CN113360569A - 基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法 - Google Patents
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Abstract
基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法，包括：1，储能节点用户信息的参数录入；2，为确保一致性，通过对录入的信息加密，形成私钥和公钥，对信息以及私钥和公钥的“双钥”所有权验证；3，机组响应需求的交互方式；通过导入三层容量证明POC过程中，响应双向需求，形成对应三种约束方式，生成存储额度，再导入POC选择出参选节点；4，对区块链储能与电网交互流程进行分解与细化，建立模块；储能与电网交互模块读取、增加约束、监控整个过程，广播所有信息；5，对储能节点对应的储能机组进行容量分解；建立容量分解，通过检测用户充放电状态、需求空间对应的容量占用，约束节点只用剩余的空间进行参选。
Description
技术领域
本发明属于区块链架构方法领域，特别是涉及一种基于参数选择与容量分解的区块链辅助服务运营方法。
背景技术
随着可再生能源发电并网以及以电动汽车为主的灵活负载的不断进步，发电端与负荷端双端对电力辅助服务市场化调度体系提供了更高的要求。传统的辅助服务市场化交易都是通过提前预测并点对点提出需求交易的集中竞价市场交易。缺乏统一支持的互联网架构、存在交易实时性差、无法更好适配竞价交易市场化基本等问题，导致电网对于需求分解的并不迅速，难以优化、调度和管理。
发明内容
本发明提出一种基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法，发明目的是架构一个能够对于分布式辅助服务机组与电网交互提供统一支持的区块链方法，该架构可以支撑辅助储能机组与电网的实时交互，能够更好适配储能机组的容量利用等问题，通过本方法电网可以通过实时的辅助服务区块链架构实现分布式储能的统一管理、迅速分解需求、更流畅自治的电网调度，以及进一步增加电网弹性。
技术方案
一种基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法，该方法包括步骤如下：
步骤1，储能节点用户信息的参数录入；通过建立区块链架构，提供用户注册界面，储能节点用户在界面录入自己的个人信息，然后导入到系统的数据处理模块中，形成初始用户信息数据库；
步骤2，在储能节点用户信息录入后，为确保储能节点用户信息的安全以及用户信息存储结构的一致性，区块链架构增加计算机数据转化和数据验证模块，通过对录入的储能节点用户信息进行加密，形成每个用户的私钥和公钥，并转化成一个16进制的计算机地址符，形成节点用户信息；通过区块链架构对储能节点用户信息以及私钥和公钥的“双钥”所有权验证，完成储能节点用户信息的入网任务；
步骤3，机组响应需求的交互方式；区块链架构通过将储能节点用户的参数导入三层容量证明POC过程中，来响应电网供应端与负荷端的双向需求，区块链架构通过储能节点用户输入的三种参数：机组最大响应容量U、机组日最大响应频率F和机组最迟响应时间T，形成对应三种约束方式，生成分配给储能节点用户对应的容量证明POC过程中用到的存储额度，再导入POC过程中；选择出贴合相应实际需求的参选节点；
步骤4，对区块链架构储能与电网交互流程进行分解与细化，建立储能与电网交互监控模块；设定区块链架构储能与电网交互根据以下逻辑进行分化：根据储能与电网的交互过程，将交互过程区块链架构生成的区块分为需求信息公示区块、储能与电网交互执行区块以及储能与电网交互结束区块；区块链架构根据上述逻辑定义每个所述区块的不同地址头，储能用户节点根据地址头在上述区块中写入与地址头相对应的可以表示当前储能用户节点状态的信息；储能与电网交互模块读取、增加约束、监控整个过程，最后广播上述区块包含的所有信息，其只有添加和广播信息权，没有修改权；
步骤5，对储能节点对应的储能机组进行容量分解；通过步骤4中对储能与电网交互的监控，在储能与电网交互执行过程中与储能与电网交互结束的区块之间，区块链架构抓取储能节点的储能机组容量实际执行需求响应过程中的状态，建立容量分解，通过检测用户充放电状态、需求空间对应的容量占用，约束节点只用剩余的空间进行参选。
传统的智能电网架构采用并网辅助服务储能节点提交用户信息至官方数据库，由统一人员录入并网的数据流程，由于必然存在的辅助服务储能节点覆盖末端区域，需要更多的数据库支持，而且目前储能辅助服务交互架构的现状情况来看，支持率并不高。本发明首次提出了适用于任意规模的辅助服务储能机组与电网交互建设网络架构的支持，考虑了辅助服务的具体实际需求与计算机技术进行融合，并且对于储能进行了更充分的利用。本方法建立的基于POC容量证明过程框架的区块链架构实时对需求进行主动响应，储能机组用户响应与储能机组用户完成交易信息公示时间基本上是分秒级，近似做到实时响应；同时，针对辅助服务市场进行参数选择，解决了区块链架构无法直接满足电网实际情况的问题，使其更加灵活的适配解决具体电网需求。此外，本方法提供了一种基于储能与电网交互流程进行监控实现容量分解的方法，提高了储能机组实际容量空间利用率。本方法从辅助服务储能机组与电网交互时电网对储能的调度出发，对其交互架构进行区块链支持，并对交互流程进行改进。
