CN112837126A - 基于区块链的工业园区分布式能源交易方法和系统 - Google Patents

基于区块链的工业园区分布式能源交易方法和系统 Download PDF

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CN112837126A CN202110183895.7A CN202110183895A CN112837126A CN 112837126 A CN112837126 A CN 112837126A CN 202110183895 A CN202110183895 A CN 202110183895A CN 112837126 A CN112837126 A CN 112837126A
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Abstract

本发明提供一种基于区块链的工业园区分布式能源交易方法、系统、存储介质和电子设备，涉及工业园区分布式能源交易领域。本发明包括用能主体私有链子系统根据用能主体的用能趋势信息获取最优购能计划；将最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，获取智能合约；自动计量和核实交易完成度，核实通过后根据智能合约确认交易金额；根据交易金额实现自动化资金支付及管理。本发明中工业园区各用能主体节点采用私有链进行分布式智能化决策降低了联盟链中信息传递的冗余，各用能单位提交信息准确度高、迭代次数少加上提交信息量少从而提高了联盟链内交易的响应速度。

Description

基于区块链的工业园区分布式能源交易方法和系统
技术领域
本发明涉及工业园区分布式能源交易技术领域，具体涉及一种基于区块链的工业园区分布式能源交易方法、系统、存储介质和电子设备。
背景技术
能源互联网环境下，供能主体由大电网、大型燃气供应商等逐步转变为参与能源交易的各用能主体，用能主体间能源交易协商灵活度高、经济效益约束性强使得用能主体间采用更经济可靠的用能计划成为可能。但事实情况是，大多数用能主体仍旧采用粗放式用能计划，能源浪费现象严重。工业园区内用能主体形式多样，各用能主体能源供给结构、能源需求、能耗特征等差异很大，但由于工业园区内没有保障能源安全交易的平台，因此各用能主体只能依靠自身能源转换设备满足其各类用能需求，并出现了一系列工业园区内能源供需不平衡现象。
区块链技术凭借其去中心化、去信任、安全透明、可追溯等特点逐渐成为人们解决分布式能源交易问题的强有力手段。基于区块链构建分布式能源交易系统使得用能主体能够灵活自主地选择成为能量供给方或能量需求方，并基于此进行点对点能源交易，进而促进工业园区内用能主体多能互补、实现工业园区能量梯级利用、平衡工业园区内能源供需，实现能源系统协同优化运行，为工业园区内各用能主体带来经济收益的同时，也为电网平稳运行提供了坚实的保障。
但是，区块链背景下参与交易的各用能主体的用能计划一般为给定购能计划或由用能主体在成本最小目标函数、用能需求约束下计算得出，不能实现智能化决策，且用能计划的决策响应、传输匹配都在联盟链上完成，也极大地限制了能源交易的响应速度。
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的工业园区分布式能源交易方法、系统、存储介质和电子设备，解决了现有区块链背景下的能源交易响应速度受限制的技术问题。
(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：
一种基于区块链的工业园区分布式能源交易方法，工业园区分布式能源交易系统包括工业园区各用能主体私有链子系统和工业园区联盟链子系统，所述方法包括：
S1、用能主体私有链子系统根据所述用能主体的用能趋势信息获取最优购能计划；
S2、将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，获取智能合约；
S3、自动计量和核实交易完成度，核实通过后根据所述智能合约确认交易金额；
S4、根据所述交易金额实现自动化资金支付及管理。
优选的，所述步骤S1具体包括：
S11、用能主体私有链子系统根据所述用能主体的用能趋势信息获取能源需求矩阵；
S12、根据所述能源需求矩阵和能源转换设备相关矩阵获取初始购能计划；
S13、根据所述初始购能计划获取所述最优购能计划。
优选的，所述步骤S2具体包括：
S21、所述用能主体私有链子系统将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息；
S22、发送所述加密的交易报价信息至所述工业园区联盟链子系统中存储，所述加密的交易报价信息在拍卖提交截止时刻自动解密；
S23、解密后的所述各用能主体对应的交易报价信息在所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，得到所述智能合约；
S24、所述工业园区联盟链子系统的弱中心化节点广播所述智能合约至所述各用能主体验证通过后，将所述智能合约存储至工业园区联盟链中。
优选的，所述步骤S13中根据第一目标函数和对应的约束条件，获取所述最优购能计划；
Figure BDA0002942827480000031
其中，min F1表示第一目标函数，即全天最小购能支付额；t表示t时间段；96表示将全天划分为96个时段，即指定每15min进行一次能源交易；
Figure BDA0002942827480000032
表示t时段第一次报价寻优迭代的最优购能计划矩阵；Pt′表示根据实时能价、园区最近平均能价得到的最低能价矩阵；
