CN113271329A - 一种基于区块链的电力需求响应的一体化服务方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于区块链的电力需求响应的一体化服务方法，一体化服务方法为构建一个合体服务平台，合体服务平台包含能源区块链网关、区块链服务系统、撮合商系统、智能家居控制设备；本发明采用了多重确认机制以确认用电设备的功率值之和的正确性，并且提供了邻近上报的用电设备的功率之和的查询方式，对用电设备的响应机制指定了应对的控制策略，同时对执行的过程作了限定，最后采用了综合评估模型对响应执行的效果进行评估。

Description

一种基于区块链的电力需求响应的一体化服务方法
技术领域
本发明涉及电力服务领域，涉及一种基于区块链的电力需求响应的一体化服务方法。
背景技术
近年来，能源电力的存储以及执行机制的存储以及执行越来越向分布式转移，市场化的交易为分布式能源发展提供了更加广阔的空间。区块链技术所具有的去中心化交互、难以窜改，溯源便捷、加密通信等优势，与能源领域所具备的参与主体均等、信息公开、互助同享、安全可靠等特征相匹配。将区块链技术应用于电力能源的存储以及执行中，能极大促进电力事业的发展。国内外专家学者提出了一系列将区块链应用与能源结合的项目，这些项目极少涉及电力需求响应，如何进行执行以及优化。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种解决或部分解决上述问题的基于区块链的电力需求响应的一体化服务方法。
为达到上述技术方案的效果，本发明的技术方案为：
一体化服务方法为构建一个合体服务平台，合体服务平台包含能源区块链网关、区块链服务系统、撮合商系统、智能家居控制设备；智能家居控制设备用于控制用电设备，区块链服务系统用于记录合体服务平台上需要记录的数据；能源区块链网关负责收集用电设备的实时负荷之值，并且按照收集到的数据制定对用电设备的控制策略；撮合商系统负责规划控制策略执行的细节；
在合体服务平台上设置一个以上的服务节点，默认服务节点在能源区块链网关中进行服务，如果服务节点申请更换职责，需要向合体服务平台的管理节点进行申请，经过申请后服务节点作为区块链服务系统中的节点进行服务；区块链服务系统里包含两条区块链条，其中，一条区块链条用于记录采集的用电设备的功率值之和，被命名为用电链条，一条区块链条用于记录撮合商系统对用电设备响应情况的评估结果，被命名为事实链条；
当合体服务平台开始运行后，开启第一个服务周期，服务周期为合体服务平台工作的时间周期，服务周期的开始以及结束的确定的过程为，第一个服务周期的开始为能源区块链网关开始第一次采集用电设备的功率值，其余服务周期的开始为上一个服务周期的结束，服务周期的结束为满足三个条件之一，第一个条件为用电链条的区块的高度差到达能源区块链网关的管理用户指定的高度的数值，第二个条件为当前服务周期的时间值到达管理用户指定的极限值，极限值为一个服务周期持续时间的最大值，第三个条件为当前服务周期的三分之一的服务节点申请更换职责或被管理节点取消权限，即三分之一的服务节点申请不再在能源区块链网关上进行服务，服务节点申请更换职责必须在服务节点网络未构建完毕之前，经过管理节点审核，可同意服务节点不再在能源区块链网关上进行服务，取消服务节点在能源区块链网关上的权限，同时允许在当前服务周期结束之前，允许新的服务节点加入，但新的服务节点在下一个服务周期才能开始服务；其中，用电链条的区块的高度差为在上一个服务周期的结束用电链条的区块的高度减去当前用电链条的区块的高度之差的绝对值，能源区块链网关的管理用户指定的高度的数值为每个服务周期最多使用的在用电链条中用于记录数据的区块的数量，在当前周期为结束之前，能源区块链网关的管理节点都能任意修改高度的数值；每个服务节点配置一个存储区，存储区内放置服务节点计算的数值；
每一个服务周期的开始，服务节点开始初始化，服务节点初始化时清空服务节点配置的存储区中的数据，并且初始化的动作触发服务节点加入到服务节点网络，服务节点网络中配置一个计数器，每初始化一个服务节点，触发计数器进行计数，最终得到当前服务周期初始化的服务节点的个数M，M为正整数，表示服务节点网络中的服务节点的个数；管理节点对其余未初始化的服务节点进行广播询问，若在询问时间内未应答再检查未初始化的服务节点，是否已申请更换职责，取消未应答的服务节点在能源区块链网关的权限；询问时间为一段单位为秒的时间段，为服务节点接受到管理节点的广播询问后最长的应答时间，超出最长的应答时间未应答，管理节点对服务节点的权限作相应的处理；服务节点网络包含一个以上的服务节点，服务节点网络的构建过程为，当确定当前服务周期初始化的服务节点的个数M后，第一个服务周期内，所有服务节点按照初始化的先后顺序构建线线性关联队，线性关联对包含按照顺序线性相连的服务节点，即在服务节点的线性关联队中，先初始化的服务节点与其后紧邻初始化的服务节点直接相连接，初始化在前的服务节点连接排在前，初始化在后的服务节点连接排在后，同时初始化的服务节点由管理节点进行指定连接的先后关系，线性关联对中所有服务节点进行编号，排列在前的服务节点的编号较小，排列在后的服务节点的编号较大；第一个初始化的服务节点被指定为服务节点网络的理事节点，理事节点负责同步服务节点网络的数据并且进行广播通讯的结果，理事节点与服务节点网络中的所有服务节点之间构建连接关系，不再在线性关联队中；在服务节点网络中汇总，规定具有直接相连的服务节点之间才能进行通讯；除了第一个服务周期的其余服务周期，所有服务节点按照上一个服务周期内时间排序器排序的上报顺序进行将服务节点的先后关系进行连接排列建立线性关联队，先上报的服务节点排序在前，后上报的服务节点排序在后，新加入的服务节点开启服务时按照加入的顺序排序在其余服务节点的后面；