传统的智能电网对于辅助服务储能交互流程信息和储能机组的用户信息采用的数据库逻辑存储，直接将交易路径以及流程以账本的形式背书于数据库中，久而久之占用高额内存，随着运行时间的增多调用时间相对较长，且在储能机组的用户信息转化与保密中尚有缺陷，一旦整体防火墙被攻破，或被拦截了一定量的数据流之后，很容易推算出用户实际的信息以及交易的前后端。而安全散列算法配合产生随机数导入椭圆加密算法中的运算流程，从初始的字符串导入到后续的公钥和私钥的产生整个流程都是非可逆的，保证了其以字符串输入的任何数据都可通过“双钥”证明其“来源”和“去处”，但无法推算出其具体参数。
电网要求辅助服务机组与电网交互过程中，提前选取优质的储能机组以及高质量的辅助服务对电网进行支持，来代替原有点对点分散的交互流程，这使得现有电网架构需要提供更多的交互选择功能以及更详细的交互过程监控，现有电网架构信息处理压力骤增。
基于区块链技术的辅助服务架构支撑交互时，将实际交互过程转变成交互信息打包成一个含有数据结构的区块(block)中，交互进程都记录在下一个区块里，交互进程推进时将每个区块通过父块地址(hash)以及自我块地址相连，形成不断滚动向前的链式结构，任何角色都只能查询链上信息，无法修改或删除，故本发明提出的基于区块链架构增加储能与电网交互监控模块，更加细致的监控打包上链的过程，对交互流程进行分化，从而拓展交互流程实现的功能，以及对后续物理转化提供支持。
传统区块链系统的过程由于其只考虑了计算机硬件设备转化为计算能力再进行筛选优质计算设备来解决计算机性能需求这一前提，所以竞争过程本身仅仅提供了验证设备是否有足够的硬件实力，而忽视了区块链竞争过程对于实际现实物理设备的灵活支撑；故本发明提出的基于区块链容量证明POC过程的容量分解通过与步骤4中的交互流程分解配合，对实际参与辅助服务的储能机组容量进行分解利用，实现实际机组储能空间的高效转化，提高机组利用率。
本方法提出了一种基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法。首先，建立区块链辅助服务架构，根据制定用户参数提取以及分布式私有链节点上链规则，以储能机组用户自身id和密码以及其输入参数，通过椭圆形密码算法对储能机组用户信息进行加密，形成每个储能机组用户自身的私钥和展示给其他节点的含自己独特性质的公钥，使得系统对于广泛分布、功能差异的分布式辅助服务机组进行适配，解决了系统对于分布地域差异用户的适配性，降低用户上网门槛，使得系统具有普适性；其次使用带有储能机组用户参数的三层容量证明POC(ProofofCapacity，POC)过程作为主要的共识证明支撑过程，使得系统在获得电网需求时通过储能机组用户节点的具体参数进行选择选取，解决了电网对于辅助服务市场提出的储能机组选择提供优质服务的基本要求；最后通过容量分解理论，对于实际储能的交互流程进行分解，横向支持多重交互类型，纵向支持储能空间的分段高效利用，解决了储能机组的使用率低下，无法实时监控、充足利用，且无法对大规模交易统一管理的问题。
优点及效果
本发明对于任意规模的辅助服务电网区块链方法，考虑了辅助服务的具体实际需求与计算机技术进行融合，并且对于储能进行了更充分的利用，提出一种基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法，其具有以下优点：
(1)本发明通过区块链分布式节点私有链技术，将用户注册功能开放给每一个智能节点，支持任意规模的辅助服务电网区块链方法网络建设支持。
(2)利用进行字符串提取、安全散列算法(secure hash algorithm，SHA)、随机数引入(random)以及椭圆加密算法(elliptic curve cryptography，ECC)对用户信息进行加密。本方法既能确保占用最少内存、用户信息匿名以及交互信息安全，还可确保每次交互流程信息的真实性。
(3)首次提出采用三层容量证明POC(proofofcapacity，POC)过程来支撑辅助服务市场区块链架构共识。本发明提出的基于区块链架构的三层容量证明POC过程使系统在后台辅助服务储能机组用户节点参选中，执行以硬盘容量模拟其具体参数比对的主动选择交互体系，对选择储能机组流程实现计算机支撑。
(4)首次提出的基于区块链交易上链过程增加储能与电网交互监控模块，更加细致的监控打包上链的过程，对储能与电网交互进行分化，从而拓展储能与电网交互实现的功能，以及对后续物理转化提供支持。
(5)本发明提出的基于区块链三层容量证明POC过程的容量分解通过与步骤4中的储能与电网交互进行分化配合，对实际参与辅助服务市场的储能机组容量进行分解利用，实现实际机组储能空间的高效转化，提高机组利用率。
附图说明
