CN113364768B - 一种基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统 - Google Patents

一种基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及电力分布式控制技术领域。其目的是提供一种基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统，可以实现对虚拟电厂网络进行有效管理，从而解决现有技术中虚拟电厂沟通效率低、成本高等问题，提高负荷响应任务系统建设的便利性，提高电力市场运行效率。一种基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统，虚拟电厂的整体架构是采用一条业务监管主链、两条业务应用侧链和若干业务拓展应用从链搭建成一个需求响应公共服务平台，不同职能部门及参与方在相应链上部署功能节点。

Description

一种基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统
技术领域
本发明涉及电力分布式控制技术领域，具体来说，是涉及一种基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统。
背景技术
虚拟电厂是利用先进的物联网技术，将分散的灵活电力资源，例如：分布式发电、储能、电动汽车、可控负荷等，聚合成一个可统一调度的整体，发挥出传统电厂相当的功能。由此衍生出聚合商(Aggregator)、响应商(Hub)和户号(Door)的概念。聚合商是一个将可调度的灵活电力资源(即：响应商)聚合并提供给市场购买者的独立组织，是可以提供需求响应资源的电力终端用户和想购买这些需求响应资源的市场购买者之间的协调机构，使他们可以更多地有效地参与电力市场。例如，聚合商可以是：市政当局或其他政府实体、能源服务提供商、调度协调者、配电公司、代表单一或许多负荷的其他实体。响应商下有包含有多个户号(Door)，户号是最小响应单位，对应线下实体电表的单元。在国内，目前虚拟电厂还仍处于起步阶段，限制其发展的因素较多，使得可调度的灵活电力资源缺乏有效手段进行调配。目前，虚拟电厂可调度资源的不断变化，主要是依赖技术人员对潜在用户进行逐个的沟通及技术分析来实现，存在效率低、成本高，无法动态控制的问题。
虚拟电厂业务流程涉及电网及源侧指令发布，建设方平台搭建维护，聚合商指令测算及分配，荷侧柔性响应。整个系统的参与方职能分工明确，对于数据及指令的权限管理需要安全隔离。
区块链的本质是一种分布式数据库系统，通过共识机制实现了去中心化和不可篡改的特性。区块链根据节点接入限制的不同，分为公链、联盟链和私有链，在实际应用场景中，以有限节点接入的联盟链居多。多重签名是区块链领域里一种常见的数字签名技术，通过多个用户对同一个文件进行签名确认的机制，提高了文件的安全性，降低了风险。随着区块链研究的发展，区块链正在向通讯、金融、物流、能源等领域的真实应用的探索。在实体产业方面，区块链优化了传统产业升级过程中遇到的信任问题和自动化问题等，极大地增强共享和重构等方式助力传统产业升级，重塑信任关系，提高产业效率。区块链技术在多方协作和管理中凸显了其价值。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中的不足之处，提供一种基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统，可以实现对虚拟电厂网络进行有效管理，从而解决现有技术中虚拟电厂沟通效率低、成本高等问题，提高负荷响应任务系统建设的便利性，提高电力市场运行效率。
本发明的发明目的是这样实现的：
为了建设安全高效的虚拟电厂平台服务示范应用，平台整体架构将采用区块链技术搭建一个需求响应公共服务平台。一种基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统，虚拟电厂的整体架构是采用一条业务监管主链、两条业务应用侧链和若干业务拓展应用从链搭建成一个需求响应公共服务平台，不同职能部门及参与方在相应链上部署功能节点。
业务监管主链，用于存证业务以及对所有链的监管，部署在业务监管主链上的节点的作用是作为最高监管权限，对业务应用侧链和业务拓展的连接进行管理，部署在业务监管主链上的节点仅面向电网系统。
