够完成智能合约。
虚拟意识网络层，基于P2P网络架构，令各个节点位置均等，形成扁平式 拓扑结构，各个节点独立完成咨询以及数据更新。在数据传播过程中，交易节 点将交易数据向全网传播，各个节点将所述交易数据存储在对应区块中，并且， 各个节点找到工作量证明并向全网传播，其他非交易节点接收所述交易数据并 将所述交易数据存储于对应区块。虚拟意识网络层保障了数据可验证性。
基础意识数据层，能够记录交易的用户及节点对应的版本号、时间戳、交 易过程中产生的所述随机数、所述哈希值、Merkle根以及交易节点上下游区块。
区块链技术的局域多微电网电力交易配对方法基本流程示意图如附图2所 示，包括以下步骤：
步骤1，设计一个局域多微电网模型，各市场主体将自身的售电单元ID， 发电额度，能源类型，发布在区块链网络上，并向全网广播，各节点经校验达 成共识后发布此供电信息块。
步骤2，各市场主体根据自身需求向区块链网络发布购售信息。市场主体利 用公钥k_Publickey和私钥k_Privatekey，生成带有时间戳的交易认证和信息传输 地址
然后市场主体k向全网络广播购电需求或者售电信息： 
步骤3，多微电网在电力交易配对过程之前，各市场主体会形成一个竞价策 略空间，其中包括购电单位成本Cbuy(t)和售电电价psell(t)，单位均为元/(kW.h)。 各主体根据自身利润最大化，视具体情况制定售电电价作为竞价策略空间。
步骤4，各个市场主体根据可得利润，得到属于各自主体的目标函数；局域 微电网各主体从区块链中读取上述电能交易参数信息，购电交易开始后，各主 体根据自身的目标函数，利用蚁群算法寻找最优报价策略，若满足需求，则生 成智能合约，若不满足，则蚂蚁通过计算转移概率
继续寻找下一交易对 象或要求该主体进行二次报价，当全部蚂蚁个体(即所有的报价策略)完成一 次循环后，记录某一主体的利润最大值(或成本最小值)，即为最优的“路径” 以及其对应的某两个主体之间的最优报价，如附图3所示，得到的最优报价对 应的主体即为电力交易匹配对象。
步骤5，在局域多微电网电能交易中当购电者与售电者达成交易后，需要进 行交易资金结算，为了避免此过程中出现电费结算不及时、不公平等问题，基 于区块链技术可以采用智能合约的形式来完成购电者与售电者的电费结算。智 能合约是一种用计算机处理可执行合约条款的交易协议，可以与区块链技术良 好配合，实现电力交易过程中能量流、信息流及资金流的统一。
步骤6，市场主体通过交易信息加密，上传，交易，结算，最终完成局域多 微电网的电力交易配对。
图3为微电网运营商(MOs)，分布式存储商(DSs)以及电力用户(PUs)这 三大市场主体的竞价策略区间。图4是以微电网运营商利润最大值作为目标函 数，运行模拟系统，得到的各主体在12：00的竞价策略结果；图5是以分布式 存储商利润最大值作为目标函数，运行模拟系统，得到的各主体在12：00的竞 价策略结果，通过对图4及图5结果的分析得到：两个市场主体之间不能在同 等条件下，达到利益最大，即无法达到利益“双赢”。它们之间是单纯的竞争博 弈关系，是同一市场环境下的，不同竞标者，不存在串谋合作。但是该模型利用改进蚁群算法，可以实现多阶段优化，即在满足某一市场利润最大时，其他 主体不会造成利益缺损严重的现象，使整个市场环境更加和谐，证明了算法的 有效性及模型的合理性。
本发明的优点在于：
(1)本发明所提出的系统具备高抗攻击性、数据保密、数据自我修复、动 态化运行的特点；
(2)通过多次迭代，能够得到交易主体之间的最优报价。
综上所述，尽管本发明的基本结构、原理、方法通过以上实例予以具体阐 述，但不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领 域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单 推演或替换。
Claims (7)
1.一种基于区块链技术的局域多微电网电力交易配对方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，分析区块链技术特征以及基础构架模型；
