CN113222594A - 基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，以可再生能源超额消纳电力凭证交易系统为载体，以凭证代替物理属性电量，发明了一种全国范围内的可再生能源超额消纳凭证发行和交易的算法模型和实现方法。实现对可再生能源消纳量从源头统一进行绿色编码，生成可再生能源电力消纳凭证，承担可再生能源消纳责任权重的市场主体根据指标完成情况进行超额消纳凭证的转让交易。
Description
技术领域
本发明属于电力市场交易算法技术领域，具体地说，涉及一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法。
背景技术
可再生能源超额消纳凭证发行及交易方法是建立可再生能源电力消纳保障机制的重要一环，使用户侧消纳的责任更加清晰，同时也将极大地促进非水可再生能源的消纳，有效缓解目前的弃风弃水等限电问题。
根据国际能源署的研究表明，目前，全球大多数国家可再生能源潜力没有得以全部的开发，其中，最大的阻碍是市场机制设计的不够完善，如美国、英国研究可再生能源配额制，如德国、日本研究固定电价机制，如丹麦研究以市场价格为基础的电价补贴机制等等。而中国作为世界首个国家级可再生能源电力消纳市场的统一运作模式，构建超额消纳量交易体系是保障可再生能源消纳责任权重的重要举措，对进一步推进电力市场建设，促进能源资源大范围优化配置和可再生能源高水平、大范围消纳具有重要作用。同时，现有的电力交易多采用集中式交易完成，使得多方市场主体数据流通不畅，且忽略了电力市场主体的自主性和选择性，忽视多方主体存在共识互信需求，给交易带来很高的附加成本。所以，设计一套基于区块链技术防篡改、可追溯、透明化等特性的可再生能源电力超额消纳凭证发行及交易方法已是刻不容缓。
发明内容
本发明针对现有技术的上述缺陷和需求，提出了一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，以可再生能源超额消纳电力凭证交易系统为载体，以凭证代替物理属性电量，发明了一种全国范围内的可再生能源超额消纳凭证发行和交易的算法模型和实现方法。实现对可再生能源消纳量从源头进行统一绿色编码，生成可再生能源电力消纳凭证，承担可再生能源消纳责任权重的市场主体根据指标完成情况进行超额消纳凭证的转让交易。
本发明具体实现内容如下：
本发明提出了一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，以基于区块链技术的凭证交易系统为载体，生成并发行代替物理属性电量的凭证，并基于凭证，让承担可再生能源消纳责任权重的市场主体根据指标完成情况进行超额消纳凭证的转让交易；具体分为凭证发行阶段T1和凭证交易阶段T2；
在所述凭证发行阶段T1中，基于区块链技术，在不同节点下按照统一的规则生成具有唯一编码且不可更改的凭证，作为超额消纳量交易的标的物进行链上发行、签名和确权；所述凭证为可再生能源电力消纳凭证，具体分为水电凭证和非水电凭证；所述凭证的发行由高可信权威节点共同背书，并由所有参与者共同鉴证，在链上共识后生成数字化的可再生能源电力消纳凭证，即凭证；
在所述凭证交易阶段T2中，依托凭证交易系统，结合区块链智能合约技术，各承担消纳责任的市场主体企业以实际消纳可再生能源电量为主要方式完成消纳量指标，同时向超额完成年度消纳量的市场主体购买其超额完成的凭证。
为了更好地实现本发明，进一步地，在所述凭证发行阶段T1中，具体包括以下处理步骤：
步骤1：进行物理属性电量的超额消纳量核算，具体操作为：
首先，计算可再生能源消纳量：在责任主体购买并实际消纳可再生能源电量后，获得可再生能源消纳电量，所述可再生能源消纳电量包括总可再生能源消纳电量和非水可再生能源消纳电量；其中总可再生能源消纳电量是消纳了可再生能源进行发电的电量，非水可再生能源消纳电量是消纳了除水能以外的可再生能源发电的电量；总可再生能源消纳电量与非水可再生能源消纳电量的关系为：总可再生能源消纳电量＝水可再生能源消纳电量+非水可再生能演消纳量；
对于责任主体的可再生能源消纳电量，具体的核算公式为：
总可再生能源消纳电量＝保障性收购可再生电量+省内可再生结算电量+自发自用可再生电量+跨区输入可再生电量；
在上述公式中，如果责任主体为电网企业，则保障性收购可再生电量＝居民+农业+公用事业+公益性服务+非市场化用电量；也就是电网企业按照可再生能源发电保障性收购要求统一收购可再生能源电量并用于居民、农业、公用事业、公益性服务、非市场化用电量对应的消纳量；
若责任主体为市场主体，则保障性收购可再生电量＝分配的保障性收购电量，即为电网企业按照可再生能源发电保障性收购要求统一收购可再生能源电量并用于居民、农业、公用事业、公益性服务、非市场化用电量对应的电量之外有剩余的电量，将剩余电量分配给市场主体的保障性电量；
所述省内可再生结算电量包括责任主体购买并消纳的省内可再生能源电量结算电量，和未明确责任主体结算电量中可再生能源成分的省内市场化交易电量，在公式中可再生结算电量＝成交中总可再生电量/总成交电量X责任主体结算电量；
所述自发自用可再生电量为按电网企业计量的发电量或经所在地区认定后，全额计入自发自用责任主体的可再生能源电力消纳量；
所述跨区输入可再生电量是可再生能源发电企业与责任主体签署明跨省跨区购电协议的，根据协议实际执行情况计入受端区域消纳的区域外输入可再生能源电量；
对于所述非水可再生能源消纳电量，计算方法与所述总可再生能源消纳电量的一样，只是在对应的四种可再生电量中剔除水可再生能源电量之后再计算和；
其次，计算总超额消纳量，所述总超额消纳量＝总可再生能源消纳电量-总责任权重电量；
在上述计算公式中，所述非水超额消纳电量＝非水可再生能源电量-非水责任权重电量；
其中，所述总责任权重电量和非水责任权重电量根据总责任权重系数和非水责任权重系数乘以全社会用电量得到；
步骤2：进行大票凭证的发行。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述步骤2的具体操作为：
步骤2.:1：按照生产地、消纳地、电量类型、时间为企业颁发超额消纳凭证，具体分为超额水消纳凭证和非水超额消纳凭证；对于相同的生产地、消纳地、电量类型的消纳量只颁发一个凭证；所述凭证记载的信息包括凭证所有者、凭证编号、父凭证编号、凭证类型、凭证前缀、编号起始、编号结束、凭证数量、凭证状态、凭证年份；
步骤2.2：对凭证进行编码，编码的具体规则为：
对于凭证所有者采用文字编码，即凭证交易系统中消纳责任主体名称；
对于凭证编号和父凭证编号采用字母数字混合组合进行编码，通过区块链系统随机生成唯一编号；凭证为初始发行，父凭证编号为空；凭证拆分后，凭证编号通过区块链系统随机生成，父凭证编号为拆分凭证的凭证编号；
对于凭证类型，分为水凭证和非水凭证两类，分别用于凭证交易中区分非水凭证交易和水凭证交易以及完成交易后进行总责任权重和非水权重完成情况统计；
对于凭证前缀采用20位字母数字组合进行编码；其中第1-2位数字或字母组合为原始电量生成省份，具体见表1；第3位数字为电量类型，其中1风电、2光伏、3水电、4潮汐、6生物、7地热、8核电、9其它；第4-5位数字或字母组合为原始电量消纳省份，具体见表1；第6-11位数字组合为凭证发行时间，可再生能源消纳电量的结算时间；第12-20 位数字组合为市场成员类型及编码，支撑亿以内的市场成员数量，编码第一位即第12位表示市场主体类型，其中1电网企业、2独立售电公司、3配网售电公司、6电力用户、7自备电厂，编码后8位即第13-20位表示可再生能源的原始消纳市场主体，即凭证初次发行的权属市场成员编码，由凭证交易系统自动编码，从而编码保证唯一不重复；