业务应用侧链，包括：数据侧链和响应侧链，数据侧链用于实现数据的共享、数据的增值服务，响应侧链主要适用于需求响应任务的业务需求的执行，部署在业务应用侧链上的节点的作用是参与负荷响应业务，部署在业务应用侧链上的节点面向的用户为电网系统、系统建设方和负荷响应商。
业务拓展应用从链，包括：聚合商应用从链和其他业务应用从链，聚合商应用从链是聚合商聚合响应方并传达需求响应的业务链，其他业务应用从链是从虚拟电厂向生态体系开放外部业务链的接入口进入的其他合作伙伴的业务链，部署在业务拓展应用从链上的节点的作用是参与负荷响应业务，部署在业务拓展应用从链上的节点面向外部虚拟电厂业务链。
其中，所述其他业务应用从链包括：政务应用从链和/或金融应用从链。
其中，虚拟电厂的区块链系统的网络部署架构由全链功能、中继功能和接入功能三类功能构成。
(1)全链功能：
全链功能位于主链的核心层，负责主链的状态初始化、状态更新计算、节点同步、数据验证和权限控制等功能。
全链功能部署在可信的网络上(例如：电力公司内部网络)，确保相关的数据与外部网络的隔离，全链功能之间基于PoS+BFT共识算法(权益证明及拜占庭容错算法)实现区块链的更新和共识。
(2)中继功能：
中继功能位于主链的中继层，主要负责提供全链功能的全部最新数据，并将从链及外部数据接入全链功能。
中继功能也作为全链功能的镜像节点部署在外部网络上，但是中继功能本身没有修改主链状态的权限，只能通过p2p通信的方式，从多个全链功能中更新和认证区块链最新状态。
同时中继功能还将承担从链数据跨链对接的任务，从链将定期向主链的中继功能进行从链数据摘要写入，并以主链的反馈作为最终的确认依据。
(3)接入功能：
接入功能位于接入层，用于对接需求侧的用户账户和用户设备，接入层将通过预言机模块进行用户数据(包括：用户线下所属的电表物理标识、用户在区块链的地址、电表的实时功率值、用电量值，等)上传，将链下数据可信认证，上传至区块链网络中。
外部的普通用户也将通过相应的用户操作界面(如APP和Web端的形式)，通过接入功能使用该区块链的服务。
其中，各功能节点的加入方式为：
(1)部署在业务监管主链上的节点，节点加入方式：系统初始化为电网系统角色的账户即可新建监管节点，默认为成员白名单。
(2)部署在业务应用侧链上的节点，节点加入方式：
对于电网系统的管理者和系统建设方，直接可加入系统；对于系统参与方(负荷响应商)，包括如下步骤：
S1：向系统发起申请，注册节点信息(域名或IP)和节点所有者信息(账户名，所属单位，角色等信息)；
S2：电网系统管理角色的账户在接收到新节点申请时，进行审核，审核通过加入节点、成员白名单；
S3：对于审核通过的注册节点信息和节点所有者，即可加入到业务应用侧链。
(3)部署在业务拓展应用从链上的节点，节点加入方式，包括如下步骤：
S1：向业务从链系统发起申请，注册从链信息(ChainID、名称)，接入节点信息(域名或IP)和节点所有者信息(账户名，所属单位，角色等信息)；
S2：电网系统管理角色的账户在接收到新业务拓展从链申请时，进行审核，审核通过加入节点、成员白名单；
S3：对于审核通过的业务拓展从链和节点所有者，即可通过跨链机制加入到业务应用侧链。
各功能节点的退出方式包括：
(1)对于终止业务的角色：可直接注销账户信息，注销完成后，关闭物理节点；
(2)对于恶意节点：系统成员(系统建设方，系统参与方)可以发起举报恶意节点的提案，经系统成员和系统监管成员(电网系统管理员)投票进行恶意节点注销，提案通过的恶意节点会被加入节点网络黑名单，加入节点网络黑名单的节点(域名或IP)会断开节点网络；
(3)对于恶意参与方：系统监管成员(电网系统管理员)将该节点所有者信息加入系统成员黑名单，加入系统成员黑名单的所属全部节点(域名或IP)会断开节点网络。
本发明所提出的基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统，平台整体架构采用区块链技术搭建一个需求响应公共服务平台；采用侧重于业务实现的区块链技术框架，兼顾了区块链技术的稳定性、成熟性、扩展性和影响力，且满足不同的业务节点对数据适度可见的需求，保护数据隐私和安全；同时，考虑了目前电力市场的建设进展，引入了主链、侧链、从链等因素，通过建立节点/成员黑白名单，对虚拟电厂网络进行有效管理，解决了当前虚拟电厂沟通效率低、成本高等问题，提高负荷响应任务系统建设的便利性，提高电力市场运行效率。
附图说明
通过以下本发明的实施例并结合附图的描述，示出本发明的其它优点和特征，该实施例以实例的形式给出，但并不限于此，其中：
图1是本发明所提出的基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统的一个较优实施例的虚拟电厂的业务整体架构图。