所述第一目标函数的约束条件：
Figure BDA0002942827480000033
其中，
Figure BDA0002942827480000034
表示每时段用能需求都能被满足且根据寻优后的能源转换设备状态矩阵U′t得出第一次报价寻优迭代的最优购能计划
Figure BDA0002942827480000035
Figure BDA0002942827480000036
表示t时间段能源需求矩阵；ξt为t时间段能源转换设备转换效率矩阵；i-j表示i能源转化为j能源且i≠j；
Figure BDA0002942827480000037
表示t时间段将i能源转换为j能源的设备功率小于最大功率；Pi′≤Pj′表示i能源能价低于j能源能价；
Figure BDA0002942827480000038
表示
Figure BDA0002942827480000039
设备功率变大为
Figure BDA00029428274800000310
即用能计划向低能价能源i能源方向寻优；wt表示权重系数且其值大于1；
Figure BDA00029428274800000311
表示
Figure BDA00029428274800000312
属于初始购能计划能源转换设备状态矩阵；
Figure BDA00029428274800000313
表示
Figure BDA00029428274800000314
属于第一次寻优购能计划能源转换设备状态矩阵。
优选的，所述步骤S23具体包括：
S231、解密后的所述各用能主体对应的交易报价信息在所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，若匹配成功则历经第一次密封报价请求能源供需双方交易需求得到满足，执行步骤S234；否则执行步骤S232；
S232、所述各用能主体接收所述弱中心化节点在匹配失败后发送的第N次密封报价请求，剔除已匹配能源交易信息，结合第N-1次的交易报价信息，根据第二目标函数和对应的约束条件，获取本次对应的最优购能计划；
Figure BDA0002942827480000041
其中，min FN为第二目标函数，即表示在已交易成功基础上第N次密封报价购能金额最小，N为大于等于2的整数；
Figure BDA0002942827480000042
表示t时间段第N次报价寻优迭代的最优购能计划；
Figure BDA0002942827480000043
表示根据实时能价最小值、园区最近成交价格均值得到的最低能价矩阵；
所述第二目标函数的约束条件：
Figure BDA0002942827480000044
其中，
Figure BDA0002942827480000045
表示每时段用能需求都能被满足且剔除了已交易成功的能源交易量
Figure BDA0002942827480000046
并由根据寻优后的能源转换设备状态矩阵
Figure BDA0002942827480000047
得出第N次报价寻优迭代的最优购能计划
Figure BDA0002942827480000048
Figure BDA0002942827480000049
Figure BDA00029428274800000410
中
Figure BDA00029428274800000411
表示t时间段第N-1次报价将i能源转换为j能源的设备功率小于最大功率；
Figure BDA00029428274800000412
表示第N次报价i能量能价低于j能量能价；
Figure BDA00029428274800000413
表示
Figure BDA00029428274800000414
设备功率变大为
Figure BDA00029428274800000415
即用能计划向低能价能源i能源方向寻优；，
Figure BDA0002942827480000051
表示第N次报价的权重系数且其值大于1；
Figure BDA0002942827480000052
Figure BDA0002942827480000053
表示
Figure BDA0002942827480000054
属于第N-1次购能计划能源转换设备状态矩阵；
Figure BDA0002942827480000055
表示
Figure BDA0002942827480000056
属于第N次购能计划能源转换设备状态矩阵；
Figure BDA0002942827480000057
表示第N次购能计划总量小于能量供给方供给总量与已交易成功能源交易总量
Figure BDA0002942827480000058
之差；
Figure BDA0002942827480000059
Figure BDA00029428274800000510
表示能源能价矩阵应当大于第N-1次已匹配成功交易对的能源成交价格；
S233、将所述本次对应的最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，若匹配成功则历经第N次密封报价请求能源供需双方交易需求得到满足,执行步骤S234；否则重复执行步骤S232；
S234、所述弱中心化节点根据匹配成功的交易对生成智能合约。
优选的，所述步骤S2中的交易信息匹配规则具体包括：
各用能主体私有链子系统提交的供需双方交易报价信息进行交易对的撮合，包括：
A、对能源需求方报价进行降序排序；
B、对能源供给方价格进行升序排序；
C、从排头到排尾依次进行交易价格与交易量的匹配，若交易对中购能报价高于售能报价则对其进行交易量的匹配，匹配完成后若此交易对中一方交易量未完全满足，则未完全交易方匹配对象变为排序后下一交易方，且该交易方必须满足购能价格高于售能价格的规定，按上述匹配规则撮合交易使之按双方平均报价敲定最终交易价格；
