CN113763169A - 一种基于区块链的能源路由装置及能源管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于区块链的能源路由装置及能源管理方法，属于能源互联网领域。该能源路由装置包括控制模块、计量模块、存储模块、区块链模块、通讯模块和定位模块。本发明利用物联网的多层级结构，实现能源交换，同时以不同需求的用户作为节点，建立节点间的价值信任；该路由装置设有计量模块，分布式能源、蓄能以及能源用户的输入量与输出量的双向计量，使分散式智能微电网的能源能够计量、交易和记录，分布式的输出侧与供应侧通过能源路由器作为交易收费的依据，使微电网在经济上更加可行；该装置设置有区块链模块及能源监控模块，通过能源监控模块与区块链模块实现信息交互，根据区块数据可追溯能源交换信息、可结算能源交易。

Description

一种基于区块链的能源路由装置及能源管理方法

技术领域

本发明属于能源互联网领域，特别涉及一种基于区块链的能源路由装置及能源管理方法。

背景技术

能源互联网是在现有能源供给系统与配电网的基础上，通过先进的电力电子技术和信息技术，融合了新能源技术和互联网技术，将大量分布式能源采集装置和分布式能源储存装置互联起来，实现能量和信息双向流动的能源对等交换和共享网络。无论是传统电网，还是信息能源融合下的能源互联网，电力流的输送都需按照区域分布特点，分层分级地输送或交换，既能够实现能源的有效传输和高效利用，又能够保障安全、有序地进行管控。

能量路由器作为能源互联网的关键核心设备，实现能源互联网中多种形式能量的协调管理、可再生分布式能源的高效利用以及保障电网的安全可靠运行。在能源互联网中，能量路由器的主要任务是调整能量的流动和进行实时的信息传递，可以实现能源信息的量测采集、能源路由的分析与控制以及能源的定向传输。由于能源互联网对能源系统的暂态性能要求高，能源路由器不仅要满足用户的交易需要，同时要对网络中能源的任何关联变化做出及时的反应。

能量路由器的功能取决于其在能源互联网所处的位置及在网络中的层次。在微电网中，能源路由器与用户设备相连接，设备类型主要有分布式能源、储能单元和各类负荷等，这些设备和能量路由器共同构成了一个“局域”能源互联网，能量路由器作为中央控制器。同时，能源路由器将所有微电网联结起来，形成广域能源互联网。

从能源路由网络实现的角度，把能源互联网划分为能源终端网络、能源互联微网和广域能源互联网3个层级，并在此基础上将能源路由器分为微网路由和广域能源路由两个层级的路由结构。

微网负荷模型与终端负荷模型集是能源路由控制的基础和对象，它们共同完成能源互联网中的能源交换机制。终端负荷模型集是指局域能源微网内所有功率实体的数学模型集合，它描述了功率实体在微网运行时的实时功率状况。一般地，终端负荷数学模型包括：发电侧的光伏发电模型、风力发电模型、火力发电模型；储能侧的相变储能模型、化学储能模型；消纳侧的阻抗模型和等效获得的燃气模型、热力模型等。微网负荷模型是指单个微网的总负荷特性，它定量地描述该微网功率冗余或不足的变化规律，为广域能源路由控制提供依据。微网负荷模型的建立需依据局域能源路由的实时运行数据，也是一类时变模型。

能源路由器作为能源互联网的关键节点，实现能量管理和能量交换，对输入/输出能源进行计量，并可根据用户负荷动态地路由能源方向。然而在目前能源路由器的关键技术中，对于计量的价值信任遭到质疑，也缺少一种合理的路由策略来对互联网中的能源进行自适应调度。

区块链是一种以时间顺序将交易信息打包成数据区块组成的块链式数据结构。区块链技术本质上是一个去中心化的加密数据库，通过加密和分布式共识机制的技术手段来解决参与方的信任问题和数据的安全问题，区块链上存储的数据由全网节点共同维护，从而有效传递价值信息。区块链自身特点包括不可篡改、可追溯、对参与方透明等特性，进而创造信任、传递价值。通过使用智能合约，经过双方同意的合约规则可在不受人为干预的情况下自动执行，进一步增加区块链技术作为“信任机器”的特点，在广泛应用下可能成为“信任社会”的信用基础设施。

发明内容

本发明的目的在于针对现有能源计量价值信任遭到质疑，也缺少一种合理的路由策略来对能源互联网中的能源进行自适应调度的问题，提供一种基于区块链的能源路由器装置及能源管理方法，本发明通过区块链的共识算法和智能合约机制，来对能源路由器的计量数据进行上链存储，并能够根据双方提前制定好的智能合约进行能源的自适应路由。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于区块链的能源路由装置，包括：