图1为本发明的基于储能参数选择与容量分解的电网区块链方法流程图；
图2为本发明的容量分解与需求分解流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
实施例
一种基于参数选择与容量分解的电网区块链架构方法，该方法包括步骤如下：
步骤1，储能节点用户信息参数录入流程如下；
通过储能节点录入自身的用户信息参数，区块链架构利用带有储能机组参数的数据整理并上链的方法实现储能机组信息的录入存储，并通过读取与存储储能机组参数的方法来适配地域分布式储能节点和响应电网实时需求的辅助服务机组，其方法如下：搭建区块链架构，通过注册审核的模式初步防止恶意储能机组或区块链节点参与系统进程；区块链架构提供用户注册界面，储能节点用户在界面录入自己的个人信息，最后导入到区块链架构的数据处理模块中，形成初始用户信息数据库；针对电网对辅助服务的需求，规定储能节点用户输入以下参数：
用户帐号(id)、个人密码(password)以及自身的机组参数(U机组的储能容量、F机组的日最大储能运行频率以及T机组对需求的最迟响应时间)。
信息录入过程伪代码如下：
通过信息录入过程，可以将储能机组的参数转化为计算机数据，为后续交互过程提供数据支撑。
步骤2，在储能节点用户信息录入后，为了保证后续交易过程中用户信息的安全性以及区块链交易对信息存储结构的一致性，增加计算机数据转化以及数据验证模块，通过对于用户录入信息进行加密，形成每个用户独有的的私钥和公钥，并转化成一个16进制的计算机地址符，通过系统对于节点用户信息；通过区块链平台对储能节点用户信息以及私钥和公钥的“双钥”所有权验证，完成用户节点的入网任务。计算机数据转化模块具体步骤如下：
提取步骤1中用户输入信息，转化成对应的长度固定的字符串，将字符串转化为一个64位的“数据地址”来表示原有的信息，SHA地址生成步骤如下：
(1)将输入的字符串进行填充(填充的规则是：结尾的第一位为1，之后全部填充0)，直至延长后的字符串被512取模余数为448。
(2)将补充后的字符串分解为以512bit为长度的n个数据块Hi，再将每一个块分解为16个32bit的字(word)即：
Wξ＝W0,W1,...,W15 (4)
(3)通过填充迭代公式在16个W后再填充48个额外填充，其填充迭代公式为以下：
Wμ＝σ1Wμ-2+Wμ-7+σ0Wμ-16 (5)
其中Wμ为填充的后48位字，μ∈[16，64]。σ0，σ1为对应空间位置的迭代系数，表示迭代过程中各字W进行的空间位置的转换。
(4)对这个补充完整的W(W＝Wξ+Wμ)进行64次加密循环，加密循环的伪代码如下：
其中Ki为64个哈希常量(前64个质数立方根的前32bit字符)，Wi为当前块对应的i个字。
(5)将所有的n个Hi合并，形成最后的数字地址。
生成SHA数字地址是为了将不同长度的用户信息进行归一化，计算出一个数字消息所对应长度固定的字符串(又称消息摘要)，建立统一的长度规则，同时遍历迭代循环为了防止用户地址被破译，即使知道了用户数字地址，无法得知迭代参数也无法进行反编译。
步骤2中的计算机数据验证模块规则为：将数据转化模块产生的数据地址通过随机数介入的ECC算法转化为一个通过加密的私钥和一个提供用户解密以及证明数据源头的公钥进行验证的框架，为后续交易提供验证工具。具体生成数据验证过程如下：数据转化模块中产生的数字地址以及通过Random随机数生成语句生成一个随机数a作为数据加密模块的输入M，即
M＝Haddress+a (6)
其中M是以字符串形式输入的，随机数a要确保每个地址对应的随机数都不一样的。
将M导入到ECC中，ECC算法是通过随机数算法产生一个用户的私钥P，通过私钥P再生成一个公钥S，ECC通过椭圆签名算法(ECDSA)使用私钥P对字符串M进行加密签名，将签名S、随机数e以及公钥C发送给验证方，验证方接受到随机数e和签名S，通过公钥C解密这个签名S，在进行对比以验证是否得到一致的随机数e，这个验证过程保证加密信息来源真实可靠，ESS加密步骤如下：
根据任意椭圆曲线的定义：
y＝ax3+bx2+cx+d (7)
其中a，b，c，d为任意常数。选择曲线上任意xi对应的值R＝y(xi)，通过任取随机数P作为用户的私钥(privite key)，公钥(public key)C定义为：
C＝PR (8)
再任取一个随机数e，计算点eR(xi,yi)。用户通过随机数e和自身的私钥P对数字地址M进行签名S(signature)，签名S生成的过程如下：
S＝{M+Pxi}/e (9)
随后，用户将消息M、点eR以及签名S发送给验证者，验证者利用公钥C来进行验证，验证原理如下：
MR/S+xiC/S (10)
当验证者计算得到以下条件：
MR/S+xiC/S＝MR/S+xi(PR)/S＝eR(M+xiP)/(M+xi)——→e'R (11)
e'R＝eR (12)
结果成立时，验证通过，注意，以上推导只有在满足C＝PR，即验证者接受到的公钥仅为用户产生的私钥生成的公钥时才成立。