D、若能量交易量未在工业园区各用能主体节点间达成全部交易，则由工业园区联盟链弱中心化节点向未满足能源交易量的普通交易节点发送重新报价信号，组织第N轮密封报价(N≥2)，直至能源交易全部完成；其余未满足用能需求向能源供应商购买相应能量进行满足。
一种基于区块链的工业园区分布式能源交易系统，包括：工业园区各用能主体私有链子系统和工业园区联盟链子系统；
工业园区用能主体私有链子系统包括：
智能决策模块，用于根据所述用能主体的用能趋势信息获取最优购能计划；
拍卖模块，用于将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，获取智能合约；
合约与执行模块，用于自动计量和核实交易完成度，核实通过后根据所述智能合约确认交易金额；
支付管理模块，用于根据所述交易金额实现自动化资金支付及管理。
优选的，所述智能决策模块包括：
能源需求子模块，用于根据所述用能主体的用能趋势信息获取能源需求矩阵；
购能计划子模块，用于根据结合所述能源需求矩阵和能源转换设备相关矩阵获取初始购能计划；
收益计算子模块，用于根据所述初始购能计划获取所述最优购能计划。
优选的，所述工业园区联盟链子系统包括：
存储模块，用于接收并存储所述加密的交易报价信息，所述加密的交易报价信息在拍卖提交截止时刻自动解密；
能源交易对匹配模块，用于将所述工业园区联盟链子系统中的弱中心化节点提取的解密后的所述各用能主体对应的交易报价信息进行交易信息匹配，得到所述智能合约。
一种存储介质，其存储有用于一种基于区块链的工业园区分布式能源交易的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如上任一项所述的工业园区分布式能源交易方法。
一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上任一项所述的工业园区分布式能源交易方法。
(三)有益效果
本发明提供了一种基于区块链的工业园区分布式能源交易方法、系统、存储介质和电子设备。与现有技术相比，具备以下有益效果：
本发明包括用能主体私有链子系统根据所述用能主体的用能趋势信息获取最优购能计划；将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，获取智能合约；自动计量和核实交易完成度，核实通过后根据所述智能合约确认交易金额；根据所述交易金额实现自动化资金支付及管理。本发明中工业园区各用能主体节点采用私有链进行分布式智能化决策降低了联盟链中信息传递的冗余，各用能单位提交信息准确度高、迭代次数少加上提交信息量少从而提高了联盟链内交易的响应速度；用能主体将最优购能计划转化为加密的交易报价信息后发送，避免了向综合服务供应商提供详细用能计划，保障了隐私安全。
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为本发明实施例提供的一种基于区块链的工业园区分布式能源交易方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的另一种基于区块链的工业园区分布式能源交易方法的流程示意图；
图3为本发明实施例提供的一种工业园区联盟链弱中心化节点交易撮合的框架图；
图4位本发明实施例提供的一种基于区块链的工业园区分布式能源交易系统的结构框图。
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作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的工业园区分布式能源交易方法、系统、存储介质和电子设备，解决了现有区块链背景下的能源交易响应速度受限制的技术问题，实现工业园区分布式能源交易的智能化决策快速响应的有益效果。
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：
本发明实施例包括用能主体私有链子系统根据所述用能主体的用能趋势信息获取最优购能计划；将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，获取智能合约；自动计量和核实交易完成度，核实通过后根据所述智能合约确认交易金额；根据所述交易金额实现自动化资金支付及管理。本发明实施例中工业园区各用能主体节点采用私有链进行分布式智能化决策降低了联盟链中信息传递的冗余，各用能单位提交信息准确度高、迭代次数少加上提交信息量少从而提高了联盟链内交易的响应速度；用能主体将最优购能计划转化为加密的交易报价信息后发送，避免了向综合服务供应商提供详细用能计划，保障了隐私安全。
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。
如图1所示，一种基于区块链的工业园区分布式能源交易方法，工业园区分布式能源交易系统包括工业园区各用能主体私有链子系统和工业园区联盟链子系统，所述方法包括：
S1、用能主体私有链子系统根据所述用能主体的用能趋势信息获取最优购能计划；
S2、将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，获取智能合约；
S3、自动计量和核实交易完成度，核实通过后根据所述智能合约确认交易金额；
S4、根据所述交易金额实现自动化资金支付及管理。
本发明实施例中工业园区各用能主体节点采用私有链进行分布式智能化决策降低了联盟链中信息传递的冗余，各用能单位提交信息准确度高、迭代次数少加上提交信息量少从而提高了联盟链内交易的响应速度；用能主体将最优购能计划转化为加密的交易报价信息后发送，避免了向综合服务供应商提供详细用能计划，保障了隐私安全。