对于编号起始和编号结束采用数字编码，从0开始计算，以编码起止号进行表示；例如相同的生产地、消纳地、电量类型的计算的超额消纳量为1000MWh，大票凭证中的编码起始为0，编码结束为999，即0-999；当大票凭证进行拆分派生后也是从0开始拆分，例如交易100个凭证数量则最后拆分为0-99，100-999两张大票凭证；
对于凭证数量采用数字编码，具体数量为编号结束减去编号起始加上1，即为以为MWh 单位计算的相同的生产地、消纳地、电量类型的超额消纳量；
对于凭证状态采用文字描述进行记录，有已花费、未花费、买入三种状态，已花费和买入两种状态的凭证不可进行交易；
对于凭证年份采用四位数字编码，表示凭证发行年份；
步骤2.3：进行大票凭证的发行，具体操作为：在可再生能源物理消纳电量结算后，将消纳详细数据发送至凭证交易系统，凭证交易系统通过超额消纳量计算公式，计算出超额消纳电量并将相应原始信息提交到区块链智能合约；在区块链智能合约接收到系统导入的包括生产地、消纳地、电量类型、超额消纳量信息的电力消纳信息和签名值后，使用系统内置的公钥校验签名，在签名校验通过后，在区块链系统依据超额消纳电量类型、来源、权属信息，按照凭证大票发行方案和大票凭证编码规则形成凭证编号和父凭证编号，发行超额消纳凭证，并写入各消纳责任主体企业对应消纳账户。
为了更好地实现本发明，进一步地，在所述凭证交易阶段T2，具体包括以下步骤：
步骤S1：定义交易场景，假设，在凭证交易系统中有n个参与交易的省份，省总可再生消纳量表示为S1，......，Sn，省非水消纳量为H1，......，Hn，政府下达的各省份的总消纳责任权重电量为W1，......，Wn，省非水消纳责任权重电量为G1，......，Gn；
每个省份中有m个消纳责任主体，m取不小于0的任意整数，每个省份中消纳责任主体的总可再生消纳量表示为
责任主体非水消纳量为
每个省份中消纳责任主体的分配的消纳责任权重电量为
责任主体非水消纳责任权重电量为
并满足以下要求：
一个省的总可再生消纳量等于该省中所有需消纳责任主体的总可再生消纳量之和，即为：
一个省的总消纳责任权重电量等于该省中所有消纳责任主体的总消纳责任权重电量之和，即为：
一个省的非水消纳责任权重电量等于该省中所有消纳责任主体的非水消纳责任权重电量之和，即为：
一个省的非水消纳量等于该省中所有消纳责任主体的非水消纳量之和，即为：
步骤S2：设定责任主体参与在交易场景下凭证交易的买入与卖出的具体规则，具体为：
(1)省内水凭证交易
当j省份消纳责任主体i在满足条件
时，即自身总责任消纳权重完成情况下，参与j省份内的水凭证交易的买入与卖出；在条件
时，只参与本省内水凭证交易的买入；
(2)省内非水凭证交易
当j省份消纳责任主体i在同时满足条件
和
时，即自身总责任消纳权重和非水消纳责任权重都完成情况下，参与j省份内的非水凭证交易的买入与卖出；在同时满足条件
和
时，只参与本省内非水凭证交易的买入；消纳责任主体i 在
条件时，无论
还是
都只能参与本省内的水凭证交易买入；
(3)省间水凭证交易
当j省总可再生能源消纳满足条件Sj＞Wj时，该省内消纳责任主体i满足条件
时，参与省间水凭证交易的买入与卖出；消纳责任主体i满足条件
时，参与省间水凭证交易，只能进行水凭证买入；当j省总可再生能源消纳在条件Sj≤Wj下，其省内责任主体i无论在
还是
条件下，只能参与省间水凭证交易的买入；
(4)省间非水凭证交易
当j省非水可再生能源消纳在同时满足条件Sj＞Wj和Hj＞Gj时，该省内消纳责任主体i同时满足条件
和
时，参与省间非水凭证交易的买入与卖出；消纳责任主体i在同时满足条件
和
时，只能进行省间非水凭证买入；当j省总可再生能源消纳在Sj≤Wj条件下，其省非水消纳无论是Hj＞Gj还是 Hj≤Gj，消纳责任主体只能参与省间水凭证交易的买入；
(5)全国交易
在省内和省间交易场景完成时，某些省份和消纳责任主体进行消纳情况核算时，其总消纳权重指标或者非水消纳权重指标还未完成，通过全国交易，扩大交易范围使未完成权重指标的省份或责任主体尽快通过凭证交易完成指标；
各个省份和消纳责任主体参与全国水凭证交易需要满足的条件与省间参与水凭证交易的条件相同；即为：某省总可再生能源消纳满足条件
时，该省内的消纳责任主体参与全国水凭证交易；当消纳责任主体满足条件
时，参与全国水凭证交易的买入与卖出；当消纳责任主体满足条件Sj≤Wj(j＝1，......，n)时，只能进行全国水凭证买入；当某个省总可再生能源消纳在条件Sj≤Wj(j＝1，......，n)下，该省份的责任主体只能参与全国水凭证的买入；
参与全国非水凭证交易需要满足的条件与省间参与非水凭证交易的条件相同；即为：某省总可再生能源消纳同时满足条件Sj＞Wj(j＝1，......，n)和 Hj＞Gj(j＝1，......，n)时，该省内的消纳责任主体可参与全国非水凭证交易；当消纳责任主体满足条件
和
时，参与全国非水凭证交易的买入与卖出；当消纳责任主体满足条件
时和
只能进行全国非水凭证买入；当消纳责任主体在条件
只能进行全国水凭证买入；当某个省总可再生能源消纳在条件Sj≤Wj(j＝1，......，n)下，该省份的责任主体只能参与全国水凭证的买入。
为了更好地实现本发明，进一步地，在凭证交易阶段T2中设置多种交易模式，具体包括双边交易模式、挂牌摘牌交易模式、集中连续竞价交易模式、凭证流转交易模式。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述凭证流转交易模式的具体交易流程为：
(1)智能合约接收权重系统提交交易请求和出售的凭证编号；
(2)首先校验凭证交易条件，签名值正确性、出售方可用凭证数量是否大于凭证交易数量；
(3)校验通过后，进行凭证交易；
(4)执行凭证拆分、组合算法，产生新凭证；
(5)更新原凭证状态，记录子凭证编号，将原凭证作废；
(6)更新售出方、购入方账户，更新可用凭证、购入凭证数量，记录交易凭证、剩余可用凭证编号；
(7)将交易后产生的新凭证编号返回凭证交易系统。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述凭证拆分、组合算法的具体内容为：
假设凭证交易中所需凭证数额为M，售方可用凭证张数为n,售方每张凭证数额为mi (i＝1,2,……,n)；
目标：交易中所需凭证数额M时，使用凭证张数最多，即一次交易后售方手中所剩凭证张数最少；
对于上述问题，构建基于动态规划的数学模型，建模过程如下：
划分阶段：在本问题中售方可用凭证张数为n，就将阶段划分为n个阶段，即 k＝1，......，n，其中第k个阶段决策处理第k个凭证是使用；
状态变量sk：第k个阶段售方可用凭证张数剩余多少；其中S1＝n；
决策变量uk：在第k阶段进行决策是否使用第k张凭证，使用时，uk＝1，不使用， uk＝0；
状态转移方程：第k+1阶段，售方可用凭证张数剩余多少张为sk+1＝sk-uk；即，
阶段指标函数gk(sk，uk)：第k个阶段初售方可用凭证张数为sk且处理的第k个凭证结果为uk时，第k阶段的使用凭证数额；所以有，
阶段过程函数fk(sk)：在sk阶段时，使用凭证张数最多为fk(sk)；