在每个服务周期内，由管理节点指定上报周期，上报周期用于作为用电设备将功率值进行上报的时间段，单位为秒；规定所有用电设备都作为临时节点在每个上报周期将用电设备的功率值上报到能源区块链网关中的公用数据区中，公用数据区为用于放置用电设备上报的功率值的存储区；公用数据区被划分为多个上报格，一个上报格对应于一个用电设备，上报格用于放置一个用电设备的功率值，用电设备的功率值被存储进用电设备对应的上报格中，并且每个上报周期自动清除公用数据区中的数据；除了理事节点的其他所有服务节点求取公用数据区中所有数据之和，即计算所有上报的用电设备的功率值之和，计算完毕后进行上报；当第一个服务节点进行上报，开启上报流程，上报流程用于所有服务节点上报已经计算的所有上报的用电设备的功率值之和；在上报流程中，服务节点可以与理事节点有且只能单向通讯一次，理事节点不能与服务节点反向通讯，服务节点之间不能进行通讯；服务节点通过与理事节点的连接关系上报给理事节点的开始，自动取服务节点的上报时间进时间排序器中，时间排序器负责对上报时间按照大小顺序进行排序，上报流程中理事节点将所有接收到的上报的用电设备的功率值之和进行比对，当超过三分之一的数值相等，结束上报流程，否则由理事节点确定用电设备的功率之和是否计算正确；上报流程结束后，开启确定流程，在确定流程内，除了理事节点的其余服务节点向具有直接连接关系的服务节点进行确认，如果在上报流程中，具有直接连接关系的双方服务节点都计算出所有上报的用电设备的功率值之和，那么将计算出的值发送给具有连接关系的对方服务节点，若计算出的值不相等上报给理事节点，若进行确认的服务节点中超过一半发现不相等上报给理事节点，理事节点再进行确认用电设备的功率之和是否计算正确；确定流程为再次确认用电设备的功率值之和是否计算正确的时间段，确认流程的结束为所有具有直接连接关系并且计算出上报的用电设备的功率值之和的服务节点确认完毕；经过上报流程以及确定流程，理事节点确认最终计算的用电设备的功率值之和，理事节点将计算确认的上报的用电设备的功率值之和作为实时负荷之值存储进线性关联队中的第一个服务节点的存储区并发送给区块链服务系统中的节点，由区块链服务系统中的节点记录进用电链条，并且返回用电链条的当前区块高度给理事节点，撮合商系统实时地从理事节点处读取用电链条的当前区块高度，以方便在用电链条上的区块读取数据；理事节点以及管理节点可以读取以往的实时负荷之值，读取的方法为，当每次理事节点确认后，将刚确认的实时负荷之值存储进线性关联队中的第一个服务节点的存储区，当有新的实时负荷之值被确认后，每个服务节点将上一次存储进服务节点的存储区的实时负荷之值复制传递给在线性关联队中比服务节点的编号大一的服务节点的存储区内，如果服务节点为线性关联队中编号最大的服务节点，不用再复制传递；每个服务节点的存储区内能够存储的数的最多个数等于M-1减去服务节点的编号的值的差；能源区块链网关将每个服务节点的存储区内能够存储的数的最多个数定义为每个服务节点的存储容量，当超出每个服务节点的存储容量，按照存储进服务节点的存储区的先后顺序将服务节点的存储区内的数进行依次删除，删除直到服务节点的存储区里存储的数到达存储容量的大小；
在能源区块链网关中设置实时快照模块，实时快照模块用于对所有服务节点的存储区内的数进行快照以掌握服务节点的存储区内的存储的情况；并且，每次理事节点确认完新的实时负荷之值，并且新的实时负荷之值被存储进服务节点的存储区，所有服务节点都已将上一次存储进服务节点的存储区的实时负荷之值传递给在线性关联队中比服务节点的编号大一的服务节点的存储区内后，先对所有服务节点的存储区进行整体快照，按照在每个服务周期内整体快照产生的先后顺序为整体快照进行编号，整体快照为对所有服务节点的存储区内存储的数进行快照，同时将内部的存储情况拷贝的一个副本；再对每个服务节点的存储区进行局部快照，每个局部快照的编号为进行快照的服务节点的编号，在下次整体快照后将所有局部快照清除后再进行新的局部快照；在每个服务周期内理事节点每确认一次实时负荷之值，管理节点对确认的实时负荷之值进行编号，服务周期内最先确认的实时负荷之值的编号为1，其后按照确认的顺序对实时负荷之值进行递增编号；若当前服务周期确认新的实时负荷之值的次数未满M-2次时，需要查询邻近的实时负荷之值，理事节点以及管理节点可以按照实时负荷之值的单个编号进行查询，求取需要查询的实时负荷之值的编号的补数，在编号等于需要查询的实时负荷之值的编号的补数的局部快照内进行查询；需要查询的实时负荷之值的编号的补数求取的过程为，将当前整体快照的编号的值加一得到的值再减去用户需要查询的实时负荷之值的编号，最终得到的值作为需要查询的实时负荷之值的编号的补数；理事节点以及管理节点可以同时查询邻近的k个实时负荷之值，k的值等于当前服务周期的当前整体快照的编号中的最大值，为正整数，在编号为1的局部快照内进行查询；若当前服务周期确认新的实时负荷之值的次数已满M-1次，当前查询的实时负荷之值的编号的起始值为当前服务周期的当前整体快照的编号中的最大值除以M-1得到的余数再加一，理事节点以及管理节点有两种查询方式，第一种查询方式，理事节点以及管理节点提供查询的实时负荷之值的单个编号，首先，查询的实时负荷之值的单个编号的值减去当前查询的实时负荷之值的编号的起始值得到的差，得到调节后的编号值，然后，使用M-1减去调节后的编号值，在编号的值等于M-1减去调节后的编号值的差的局部快照内进行查询；第二种查询方式，理事节点以及管理节点可以同时查询邻近的M-1个实时负荷之值，在编号为1 的服务节点的存储区内进行查询；