实施例：
第一方面，如图1～2所示，本发明实施例提供了一种基于区块链的工业园区分布式能源交易方法，其特征在于，工业园区分布式能源交易系统包括工业园区各用能主体私有链子系统和工业园区联盟链子系统，所述方法具体包括：
S1、用能主体私有链子系统根据所述用能主体的用能趋势信息获取最优购能计划。
S11、用能主体私有链子系统根据所述用能主体的用能趋势信息获取能源需求矩阵；所述用能趋势信息是指历史能源价格、历史用能计划、经营状况、天气状况等影响本阶段用能计划的信息。
如图4所示，所述用能主体私有链子系统包括智能决策模块，拍卖模块，合约与执行模块和支付管理模块；所述工业园区联盟链子系统由工业园区各用能主体即普通交易节点与工业园区联盟链弱中心化节点组成，包括存储模块和能源交易对匹配模块。
其中，智能决策模块用于根据所述用能主体的用能趋势信息获取最优购能计划。所述智能决策模块又包括能源需求子模块，能源转化设备子模块，购能计划子模块和收益子模块。其中，所述能源需求子模块用于根据所述用能主体的用能趋势信息获取能源需求矩阵。
展开说，工业园区各用能主体系统由能量需求子模块根据工业园区联盟链弱中心化节点发送的电网实时能价数据、园区最近平均能价信息、天气状况以及自身统计得到的历史用电数据、经营状况数据采用ANN人工神经网络模型预测得到较为准确的能量需求矩阵。
所述ANN人工神经网络模型预测过程为：将历史能价数据及其相近能价信息、历史天气状况、历史用电数据、历史经营状况数据标准化后构成输入数据集，并规定该数据集3/4作为训练集，1/4作为测试集；接着在给定激活函数、阈值函数下训练训练集得到初始能量需求矩阵预测模型；之后由测试集测试模型误差，若误差不可接受，则重新训练模型；最终输入电网实时能价数据、园区最近平均能价信息、天气状况、历史用电数据、经营状况数据至能量需求预测模型得到能量需求矩阵。
S12、根据所述能源需求矩阵和能源转换设备相关矩阵获取初始购能计划。
所述工业园区各用能主体系统中的购能计划子模块，根据结合所述能源需求矩阵和能源转换设备相关矩阵获取初始购能计划。其中所述能源转换设备相关矩阵存储至所述能源转化设备子模块中，包括该用能主体能源转换设备状态矩阵、能源转换设备转换效率矩阵、历史能源转换设备状态矩阵等。
Figure BDA0002942827480000101
其中，t表示某一时间段，
Figure BDA0002942827480000111
表示t时间段初始购能计划矩阵；ξt表示t时间段能源转换设备转换效率矩阵；Ut表示t时间段历史能源转换设备状态矩阵；
Figure BDA0002942827480000112
表示t时间段能量需求矩阵；p表示电能，g表示天然气，h表示热能，c表示冷能；
Figure BDA0002942827480000113
表示电能需求总量(其余同理)；
Figure BDA00029428274800001115
表示距t时间段最近的历史电能转热能设备功率(取值范围为0％-100％，其余同理)，
Figure BDA0002942827480000114
表示电能转热能设备效率(考虑能量转换损耗，取值范围为0％～100％，其余同理)，
Figure BDA0002942827480000115
为购电总量(其余同理)。
S13、根据所述初始购能计划获取所述最优购能计划。
所述工业园区各用能主体系统中的收益计算子模块，根据所述初始购能计划获取所述最优购能计划。本步骤中根据第一目标函数和对应的约束条件，获取所述最优购能计划；
Figure BDA0002942827480000116
其中，min F1表示第一目标函数，即全天最小购能支付额；t表示t时间段；96表示将全天划分为96个时段，即指定每15min进行一次能源交易；
Figure BDA0002942827480000117
表示t时段第一次报价寻优迭代的最优购能计划矩阵；Pt′表示根据实时能价、园区最近平均能价得到的最低能价矩阵；
所述第一目标函数的约束条件：
Figure BDA0002942827480000118
其中，
Figure BDA0002942827480000119
表示每时段用能需求都能被满足且根据寻优后的能源转换设备状态矩阵U′t得出第一次报价寻优迭代的最优购能计划
Figure BDA00029428274800001110
Figure BDA00029428274800001111
表示t时间段能源需求矩阵；ξt为t时间段能源转换设备转换效率矩阵；i-j表示i能源转化为j能源且i≠j；
Figure BDA00029428274800001112
表示t时间段将i能源转换为j能源的设备功率小于最大功率；Pi′≤Pj′表示i能源能价低于j能源能价；
Figure BDA00029428274800001113
表示
Figure BDA00029428274800001114
设备功率变大为
Figure BDA0002942827480000121
即用能计划向低能价能源i能源方向寻优；wt表示权重系数且其值大于1；
Figure BDA0002942827480000122
表示
Figure BDA0002942827480000123
属于初始购能计划能源转换设备状态矩阵；
Figure BDA0002942827480000124
表示
Figure BDA0002942827480000125
属于第一次寻优购能计划能源转换设备状态矩阵。
S2、将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，获取智能合约。