在该阶段，将gk(sk，uk)计算结果与凭证交易中所需凭证数额为M进行对比，如果没有超过，tk＝0；如果超过了，进行凭证拆分，tk＝1。
为了更好地实现本发明，进一步地，所述集中连续竞价交易模式为结合了集中竞价交易阶段和连续竞价交易阶段的交易模式；
所述集中竞价交易阶段是责任主体购售双方在凭证交易系统提交申报，系统根据规则进行统一匹配出清；在集中竞价阶段中凭证购售双方进行凭证数量、凭证单价申报，系统根据统一出清规则，即高低匹配规则，形成交易结果；所述高低匹配规则如下：售方按照申报价格从低到高进行排序，购方按照申报价格从高到低排序；申报价格相同的购方或售方进行申报凭证数量捆绑，形成一个凭证包；申报价格最高的购方凭证包和申报价格最低的售方凭证包进行匹配，以此类推，形成价差对；
所述价差对＝购方申报价格-售方申报价格；
当价差对大于等于0时，凭证交易成交，否则不成交；当两个凭证包不相等时，较大凭证包中各责任主体按各自申报数量占比匹配较小的全部凭证数量，剩余凭证数量单独打捆成新的凭证包，与对方序列后移一位凭证包进行配对；
所述成交价格是匹配成功购售双方申报价格的算术平均值；成交价格＝(购方申报价格+ 售方申报价格)/2；
当一方所有凭证包全部成交或价差对为正或零的配对凭证包全部成交，则交易结束；
在所述连续竞价交易阶段中，责任主体购售双方根据交易时间段展示的信息进行申报，系统根据当前报价按照时间优先、价格优先的原则进行匹配出清；如果不匹配，则挂牌等待后续匹配；当责任主体提交的申报处于挂牌状态，根据自主意愿进行撤单操作；对于在集中竞价阶段中未能成交的申报，选择直接进入连续竞价阶段，或者更改申报价格或申报凭证数量后进入连续竞价阶段；
在所述连续竞价交易阶段进行的是实时进行匹配的，按照购电申报价格大于等于售方申报价格和时间优先原则，购售双方就匹配成功，一旦匹配成功就成交；如果不匹配，购方或售方继续挂牌等待后续匹配，或者进行撤单操作。
如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，其特征在于，在所述凭证交易系统设置智能合约层，所述智能合约层包括：身份凭证合约、凭证合约、交易合约；
其中，所述身份凭证合约包含：身份凭证核发原子合约、身份凭证验证原子合约、身份凭证吊销原子合约、身份凭证更新原子合约、消纳凭证核发原子合约、消纳量分配原子合约；
所述凭证合约包含：消纳凭证验证原子合约、主体信息审核原子合约、消纳凭证转移原子合约；
当在基于区块链技术的凭证交易系统上执行了智能合约之后，不能进行数据信息修改，为了防止突发事件或不可抗力的因素导致购售双方需要进行合同解约，设计了针对异常交易采取回滚操作；具体操作方法如下：由原交易的买入方将凭证卖回原交易的出售方；由原交易凭证派生出新的凭证，所有者为原交易的出售方，原交易涉及其他凭证不变化；
为了更好地实现本发明，进一步地，在基于区块链技术的凭证交易系统上，采用DPOS 共识机制来对凭证交易中各个参与交易的节点之间进行共识达成，保障节点记录的凭证发行、凭证交易数据一致性，避免单个节点作弊的问题，具体操作包括以下部分：
(1)选举见证节点并进行共识
在凭证交易体系中，交易机构、政府、电网企业、售电主体、电力用户等几类共识节点，通过DPOS共识机制中授权思想，全部节点进行投票，并按照得票多少选出见证节点集合、备选节点集合和普通节点集合；在凭证交易系统中，根据组织交易的时间，见证节点集合和候选节点集合每天进行一次更新；这样大部分节点都会进入见证节点集合，相对公平一些；见证节点将凭证发行或凭证交易信息进行打包并进行广播，所有节点进行共识，超过50％的共识节点达成共识，将打包信息上链；否则，该见证节点被认为恶意节点，将进入下一阶段恶意节点替换；
(2)恶意节点替换；
在共识阶段中，如果某一见证节点被判定为恶意节点，将该见证节点剔除见证节点集合，进入普通节点集合，并从候选节点中按照投票数量选择得票最多的节点进入见证节点集合；同时，借鉴体育中违规禁赛的规则，判断为恶意的节点将在本次交易时间内不准参与见证节集合和候选节点集合的选择的资格。
本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：
(1)超额消纳量凭证交易作为各类消纳责任主体完成自身消纳量指标的重要补充方式，有助于提高消纳责任主体完成消纳责任权重的灵活性。本发明填补了目前国内可再生能源超额消纳量体系的空缺，以不同的交易场景、不同的交易种类，全面覆盖满足全国可再生能源超额消纳市场需求，健全可再生能源电力消纳保障机制，对提高可再生能源消纳具有重要意义；
(2)本发明结合区块链技术，一方面在凭证交易系统中建立平等可信机制，实现市场主体之间公平、相互信任的交易；另一方面在凭证交易系统建立全生命周期可追踪的核算机制，实现市场主体消纳量责任权重的精准核算和监测统计，完善消纳核算数据的源头管理。同时本发明结合凭证发行、双边交易等业务进行深化设计，围绕“可编程金融”的核心思想，对凭证交易的使用场景和流程进行梳理、优化，实现了多个环节的全业务链上运行，为交易业务与互联网新技术的协同应用积累了实践经验；
(3)凭证交易以超额消纳量为核心价值、以数字凭证为载体进行转移交换，区别于电力电量物理交付的传统业务，具有显著的金融属性，是电力市场发展的最新业态。本发明结合凭证发行和凭证交易全流程建模设计，实现了全新的电力交易模式和全国范围的资源优化配置；
(4)可再生能源超额消纳量凭证交易体系的建立与应用将大力支撑我国“碳中和”场景下能源生产，消费转型升级路径的推进，增强全社会绿色能源消费责任的体现度。随着可再生能源在电力系统中的渗透率逐渐提高，也间接的实现碳排放交易市场早日走向成熟，有效促进减排，在“低碳”“零碳”的推进下，本发明将成为加速“碳中和”这一趋势的重要助动力。
附图说明
图1是可再生能源物理超额消纳量核算算法的流程示意图；
图2是差异化智能合约制定流程示意图；
图3是智能合约凭证发行流程示意图；
图4是大票交易方案示意图；
图5是凭证溯源示例展示图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，应当理解，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，因此不应被看作是对保护范围的限定。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；也可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
本实施例提出了一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，如图1 所示，以基于区块链技术的凭证交易系统为载体，生成并发行代替物理属性电量的凭证，并基于凭证，让承担可再生能源消纳责任权重的市场主体根据指标完成情况进行超额消纳凭证的转让交易；具体分为凭证发行阶段T1和凭证交易阶段T2；
在所述凭证发行阶段T1中，基于区块链技术，在不同节点下按照统一的规则生成具有唯一编码且不可更改的凭证，作为超额消纳量交易的标的物进行链上发行、签名和确权；所述凭证为可再生能源电力消纳凭证，具体分为水电凭证和非水电凭证；所述凭证的发行由高可信权威节点共同背书，并由所有参与者共同鉴证，在链上共识后生成数字化的可再生能源电力消纳凭证，即凭证；