在能源区块链网关中设置资源管束模块，资源管束模块用于配合用户配置可响应负荷集，并且资源管束模块包含可擦存储区，可擦存储区用于放置配置节点配置的响应数据的存储区；资源管束模块每个服务周期选取五个服务节点作为配置节点，配置节点用于对可响应负荷值进行配置，规定先选取管理节点、理事节点作为配置节点，按照在上报流程中上报的先后顺序进行选取前三个服务节点作为剩余的配置节点；响应数据包含可响应负荷值集以及可响应负荷值对应的设备控制策略集；在资源管束模块中设立许可验证接口，在许可验证接口处设置验证专员，验证专员为专门在许可验证接口处验证时间令牌的管理员，用户的时间令牌经过验证后用户才能通过许可验证接口进行可响应负荷集的设置；资源管束模块向配置节点发放时间令牌，每个时间令牌上标注等级变量以及令牌有效期，等级变量包含强等级变量、弱等级变量，强等级变量用于标识管理节点的时间令牌的变量，弱等级变量用于标识其余配置节点的时间令牌的变量；等级变量用于限制配置可响应负荷集时的先后顺序以及限制响应数据配置的权限；强等级变量的初始值为0，资源管束模块发放的四个时间令牌上弱等级变量的初始值分别为1、2、3、4；令牌有效期为时间令牌的有效期限，只有在时间令牌的有效期限内时间令牌才能在许可验证接口处被验证，资源管束模块同一批发放的五个时间令牌上标注的令牌有效期相同；资源管束模块发放给配置节点中管理节点的时间令牌上标注的为强等级变量，发放给配置节点中理事节点的时间令牌上标注的弱等级变量的初始值为1，其余按照配置节点的上报的先后顺序分别发放标注弱等级变量初始值为2、3、4的时间令牌；配置节点如果需要配置可响应负荷集，需要将接收到的时间令牌发放到许可验证接口，验证专员验证时间令牌，验证专员首先检查验证时的时间是否在配置节点发放的时间令牌上标注的令牌有效期内，通过后验证专员再对时间令牌上的等级变量进行重新赋值，将等级变量重新赋值为验证时的时间，如果重新赋值的等级变量为强等级变量，赋值的动作直接触发封闭许可验证接口，在配置节点发放的时间令牌的令牌有效期内不再接收其他时间令牌进入许可验证接口；如果重新赋值的为弱等级变量，重新赋值的动作的不会触发封闭许可验证接口，验证专员在配置节点发放的时间令牌的令牌有效期内只能重新赋值强等级变量；当时间令牌上的等级变量被重新赋值后，配置节点根据当前的实时负荷之值，开始配置j种响应等级的可响应负荷值集{C1,C2...,Cj}，j为响应等级，j的值不超过资源管束模块设置响应等级的最大值，为正整数，j的值不超过50，响应等级的值越大，可响应负荷值集中包含的可响应负荷值越大，其中，C1,C2...,Cj分别为响应等级1的可响应负荷集、分别为响应等级2的可响应负荷集、...、响应等级j的可响应负荷集，C为可响应负荷集，可响应负荷集中包含一个以上的可响应负荷值，响应等级1的可响应负荷集、....、响应等级j的可响应负荷集中包含的可响应负荷值不存在交集，并且配置每个响应等级的可响应负荷值集对应的设备控制策略集{s1,s2...sj}，其中，s1,s2...sj分别对应响应等级1的可响应负荷集、....、响应等级j的可响应负荷集的设备控制策略，s为设备控制策略，当可响应负荷集中的可响应负荷值被撮合商节点选中放入终极合同中，被选中的可响应负荷集相同响应等级的设备控制策略中描述对所有设备采取的控制指令，控制指令用于控制用电设备以使用电设备完成可响应负荷值的指令，并且规定在设备控制策略中设置输入参数为可响应负荷集中被选中可响应负荷值的值，根据输入参数，调整设备控制策略的控制指令中的参数的值；配置完毕将响应数据放置在可擦存储区内；在配置节点发放的时间令牌的令牌有效期内弱等级变量被重新赋值后又有强等级变量被重新赋值，那么管理节点负责重新配置响应数据，在可擦存储区中将原有响应数据擦除；当实时负荷之值被确认后，并且重新确认的实时负荷之值比邻近的上次负荷之值相比，差额在邻近的上次负荷之值的5％以上，配置节点对响应数据进行重新配置，如果其余配置节点无配置权限，由管理节点负责被重新配置；当响应数据被配置完毕后，在设置时间内没有响应数据进行配置，设置时间为响应数据重新配置响应数据的最长时间，能源区块链网关将可擦存储区中的响应数据广播给所有服务节点，并将响应数据发送给撮合商系统；