通过椭圆算法的引入，用户通过私钥P和椭圆上的点R容易的生成公钥C以及后续的签名S，但若其他用户仅知道公钥C以及点R，仅仅能证明这个信息是用户产生的，基本不可能反推出用户的私钥P，确保了用户信息的绝对安全性。
步骤3，所述步骤3中的三层容量证明POC过程具体执行步骤如下：
首先基于区块链架构提供了需求选择界面，电网在调度时，具体需求方用户提出需求时，区块链架构提供一个填写具体需求数值的需求页面，这个页面选择具体的U机组最大响应容量需求(MW)，F机组日最大响应频率需求(次/日)，T机组最大响应时间(s/min/h)
其次根据需求界面传递的需求参数，区块链架构检索传递回来的需求对应的参数，进入对应的参数通路中。当参数指标到达通路后，进入不同参数约束的三层POC竞争过程中，三层POC模块通过检测对应的参数，分配不同的约束容量：
当通路U调用时，对应单位为MW，人为的划分5MW为10G的硬盘空间；当通路F调用时，对应单位为次/天，对应1次为1G硬盘空间；当调用通路T时，指标与硬盘空间为反比，即当最大响应时间越短，分配的硬盘空间越大，制定指标单位范围：当单位范围为s级时，在毫秒级空间内，999ms为1G硬盘空间，每少1ms步长增加1G硬盘空间；在秒级空间内，59s为1G的硬盘空间，每少1s步长增加17G的硬盘空间；当单位范围为min级时，59min为1G的硬盘空间，每少1min步长为17G的硬盘空间；当单位范围为h级时，24小时为1G的硬盘空间，每少1h步长为42G的硬盘空间。
再次通过参数规则约束硬盘空间后，将储能用户节点对应的硬盘空间导入到三层容量证明POC过程中，三层容量证明POC过程的机理是系统生成一个占用巨大的测绘文件(plot)，这个plot是根据哈希运算生成的，以谜题形式存在(pebbling)，储能节点用户需要存储对应的“解题思路”(这个“解题思路”不是广义的“问题答案”，泛指“存储问题任意答案的过程”，三层容量证明POC过程强调的是存储过程以及提供的空间，不需要用户和验证者进行大量计算来证明工作量。)；三层容量证明POC过程经历三个阶段：
(1)系统生成存储验证库阶段：区块链辅助服务系统生成一个由哈希函数H构造的plot文件，这个plot文件为单字节为单位，通过循环的哈希函数生成的一种占位单元，其本身并没有什么特殊的意义，通过后续操作当做验证节点实际提供的硬盘空间的一种标志。plot文件产生代码如下：
其中a是一个16字节的随机数
(2)初始化阶段：节点在POC中定义为证明者(prover，P)，初始化节点执行在交易竞争之前，即系统执行存储验证库阶段产生plot文件之后，用户验证自己存储空间之前；在初始化阶段，系统根据参数要求用户分配足够的用户空间，当系统读取用户信息之后，指定用户死锁部分硬盘，硬盘空间遵循步骤3(2)制定的规则。
当节点P接受到系统分配的参数之后，后台下载plot文件，直至到达系统制定的硬盘容量。这个plot文件是以字节为单位的。
当节点存储plot文件之后，根据哈希树(Hash tree)算法生成一个以每2个plot文件作为一个根(root)、其哈希位置值(hash address)为树枝、n阶的哈希树，这个哈希树的跟存储的plot文件定义为“值”v(value)；其树枝存储的树枝为“位置参数”(position)，这个位置参数的逻辑是：
其中i表示调用i位置，ni表示当前是ni阶树枝，一共有ni+1个哈希值，{h0,h1,…,hi-1}表示当前i位置之前所有表示位置的哈希地址，hi表示当前位置的哈希地址，哈希地址内部定义为：
这个节点称之为卵石加密阶段(pebbling game)，最后P存储一个对应内存的plot文件，并且生成一个基于哈希地址address的哈希树表，其中存储的仅仅是位置，这个位置相对占用内存较小，确保了后续验证阶段的效率。
(3)验证用户节点诚实性阶段：区块链架构中未参与交互流程的其他用户节点、区块链平台本身及其维护者都称之为验证者V，验证者V需要对于P是否存储对应空间的内容进行验证，一旦验证成功，则证明P确实提供了对应的存储空间，并完成了这次的存储，P为诚实节点，有资格参与后续进程，若P构造了虚假的存储空间，并没有满足系统分配的预订空间，或并未存储验证大小的容量，则验证失败，P就被V标记为非诚实节点，失去竞争机会；V对硬盘实际提供的存储容量进行查询；查询过程如下V生成一个大小(size)为η的挑战，η←plot，通过P2P网络发送给P，对于η中每一个q，q∈η，P打开其q位置的哈希地址、所有前置的哈希地址以及涉及root的plot值v，并将其打包A传输回V，即
A＝{vi,hi,[position]i} (15)
V验证P发送过来的所有打开行为的回执，对于数值v和位置position进行遍历比对，如果比对结果成功，则V反馈accept，若失败，则reject。
最后，查询结束后，提供容量最高的硬盘大概率竞争通过，这个硬盘所属节点的数字地址被导出，表现为物理层次就是优质的储能用户节点当选对象，完成储能与电网交互任务。
步骤4，建立储能与电网交互监控模块的过程如下：
(1)额外的检索过程