在所述凭证交易阶段T2中，依托凭证交易系统，结合区块链智能合约技术，各承担消纳责任的市场主体企业以实际消纳可再生能源电量为主要方式完成消纳量指标，同时向超额完成年度消纳量的市场主体购买其超额完成的凭证。
实施例2：
本实施例在上述实施例1的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，如图3和图5 所示，在凭证发行阶段T1中包括以下操作和流程：
1、物理超额消纳量统计核算
(1)可再生能源消纳量
责任主体购买并实际消纳可再生能源电量后，获得可再生能源消纳电量，可再生能源消纳电量包括总可再生能源消纳电量和非水可再生能源消纳电量。其中总可再生能源消纳电量是消纳包括水、风、光等可再生能源进行发电的电量；非水可再生能源消纳电量是消纳除水以外的可再生能源发电的电量。两者的关系为：总可再生能源消纳电量＝水可再生能源消纳电量+非水可再生能演消纳量。
责任主体的可再生能源消纳电量的核算公式为：
总可再生能源消纳电量＝保障性收购可再生电量+省内可再生结算电量+自发自用可再生电量+跨区输入可再生电量
在上述公式中，如果责任主体为电网企业，公式中保障性收购可再生电量＝居民+农业+ 重要公用事业+公益性服务+非市场化用电量；也就是电网企业按照可再生能源发电保障性收购要求统一收购可再生能源电量并用于居民、农业、重要公用事业、公益性服务、非市场化用电量对应的消纳量；若为市场主体，保障性收购可再生电量＝分配的保障性收购电量，即为电网企业按照可再生能源发电保障性收购要求统一收购可再生能源电量并用于居民、农业、重要公用事业、公益性服务、非市场化用电量对应的电量之外有剩余的电量，将剩余电量分配给市场主体的保障性电量。
省内可再生结算电量一是表示责任主体购买并消纳的省内可再生能源电量结算电量，二是未明确责任主体结算电量中可再生能源成分的省内市场化交易电量，公式中可再生结算电量＝成交中总可再生电量/总成交电量X责任主体结算电量。
自发自用可再生电量按电网企业计量的发电量或经所在地区认定后，全额计入自发自用责任主体的可再生能源电力消纳量。
跨区输入可再生电量是可再生能源发电企业与责任主体签署明跨省跨区购电协议的，根据协议实际执行情况计入受端区域消纳的区域外输入可再生能源电量。
非水可再生能源消纳电量和总可再生能源消纳电量公式一样，只是将四种可再生电量中剔除水可再生能源电量之后计算和。
(2)超额消纳量
总超额消纳量＝总可再生能源消纳电量-总责任权重电量
非水超额消纳电量＝非水可再生能源电量-非水责任权重电量
在超额消纳量计算的两个公式中，总责任权重电量和非水责任权重电量是根据总责任权重系数和非水责任权重系数乘以全社会用电量。
2、大票凭证发行规则
2.1大票凭证方案
全国年度可再生能源消纳电量约2万亿千瓦时，若其中10％电量并按照每超额消纳1MWh发行一个凭证规则，则每年发证2亿个，每个凭证初始发行信息约5KB，每个凭证单次交易流通信息约3KB，假设每个凭证年均交易5次，则3年存储需量约为12TB。为解决储存信息容量过于庞大的问题，设计凭证发行大票方案。
大票方案的本质是，按生产地、消纳地、电量类型、时间等信息为企业颁发超额消纳凭证，分为超额水消纳凭证和非水超额消纳凭证，相同的生产地、消纳地、电量类型的消纳量只颁发一个凭证。例如，某企业产生了1000MWh的非水可再生能源超额电量，如按照原始规则就需要生成1000张非水凭证，而大票方案就是将这1000个非水凭证合并为一张大票凭证，该凭证包含凭证所有者、凭证编号、父凭证编号、凭证类型、凭证前缀、编号起始、编号结束、凭证数量、凭证状态、凭证年份等信息。
每个凭证中记录了凭证编号和父凭证编号，派生凭证间采用双向关联的方式，可以向上溯源，追查该凭证的父凭证，循环遍历，可以追查到凭证的初始创建信息。
通过每个凭证中记录的凭证前缀、编号起始、编号结束信息，可以追溯到它对应的每 1Mwh的电量。具体流程如图5所示。
根据大票凭证中凭证状态，判断该大票凭证是否可以进行交易并控制大票只可以交易一次。
2.2大票凭证编码规则
大票凭证中的信息按照一定规则进行编码记录，具体编码规则如下：
凭证所有者采用文字编码，即凭证交易系统中消纳责任主体名称。
凭证编号和父凭证编号采用字母数字混合组合进行编码，通过区块链系统随机生成唯一编号。凭证为初始发行，父凭证编号为空；凭证拆分后，凭证编号通过区块链系统随机生成，父凭证编号为拆分凭证的凭证编号。
凭证类型分为两类，水凭证和非水凭证，用于凭证交易中区分非水凭证交易和水凭证交易以及完成交易后进行总责任权重和非水权重完成情况统计。
凭证前缀采用20位字母数字组合进行编码。其中第1-2位数字或字母组合为原始电量生成省份，具体见表1；第3位数字为电量类型，其中1风电、2光伏、3水电、4潮汐、6 生物、7地热、8核电、9其它；第4-5位数字或字母组合为原始电量消纳省份，具体见表1；第6-11位数字组合为凭证发行时间，可再生能源消纳电量的结算时间；第12-20位数字组合为市场成员类型及编码，支撑亿以内的市场成员数量，编码第一位即第12位表示市场主体类型，其中1电网企业、2独立售电公司、3配网售电公司、6电力用户、7自备电厂，编码后8位即第13-20位表示可再生能源的原始消纳市场主体，即凭证初次发行的权属市场成员编码，由凭证交易系统自动编码，此编码保证唯一不重复。
编号起始和编号结束采用数字编码，从0开始计算，以编码起止号进行表示。例如相同的生产地、消纳地、电量类型的计算的超额消纳量为1000MWh，大票凭证中的编码起始为0，编码结束为999，即0-999。当大票凭证进行拆分派生后也是从0开始拆分，例如交易100个凭证数量则最后拆分为0-99，100-999两张大票凭证。
凭证数量采用数字编码，具体数量为编号结束减去编号起始加上1，即为以为MWh单位计算的相同的生产地、消纳地、电量类型的超额消纳量。
凭证状态采用文字描述进行记录，有已花费、未花费、买入三种状态，已花费和买入两种状态的凭证不可进行交易。
凭证年份采用四位数字编码，表示凭证发行年份。
具体示例如下表1所示：
| 序号 | 地区 | 编码 | 序号 | 地区 | 编码 |
| 1 | 北京 | 10 | 22 | 湖南 | HU |
| 2 | 广州 | 11 | 23 | 江西 | JX |
| 3 | 内蒙 | 12 | 24 | 湖北 | HB |
| 4 | 华北 | 13 | 25 | 黑龙江 | LJ |
| 5 | 华东 | 14 | 26 | 辽宁 | LN |
| 6 | 华中 | 15 | 27 | 吉林 | JL |
| 7 | 东北 | 16 | 28 | 蒙东 | MD |
| 8 | 西北 | 17 | 29 | 陕西 | SN |
| 9 | 西南 | 18 | 30 | 甘肃 | GS |
| 10 | 首都 | BJ | 31 | 宁夏 | NX |
| 11 | 冀北 | JI | 32 | 青海 | QH |
| 12 | 天津 | TJ | 33 | 新疆 | XJ |
| 13 | 河北 | HE | 34 | 四川 | SC |
| 14 | 山西 | SX | 35 | 重庆 | CQ |
| 15 | 山东 | SD | 36 | 西藏 | XZ |
| 16 | 江苏 | JS | 37 | 广东 | GD |
| 17 | 安徽 | AH | 38 | 云南 | YN |
| 18 | 上海 | SH | 39 | 贵州 | GZ |
| 19 | 浙江 | ZJ | 40 | 广西 | GX |