在撮合商系统中设定多个撮合商节点，撮合商节点为在撮合商系统中进行服务的节点，撮合商节点根据收到的响应数据，制定终极合同，终极合同包含合同ID、制定终极合同的撮合商节点的ID、设备的ID集合、设备响应负荷量、响应开始时间、响应结束时间、单位负荷补贴，合同ID为终极合同的ID，为终极合同的编号，每个终极合同的编号独一无二，制定终极合同的撮合商节点的 ID为制定终极合同的撮合商节点的编号，每个撮合商节点的编号不一样，设备响应负荷量为撮合商节点从可响应负荷集中选取的可响应负荷值作为终极合同规定的响应负荷量，单位为瓦，设备的ID集合为包含设备响应负荷量的可响应负荷集相同响应等级的设备控制策略中，所有涉及需要控制的用电设备的ID的集合，响应开始时间、响应结束时间分别作为智能家居控制设备被设定为应当响应的开始时间、应当响应的结束时间，单位负荷补贴为智能家居控制设备在实际响应时在每个响应单位下给予的补贴，单位负荷补贴为元/每瓦，响应单位为瓦；
撮合商系统将提取终极合同中响应开始时间、响应结束时间、设备响应负荷量发送给能源区块链网关；能源区块链网关根据包含设备响应负荷量的可响应负荷集相同响应等级的设备控制策略发给智能家居控制设备，智能家居控制设备根据终极合同中设备的ID集合，对设备的ID集合对应的用电设备在响应开始时间与响应结束时间之间的时间段实行包含设备响应负荷量的可响应负荷集相同响应等级的设备控制策略，控制设备响应负荷量作为输入参数输入到实行的设备控制策略中；设备控制策略实行时，进行结果综合评估，结果综合评估用于评估设备控制策略实行的效果，结果综合评估采用综合评估模型，综合评估模型为实际用于执行结果综合评估的模型，综合评估模型的输入为持续有效输入，综合评估模型的输出为触发后输出，持续有效输入表示在响应区间有效的范围内输入都有效，响应区间由管理用户指定的一段时间段，响应区间用于限定输入有效的时间段，响应区间将响应开始时间、响应结束时间包含在内，在智能家居控制设备响应后，如果实际响应开始时间、实际响应结束时间在响应区间内，实际响应开始时间、实际响应结束时间、设备响应负荷量作为综合评估模型的输入，并且规定只有在响应开始时间、响应结束时间之间的时间与实际响应开始时间、实际响应结束时间之间的时间的交集内，将所有设备的ID 集合中涉及的设备的响应负荷量累加的和作为在响应执行期间的设备负荷值，触发后输出表示在响应区间过后输出综合评估模型的结论，结论为布尔变量，1 表示为有效响应，0表示为无效响应；如果实际响应开始时间、实际响应结束时间、设备响应负荷量没有被输入到综合评估模型内，综合评估模型的输出为0，否则，综合评估模型计算设备实际响应负荷量，设备实际响应负荷量等于响应执行期间的用电设备负荷值减去响应开始时间前5分钟的用电设备的实际负荷值的和得到的差，如果设备实际响应负荷量大于0.8乘以设备响应负荷量，输出为1，否则输出为0；综合评估模型计算补贴总额，补贴总额等于终极合同中规定的单位负荷补贴乘以设备实际响应负荷量得到的积，将综合评估模型的输出以及补贴总额与终极合同中的数据综合，写入到事实链条中。
本发明的有益成果是：本发明提出了一种基于区块链的电力需求响应的一体化服务方法，本发明采用了多重确认机制以确认用电设备的功率值之和的正确性，并且提供了邻近上报的用电设备的功率之和的查询方式，对用电设备的响应机制指定了应对的控制策略，同时对执行的过程作了限定，最后采用了综合评估模型对响应执行的效果进行评估。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行详细的说明。应当说明的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，能实现同样功能的产品属于等同替换和改进，均包含在本发明的保护范围之内。
实施例1：自2008年中本聪提出比特币以来，一系列优秀开源区块链项目应运而生。比较有代表性的开源区块链平台有比特币、以太坊、Fabric等。其中比特币作为第一代区块链平台，不能支持智能合约，因此在能源领域，主要以以太坊和Fabric作为能源区块链底层支持平台，本节将逐一介绍这两个个平台，并阐述其在能源领域面临的挑战。
以太坊是二代区块链的典型代表，其通过Solidity智能合约与EVM进行交互，通过基于POW的Ethash算法作为共识算法。从运行成本、整体性能、可扩展性三个角度对以太坊区块链底层技术在分布式电力交易中的适用性。
1)运行成本分析
以太坊作为基于POW共识的区块链系统，主要的运行成本为挖矿运算带来的电能损耗。随着挖矿难度的进一步提高，以太坊共有链电能损耗逐步提高。分布式电力交易涉及大量参与方，相互之间竞争挖矿势必抬高挖矿成本，对于整个分布式交易而言，挖矿进行的计算为无意义计算，其带来的高额运行成本将极大降低分布式电力交易的经济效益，无法体现出相较于集中式的优势。
2)整体性能分析
以太坊作为一种公有链，需要将区块扩散到足够多的节点中，并且在区块打包和验证过程中需要串行的进行默克尔树生成和验证，这些过程限制了以太坊的整体性能。在以太坊中，所有节点竞争打包区块，最终只有一个节点出块成功，大量运算资源白白浪费，在分布式电力交易大量应用的嵌入式设备中，可能会造成节点CPU占用飙升，影响智能合约的执行。
以太坊通过智能合约提供了很大的自由度，能够通过编写智能合约适应多种应用场景，但是以太坊要求记账节点均需要保持全量区块数据。由于物理条件限制，大量分布式电力交易发生在较小区域中，每一个节点保存全量数据意义较小。并且，电力交易相较于传统金融交易具有大量热点账户，以太坊对于每一个账户平等对待使得查账成本随着账户交易线性增加，扩展性受到限制。
3)可扩展性分析