当一个储能与电网交互流程结束时，参与的储能节点用户会将自己的工作凭证打包至一个新的区块中，这个区块会全局广播让所有线上的分布式节点都知晓，区块链架构所有分布式节点进行全局背书；在这个基础上，加入对实际区块链架构储能与电网交互中储能节点用户工作所生成区块的检索，人为的在区块链架构储能与电网交互运行过程中添加对表头地址的检索，控制这个地址的下一个区块的上链过程，来延长或缩短区块链的长度，控制区块链架构储能与电网交互运行实际流程的功能；
(2)每种区块进行分类，根据节点工作对应的执行流程来增加对应的区块地址前缀；
需求信息公示区块的地址头是03*01+address，其中03代表辅助服务市场运行的私链，01代表所述区块是需求信息公示区块，address是其中参选用户的个人公锁；
储能与电网交互执行区块中区块定义的地址头为03*02+message，其中02代表这个区块是储能与电网交互执行区块，message里包含了具体节点行为以及操作内容、用户参数，这个数值里包含：用户储能总容量U’用户日最大储能运行频率F’和用户需求响应最迟时间T’、以及储能与电网交互流程进行时间戳tstart以及预计剩余空间ΔU’；
储能与电网交互结束区块定义为03*03+result，其中03代表了该区块是储能与电网交互结束区块；result代表的是输出的结果，其中包含accept类以及reject类，accept类中有进程结束后调用的实际用户存储时间Δt’、用户所用容量ΔU’、用户平均存储频率
以及用户平均剩余容量
reject类里包含进程失败时间tfalse，以及一个指针，一个广播airing，当输出检测output＝reject时，指针被激活，立刻向区块链架构广播这个过程，并且将下一个区块定义为原有需求信息提出广播区块，在这个区块原有信息之后附注这条广播的计算机时间，让其他区块得到更新后的需求信息再次进行机组响应需求的交互。
步骤5对储能节点对应的储能机组进行容量分解的方法如下：
根据所述步骤4对区块链架构储能与电网交互流程进行分解与细化，由于打包过程的存在，每笔储能用户的机组与电网交互的过程都会被记录在上链结构中，区块链架构只能不断的增加上链区块，故在交互进行的每一步都对交互响应的内部储能用户节点的状态进行封装查询；
在储能与电网交互执行和储能与电网交互结束这两个区块生成的时间里，进行以下储能机组容量分解操作：
(1)在交互信息进行打包之后，区块链架构检索每个区块的信息，根据储能机组用户节点实际的运行信息，对区块打包时间进行验证，证明这个储能与电网交互过程的可靠性；
(2)当储能用户节点信息输出的ΔU’>0时，即表示储能用户节点在这次与电网交互完成后还剩余参与下一次调用的容量，这个容量为ΔU’，那么系统会要求该储能节点P在进行完此次交互之后且下一次初始化阶段之间，不允许释放U'-ΔU'，这部分空间称之为占位空间，占位空间的存在就是模拟电池中未放电的存储电量；并且区块链架构会保留这条信息，同时记录这个时刻的时间戳tΔ；
(3)在节点成功打包出储能与电网交互完成区块后，区块链架构检索这个打包区块的地址头，以充电完成为例，充电结束之后，系统检索在这个区块之后是否有放电交互的信息请求区块，以及放电行为完成的区块；若没有，则更新区块的基础地址，通过交互进程结果输出后的ΔU’导入系统用户信息address中，更新原有的用户address信息，使下次该响应用户只能以最大上限是剩余容量的空间参与竞争；
(4)放电交互和充电交互相似，放电结束之后，区块链架构检索在这个区块之后是否有充电交互的信息请求区块，以及充电行为完成的区块；若没有，则更新区块的基础地址，将交互结束后输出的ΔU’导入系统用户信息address中，在检索期间将交互进程结束后的区块计算改为ΔU'+U'i，更新原有的用户address信息，使下次该储能与电网交互以最大上限是的计算后的空间参与交互；
(5)在以上的每次操作内添加区块链架构内部对应每个时间点的时间戳，在下次参与储能与电网交互行为时，区块链架构分析这部分电量存储在储能之中持续了多久，由于考虑点储能存储电量时间越长，维护的成本越多，这个时间戳作为电力竞价激励的参考参数，时间跨度越大的储能电量优先投入到系统运行之中。
本发明针对传统的智能电网辅助服务架构，提出一种基于储能参数选择与容量分解的电网区块链方法。该方法是一种基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法。方法运行时，首先，对分布式节点提供用户注册页面，通过规定参数录如规则，储能机组的储能总容量U、机组的日最大储能运行频率F以及机组对需求的响应最迟时间T，通过加密算法进行加密，形成用户独有的私钥和公钥；其次，对电网需求进行提取，找到对应的参数要求，对应参数将用户组导入到参数通路中，并按照参数分配储能用户节点的硬盘容量上限；再次，执行POC过程中，经历区块链架构生成存储验证库-初始化阶段-验证用户诚实性阶段，选出合适的参选节点进行交易；之后，分解实际交互流程，增加储能与电网交互监控模块，创建需求信息公示区块-储能与电网交互执行区块-储能与电网交互结束块，细化交互过程；最后，通过监控储能与电网交互执行区块与储能与电网交互结束区块之间的储能机组用户节点的状态，结合全局广播，对物理储能机组实现信息支持的容量分解交易。