控制模块，用于多个分布式能源路由器和分布式能源用户之间的能源交换和路由管理，能源交换即根据能源互联网中的不同形式的能源和用户需求进行能源交换，实现能源的优化管理；路由管理即根据区块链模块中由共识算法产生的路由策略，自动路由能源向各结点的传输方向，实现能源根据需求自适应的方向路由，避免能源浪费和控制传输成本；

计量模块，用于获取能源交换的计量数据；

存储模块，用于保存能源路由器物理设备信息、与之相连的微网或智能电表信息、能源路由器的地址信息、固态变压器信息；

区块链模块包含数据层、共识层和合约层；

通讯模块，通过UART串行链路与控制模块进行信息传递，并且将经过区块链模块处理后的数据传输给区块链能源交易监控平台；

定位模块，与控制模块相连接，用于对所述能源互联网路由装置进行地理位置的定位；

能源监控模块，通过能源监控模块与区块链模块实现信息交互，监控路由信息、区块信息、路由信息、交易信息，根据区块数据可追溯能源交换信息、可结算能源交易。

进一步地，所述能源路由装置之间通过专门的DNP3通信协议实现数据传输。

进一步地，在本发明的一些优选实施方案中，所述数据层用于存储电量计量数据、电量交易数据、用户角色标识、时间戳、加密管理单元；

其中，电量计量数据由智能电表计量得到，包括双向计量数据；

电量交易数据，为区块链中所有的点对点电力交易数据；

用户角色标识，用于区分用户是购电方还是售电方；

时间戳，用于记录区块链网络内点对点能源交换发生的时间，同时将每个节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中；

加密管理单元，采用硬件加密方式对数据进行加密，并用于管理用户的私钥信息。

作为优选，所述数据层还包括数据区块、哈希散列、点对点网络、密钥管理、公钥和私钥、非对称加密和验证机制中的一种或几种组合。

进一步地，在本发明的一些优选实施方案中，所述共识层是根据用户的用电和供电需求产生相应的共识机制，能源路由装置通过调用共识机制产生路由策略，对能源的传输方向进行自动调配，并产生相应的共识信息上链存储。

进一步地，在本发明的一些优选实施方案中，所述合约层是将区块链各节点达成的一致协议作为智能合约，当达到相应条件时智能合约被触发，合约双方根据合约内容按照用电量、供电量、交易量、售价信息进行资金结算并将交易信息上链。

进一步地，所述区块链模块还给每个能源路由装置一个唯一的ID，以形成区块链中的一个唯一ID节点。

进一步地，所述智能合约的内容包括交易单价、交易数量、交易方式。

本发明还提供了利用上述基于区块链的能源路由装置进行能源管理的方法，包括：

基于能源路由装置构建区块链能源管理系统，区块链能源管理系统包括能源输出节点、能源用户节点、能源路由节点、能源核查节点，能源路由节点为能源路由装置，能源路由装置与能源输出节点、用户节点、核查节点通讯连接；

能源输出节点将供电量、交易量、售价信息上链，能源核查节点对相应信息进行真实性核查及监控，并附上签名与时间戳；

用户节点根据智能合约内容按照用电量、交易量、售价信息进行资金结算并将交易信息上链，能源核查节点对相应信息进行真实性核查及监控，并附上签名与时间戳；

能源路由装置根据用户节点的用电和供电需求对能源输出节点输出的能源的传输方向进行自动调配，并将交易信息向其他节点进行广播，并将交易信息生成哈希值，在各记账节点中存储。

与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：

(1)本发明提供的基于区块链的能源路由装置及能源管理方法，利用物联网的多层级结构，实现能源交换，同时以不同需求的用户作为节点，建立节点间的价值信任；该路由装置设有计量模块，分布式能源、蓄能以及能源用户的输入量与输出量的双向计量，使分散式智能微电网的能源能够计量、交易和记录，分布式的输出侧与供应侧通过能源路由器作为交易收费的依据，使微电网在经济上更加可行；该能源路由装置设置有区块链模块及能源监控模块，通过能源监控模块与区块链模块实现信息交互，根据区块数据可追溯能源交换信息、可结算能源交易。

(2)本发明提供的能源路由装置通过区块链的共识机制和智能合约，促进区块链的各节点用户根据需求获取或供应能源，在没有人工干预的情况下实现能源的自适应调度。

附图说明

图1为本发明一实施例的基于区块链的能源路由装置的结构框图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，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。