以太坊通过智能合约提供了很大的自由度，能够通过编写智能合约适应多种应用场景，但是以太坊要求记账节点均需要保持全量区块数据。由于物理条件限制，大量分布式电力交易发生在较小区域中，每一个节点保存全量数据意义较小。并且，电力交易相较于传统金融交易具有大量热点账户，以太坊对于每一个账户平等对待使得查账成本随着账户交易线性增加，扩展性受到限制。
区块链是指一组区块链网络参与者通过去中心化和去信任化的方式集体共同维护一个可信任分布式数据库的解决方案。该方案让区块链系统中的全部节点或者任意多个节点，使用密码学方法在一段时间内产生部分相互连接的数据结构，被称为区块。每个区块中都包含该段时间内区块链网络中所有节点产生的全部需要共识的数据，并且通过哈希运算生成数据指纹，该指纹不仅能够验证共识信息的有效性，还能够通过“前一区块哈希”与下一区块建立连接。区块链技术通过交易产生的记录上链，保证了整个交易信息在大部分节点中的真实可靠性，并由此方便地实现去中心化交易，降低各个参与者之间维持相互信任的成本。
1994年，尼克萨博(Nick Szabo)首次提出智能合约的概念。当时受到技术限制，智能合约没有得到实际实现，因此当时智能合约没有受到公众的广泛关注。但随着中本聪2008年发表的论文，比特币出现在大众视野中。由于比特币的可编程性有限，时常无法满足一些较为复杂的分布式应用程序，因此诞生了以太坊这样的区块链平台，它使得数字加密货币以外的领域也可以在这些平台上构建复杂程序。智能合约作为以太坊的重点发展对象，得以迅速发展。目前以太坊已经开发了一套可以执行图灵完备的脚本语言的虚拟机，开发人员可以在以太坊区块链平台上自己编写智能合约实现去中心化应用(DApp,Decentralized Application)，从而促使了区块链各种应用的发展，使其可以应用于需要区块链去中心化，公正透明的各个领域。许多研究机构都非常看重区块链上的智能合约，并将其作为互联网合约的关键研究目标。现在已有一些智能合约项目的雏形已被研究人员开发出来成功实现，有的项目已经收到大量资本投资。在即将到来的区块链时代，智能合约公开透明，内容不可篡改的特点对于数字版权的保护带来极大的方便。随着区块链平台的发展，现在区块链应用越来越多元化。比特币使用的公有链不再是唯一的区块链类型，人们将目光更多投向了联盟链。与公有链中的任何节点都可以自由加入和退出区块链网络相比，联盟链中只有部分获得了许可的用户才有权限加入区块链网络，通常由某家或某一些公司负责审核参与网络的用户权限。现在主要的联盟链有 Hyperledger，Ripple和Corda。但现在，无论是联盟链还是公有链，用户的交易数据都存储在区块链的公开账本中，整个网络会对智能合约进行广播并记录和其整个生命周期。区块链目前无法做到完全匿名，例如，数字版权系统这类应用交易真实数据时常涉及到机密隐私而不便公开，这大大影响了去中心化智能合约发展的速度。
本发明的有益成果是：本发明提出了一种基于区块链的电力需求响应的一体化服务方法，本发明采用了多重确认机制以确认用电设备的功率值之和的正确性，并且提供了邻近上报的用电设备的功率之和的查询方式，对用电设备的响应机制指定了应对的控制策略，同时对执行的过程作了限定，最后采用了综合评估模型对响应执行的效果进行评估。
以上所述仅为本发明之较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求保护范围。同时以上说明，对于相关技术领域的技术人员应可以理解及实施，因此其他基于本发明所揭示内容所完成的等同改变，均应包含在本权利要求书的涵盖范围内。

Claims (1)

1.一种基于区块链的电力需求响应的一体化服务方法，其特征在于，包含以下步骤：
所述一体化服务方法为构建一个合体服务平台，所述合体服务平台包含能源区块链网关、区块链服务系统、撮合商系统、智能家居控制设备；所述智能家居控制设备用于控制用电设备，所述区块链服务系统用于记录所述合体服务平台上需要记录的数据；所述能源区块链网关负责收集用电设备的实时负荷之值，并且按照收集到的数据制定对用电设备的控制策略；所述撮合商系统负责规划控制策略执行的细节；
在所述合体服务平台上设置一个以上的服务节点，默认服务节点在所述能源区块链网关中进行服务，如果服务节点申请更换职责，需要向所述合体服务平台的管理节点进行申请，经过申请后服务节点作为所述区块链服务系统中的节点进行服务；所述区块链服务系统里包含两条区块链条，其中，一条区块链条用于记录采集的用电设备的功率值之和，被命名为用电链条，一条区块链条用于记录所述撮合商系统对用电设备响应情况的评估结果，被命名为事实链条；
当所述合体服务平台开始运行后，开启第一个服务周期，所述服务周期为所述合体服务平台工作的时间周期，所述服务周期的开始以及结束的确定的过程为，第一个所述服务周期的开始为所述能源区块链网关开始第一次采集用电设备的功率值，其余服务周期的开始为上一个服务周期的结束，服务周期的结束为满足三个条件之一，第一个条件为所述用电链条的区块的高度差到达所述能源区块链网关的管理用户指定的高度的数值，第二个条件为当前服务周期的时间值到达管理用户指定的极限值，极限值为一个服务周期持续时间的最大值，第三个条件为当前服务周期的三分之一的服务节点申请更换职责或被管理节点取消权限，即三分之一的服务节点申请不再在所述能源区块链网关上进行服务，服务节点申请更换职责必须在服务节点网络未构建完毕之前，经过管理节点审核，可同意服务节点不再在所述能源区块链网关上进行服务，取消服务节点在所述能源区块链网关上的权限，同时允许在当前服务周期结束之前，允许新的服务节点加入，但新的服务节点在下一个服务周期才能开始服务；其中，所述用电链条的区块的高度差为在上一个服务周期的结束所述用电链条的区块的高度减去当前用电链条的区块的高度之差的绝对值，所述能源区块链网关的管理用户指定的高度的数值为每个服务周期最多使用的在用电链条中用于记录数据的区块的数量，在当前周期为结束之前，所述能源区块链网关的管理节点都能任意修改高度的数值；每个服务节点配置一个存储区，存储区内放置服务节点计算的数值；