图1为基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法流程图；首先对于用户信息进行导入，通过前端收集辅助服务机组的用户信息、储能总容量U、机组的日最大响应频率F以及机组对需求的最迟响应时间T，将所有数据传递到用户信息数据库中进行保存。之后通过加密算法对用户信息进行加密，生成用户的私钥和公钥。结合电网上交易另一方对于用户提出的需求，共同导入到架构中，对于实际进行交互的的储能机组参数进行选择，导入到三层容量证明POC过程中。之后通过过程选择出优质的参选储能机组用户节点，对储能机组用户节点信息进行广播。选出合适储能用户节点之后，进行储能与电网交互交互过程，将交互过程分细化为需求信息公示区块、储能与电网交互执行区块以及储能与电网交互结束区块，对每个区块进行监控与调用。最后通过储能与电网交互模块，实现充放电状态检索、用户实际容量以及硬盘空间的关联、用户容量的分解以及通过全局广播和交易结合方式实现对大规模需求的自动重分解响应。
图2为容量分解与需求分解流程；该流程图详细的阐述了基于区块链辅助服务容量分解与需求分解的实际流程，即首先链接之前的交互分解过程，通过监控交互流程对交互内部的节点状态进行检索，通过需求信息公示区块区块获取储能用户的交互状态(充/放)，执行需求与容量空间的提取与比对，当储能与电网交互执行以及储能与电网交互完成后，对解决问题的容量空间进行排查，如果交易使用的容量空间并没有完全占用机组全部空间，那么交互完成之后，系统对于储能机组用户信息进行更新，重新将电网与储能机组用户交互后剩余的空间装载到储能机组用户形成公钥和私钥(用户加密)过程之前，并根据占位空间ΔU来锁定一部分原有的三层容量证明POC过程生成的硬盘空间，使得这部分硬盘容量无法参与到下次充电交互中去，实现了硬盘空间同步储能空间，并且区块链架构智能的支持储能机组的容量分解以及更合理高效的利用；若用户处于放电过程，则区块链架构根据所释放的空间进行硬盘释放，这样也保证区块链架构动态的跟踪和适配用户实际机组物理性状，流程结束。
综上所述，本发明首次提出了适用于任意规模的辅助服务电网区块链方法的支持，考虑了辅助服务的具体实际需求与计算机技术进行融合，并且对于储能进行了更充分的利用。传统智能电网采取用户需求发布或电网主动性预测需求-集中选择-点对点交易，虽然初步实现了电网需求响应以及基本交互流程，但是具有很强的时延性，需求提出到交互结束都是人力操作的，这个过程会消耗很多的时间，尽管电网选择更多的进行发电、负荷的预测，来总体上缩短响应时间。但无法做到统一管理，且实时支持，预测的结果也存在可信度风险。而本方法建立的基于POC容量证明过程框架的区块链架构实时对需求进行主动响应，储能机组用户响应与储能机组用户完成交易信息公示时间基本上是分秒级，近似做到实时响应；同时，针对辅助服务交互过程进行参数选择，解决了区块链架构无法直接满足电网实际情况的问题，使其更加灵活的适配解决具体电网需求。此外，本方法提供了一种基于电网与储能机组交互流程进行监控实现容量分解的方法，提高了储能机组实际容量空间利用率。本发明从区块链区块链架构方法领域，设计了一种基于参数选择与容量分解的区块链辅助服务运营方法，解决了以上问题。
Claims (5)
1.基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法，其特征在于：该方法步骤如下：
步骤1，储能节点用户信息的参数录入；通过建立区块链架构，提供用户注册界面，储能节点用户在界面录入自己的个人信息，然后导入到系统的数据处理模块中，形成初始用户信息数据库；
步骤2，在储能节点用户信息录入后，为确保储能节点用户信息的安全以及用户信息存储结构的一致性，区块链架构增加计算机数据转化和数据验证模块，通过对录入的储能节点用户信息进行加密，形成每个用户的私钥和公钥，并转化成一个16进制的计算机地址符，形成储能节点用户信息；通过区块链架构对储能节点用户信息以及私钥和公钥的“双钥”所有权验证，完成储能节点用户信息的入网任务；
步骤3，机组响应需求的交互方式；区块链架构通过将储能节点用户的参数导入三层容量证明POC过程中，来响应电网供应端与负荷端的双向需求，区块链架构通过储能节点用户输入的三种参数：机组最大响应容量U、机组日最大响应频率F和机组最迟响应时间T，形成对应三种约束方式，生成分配给储能节点用户对应的容量证明POC过程中用到的存储额度，再导入POC过程中；选择出贴合相应实际需求的参选节点；
步骤4，对区块链架构储能与电网交互流程进行分解与细化，建立储能与电网交互监控模块；设定区块链架构储能与电网交互按以下逻辑进行分化：根据储能与电网的交互过程，将交互过程区块链架构生成的区块分为需求信息公示区块、储能与电网交互执行区块以及储能与电网交互结束区块；区块链架构根据上述逻辑定义每个所述区块的不同地址头，储能用户节点根据地址头在上述区块中写入与地址头相对应的可以表示当前储能用户节点状态的信息；储能与电网交互模块读取、增加约束、监控整个过程，最后广播上述区块包含的所有信息，其只有添加和广播信息权，没有修改权；