| 20 | 福建 | FJ | 41 | 海南 | HA |
| 21 | 河南 | HN |
表1可再生能源消纳凭证地区编码表
2.3大票凭证发行
可再生能源物理消纳电量结算后，其消纳详细数据发送至凭证交易系统，凭证交易系统通过超额消纳量计算公式，计算出超额消纳电量并将相应原始信息提交至区块链智能合约。智能合约接收权重系统导入的电力消纳信息(生产地、消纳地、电量类型、超额消纳量等)和签名值，并使用内置权重系统公钥校验签名，签名校验通过后，区块链系统依据超额消纳电量类型、来源、权属等信息，按照凭证大票发行方案和大票凭证编码规则形成凭证编号和父凭证编号，发行超额消纳凭证，并写入各消纳责任主体企业对应消纳账户。发行流程如图3所示。
本实施例的其他部分与上述实施例1相同，故不再赘述。
实施例3：
本实施例在上述实施例1-2任一项的基础上，为了更好地实现本发明，进一步地，如图 2和图4所示，在凭证交易阶段T2中具体包括以下流程和操作：
1、交易场景设计
假设，在凭证交易系统中有n个参与交易的省份，省总可再生消纳量表示为S1，......，Sn，省非水消纳量为H1，......，Hn，政府下达的各省份的总消纳责任权重电量为W1，......，Wn，省非水消纳责任权重电量为G1，......，Gn；
每个省份中有m个消纳责任主体，m取不小于0的任意整数，每个省份中消纳责任主体的总可再生消纳量表示为
责任主体非水消纳量为
每个省份中消纳责任主体的分配的消纳责任权重电量为
责任主体非水消纳责任权重电量为
并满足以下要求：
一个省的总可再生消纳量等于该省中所有需消纳责任主体的总可再生消纳量之和，即为：
一个省的总消纳责任权重电量等于该省中所有消纳责任主体的总消纳责任权重电量之和，即为：
一个省的非水消纳责任权重电量等于该省中所有消纳责任主体的非水消纳责任权重电量之和，即为：
一个省的非水消纳量等于该省中所有消纳责任主体的非水消纳量之和，即为：
一方面为了保障各省份和消纳责任主体的消纳权重指标的有效完成，同时便于对各省和消纳责任主体可再生能源消纳完成情况核算，另一方面为了便于市场监管。本发明中设计了交易场景时序以及责任主体参与交易场景买入与卖出的规则。交易场景设计为省内交易、省间交易、全国交易，交易时序为省内-省间-全国。消纳责任主体参与凭证交易的交易场景买入与卖出的具体规则如下：
(1)省内水凭证交易
当j省份消纳责任主体i在满足条件
时，即自身总责任消纳权重完成情况下，参与j省份内的水凭证交易的买入与卖出；在条件
时，只参与本省内水凭证交易的买入；
(2)省内非水凭证交易
当j省份消纳责任主体i在同时满足条件
和
时，即自身总责任消纳权重和非水消纳责任权重都完成情况下，参与j省份内的非水凭证交易的买入与卖出；在同时满足条件
和
时，只参与本省内非水凭证交易的买入；消纳责任主体i在
条件时，无论
还是
都只能参与本省内的水凭证交易买入；
(3)省间水凭证交易
当j省总可再生能源消纳满足条件Sj＞Wj时，该省内消纳责任主体i满足条件
时，参与省间水凭证交易的买入与卖出；消纳责任主体i满足条件
时，参与省间水凭证交易，只能进行水凭证买入；当j省总可再生能源消纳在条件Sj≤Wj下，其省内责任主体i无论在
还是
条件下，只能参与省间水凭证交易的买入；
(4)省间非水凭证交易
当j省非水可再生能源消纳在同时满足条件Sj＞Wj和Hj＞Gj时，该省内消纳责任主体i同时满足条件
和
时，参与省间非水凭证交易的买入与卖出；消纳责任主体i在同时满足条件
和
时，只能进行省间非水凭证买入；当j省总可再生能源消纳在Sj≤Wj条件下，其省非水消纳无论是Hj＞Gj还是Hj≤Gj，消纳责任主体只能参与省间水凭证交易的买入；
(5)全国交易
在省内和省间交易场景完成时，某些省份和消纳责任主体进行消纳情况核算时，其总消纳权重指标或者非水消纳权重指标还未完成，通过全国交易，扩大交易范围使未完成权重指标的省份或责任主体尽快通过凭证交易完成指标；
各个省份和消纳责任主体参与全国水凭证交易需要满足的条件与省间参与水凭证交易的条件相同；即为：某省总可再生能源消纳满足条件
时，该省内的消纳责任主体参与全国水凭证交易；当消纳责任主体满足条件
时，参与全国水凭证交易的买入与卖出；当消纳责任主体满足条件Sj≤Wj(j＝1，......，n)时，只能进行全国水凭证买入；当某个省总可再生能源消纳在条件Sj≤Wj(j＝1，......，n)下，该省份的责任主体只能参与全国水凭证的买入；
参与全国非水凭证交易需要满足的条件与省间参与非水凭证交易的条件相同；即为：某省总可再生能源消纳同时满足条件Sj＞Wj(j＝1，......，n)和 Hj＞Gj(j＝1，......，n)时，该省内的消纳责任主体可参与全国非水凭证交易；当消纳责任主体满足条件
和
时，参与全国非水凭证交易的买入与卖出；当消纳责任主体满足条件
时和
只能进行全国非水凭证买入；当消纳责任主体在条件
只能进行全国水凭证买入；当某个省总可再生能源消纳在条件Sj≤Wj(j＝1，......，n)下，该省份的责任主体只能参与全国水凭证的买入。
2、交易模式
2.1双边交易
双边交易是指参与凭证交易购售双方线下自主协商确定交易的数量，价格等，在凭证交易系统提交交易申报，至双方确认后经过区块链进行上链存证，通过链上各个节点达成共识后，达成交易出清结果。
2.2挂牌摘牌交易
挂牌交易是指参与凭证交易的购售双方通过凭证交易系统在指定的交易时段内，自由确定所要出售或购买的意愿凭证数量、价格，并通过凭证交易系统挂出所要出售或求购的凭证信息，对手方可通过所挂出凭证意愿购售信息自主选择摘牌操作。
2.3集中连续竞价交易
集中连续竞价交易是将集中竞价交易和连续竞价交易结合起来形成的一种交易模式，集中竞价交易阶段是责任主体购售双方在凭证交易系统提交申报，系统根据规则进行统一匹配出清；连续竞价交易阶段，责任主体购售双方根据交易时间段展示的信息进行申报，系统根据当前报价按照时间优先、价格优先的原则进行匹配出清；如果不匹配，则挂牌等待后续匹配。当责任主体提交的申报处于挂牌状态，可根据自主意愿进行撤单操作。
集中竞价阶段中凭证购售双方进行凭证数量、凭证单价申报，系统根据统一出清规则，即高低匹配规则，形成交易结果。其中高低匹配规则如下：售方按照申报价格从低到高进行排序，购方按照申报价格从高到低排序；申报价格相同的购方或售方进行申报凭证数量捆绑，形成一个凭证包；申报价格最高的购方凭证包和申报价格最低的售方凭证包进行匹配，以此类推，形成价差对。
价差＝购方申报价格-售方申报价格
当价差大于等于0时，凭证交易成交，否则不成交。当两个凭证包不相等时，较大凭证包中各主体按各自申报数量占比匹配较小的全部凭证数量，剩余凭证数量单独打捆成新的凭证包，与对方序列后移一位凭证包进行配对。
成交价格是匹配成功购售双方申报价格的算术平均值。
成交价格＝(购方申报价格+售方申报价格)/2
当一方所有凭证包全部成交或价差对为正(或零)的配对凭证包全部成交，则交易结束。
在集中竞价阶段中未能成交的申报可以直接进入连续竞价阶段，也可以更改申报价格或申报凭证数量后进入连续竞价阶段。在连续竞价阶段是实时进行匹配的，按照购电申报价格大于等于售方申报价格和时间优先原则，购售双方就匹配成功，一旦匹配成功就成交。如果不匹配，购方或售方可继续挂牌等待后续匹配，也可进行撤单操作。
2.4凭证流转
(1)智能合约接收权重系统提交交易请求和出售的凭证编号；
(2)首先校验凭证交易条件，签名值正确性、出售方可用凭证数量是否大于凭证交易数量；