步骤2，通过将区块链技术与微电网交易进行耦合，建立多微电网群信息流交易模型；
步骤3，针对建立的多微电网信息流交易模型，构建详细的基于区块链技术的自动结算过程，通过交易信息上传，匹配，加密以及智能合约自动达成完成该过程；
步骤4，建立局域多微电网物理流交易模型，以此构建交易部分去中心化“多卖方-多买方”的竞争性电力现货市场；
步骤5，针对构建的基于区块链的局域多微电网电力现货市场，采用改进的蚁群算法实现各主体随即报价和随机配对，实现多目标局部最优化。
2.如权利要求1所述的基于区块链技术的局域多微电网电力交易配对方法，其特征在于：
步骤1中，区块链涉及数据区块，链式结构，P2P网络，时间戳，梅克尔树，哈希函数，非对称加密传播机制，共识机制等关键技术，结合定义及关键技术，其基本特征为：“去中心化”，信息安全透明，智能合约；区块链的基础架构由6个层次构成，分别为：数据层，网络层，共识层，激励层，合约层，以及应用层。
3.根据权利要求1所述的基于区块链技术的局域多微电网电力交易配对方法，其特征在于：
步骤2中，基于步骤1对区块链特征的分析，结合多微电网电力市场交易和区块链特征的相似处，进行耦合分析，主要分为三大类：主体耦合，交易机制耦合以及智能合约耦合；同时，通过步骤1中对于基础构架的分析，建立基于区块链技术的局域多微电网信息流交易模型。
4.如权利要求1所述的基于区块链技术的局域多微电网电力交易配对方法，其特征在于：
步骤3中，基于步骤2建立的局域多微电网信息流交易模型，构建详细的基于区块链技术的自动结算过程，在大的能源区块链网络中，各市场主体将自身的售电单元ID，发电额度，能源类型，电力报价以及电能购售情况发布在区块链网络上，并向全网广播，各节点经校验达成共识后发布此供电信息块，同时段购电者可以从区块链中读取到其他主体的售电信息，寻找满足自身需求的售电主体进行交易配对，智能合约完成结算，同时交易信息上传区块链网络中，该交易信息能够被用户实时查询，通过交易信息上传，匹配，加密以及智能合约自动达成完成所述自动结算过程。
5.如权利要求1所述的基于区块链技术的局域多微电网电力交易配对方法，其特征在于：
步骤4中，建立局域多微电网物理流交易模型，以微电网运营商(Microgridoperators)，分布式存储商(Distributed storages)，以及电力用户(Power users)这三大类群体为市场主体，构建交易部分去中心化“多卖方-多买方”的竞争性电力现货市场模型。
6.如权利要求1所述的基于区块链技术的局域多微电网电力交易配对方法，其特征在于：
步骤5中，基于步骤4构建的基于区块链的局域多微电网电力现货市场模型，在交易进行前，各市场主体构建一个竞价策略空间，各主体根据自身利润最大化，建立目标函数，采用改进的蚁群算法实现各主体随机报价和随机配对，实现多目标局部最优化。
7.如权利要求1所述的基于区块链技术的局域多微电网电力交易配对方法，其特征在于：
按照上述步骤1-5开展，该方法用于各种能源为主体的电力市场交易配对。
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| 马天男: "区块链技术下局域多微电网市场竞争博弈模型及求解算法", 《电力自动化设备》, vol. 38, no. 5, pages 191 - 201 * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113377755A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-09-10 | 黑龙江大学 | 电力现货数据的完整性检测及缺失修复方法 |
| CN113554511A (zh) * | 2021-06-23 | 2021-10-26 | 河海大学 | 一种基于区块链与粒子群优化的有源配电网电力交易方法 |
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