步骤5，对储能节点对应的储能机组进行容量分解；通过步骤4中对储能与电网交互的监控，在储能与电网交互执行过程中、储能与电网交互结束的区块之间，区块链架构抓取储能节点的储能机组实际执行容量需求响应过程中的状态，建立容量分解，通过检测用户充放电状态、需求空间对应的容量占用，约束节点只用剩余的空间进行参选。
2.根据权利要求1所述的基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法，其特征在于：
所述步骤1中储能节点用户信息的参数录入；通过储能节点录入自身的用户信息参数，区块链架构利用带有储能机组参数的数据整理并上链的方式实现储能机组信息的录入存储，并通过读取与存储储能机组参数的方法来适配地域分布式储能节点和响应电网实时需求的辅助服务机组，其方法如下：
搭建区块链架构，通过注册审核的模式初步防止恶意储能机组或区块链节点参与系统进程；区块链架构提供用户注册界面，储能节点用户在界面录入自己的个人信息，最后导入到区块链架构的数据处理模块中，形成初始用户信息数据库；针对电网对辅助服务的需求，规定储能节点用户输入以下参数：
用户帐号、个人密码以及自身的机组参数；
信息录入过程伪代码如下：
通过信息录入过程，可以将储能机组的参数转化为计算机数据，为后续交互过程提供数据支撑。
3.根据权利要求1所述的基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法，其特征在于：
所述步骤3中的三层容量证明POC过程具体执行步骤如下：
首先，区块链架构提供了需求选择界面，电网在调度时，需求方用户提出需求时，区块链架构提供一个填写具体需求数值的需求页面，所述页面选择U机组最大响应容量需求，F机组日最大响应频率需求，T机组最迟响应时间；
其次，根据需求页面传递的需求参数，区块链架构检索传递回来的与需求对应的参数，进入对应的参数通路中；当参数指标到达通路后，进入对应参数约束的三层容量证明POC过程中，三层容量证明POC过程通过检测与需求对应的参数，分配不同的约束容量；
再次，通过参数规则约束硬盘空间后，区块链架构将储能节点用户对应的硬盘空间大小导入到三层容量证明POC过程中，三层容量证明POC过程的原理是系统生成一个占用巨大的测绘文件plot，该测绘文件plot根据哈希运算生成，以谜题形式存在，储能节点用户需要存储对应的“解题思路”，三层容量证明POC过程经历三个阶段：
(1)区块链架构生成存储验证库阶段：区块链架构生成一个由哈希函数H构造的plot文件，该plot文件以单字节为单位，通过循环的哈希函数生成的一种占位单元，其本身并无实际意义，通过后续操作当做验证节储能节点用户实际提供的硬盘空间的一种标志；plot文件产生代码如下：
其中a是一个16字节的随机数；
(2)初始化阶段：欲参选交互的储能节点在POC过程中身份为证明者P，初始化阶段执行在区块链架构与储能用户交互之前，即区块链架构执行存储验证库阶段产生plot文件之后，且储能节点验证自己存储空间之前；在初始化阶段，区块链架构根据参数要求储能节点用户的P分配足够的硬盘空间，当系统读取储能节点用户中P的信息后，指定P死锁部分硬盘，硬盘空间遵循步骤3(2)制定的方法；
当P接受到区块链架构分配的参数之后，后台下载plot文件，直至到达区块链架构制定的硬盘容量；这个plot文件是以字节为单位的；
当节点存储plot文件之后，根据哈希树算法生成一个以每2个plot文件作为一个根root、每2个plot文件中哈希位置值为树枝、n阶的哈希树，这个哈希树的根存储的plot文件定义为“值”v；所述哈希树的存储的树枝为“位置参数”，这个位置参数的逻辑是：
其中i表示调用i位置，ni表示当前是ni阶树枝，一共有ni+1个哈希值，{h0,h1,…,hi-1}表示当前i位置之前所有表示位置的哈希地址，hi表示当前位置的哈希地址，哈希地址内部定义为：
plot文件按哈希树从根到枝生成存储文件的过程称之为卵石加密阶段，最后P存储一个对应内存的plot文件，并且生成一个基于哈希地址address的哈希树表，其中每个哈希树的树枝以及其树枝末梢存储的仅仅是位置参数，这个位置参数相对占用内存较小，确保了后续验证阶段的效率；
(3)验证用户节点诚实性阶段：区块链架构中未参与交互流程的其他用户节点、区块链架构本身及其维护者都称之为验证者V，验证者V需要对于P是否存储对应空间的内容进行验证，一旦验证成功，则证明P确实提供了对应的存储空间，并完成了这次的存储，P为诚实节点，有资格参与后续进程，若P构造了虚假的存储空间，并没有满足系统分配的预订空间，或并未存储验证大小的容量，则验证失败，P就被V标记为非诚实节点，失去竞争机会；V对硬盘实际提供的存储容量进行查询；查询过程如下：
V生成一个大小为η的挑战，η←plot，通过P2P网络发送给P，对于η中每一个q，q∈η，P打开所述q位置的哈希地址、所有前置的哈希地址以及涉及root的plot值v，并将其打包A传输回V，即