每一个服务周期的开始，服务节点开始初始化，服务节点初始化时清空服务节点配置的存储区中的数据，并且初始化的动作触发服务节点加入到服务节点网络，服务节点网络中配置一个计数器，每初始化一个服务节点，触发计数器进行计数，最终得到当前服务周期初始化的服务节点的个数M，M为正整数，表示服务节点网络中的服务节点的个数；管理节点对其余未初始化的服务节点进行广播询问，若在询问时间内未应答再检查未初始化的服务节点，是否已申请更换职责，取消未应答的服务节点在所述能源区块链网关的权限；所述询问时间为一段单位为秒的时间段，为服务节点接受到管理节点的广播询问后最长的应答时间，超出最长的应答时间未应答，管理节点对服务节点的权限作相应的处理；服务节点网络包含一个以上的服务节点，所述服务节点网络的构建过程为，当确定当前服务周期初始化的服务节点的个数M后，第一个服务周期内，所有服务节点按照初始化的先后顺序构建线线性关联队，所述线性关联对包含按照顺序线性相连的服务节点，即在所述服务节点的线性关联队中，先初始化的服务节点与其后紧邻初始化的服务节点直接相连接，初始化在前的服务节点连接排在前，初始化在后的服务节点连接排在后，同时初始化的服务节点由管理节点进行指定连接的先后关系，线性关联对中所有服务节点进行编号，排列在前的服务节点的编号较小，排列在后的服务节点的编号较大；第一个初始化的服务节点被指定为所述服务节点网络的理事节点，所述理事节点负责同步服务节点网络的数据并且进行广播通讯的结果，所述理事节点与所述服务节点网络中的所有服务节点之间构建连接关系，不再在线性关联队中；在服务节点网络中汇总，规定具有直接相连的服务节点之间才能进行通讯；除了第一个服务周期的其余服务周期，所有服务节点按照上一个服务周期内时间排序器排序的上报顺序进行将服务节点的先后关系进行连接排列建立线性关联队，先上报的服务节点排序在前，后上报的服务节点排序在后，新加入的服务节点开启服务时按照加入的顺序排序在其余服务节点的后面；
在每个服务周期内，由管理节点指定上报周期，所述上报周期用于作为用电设备将功率值进行上报的时间段，单位为秒；规定所有用电设备都作为临时节点在每个上报周期将用电设备的功率值上报到所述能源区块链网关中的公用数据区中，所述公用数据区为用于放置用电设备上报的功率值的存储区；所述公用数据区被划分为多个上报格，一个上报格对应于一个用电设备，所述上报格用于放置一个用电设备的功率值，用电设备的功率值被存储进用电设备对应的上报格中，并且每个上报周期自动清除公用数据区中的数据；除了理事节点的其他所有服务节点求取公用数据区中所有数据之和，即计算所有上报的用电设备的功率值之和，计算完毕后进行上报；当第一个服务节点进行上报，开启上报流程，所述上报流程用于所有服务节点上报已经计算的所有上报的用电设备的功率值之和；在所述上报流程中，服务节点可以与理事节点有且只能单向通讯一次，理事节点不能与服务节点反向通讯，服务节点之间不能进行通讯；服务节点通过与理事节点的连接关系上报给理事节点的开始，自动取服务节点的上报时间进时间排序器中，所述时间排序器负责对上报时间按照大小顺序进行排序，所述上报流程中理事节点将所有接收到的上报的用电设备的功率值之和进行比对，当超过三分之一的数值相等，结束所述上报流程，否则由理事节点确定用电设备的功率之和是否计算正确；所述上报流程结束后，开启确定流程，在所述确定流程内，除了所述理事节点的其余服务节点向具有直接连接关系的服务节点进行确认，如果在所述上报流程中，具有直接连接关系的双方服务节点都计算出所有上报的用电设备的功率值之和，那么将计算出的值发送给具有连接关系的对方服务节点，若计算出的值不相等上报给理事节点，若进行确认的服务节点中超过一半发现不相等上报给理事节点，所述理事节点再进行确认用电设备的功率之和是否计算正确；所述确定流程为再次确认用电设备的功率值之和是否计算正确的时间段，所述确认流程的结束为所有具有直接连接关系并且计算出上报的用电设备的功率值之和的服务节点确认完毕；经过所述上报流程以及确定流程，所述理事节点确认最终计算的用电设备的功率值之和，所述理事节点将计算确认的上报的用电设备的功率值之和作为实时负荷之值存储进线性关联队中的第一个服务节点的存储区并发送给所述区块链服务系统中的节点，由所述区块链服务系统中的节点记录进所述用电链条，并且返回所述用电链条的当前区块高度给所述理事节点，所述撮合商系统实时地从所述理事节点处读取所述用电链条的当前区块高度，以方便在所述用电链条上的区块读取数据；理事节点以及管理节点可以读取以往的实时负荷之值，读取的方法为，当每次所述理事节点确认后，将刚确认的实时负荷之值存储进线性关联队中的第一个服务节点的存储区，当有新的实时负荷之值被确认后，每个服务节点将上一次存储进服务节点的存储区的实时负荷之值复制传递给在线性关联队中比服务节点的编号大一的服务节点的存储区内，如果服务节点为线性关联队中编号最大的服务节点，不用再复制传递；每个服务节点的存储区内能够存储的数的最多个数等于M-1减去服务节点的编号的值的差；所述能源区块链网关将每个服务节点的存储区内能够存储的数的最多个数定义为每个服务节点的存储容量，当超出每个服务节点的存储容量，按照存储进服务节点的存储区的先后顺序将服务节点的存储区内的数进行依次删除，删除直到服务节点的存储区里存储的数到达存储容量的大小；