(3)校验通过后，进行凭证交易；
(4)凭证拆分、组合算法执行，产生新凭证；
(5)更新原凭证状态，记录子凭证编号，将原凭证作废；
(6)更新售出方、购入方账户，更新可用凭证、购入凭证数量，记录交易凭证、剩余可用凭证编号；
(7)将交易后产生的新凭证编号返回凭证交易系统。
具体流程如图4。
其中凭证拆分、组合算法如下：
假设凭证交易中所需凭证数额为M，售方可用凭证张数为n,售方每张凭证数额为mi (i＝1,2,……,n)；
目标：交易中所需凭证数额M时，使用凭证张数最多，即一次交易后售方手中所剩凭证张数最少；
对于上述问题，构建基于动态规划的数学模型，建模过程如下：
划分阶段：在本问题中售方可用凭证张数为n，就将阶段划分为n个阶段，即 k＝1，......，n，其中第k个阶段决策处理第k个凭证是使用；
状态变量Sk：第k个阶段售方可用凭证张数剩余多少；其中s1＝n；
决策变量uk：在第k阶段进行决策是否使用第k张凭证，使用时，uk＝1，不使用， uk＝0；
状态转移方程：第k+1阶段，售方可用凭证张数剩余多少张为sk+1＝sk-uk；即，
阶段指标函数gk(sk，uk)：第k个阶段初售方可用凭证张数为sk且处理的第k个凭证结果为uk时，第k阶段的使用凭证数额；所以有，
阶段过程函数fk(sk)：在sk阶段时，使用凭证张数最多为fk(sk)；
在该阶段，将gk(sk，uk)计算结果与凭证交易中所需凭证数额为M进行对比，如果没有超过，tk＝0；如果超过了，进行凭证拆分，tk＝1。
3、智能合约设计
凭证交易系统智能合约层包含：身份凭证合约、凭证合约、交易合约。其中，身份凭证合约包含：身份凭证核发原子合约、身份凭证验证原子合约、身份凭证吊销原子合约、身份凭证更新原子合约、消纳凭证核发原子合约、消纳量分配原子合约。凭证合约包含：消纳凭证验证原子合约、主体信息审核原子合约、消纳凭证转移原子合约。
区块链上执行了智能合约之后，不能进行数据信息修改，为了防止突发事件或不可抗力的因素，购售双方需要合同解约，设计了针对异常交易采取回滚操作。具体实施方法如下：由原交易的买入方将凭证卖回原交易的出售方，由原交易凭证派生出新的凭证，所有者为原交易的出售方，原交易涉及其他凭证不变化。
交易中心可根据各省差异化交易规则制定更新相适应的智能合约如图2。具体应用方法： (1)为参与凭证交易市场主体注册一个由公钥私钥对表示的身份凭证。(2)把参与者之间达成的双边交易协议以智能合约代码的形式进行定义。(3)智能合约最后需要经过参与者以各自的身份凭证做签名，之后每一方参与可再生能源凭证交易的市场主体根据己方业务范围内的业务进程做出相应的操作，触发智能合约自动执行。
4、共识机制
本发明借鉴区块链中DPOS共识机制来解决凭证交易中各个参与交易的节点之间达成共识，保障节点记录的凭证发行、凭证交易数据一致性，避免单个节点作弊的问题。
DPOS共识机制，即委托权益证明机制。该共识机制是在POS共识机制的基础上进行改进，将区块记账权移交给合法选举出来的见证节点，见证节点进行记账并广播至所有共识节点进行共识，超过50％的节点达成共识则将信息记录在区块链上的算法。具体算法如下：
(1)选举见证节点并进行共识
在凭证交易体系中，交易机构、政府、电网企业、售电主体、电力用户等几类共识节点，通过DPOS共识机制中授权思想，全部节点进行投票，并按照得票多少选出见证节点集合、备选节点集合和普通节点集合。在凭证交易系统中，根据组织交易的时间，见证节点集合和候选节点集合每天进行一次更新。这样大部分节点都会进入见证节点集合，相对公平一些。见证节点将凭证发行或凭证交易信息进行打包并进行广播，所有节点进行共识，超过50％的共识节点达成共识，将打包信息上链；否则，该见证节点被认为恶意节点，将进入下一阶段恶意节点替换。
(2)恶意节点替换。
在共识阶段中，如果见证节点被判定为恶意节点，将该见证节点剔除见证节点集合，进入普通节点集合，并从候选节点中按照投票数量选择得票最多的节点进入见证节点集合。同时，借鉴体育中违规禁赛的规则，判断为恶意的节点将在本次交易时间内不准参与见证节集合和候选节点集合的选择的资格。
本实施例的其他部分与上述实施例1-2任一项相同，故不再赘述。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是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，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，其特征在于，以基于区块链技术的凭证交易系统为载体，生成并发行代替物理属性电量的凭证，并基于凭证，让承担可再生能源消纳责任权重的市场主体根据指标完成情况进行超额消纳凭证的转让交易；具体分为凭证发行阶段T1和凭证交易阶段T2；
在所述凭证发行阶段T1中，基于区块链技术，在不同节点下按照统一的规则生成具有唯一编码且不可更改的凭证，作为超额消纳量交易的标的物进行链上发行、签名和确权；所述凭证为可再生能源电力消纳凭证，具体分为水电凭证和非水电凭证；所述凭证的发行由高可信权威节点共同背书，并由所有参与者共同鉴证，在链上共识后生成数字化的可再生能源电力消纳凭证，即凭证；
在所述凭证交易阶段T2中，依托凭证交易系统，结合区块链智能合约技术，各承担消纳责任的市场主体企业以实际消纳可再生能源电量为主要方式完成消纳量指标，同时向超额完成年度消纳量的市场主体购买其超额完成的凭证。
2.如权利要求1所述的一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，其特征在于，在所述凭证发行阶段T1中，具体包括以下处理步骤：
步骤1：进行物理属性电量的超额消纳量核算，具体操作为：
首先，计算可再生能源消纳量：在责任主体购买并实际消纳可再生能源电量后，获得可再生能源消纳电量，所述可再生能源消纳电量包括总可再生能源消纳电量和非水可再生能源消纳电量；其中总可再生能源消纳电量是消纳了可再生能源进行发电的电量，非水可再生能源消纳电量是消纳了除水能以外的可再生能源发电的电量；总可再生能源消纳电量与非水可再生能源消纳电量的关系为：总可再生能源消纳电量＝水可再生能源消纳电量+非水可再生能演消纳量；
对于责任主体的可再生能源消纳电量，具体的核算公式为：
总可再生能源消纳电量＝保障性收购可再生电量+省内可再生结算电量+自发自用可再生电量+跨区输入可再生电量；
在上述公式中，如果责任主体为电网企业，则保障性收购可再生电量＝居民+农业+公用事业+公益性服务+非市场化用电量；也就是电网企业按照可再生能源发电保障性收购要求统一收购可再生能源电量并用于居民、农业、公用事业、公益性服务、非市场化用电量对应的消纳量；
若责任主体为市场主体，则保障性收购可再生电量＝分配的保障性收购电量，即为电网企业按照可再生能源发电保障性收购要求统一收购可再生能源电量并用于居民、农业、公用事业、公益性服务、非市场化用电量对应的电量之外有剩余的电量，将剩余电量分配给市场主体的保障性电量；
所述省内可再生结算电量包括责任主体购买并消纳的省内可再生能源电量结算电量，和未明确责任主体结算电量中可再生能源成分的省内市场化交易电量，在公式中可再生结算电量＝成交中总可再生电量/总成交电量X责任主体结算电量；
所述自发自用可再生电量为按电网企业计量的发电量或经所在地区认定后，全额计入自发自用责任主体的可再生能源电力消纳量；