A＝{vi,hi,[position]i} (15)
V验证P发送过来的所有打开行为的回执，对于数值v和位置position进行遍历比对，如果比对结果成功，则V反馈accept，若失败，则reject；
最后，查询结束后，提供容量最高的硬盘大概率获得交互机会，这个硬盘所属节点的数字地址被导出，表现为物理层次就是优质的储能用户节点当选对象，完成储能与电网交互任务。
4.根据权利要求1所述的基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法，其特征在于：
所述步骤4建立储能与电网交互监控模块的过程如下：
(1)额外的检索过程
当一个储能与电网交互流程结束时，参与的储能节点用户会将自己的工作凭证打包至一个新的区块中，这个区块会全局广播让所有线上的分布式节点都知晓，区块链架构所有分布式节点进行全局背书；在这个基础上，加入对实际区块链架构储能与电网交互中储能节点用户工作所生成区块的检索，人为的在区块链架构储能与电网交互运行过程中添加对表头地址的检索，控制这个地址的下一个区块的上链过程，来延长或缩短区块链的长度，控制区块链架构储能与电网交互运行实际流程的功能；
(2)每种区块进行分类，根据节点工作对应的执行流程来增加对应的区块地址前缀；
需求信息公示区块的地址头是03*01+address，其中03代表辅助服务市场运行的私链，01代表所述区块是需求信息公示区块，address是其中参选用户的个人公锁；
储能与电网交互执行区块中区块定义的地址头为03*02+message，其中02代表这个区块是储能与电网交互执行区块，message里包含了具体节点行为以及操作内容、用户参数，这个数值里包含：用户储能总容量U’用户日最大储能运行频率F’和用户需求响应最迟时间T’、以及储能与电网交互流程进行时间戳tstart以及预计剩余空间ΔU’；
储能与电网交互结束区块定义为03*03+result，其中03代表了该区块是储能与电网交互结束区块；result代表的是输出的结果，其中包含accept类以及reject类，accept类中有进程结束后调用的实际用户存储时间Δt’、用户所用容量ΔU’、用户平均存储频率
以及用户平均剩余容量
reject类里包含进程失败时间tfalse，以及一个指针，一个广播airing，当输出检测output＝reject时，指针被激活，立刻向区块链架构广播这个过程，并且将下一个区块定义为原有需求信息提出广播区块，在这个区块原有信息之后附注这条广播的计算机时间，让其他区块得到更新后的需求信息再次进行机组响应需求的交互。
5.根据权利要求1所述的基于储能参数选择与容量分解的电网区块链架构方法，其特征在于：
步骤5，对储能节点对应的储能机组进行容量分解的方式如下：根据所述步骤4对区块链架构储能与电网交互流程进行分解与细化，由于打包过程的存在，每笔储能用户的机组与电网交互的过程都会被记录在上链结构中，区块链架构只能不断的增加上链区块，故在交互进行的每一步都对交互响应的内部储能用户节点的状态进行封装查询；
在储能与电网交互执行和储能与电网交互结束这两个区块生成的时间里，进行以下储能机组容量分解操作：
(1)在交互信息进行打包之后，区块链架构检索每个区块的信息，根据储能机组用户节点实际的运行信息，对区块打包时间进行验证，证明这个储能与电网交互过程的可靠性；
(2)当储能用户节点信息输出的ΔU’>0时，即表示储能用户节点在这次与电网交互完成后还剩余参与下一次调用的容量，这个容量为ΔU’，那么系统会要求该储能节点P在进行完此次交互之后且下一次初始化阶段之间，不允许释放U'-ΔU'，这部分空间称之为占位空间，占位空间的存在就是模拟电池中未放电的存储电量；并且区块链架构会保留这条信息，同时记录这个时刻的时间戳tΔ；
(3)在节点成功打包出储能与电网交互完成区块后，区块链架构检索这个打包区块的地址头，以充电完成为例，充电结束之后，系统检索在这个区块之后是否有放电交互的信息请求区块，以及放电行为完成的区块；若没有，则更新区块的基础地址，通过交互进程结果输出后的ΔU’导入系统用户信息address中，更新原有的用户address信息，使下次该响应用户只能以最大上限是剩余容量的空间参与竞争；
(4)放电交互和充电交互相似，放电结束之后，区块链架构检索在这个区块之后是否有充电交互的信息请求区块，以及充电行为完成的区块；若没有，则更新区块的基础地址，将交互结束后输出的ΔU’导入系统用户信息address中，在检索期间将交互进程结束后的区块计算改为ΔU'+U'i，更新原有的用户address信息，使下次该储能与电网交互以最大上限是的计算后的空间参与交互；
(5)在以上的每次操作内添加区块链架构内部对应每个时间点的时间戳，在下次参与储能与电网交互行为时，区块链架构分析这部分电量存储在储能之中持续了多久，由于考虑储能节点的存储电量时间越长，维护的成本越多，这个时间戳作为电力竞价激励的参考参数，时间跨度越大的储能电量优先投入到系统运行之中。
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