所述拍卖模块，将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，获取智能合约。所述步骤S2具体包括：
S21、所述用能主体私有链子系统将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息；在拍卖模块内将能源交易信息即最优购能计划转化为带有计时器的交易报价信息，保证了工业园区联盟链交易报价信息安全；其中计时器是报价信息中的函数，主要作用是在未到达拍卖提交截止时刻前保持报价信息加密状态，在到达拍卖提交截止时间后对报价信息进行解密。
S22、发送所述加密的交易报价信息至所述工业园区联盟链子系统中的拍卖信息存储模块中存储，所述加密的交易报价信息在拍卖提交截止时刻自动解密。
S23、解密后的所述各用能主体对应的交易报价信息在所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，得到所述智能合约。
如图3所示，所述交易信息匹配规则具体包括：
各用能主体私有链子系统提交的供需双方交易报价信息进行交易对的撮合，包括：
A、对能源需求方报价进行降序排序；
B、对能源供给方价格进行升序排序；
C、从排头到排尾依次进行交易价格与交易量的匹配，若交易对中购能报价高于售能报价则对其进行交易量的匹配，匹配完成后若此交易对中一方交易量未完全满足，则未完全交易方匹配对象变为排序后下一交易方，且该交易方必须满足购能价格高于售能价格的规定，按上述匹配规则撮合交易使之按双方平均报价敲定最终交易价格；
D、若能量交易量未在工业园区各用能主体节点间达成全部交易，则由工业园区联盟链弱中心化节点向未满足能源交易量的普通交易节点发送重新报价信号，组织第N轮密封报价(N≥2)，直至能源交易全部完成；其余未满足用能需求向能源供应商购买相应能量进行满足。
需要说明的是，交易对全部匹配成功的标志是能源供给方、能源需求方双方或一方交易量全部被满足；否则发送交易匹配失败信息及最新能源价格至匹配失败了的联盟链普通交易节点，进行新一轮交易报价与撮合。
本发明实施例考虑工业园区各用能主体节点不同能源转换设备的使用率、能源转化效率以及能源价格信息，实现了各用能主体综合考虑满足能源需求中使用能源转换设备与直接购买能源两种方式的购能经济性。
所述步骤S23具体包括：
S231、解密后的所述各用能主体对应的交易报价信息在所述工业园区联盟链子系统中的能源交易对匹配模块中进行交易信息匹配，若匹配成功则历经第一次密封报价请求能源供需双方交易需求得到满足，执行步骤S234；否则执行步骤S232；
S232、所述各用能主体接收所述弱中心化节点在匹配失败后发送的第N次密封报价请求，剔除已匹配能源交易信息，结合第N-1次的交易报价信息，根据第二目标函数和对应的约束条件，获取本次对应的最优购能计划；
Figure BDA0002942827480000131
其中，min FN为第二目标函数，即表示在已交易成功基础上第N次密封报价购能金额最小，N为大于等于2的整数；
Figure BDA0002942827480000132
表示t时间段第N次报价寻优迭代的最优购能计划；
Figure BDA0002942827480000133
表示根据实时能价最小值、园区最近成交价格均值得到的最低能价矩阵。
所述第二目标函数的约束条件：
Figure BDA0002942827480000141
其中，
Figure BDA0002942827480000142
表示每时段用能需求都能被满足且剔除了已交易成功的能源交易量
Figure BDA0002942827480000143
并由根据寻优后的能源转换设备状态矩阵
Figure BDA0002942827480000144
得出第N次报价寻优迭代的最优购能计划
Figure BDA0002942827480000145
Figure BDA0002942827480000146
Figure BDA0002942827480000147
中
Figure BDA0002942827480000148
表示t时间段第N-1次报价将i能源转换为j能源的设备功率小于最大功率；
Figure BDA0002942827480000149
表示第N次报价i能量能价低于j能量能价；
Figure BDA00029428274800001410
表示
Figure BDA00029428274800001411
设备功率变大为
Figure BDA00029428274800001412
即用能计划向低能价能源i能源方向寻优；，
Figure BDA00029428274800001413
表示第N次报价的权重系数且其值大于1；
Figure BDA00029428274800001414
Figure BDA00029428274800001415
表示
Figure BDA00029428274800001416
属于第N-1次购能计划能源转换设备状态矩阵；
Figure BDA00029428274800001417
表示
Figure BDA00029428274800001418
属于第N次购能计划能源转换设备状态矩阵；
Figure BDA00029428274800001419
表示第N次购能计划总量小于能量供给方供给总量与已交易成功能源交易总量
Figure BDA00029428274800001420
之差；
Figure BDA00029428274800001421
Figure BDA00029428274800001422
表示能源能价矩阵应当大于第N-1次已匹配成功交易对的能源成交价格。