图2是本发明所提出的基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统的一个较优实施例的虚拟电厂的区块链系统的网络部署架构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施来做详细的说明。
如图1所示，基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统，虚拟电厂的整体架构是采用一条业务监管主链、两条业务应用侧链和若干业务拓展应用从链搭建成一个需求响应公共服务平台，不同职能部门及参与方在相应链上部署功能节点。
业务监管主链，用于存证业务以及对所有链的监管，部署在业务监管主链上的节点的作用是作为最高监管权限，对业务应用侧链和业务拓展的连接进行管理，部署在业务监管主链上的节点仅面向电网系统。
业务应用侧链，包括：数据侧链和响应侧链，数据侧链用于实现数据的共享、数据的增值服务，响应侧链主要适用于需求响应任务的业务需求的执行，部署在业务应用侧链上的节点的作用是参与负荷响应业务，部署在业务应用侧链上的节点面向的用户为电网系统、系统建设方和负荷响应商。
业务拓展应用从链，包括：聚合商应用从链和其他业务应用从链，聚合商应用从链是聚合商聚合响应方并传达需求响应的业务链，其他业务应用从链是从虚拟电厂向生态体系开放外部业务链的接入口进入的其他合作伙伴的业务链，例如：政务应用从链和金融应用从链。部署在业务拓展应用从链上的节点的作用是参与负荷响应业务，部署在业务拓展应用从链上的节点面向外部虚拟电厂业务链。
其中，虚拟电厂的区块链系统的网络部署架构由三类功能构成，如下：
(1)全链功能：
全链功能位于主链的核心层，负责主链的状态初始化、状态更新计算、节点同步、数据验证和权限控制等功能。
全链功能部署在可信的网络上(例如：电力公司内部网络)，确保相关的数据与外部网络的隔离，全链功能之间基于PoS+BFT共识算法(权益证明及拜占庭容错算法)实现区块链的更新和共识。
(2)中继功能：
中继功能位于主链的中继层，主要负责提供全链功能的全部最新数据，并将从链及外部数据接入全链功能。
中继功能也作为全链功能的镜像节点部署在外部网络上，但是中继功能本身没有修改主链状态的权限，只能通过p2p通信的方式，从多个全链功能中更新和认证区块链最新状态。
同时中继功能还将承担从链数据跨链对接的任务，从链将定期向主链的中继功能进行从链数据摘要写入，并以主链的反馈作为最终的确认依据。
(3)接入功能：
接入功能位于接入层，用于对接需求侧的用户账户和用户设备，接入层将通过预言机模块进行用户数据(包括：用户线下所属的电表物理标识、用户在区块链的地址、电表的实时功率值、用电量值，等)上传，将链下数据可信认证，上传至区块链网络中。
外部的普通用户也将通过相应的用户操作界面(如APP和Web端的形式)，通过接入功能使用该区块链的服务。
其中，各功能节点的加入方式为：
(1)部署在业务监管主链上的节点，节点加入方式：系统初始化为电网系统角色的账户即可新建监管节点，默认为成员白名单。
(2)部署在业务应用侧链上的节点，节点加入方式：
对于电网系统的管理者和系统建设方，直接可加入系统；对于系统参与方(负荷响应商)，包括如下步骤：
S1：向系统发起申请，注册节点信息(域名或IP)和节点所有者信息(账户名，所属单位，角色等信息)；
S2：电网系统管理角色的账户在接收到新节点申请时，进行审核，审核通过加入节点、成员白名单；
S3：对于审核通过的注册节点信息和节点所有者，即可加入到业务应用侧链。
(3)部署在业务拓展应用从链上的节点，节点加入方式，包括如下步骤：
S1：向业务从链系统发起申请，注册从链信息(ChainID、名称)，接入节点信息(域名或IP)和节点所有者信息(账户名，所属单位，角色等信息)；
S2：电网系统管理角色的账户在接收到新业务拓展从链申请时，进行审核，审核通过加入节点、成员白名单；
S3：对于审核通过的业务拓展从链和节点所有者，即可通过跨链机制加入到业务应用侧链。
各功能节点的退出方式包括：
(1)对于终止业务的角色：可直接注销账户信息，注销完成后，关闭物理节点；
(2)对于恶意节点：系统成员(系统建设方，系统参与方)可以发起举报恶意节点的提案，经系统成员和系统监管成员(电网系统管理员)投票进行恶意节点注销，提案通过的恶意节点会被加入节点网络黑名单，加入节点网络黑名单的节点(域名或IP)会断开节点网络；
(3)对于恶意参与方：系统监管成员(电网系统管理员)将该节点所有者信息加入系统成员黑名单，加入系统成员黑名单的所属全部节点(域名或IP)会断开节点网络。