所述跨区输入可再生电量是可再生能源发电企业与责任主体签署明跨省跨区购电协议的，根据协议实际执行情况计入受端区域消纳的区域外输入可再生能源电量；
对于所述非水可再生能源消纳电量，计算方法与所述总可再生能源消纳电量的一样，只是在对应的四种可再生电量中剔除水可再生能源电量之后再计算和；
其次，计算总超额消纳量，所述总超额消纳量＝总可再生能源消纳电量-总责任权重电量；
在上述计算公式中，所述非水超额消纳电量＝非水可再生能源电量-非水责任权重电量；
其中，所述总责任权重电量和非水责任权重电量根据总责任权重系数和非水责任权重系数乘以全社会用电量得到；
步骤2：进行大票凭证的发行。
3.如权利要求2所述的一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，其特征在于，所述步骤2的具体操作为：
步骤2.:1：按照生产地、消纳地、电量类型、时间为企业颁发超额消纳凭证，具体分为超额水消纳凭证和非水超额消纳凭证；对于相同的生产地、消纳地、电量类型的消纳量只颁发一个凭证；所述凭证记载的信息包括凭证所有者、凭证编号、父凭证编号、凭证类型、凭证前缀、编号起始、编号结束、凭证数量、凭证状态、凭证年份；
步骤2.2：对凭证进行编码，编码的具体规则为：
对于凭证所有者采用文字编码，即凭证交易系统中消纳责任主体名称；
对于凭证编号和父凭证编号采用字母数字混合组合进行编码，通过区块链系统随机生成唯一编号；凭证为初始发行，父凭证编号为空；凭证拆分后，凭证编号通过区块链系统随机生成，父凭证编号为拆分凭证的凭证编号；
对于凭证类型，分为水凭证和非水凭证两类，分别用于凭证交易中区分非水凭证交易和水凭证交易以及完成交易后进行总责任权重和非水权重完成情况统计；
对于凭证前缀采用20位字母数字组合进行编码；其中第1-2位数字或字母组合为原始电量生成省份，具体见表1；第3位数字为电量类型，其中1风电、2光伏、3水电、4潮汐、6生物、7地热、8核电、9其它；第4-5位数字或字母组合为原始电量消纳省份，具体见表1；第6-11位数字组合为凭证发行时间，可再生能源消纳电量的结算时间；第12-20位数字组合为市场成员类型及编码，支撑亿以内的市场成员数量，编码第一位即第12位表示市场主体类型，其中1电网企业、2独立售电公司、3配网售电公司、6电力用户、7自备电厂，编码后8位即第13-20位表示可再生能源的原始消纳市场主体，即凭证初次发行的权属市场成员编码，由凭证交易系统自动编码，从而编码保证唯一不重复；
对于编号起始和编号结束采用数字编码，从0开始计算，以编码起止号进行表示；例如相同的生产地、消纳地、电量类型的计算的超额消纳量为1000MWh，大票凭证中的编码起始为0，编码结束为999，即0-999；当大票凭证进行拆分派生后也是从0开始拆分，例如交易100个凭证数量则最后拆分为0-99，100-999两张大票凭证；
对于凭证数量采用数字编码，具体数量为编号结束减去编号起始加上1，即为以为MWh单位计算的相同的生产地、消纳地、电量类型的超额消纳量；
对于凭证状态采用文字描述进行记录，有已花费、未花费、买入三种状态，已花费和买入两种状态的凭证不可进行交易；
对于凭证年份采用四位数字编码，表示凭证发行年份；
步骤2.3：进行大票凭证的发行，具体操作为：在可再生能源物理消纳电量结算后，将消纳详细数据发送至凭证交易系统，凭证交易系统通过超额消纳量计算公式，计算出超额消纳电量并将相应原始信息提交到区块链智能合约；在区块链智能合约接收到系统导入的包括生产地、消纳地、电量类型、超额消纳量信息的电力消纳信息和签名值后，使用系统内置的公钥校验签名，在签名校验通过后，在区块链系统依据超额消纳电量类型、来源、权属信息，按照凭证大票发行方案和大票凭证编码规则形成凭证编号和父凭证编号，发行超额消纳凭证，并写入各消纳责任主体企业对应消纳账户。
4.如权利要求1所述的一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，其特征在于，在所述凭证交易阶段T2，具体包括以下步骤：
步骤S1：定义交易场景，假设，在凭证交易系统中有n个参与交易的省份，省总可再生消纳量表示为S1，......，Sn，省非水消纳量为H1，......，Hn，政府下达的各省份的总消纳责任权重电量为W1，......，Wn，省非水消纳责任权重电量为G1，......，Gn；
每个省份中有m个消纳责任主体，m取不小于0的任意整数，每个省份中消纳责任主体的总可再生消纳量表示为
责任主体非水消纳量为
每个省份中消纳责任主体的分配的消纳责任权重电量为
责任主体非水消纳责任权重电量为
并满足以下要求：
一个省的总可再生消纳量等于该省中所有需消纳责任主体的总可再生消纳量之和，即为：
一个省的总消纳责任权重电量等于该省中所有消纳责任主体的总消纳责任权重电量之和，即为：
一个省的非水消纳责任权重电量等于该省中所有消纳责任主体的非水消纳责任权重电量之和，即为：
一个省的非水消纳量等于该省中所有消纳责任主体的非水消纳量之和，即为：
步骤S2：设定责任主体参与在交易场景下凭证交易的买入与卖出的具体规则，具体为：
(1)省内水凭证交易
当j省份消纳责任主体i在满足条件
时，即自身总责任消纳权重完成情况下，参与j省份内的水凭证交易的买入与卖出；在条件
时，只参与本省内水凭证交易的买入；
(2)省内非水凭证交易
当j省份消纳责任主体i在同时满足条件
和
时，即自身总责任消纳权重和非水消纳责任权重都完成情况下，参与j省份内的非水凭证交易的买入与卖出；在同时满足条件
和
时，只参与本省内非水凭证交易的买入；消纳责任主体i在
条件时，无论
还是
都只能参与本省内的水凭证交易买入；
(3)省间水凭证交易
当j省总可再生能源消纳满足条件Sj＞Wj时，该省内消纳责任主体i满足条件
时，参与省间水凭证交易的买入与卖出；消纳责任主体i满足条件
时，参与省间水凭证交易，只能进行水凭证买入；当j省总可再生能源消纳在条件Sj≤Wj下，其省内责任主体i无论在
还是
条件下，只能参与省间水凭证交易的买入；
(4)省间非水凭证交易
当j省非水可再生能源消纳在同时满足条件Sj＞Wj和Hj＞Gj时，该省内消纳责任主体i同时满足条件
和
时，参与省间非水凭证交易的买入与卖出；消纳责任主体i在同时满足条件
和
时，只能进行省间非水凭证买入；当j省总可再生能源消纳在Sj≤Wj条件下，其省非水消纳无论是Hj＞Gj还是Hj≤Gj，消纳责任主体只能参与省间水凭证交易的买入；
(5)全国交易
在省内和省间交易场景完成时，某些省份和消纳责任主体进行消纳情况核算时，其总消纳权重指标或者非水消纳权重指标还未完成，通过全国交易，扩大交易范围使未完成权重指标的省份或责任主体尽快通过凭证交易完成指标；
各个省份和消纳责任主体参与全国水凭证交易需要满足的条件与省间参与水凭证交易的条件相同；即为：某省总可再生能源消纳满足条件
时，该省内的消纳责任主体参与全国水凭证交易；当消纳责任主体满足条件
时，参与全国水凭证交易的买入与卖出；当消纳责任主体满足条件Sj≤Wj(j＝1，......，n)时，只能进行全国水凭证买入；当某个省总可再生能源消纳在条件Sj≤Wj(j＝1，......，n)下，该省份的责任主体只能参与全国水凭证的买入；
参与全国非水凭证交易需要满足的条件与省间参与非水凭证交易的条件相同；即为：某省总可再生能源消纳同时满足条件Sj＞Wj(j＝1，......，n)和Hj＞Gj(j＝1，......，n)时，该省内的消纳责任主体可参与全国非水凭证交易；当消纳责任主体满足条件
和