S233、将所述本次对应的最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，若匹配成功则历经第N次密封报价请求能源供需双方交易需求得到满足,执行步骤S234；否则重复执行步骤S232。
S234、所述弱中心化节点根据匹配成功的交易对生成智能合约。
S24、所述工业园区联盟链子系统的弱中心化节点广播所述智能合约至所述各用能主体验证通过后，将所述智能合约存储至工业园区联盟链中。
本发明实施例对于工业园区多轮密封报价采用不同购能计划模型，第一次密封报价模型提出初始能源需求计划，并规定若能源转换设备未达到最大功率时向低能价能源寻优；第N次密封报价模型则根据最近成交能价与能源交易未满足量进行寻优，更加符合现实情况。
本发明实施例中待交易匹配成功后，工业园区联盟链弱中心化节点将生成存储有所有工业园区各用能主体节点智能合约信息的区块，并将此智能合约广播至所有联盟链节点，工业园区各用能主体节点在确认智能合约正确无误后反馈信息至工业园区联盟链弱中心化节点，工业园区联盟链弱中心化节点将智能合约放入联盟链区块。
S3、自动计量和核实交易完成度，核实通过后根据所述智能合约确认交易金额。
所述合约与执行模块包括智能量表计量子模块和智能合约子模块。其中，所述智能量表计量子模块自动记录交易对能源供应完成度，并将最终交易状态发送至智能合约子模块；智能合约子模块在接受到智能量表子模块发送的最终交易状态信息后核查相应交易信息，若供给方按约完成了相应能量交易则生成最终交易金额信息至支付管理模块，并由支付管理模块发送交易金额至能源供给方。
为对交易进行保障，工业园区联盟链弱中心化节点将按照交易量收取供给方交易保证金，其调用过程为智能合约根据供给方地址信息调取私有链支付金到智能合约保证金函数中；此处保证金的收取将是交易成交额的3-5倍。如果供给方未按约完成相应能源交易则发送未完成交易信号至智能合约子模块，并由智能合约子模块将保证金直接划拨至需求方支付管理模块。
S4、根据所述交易金额实现自动化资金支付及管理。
所述支付管理模块，根据所述交易金额实现上述自动化资金支付及管理。
需要注意的是，为了节省网络开销，工业园区联盟链弱中心化节点仅按供需双方私有链地址发送相应智能合约至工业园区各用能主体节点私有链智能合约子模块上，工业园区各用能主体节点则通过申请访问的方式查验智能合约真伪后将其存储至智能合约子模块。
交易完成后，交易信息打包至区块，可以采用POS机制实现共识完成记账，加入联盟链。
本发明实施例中由工业园区联盟链弱中心化节点主持能源交易拍卖，促成工业园区间多能交易，实现能源梯级利用。
第二方面，如图4所示，本发明实施例提供一种基于区块链的工业园区分布式能源交易系统，包括：工业园区各用能主体私有链子系统和工业园区联盟链子系统；
工业园区用能主体私有链子系统包括：
智能决策模块，用于根据所述用能主体的用能趋势信息获取最优购能计划；
拍卖模块，用于将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，获取智能合约；
合约与执行模块，用于自动计量和核实交易完成度，核实通过后根据所述智能合约确认交易金额；
支付管理模块，用于根据所述交易金额实现自动化资金支付及管理。
所述智能决策模块包括：
能源需求子模块，用于根据所述用能主体的用能趋势信息获取能源需求矩阵；
购能计划子模块，用于根据结合所述能源需求矩阵和能源转换设备相关矩阵获取初始购能计划；
收益计算子模块，用于根据所述初始购能计划获取所述最优购能计划。
所述工业园区联盟链子系统包括：
存储模块，用于接收并存储所述加密的交易报价信息，所述加密的交易报价信息在拍卖提交截止时刻自动解密；
能源交易对匹配模块，用于将所述工业园区联盟链子系统中的弱中心化节点提取的解密后的所述各用能主体对应的交易报价信息进行交易信息匹配，得到所述智能合约。
可理解的是，本发明实施例提供的基于区块链的工业园区分布式能源交易系统与本发明实施例提供的基于区块链的工业园区分布式能源交易方法相对应，其有关内容的解释、举例和有益效果等部分可以参考基于区块链的工业园区分布式能源交易方法中的相应部分，此处不再赘述。
第三方面，本发明实施例提供一种存储介质，其存储有用于一种基于区块链的工业园区分布式能源交易的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如上所述的工业园区分布式能源交易方法。
第四方面，本发明实施例提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如上所述的工业园区分布式能源交易方法。
综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：
1、本发明实施例包括用能主体私有链子系统根据所述用能主体的用能趋势信息获取最优购能计划；将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，获取智能合约；自动计量和核实交易完成度，核实通过后根据所述智能合约确认交易金额；根据所述交易金额实现自动化资金支付及管理。本发明实施例中工业园区各用能主体节点采用私有链进行分布式智能化决策降低了联盟链中信息传递的冗余，各用能单位提交信息准确度高、迭代次数少加上提交信息量少从而提高了联盟链内交易的响应速度；用能主体将最优购能计划转化为加密的交易报价信息后发送，避免了向综合服务供应商提供详细用能计划，保障了隐私安全。
2、本发明实施例一方面原有联盟链交易的部分信息转至私有链子系统中进行计算，工业园区联盟链中信息量减少、交易响应速度增强；另一方面经过私有链子系统智能化决策的用能计划准确度高，相较于采用价格引导进行多次迭代最终确定能源交易计划的方式减少了信息多轮博弈开销，简化了多轮报价决策的复杂度，提高了交易响应速度。