虽然本发明已依据较佳实施例在上文中加以说明，但这并不表示本发明的范围只局限于上述的结构，只要本技术领域的技术人员在阅读上述的说明后可很容易地发展出的等效替代结构，在不脱离本发明之精神与范围下所作之均等变化与修饰，皆应涵盖于本发明专利范围之内。

Claims (5)

1.一种基于区块链技术的面向虚拟电厂的联盟链节点管理系统，其特征在于，虚拟电厂的整体架构是采用一条业务监管主链、两条业务应用侧链和若干业务拓展应用从链搭建成一个需求响应公共服务平台，不同职能部门及参与方在相应链上部署功能节点，所述功能节点包括：监管节点、维护节点、聚合节点和响应节点；其中：
业务监管主链，用于存证业务以及对所有链的监管，部署在业务监管主链上的节点的作用是作为最高监管权限，对业务应用侧链和业务拓展的连接进行管理，部署在业务监管主链上的节点仅面向电网系统；
业务应用侧链，包括：数据侧链和响应侧链，数据侧链用于实现数据的共享、数据的增值服务，响应侧链主要适用于需求响应任务的业务需求的执行，部署在业务应用侧链上的节点的作用是参与负荷响应业务，部署在业务应用侧链上的节点面向的用户为电网系统、系统建设方和负荷响应商；
业务拓展应用从链，包括：聚合商应用从链和其他业务应用从链，聚合商应用从链是聚合商聚合响应方并传达需求响应的业务链，其他业务应用从链是从虚拟电厂向生态体系开放外部业务链的接入口进入的其他合作伙伴的业务链，部署在业务拓展应用从链上的节点的作用是参与负荷响应业务，部署在业务拓展应用从链上的节点面向外部虚拟电厂业务链。
2.如权利要求1所述的管理系统，其特征在于：所述其他业务应用从链包括：政务应用从链和/或金融应用从链。
3.如权利要求1所述的管理系统，其特征在于：虚拟电厂的区块链系统的网络部署架构由三类功能构成，分别是：
(1)全链功能，位于主链的核心层，负责主链的状态初始化、状态更新计算、节点同步、数据验证和权限控制等功能；
全链功能部署在可信的网络上，确保相关的数据与外部网络的隔离，全链功能之间基于PoS+BFT共识算法实现区块链的更新和共识；
(2)中继功能，位于主链的中继层，主要负责提供全链功能的全部最新数据，并将从链及外部数据接入全链功能；
中继功能也作为全链功能的镜像节点部署在外部网络上，但是中继功能本身没有修改主链状态的权限，只能通过p2p通信的方式，从多个全链功能中更新和认证区块链最新状态；
同时中继功能还将承担从链数据跨链对接的任务，从链将定期向主链的中继功能进行从链数据摘要写入，并以主链的反馈作为最终的确认依据；
(3)接入功能，位于接入层，用于对接需求侧的用户账户和用户设备，接入层将通过预言机模块进行用户数据上传，将链下数据可信认证，上传至区块链网络中；
外部的普通用户也将通过相应的用户操作界面，通过接入功能使用该区块链的服务。
4.如权利要求1所述的管理系统，其特征在于：各节点的加入方式为：
(1)部署在业务监管主链上的节点，节点加入方式：系统初始化为电网系统角色的账户即可新建监管节点，默认为成员白名单；
(2)部署在业务应用侧链上的节点，节点加入方式：
对于电网系统的管理者和系统建设方，直接可加入系统；
对于系统参与方，即：负荷响应商，包括如下步骤：
S1：向系统发起申请，注册节点信息和节点所有者信息；
S2：电网系统管理角色的账户在接收到新节点申请时，进行审核，审核通过加入节点、成员白名单；
S3：对于审核通过的注册节点信息和节点所有者，即可加入到业务应用侧链；
(3)部署在业务拓展应用从链上的节点，节点加入方式，包括如下步骤：
S1：向业务从链系统发起申请，注册从链信息、接入节点信息和节点所有者信息；
S2：电网系统管理角色的账户在接收到新业务拓展从链申请时，进行审核，审核通过加入节点、成员白名单；
S3：对于审核通过的业务拓展从链和节点所有者，即可通过跨链机制加入到业务应用侧链。
5.如权利要求1所述的管理系统，其特征在于：各节点的退出方式包括：
(1)对于终止业务的角色：可直接注销账户信息，注销完成后，关闭物理节点；
(2)对于恶意节点：系统成员可以发起举报恶意节点的提案，经系统成员和系统监管成员投票进行恶意节点注销，提案通过的恶意节点会被加入节点网络黑名单，加入节点网络黑名单的节点会断开节点网络，所述系统成员包括：系统建设方和系统参与方；
(3)对于恶意参与方：系统监管成员将该节点所有者信息加入系统成员黑名单，加入系统成员黑名单的所属全部节点会断开节点网络。
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