时，参与全国非水凭证交易的买入与卖出；当消纳责任主体满足条件
时和
只能进行全国非水凭证买入；当消纳责任主体在条件
只能进行全国水凭证买入；当某个省总可再生能源消纳在条件Sj≤Wj(j＝1，......，n)下，该省份的责任主体只能参与全国水凭证的买入。
5.如权利要求4所述的一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，其特征在于，在凭证交易阶段T2中设置多种交易模式，具体包括双边交易模式、挂牌摘牌交易模式、集中连续竞价交易模式、凭证流转交易模式。
6.如权利要求5所述的一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，其特征在于，所述凭证流转交易模式的具体交易流程为：
(1)智能合约接收权重系统提交交易请求和出售的凭证编号；
(2)首先校验凭证交易条件，签名值正确性、出售方可用凭证数量是否大于凭证交易数量；
(3)校验通过后，进行凭证交易；
(4)执行凭证拆分、组合算法，产生新凭证；
(5)更新原凭证状态，记录子凭证编号，将原凭证作废；
(6)更新售出方、购入方账户，更新可用凭证、购入凭证数量，记录交易凭证、剩余可用凭证编号；
(7)将交易后产生的新凭证编号返回凭证交易系统。
7.如权利要求6所述的一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，其特征在于，所述凭证拆分、组合算法的具体内容为：
假设凭证交易中所需凭证数额为M，售方可用凭证张数为n,售方每张凭证数额为mi(i＝1,2,……,n)；
目标：交易中所需凭证数额M时，使用凭证张数最多，即一次交易后售方手中所剩凭证张数最少；
对于上述问题，构建基于动态规划的数学模型，建模过程如下：
划分阶段：在本问题中售方可用凭证张数为n，就将阶段划分为n个阶段，即k＝1，......，n，其中第k个阶段决策处理第k个凭证是使用；
状态变量sk：第k个阶段售方可用凭证张数剩余多少；其中s1＝n；
决策变量uk：在第k阶段进行决策是否使用第k张凭证，使用时，uk＝1，不使用，uk＝0；
状态转移方程：第k+1阶段，售方可用凭证张数剩余多少张为sk+1＝sk-uk；即，
阶段指标函数gk(sk，uk)：第k个阶段初售方可用凭证张数为sk且处理的第k个凭证结果为uk时，第k阶段的使用凭证数额；所以有，
阶段过程函数fk(sk)：在sk阶段时，使用凭证张数最多为fk(sk)；
在该阶段，将gk(sk，uk)计算结果与凭证交易中所需凭证数额为M进行对比，如果没有超过，tk＝0；如果超过了，进行凭证拆分，tk＝1。
8.如权利要求6所述的一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，其特征在于，所述集中连续竞价交易模式为结合了集中竞价交易阶段和连续竞价交易阶段的交易模式；
所述集中竞价交易阶段是责任主体购售双方在凭证交易系统提交申报，系统根据规则进行统一匹配出清；在集中竞价阶段中凭证购售双方进行凭证数量、凭证单价申报，系统根据统一出清规则，即高低匹配规则，形成交易结果；所述高低匹配规则如下：售方按照申报价格从低到高进行排序，购方按照申报价格从高到低排序；申报价格相同的购方或售方进行申报凭证数量捆绑，形成一个凭证包；申报价格最高的购方凭证包和申报价格最低的售方凭证包进行匹配，以此类推，形成价差对；
所述价差对＝购方申报价格-售方申报价格；
当价差对大于等于0时，凭证交易成交，否则不成交；当两个凭证包不相等时，较大凭证包中各责任主体按各自申报数量占比匹配较小的全部凭证数量，剩余凭证数量单独打捆成新的凭证包，与对方序列后移一位凭证包进行配对；
所述成交价格是匹配成功购售双方申报价格的算术平均值；成交价格＝(购方申报价格+售方申报价格)/2；
当一方所有凭证包全部成交或价差对为正或零的配对凭证包全部成交，则交易结束；
在所述连续竞价交易阶段中，责任主体购售双方根据交易时间段展示的信息进行申报，系统根据当前报价按照时间优先、价格优先的原则进行匹配出清；如果不匹配，则挂牌等待后续匹配；当责任主体提交的申报处于挂牌状态，根据自主意愿进行撤单操作；对于在集中竞价阶段中未能成交的申报，选择直接进入连续竞价阶段，或者更改申报价格或申报凭证数量后进入连续竞价阶段；
在所述连续竞价交易阶段进行的是实时进行匹配的，按照购电申报价格大于等于售方申报价格和时间优先原则，购售双方就匹配成功，一旦匹配成功就成交；如果不匹配，购方或售方继续挂牌等待后续匹配，或者进行撤单操作。
9.如权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，其特征在于，在所述凭证交易系统设置智能合约层，所述智能合约层包括：身份凭证合约、凭证合约、交易合约；
其中，所述身份凭证合约包含：身份凭证核发原子合约、身份凭证验证原子合约、身份凭证吊销原子合约、身份凭证更新原子合约、消纳凭证核发原子合约、消纳量分配原子合约；所述凭证合约包含：消纳凭证验证原子合约、主体信息审核原子合约、消纳凭证转移原子合约；
当在基于区块链技术的凭证交易系统上执行了智能合约之后，不能进行数据信息修改，为了防止突发事件或不可抗力的因素导致购售双方需要进行合同解约，设计了针对异常交易采取回滚操作；具体操作方法如下：由原交易的买入方将凭证卖回原交易的出售方；由原交易凭证派生出新的凭证，所有者为原交易的出售方，原交易涉及其他凭证不变化。
10.如权利要求9所述的一种基于区块链的可再生能源电力超额消纳凭证的交易方法，其特征在于，在基于区块链技术的凭证交易系统上，采用DPOS共识机制来对凭证交易中各个参与交易的节点之间进行共识达成，保障节点记录的凭证发行、凭证交易数据一致性，避免单个节点作弊的问题，具体操作包括以下部分：
(1)选举见证节点并进行共识
在凭证交易体系中，在交易机构、政府、电网企业、售电主体、电力用户这几类共识节点中，通过DPOS共识机制中授权思想，采用全部节点进行投票，并按照得票多少选出见证节点集合、备选节点集合和普通节点集合；在凭证交易系统中，根据组织交易的时间，见证节点集合和候选节点集合每天进行一次更新；这样大部分节点都会进入见证节点集合，相对公平一些；见证节点将凭证发行或凭证交易信息进行打包并进行广播，所有节点进行共识，超过50％的共识节点达成共识，将打包信息上链；否则，该见证节点被认为恶意节点，将进入下一阶段恶意节点替换；
(2)恶意节点替换；
在共识阶段中，如果某一见证节点被判定为恶意节点，将该见证节点剔除见证节点集合，进入普通节点集合，并从候选节点中按照投票数量选择得票最多的节点进入见证节点集合；同时，借鉴体育中违规禁赛的规则，判断为恶意的节点将在本次交易时间内不准参与见证节集合和候选节点集合的选择的资格。
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| Publication number | Publication date |
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| CN113222594B (zh) | 2024-03-19 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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