在能源区块链网关中设置实时快照模块，所述实时快照模块用于对所有服务节点的存储区内的数进行快照以掌握服务节点的存储区内的存储的情况；并且，每次理事节点确认完新的实时负荷之值，并且新的实时负荷之值被存储进服务节点的存储区，所有服务节点都已将上一次存储进服务节点的存储区的实时负荷之值传递给在线性关联队中比服务节点的编号大一的服务节点的存储区内后，先对所有服务节点的存储区进行整体快照，按照在每个服务周期内整体快照产生的先后顺序为整体快照进行编号，所述整体快照为对所有服务节点的存储区内存储的数进行快照，同时将内部的存储情况拷贝的一个副本；再对每个服务节点的存储区进行局部快照，每个局部快照的编号为进行快照的服务节点的编号，在下次整体快照后将所有局部快照清除后再进行新的局部快照；在每个服务周期内理事节点每确认一次实时负荷之值，管理节点对确认的实时负荷之值进行编号，服务周期内最先确认的实时负荷之值的编号为1，其后按照确认的顺序对实时负荷之值进行递增编号；若当前服务周期确认新的实时负荷之值的次数未满M-2次时，需要查询邻近的实时负荷之值，理事节点以及管理节点可以按照实时负荷之值的单个编号进行查询，求取需要查询的实时负荷之值的编号的补数，在编号等于需要查询的实时负荷之值的编号的补数的局部快照内进行查询；需要查询的实时负荷之值的编号的补数求取的过程为，将当前整体快照的编号的值加一得到的值再减去用户需要查询的实时负荷之值的编号，最终得到的值作为需要查询的实时负荷之值的编号的补数；理事节点以及管理节点可以同时查询邻近的k个实时负荷之值，k的值等于当前服务周期的当前整体快照的编号中的最大值，为正整数，在编号为1的局部快照内进行查询；若当前服务周期确认新的实时负荷之值的次数已满M-1次，当前查询的实时负荷之值的编号的起始值为当前服务周期的当前整体快照的编号中的最大值除以M-1得到的余数再加一，理事节点以及管理节点有两种查询方式，第一种查询方式，理事节点以及管理节点提供查询的实时负荷之值的单个编号，首先，查询的实时负荷之值的单个编号的值减去当前查询的实时负荷之值的编号的起始值得到的差，得到调节后的编号值，然后，使用M-1减去调节后的编号值，在编号的值等于M-1减去调节后的编号值的差的局部快照内进行查询；第二种查询方式，理事节点以及管理节点可以同时查询邻近的M-1个实时负荷之值，在编号为1的服务节点的存储区内进行查询；
在所述能源区块链网关中设置资源管束模块，所述资源管束模块用于配合用户配置可响应负荷集，并且所述资源管束模块包含可擦存储区，所述可擦存储区用于放置配置节点配置的响应数据的存储区；所述资源管束模块每个服务周期选取五个服务节点作为配置节点，所述配置节点用于对可响应负荷值进行配置，规定先选取管理节点、理事节点作为配置节点，按照在上报流程中上报的先后顺序进行选取前三个服务节点作为剩余的配置节点；所述响应数据包含可响应负荷值集以及可响应负荷值对应的设备控制策略集；在所述资源管束模块中设立许可验证接口，在许可验证接口处设置验证专员，所述验证专员为专门在所述许可验证接口处验证时间令牌的管理员，用户的时间令牌经过验证后用户才能通过许可验证接口进行可响应负荷集的设置；所述资源管束模块向所述配置节点发放时间令牌，每个所述时间令牌上标注等级变量以及令牌有效期，所述等级变量包含强等级变量、弱等级变量，所述强等级变量用于标识管理节点的时间令牌的变量，所述弱等级变量用于标识其余配置节点的时间令牌的变量；所述等级变量用于限制配置可响应负荷集时的先后顺序以及限制所述响应数据配置的权限；所述强等级变量的初始值为0，所述资源管束模块发放的四个时间令牌上弱等级变量的初始值分别为1、2、3、4；所述令牌有效期为所述时间令牌的有效期限，只有在所述时间令牌的有效期限内时间令牌才能在所述许可验证接口处被验证，所述资源管束模块同一批发放的五个时间令牌上标注的令牌有效期相同；所述资源管束模块发放给所述配置节点中管理节点的所述时间令牌上标注的为强等级变量，发放给所述配置节点中理事节点的所述时间令牌上标注的弱等级变量的初始值为1，其余按照所述配置节点的上报的先后顺序分别发放标注弱等级变量初始值为2、3、4的时间令牌；所述配置节点如果需要配置可响应负荷集，需要将接收到的时间令牌发放到许可验证接口，所述验证专员验证时间令牌，所述验证专员首先检查验证时的时间是否在配置节点发放的时间令牌上标注的令牌有效期内，通过后所述验证专员再对所述时间令牌上的等级变量进行重新赋值，将等级变量重新赋值为验证时的时间，如果重新赋值的等级变量为强等级变量，赋值的动作直接触发封闭所述许可验证接口，在配置节点发放的时间令牌的令牌有效期内不再接收其他时间令牌进入所述许可验证接口；如果重新赋值的为弱等级变量，重新赋值的动作的不会触发封闭所述许可验证接口，所述验证专员在配置节点发放的时间令牌的令牌有效期内只能重新赋值强等级变量；当所述时间令牌上的等级变量被重新赋值后，配置节点根据当前的实时负荷之值，开始配置j种响应等级的可响应负荷值集{C1,C2...,Cj}，j为响应等级，j的值不超过所述资源管束模块设置响应等级的最大值，为正整数，j的值不超过50，响应等级的值越大，可响应负荷值集中包含的可响应负荷值越大，其中，C1,C2...,Cj分别为响应等级1的可响应负荷集、分别为响应等级2的可响应负荷集、...