3、本发明实施例中考虑工业园区各用能主体节点不同能源转换设备的使用率、能源转化效率以及能源价格信息，实现了各用能主体综合考虑满足能源需求中使用能源转换设备与直接购买能源两种方式的购能经济性；对于工业园区多轮密封报价采用不同购能计划模型，第一次密封报价模型提出初始能源需求计划，并规定若能源转换设备未达到最大功率时向低能价能源寻优，第N次密封报价模型则根据最近成交能价与能源交易未满足量进行寻优，更加符合现实情况；由工业园区联盟链弱中心化节点主持能源交易拍卖，促成工业园区间多能交易，实现能源梯级利用。
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 (10)

1.一种基于区块链的工业园区分布式能源交易方法，其特征在于，工业园区分布式能源交易系统包括工业园区各用能主体私有链子系统和工业园区联盟链子系统，所述方法包括：
S1、用能主体私有链子系统根据所述用能主体的用能趋势信息获取最优购能计划；
S2、将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，获取智能合约；
S3、自动计量和核实交易完成度，核实通过后根据所述智能合约确认交易金额；
S4、根据所述交易金额实现自动化资金支付及管理。
2.如权利要求1所述的工业园区分布式能源交易方法，其特征在于，所述步骤S1具体包括：
S11、用能主体私有链子系统根据所述用能主体的用能趋势信息获取能源需求矩阵；
S12、根据所述能源需求矩阵和能源转换设备相关矩阵获取初始购能计划；
S13、根据所述初始购能计划获取所述最优购能计划。
3.如权利要求2所述的工业园区分布式能源交易方法，其特征在于，所述步骤S2具体包括：
S21、所述用能主体私有链子系统将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息；
S22、发送所述加密的交易报价信息至所述工业园区联盟链子系统中存储，所述加密的交易报价信息在拍卖提交截止时刻自动解密；
S23、解密后的所述各用能主体对应的交易报价信息在所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，得到所述智能合约；
S24、所述工业园区联盟链子系统的弱中心化节点广播所述智能合约至所述各用能主体验证通过后，将所述智能合约存储至工业园区联盟链中。
4.如权利要求3所述的工业园区分布式能源交易方法，其特征在于，所述步骤S13中根据第一目标函数和对应的约束条件，获取所述最优购能计划；
Figure FDA0002942827470000021
其中，min F1表示第一目标函数，即全天最小购能支付额；t表示t时间段；96表示将全天划分为96个时段，即指定每15min进行一次能源交易；
Figure FDA0002942827470000022
表示t时段第一次报价寻优迭代的最优购能计划矩阵；Pt′表示根据实时能价、园区最近平均能价得到的最低能价矩阵；
所述第一目标函数的约束条件：
Figure FDA0002942827470000023
其中，
Figure FDA0002942827470000024
表示每时段用能需求都能被满足且根据寻优后的能源转换设备状态矩阵Ut′得出第一次报价寻优迭代的最优购能计划
Figure FDA0002942827470000025
Figure FDA0002942827470000026
表示t时间段能源需求矩阵；ξt为t时间段能源转换设备转换效率矩阵；i-j表示i能源转化为j能源且i≠j；
Figure FDA0002942827470000027
表示t时间段将i能源转换为j能源的设备功率小于最大功率；Pi′≤Pj′表示i能源能价低于j能源能价；
Figure FDA0002942827470000028
表示
Figure FDA0002942827470000029
设备功率变大为
Figure FDA00029428274700000210
即用能计划向低能价能源i能源方向寻优；wt表示权重系数且其值大于1；
Figure FDA00029428274700000211
表示
Figure FDA00029428274700000212
属于初始购能计划能源转换设备状态矩阵；
Figure FDA00029428274700000213
表示
Figure FDA00029428274700000214
属于第一次寻优购能计划能源转换设备状态矩阵；
和/或所述步骤S23具体包括：
S231、解密后的所述各用能主体对应的交易报价信息在所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，若匹配成功则历经第一次密封报价请求能源供需双方交易需求得到满足，执行步骤S234；否则执行步骤S232；
S232、所述各用能主体接收所述弱中心化节点在匹配失败后发送的第N次密封报价请求，剔除已匹配能源交易信息，结合第N-1次的交易报价信息，根据第二目标函数和对应的约束条件，获取本次对应的最优购能计划；
Figure FDA0002942827470000031
其中，min FN为第二目标函数，即表示在已交易成功基础上第N次密封报价购能金额最小，N为大于等于2的整数；
Figure FDA0002942827470000032
表示t时间段第N次报价寻优迭代的最优购能计划；
Figure FDA0002942827470000033