、响应等级j的可响应负荷集，C为可响应负荷集，可响应负荷集中包含一个以上的可响应负荷值，响应等级1的可响应负荷集、....、响应等级j的可响应负荷集中包含的可响应负荷值不存在交集，并且配置每个响应等级的可响应负荷值集对应的设备控制策略集{s1,s2...sj}，其中，s1,s2...sj分别对应响应等级1的可响应负荷集、....、响应等级j的可响应负荷集的设备控制策略，s为设备控制策略，当可响应负荷集中的可响应负荷值被撮合商节点选中放入终极合同中，被选中的可响应负荷集相同响应等级的设备控制策略中描述对所有设备采取的控制指令，所述控制指令用于控制用电设备以使用电设备完成可响应负荷值的指令，并且规定在所述设备控制策略中设置输入参数为可响应负荷集中被选中可响应负荷值的值，根据输入参数，调整所述设备控制策略的控制指令中的参数的值；配置完毕将响应数据放置在所述可擦存储区内；在配置节点发放的时间令牌的令牌有效期内弱等级变量被重新赋值后又有强等级变量被重新赋值，那么管理节点负责重新配置响应数据，在所述可擦存储区中将原有响应数据擦除；当实时负荷之值被确认后，并且重新确认的实时负荷之值比邻近的上次负荷之值相比，差额在邻近的上次负荷之值的5％以上，配置节点对响应数据进行重新配置，如果其余配置节点无配置权限，由管理节点负责被重新配置；当响应数据被配置完毕后，在设置时间内没有响应数据进行配置，所述设置时间为响应数据重新配置响应数据的最长时间，所述能源区块链网关将所述可擦存储区中的响应数据广播给所有服务节点，并将所述响应数据发送给撮合商系统；
在所述撮合商系统中设定多个撮合商节点，所述撮合商节点为在所述撮合商系统中进行服务的节点，所述撮合商节点根据收到的所述响应数据，制定终极合同，所述终极合同包含合同ID、制定终极合同的撮合商节点的ID、设备的ID集合、设备响应负荷量、响应开始时间、响应结束时间、单位负荷补贴，合同ID为所述终极合同的ID，为所述终极合同的编号，每个终极合同的编号独一无二，所述制定终极合同的撮合商节点的ID为制定终极合同的撮合商节点的编号，每个撮合商节点的编号不一样，设备响应负荷量为撮合商节点从可响应负荷集中选取的可响应负荷值作为所述终极合同规定的响应负荷量，单位为瓦，设备的ID集合为包含设备响应负荷量的可响应负荷集相同响应等级的设备控制策略中，所有涉及需要控制的用电设备的ID的集合，响应开始时间、响应结束时间分别作为智能家居控制设备被设定为应当响应的开始时间、应当响应的结束时间，单位负荷补贴为智能家居控制设备在实际响应时在每个响应单位下给予的补贴，单位负荷补贴为元/每瓦，响应单位为瓦；
所述撮合商系统将提取所述终极合同中响应开始时间、响应结束时间、设备响应负荷量发送给所述能源区块链网关；所述能源区块链网关根据包含设备响应负荷量的可响应负荷集相同响应等级的设备控制策略发给智能家居控制设备，所述智能家居控制设备根据所述终极合同中设备的ID集合，对设备的ID集合对应的用电设备在响应开始时间与响应结束时间之间的时间段实行包含设备响应负荷量的可响应负荷集相同响应等级的设备控制策略，控制设备响应负荷量作为输入参数输入到实行的设备控制策略中；所述设备控制策略实行时，进行结果综合评估，所述结果综合评估用于评估设备控制策略实行的效果，所述结果综合评估采用综合评估模型，所述综合评估模型为实际用于执行结果综合评估的模型，所述综合评估模型的输入为持续有效输入，所述综合评估模型的输出为触发后输出，所述持续有效输入表示在响应区间有效的范围内输入都有效，所述响应区间由管理用户指定的一段时间段，所述响应区间用于限定输入有效的时间段，所述响应区间将响应开始时间、响应结束时间包含在内，在所述智能家居控制设备响应后，如果实际响应开始时间、实际响应结束时间在所述响应区间内，实际响应开始时间、实际响应结束时间、设备响应负荷量作为所述综合评估模型的输入，并且规定只有在响应开始时间、响应结束时间之间的时间与实际响应开始时间、实际响应结束时间之间的时间的交集内，将所有设备的ID集合中涉及的设备的响应负荷量累加的和作为在响应执行期间的设备负荷值，所述触发后输出表示在所述响应区间过后输出所述综合评估模型的结论，结论为布尔变量，1表示为有效响应，0表示为无效响应；如果实际响应开始时间、实际响应结束时间、设备响应负荷量没有被输入到所述综合评估模型内，所述综合评估模型的输出为0，否则，所述综合评估模型计算设备实际响应负荷量，所述设备实际响应负荷量等于响应执行期间的用电设备负荷值减去响应开始时间前5分钟的用电设备的实际负荷值的和得到的差，如果所述设备实际响应负荷量大于0.8乘以设备响应负荷量，输出为1，否则输出为0；所述综合评估模型计算补贴总额，补贴总额等于所述终极合同中规定的单位负荷补贴乘以所述设备实际响应负荷量得到的积，将所述综合评估模型的输出以及补贴总额与所述终极合同中的数据综合，写入到事实链条中。
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