表示根据实时能价最小值、园区最近成交价格均值得到的最低能价矩阵；
所述第二目标函数的约束条件：
Figure FDA0002942827470000034
其中，
Figure FDA0002942827470000035
表示每时段用能需求都能被满足且剔除了已交易成功的能源交易量
Figure FDA0002942827470000036
并由根据寻优后的能源转换设备状态矩阵
Figure FDA0002942827470000037
得出第N次报价寻优迭代的最优购能计划
Figure FDA0002942827470000038
Figure FDA0002942827470000039
Figure FDA00029428274700000310
中
Figure FDA00029428274700000311
表示t时间段第N-1次报价将i能源转换为j能源的设备功率小于最大功率；
Figure FDA00029428274700000312
表示第N次报价i能量能价低于j能量能价；
Figure FDA00029428274700000313
表示
Figure FDA00029428274700000314
设备功率变大为
Figure FDA00029428274700000315
即用能计划向低能价能源i能源方向寻优；，
Figure FDA00029428274700000316
表示第N次报价的权重系数且其值大于1；
Figure FDA00029428274700000317
Figure FDA0002942827470000041
表示
Figure FDA0002942827470000042
属于第N-1次购能计划能源转换设备状态矩阵；
Figure FDA0002942827470000043
表示
Figure FDA0002942827470000044
属于第N次购能计划能源转换设备状态矩阵；
Figure FDA0002942827470000045
表示第N次购能计划总量小于能量供给方供给总量与已交易成功能源交易总量
Figure FDA0002942827470000046
之差；
Figure FDA0002942827470000047
Figure FDA0002942827470000048
表示能源能价矩阵应当大于第N-1次已匹配成功交易对的能源成交价格；
S233、将所述本次对应的最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，若匹配成功则历经第N次密封报价请求能源供需双方交易需求得到满足,执行步骤S234；否则重复执行步骤S232；
S234、所述弱中心化节点根据匹配成功的交易对生成智能合约。
5.如权利要求1所述的工业园区分布式能源交易方法，其特征在于，所述步骤S2中的交易信息匹配规则具体包括：
各用能主体私有链子系统提交的供需双方交易报价信息进行交易对的撮合，包括：
A、对能源需求方报价进行降序排序；
B、对能源供给方价格进行升序排序；
C、从排头到排尾依次进行交易价格与交易量的匹配，若交易对中购能报价高于售能报价则对其进行交易量的匹配，匹配完成后若此交易对中一方交易量未完全满足，则未完全交易方匹配对象变为排序后下一交易方，且该交易方必须满足购能价格高于售能价格的规定，按上述匹配规则撮合交易使之按双方平均报价敲定最终交易价格；
D、若能量交易量未在工业园区各用能主体节点间达成全部交易，则由工业园区联盟链弱中心化节点向未满足能源交易量的普通交易节点发送重新报价信号，组织第N轮密封报价，其中N≥2，直至能源交易全部完成；其余未满足用能需求向能源供应商购买相应能量进行满足。
6.一种基于区块链的工业园区分布式能源交易系统，其特征在于，包括：工业园区各用能主体私有链子系统和工业园区联盟链子系统；
工业园区用能主体私有链子系统包括：
智能决策模块，用于根据所述用能主体的用能趋势信息获取最优购能计划；
拍卖模块，用于将所述最优购能计划转化为加密的交易报价信息，发送至所述工业园区联盟链子系统进行交易信息匹配，获取智能合约；
合约与执行模块，用于自动计量和核实交易完成度，核实通过后根据所述智能合约确认交易金额；
支付管理模块，用于根据所述交易金额实现自动化资金支付及管理。
7.如权利要求6所述的工业园区分布式能源交易系统，其特征在于，所述智能决策模块包括：
能源需求子模块，用于根据所述用能主体的用能趋势信息获取能源需求矩阵；
购能计划子模块，用于根据结合所述能源需求矩阵和能源转换设备相关矩阵获取初始购能计划；
收益计算子模块，用于根据所述初始购能计划获取所述最优购能计划。
8.如权利要求6所述的工业园区分布式能源交易系统，其特征在于，所述工业园区联盟链子系统包括：
存储模块，用于接收并存储所述加密的交易报价信息，所述加密的交易报价信息在拍卖提交截止时刻自动解密；
能源交易对匹配模块，用于将所述工业园区联盟链子系统中的弱中心化节点提取的解密后的所述各用能主体对应的交易报价信息进行交易信息匹配，得到所述智能合约。
9.一种存储介质，其存储有用于一种基于区块链的工业园区分布式能源交易的计算机程序，其中，所述计算机程序使得计算机执行如权利要求1～5任一项所述的工业园区分布式能源交易方法。
10.一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器；以及
一个或多个程序，其中所述一个或多个程序被存储在所述存储器中，并且被配置成由所述一个或多个处理器执行，所述程序包括用于执行如权利要求1～5任一项所述的工业园区分布式能源交易方法。
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