实施例

电力是能源互联网中的能源主体，其他形式的能源是消费结构中的组成部分。因此，在能源的调度、控制和传输中，可以把所有能源等效转化为电力度量数据来进行分析。

本实施例提供的基于区块链的能源路由装置包括：

控制模块，用于多个分布式能源路由器和分布式能源用户之间的能源交换和路由管理，能源交换即根据能源互联网中的不同形式的能源和用户需求进行能源交换，实现能源的优化管理；路由管理即根据区块链模块中由共识算法产生的路由策略，自动路由能源向各结点的传输方向，实现能源根据需求自适应的方向路由，避免能源浪费和控制传输成本；

计量模块，用于获取能源交换的计量数据；

存储模块，用于保存能源路由器物理设备信息、与之相连的微网或智能电表信息、能源路由器的地址信息、固态变压器信息；

区块链模块包含数据层、共识层和合约层；

通讯模块，通过UART串行链路与控制模块进行信息传递，并且将经过区块链模块处理后的数据传输给区块链能源交易监控平台；

定位模块，与控制模块相连接，用于对所述能源互联网路由装置进行地理位置的定位；

能源监控模块，通过能源监控模块与区块链模块实现信息交互，监控路由信息、区块信息、路由信息、交易信息，根据区块数据可追溯能源交换信息、可结算能源交易。

本实施例中所述能源路由装置之间通过专门的DNP3通信协议实现数据传输。

本实施例中所述数据层用于存储电量计量数据、电量交易数据、用户角色标识、时间戳、加密管理单元；其中，电量计量数据由智能电表计量得到，包括双向计量数据；电量交易数据，为区块链中所有的点对点电力交易数据；用户角色标识，用于区分用户是购电方还是售电方；时间戳，用于记录区块链网络内点对点能源交换发生的时间，同时将每个节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中；加密管理单元，采用硬件加密方式对数据进行加密，并用于管理用户的私钥信息；所述数据层还包括数据区块、哈希散列、点对点网络、密钥管理、公钥和私钥、非对称加密和验证机制中的一种或几种组合；所述共识层是根据用户的用电和供电需求产生相应的共识算法，能源路由装置通过调用共识算法产生路由策略，对能源的传输方向进行自动调配，并产生相应的共识信息上链存储；所述合约层是将区块链各节点达成的一致协议作为智能合约，当达到相应条件时智能合约被触发，合约双方根据合约内容按照用电量、供电量、交易量、售价信息进行资金结算并将交易信息上链；所述智能合约的内容包括交易单价、交易数量、交易方式。

本实施例中，控制模块用于多个分布式能源站和分布式能源用户之间的能量交换、路由管理和同一局域网内的点对点的电力交易控制；计量模块用于获取能源交换的计量数据，并要求按照统一的计量规则和计算方式来统计计量信息；区块链模块与控制模块进行数据交互，用于区域内区块链网络内节点之间的点对点电力交易的实现，以及分布式的能源计量与交易数据的上链存储；区块链模块用于进行能源交易和记录。

除此之外，区块链模块还给每个能源互联网路由器一个唯一的ID，以形成区块链中的一个唯一ID的节点；当区块链的所有节点拥有唯一的ID之后，就代表一个分布式账本的形成，各节点都具有相同的权限和记账能力，当某一个节点发生能源交易时，此节点将交易信息上链存储并向其他节点进行广播，对于各节点来说，已经上链的数据是共享且透明的，任何一方都不能单独修改已经上链的数据，区块链这一“无法篡改”的特点也是解决能源路由器交易信息价值信任的关键所在。

在能源互联网中，不同用户对能源的需求不一，本实施例中风能、太阳能在内的可再生能源作为能源路由器的输入侧，同时可能是电能的输出侧。能源路由器的各用户端根据提前设定好的共识算法来触发能源交易，并将交易信息通过数据层上链存储。在产生能源交易的过程中，按照双方指定好的智能合约内容，包括交易单价、交易数量、交易方式，根据各用户端不同的输入输出需求，通过能源路由器制定合理的路由策略，自适应地控制能源流的方向，甚至通过能源路由器的定位模块，能够找到进行能源传输的最佳交易节点对，减少能源点对点远距离传输过程造成的能源损耗。

本实施例还提供了利用上述基于区块链的能源路由装置进行能源管理的方法，包括：

基于能源路由装置构建区块链能源管理系统，区块链能源管理系统包括能源输出节点、能源用户节点、能源路由节点、能源核查节点，能源路由节点为能源路由装置，能源路由装置与能源输出节点、用户节点、核查节点通讯连接；

能源输出节点将供电量、交易量、售价信息上链，能源核查节点对相应信息进行真实性核查及监控，并附上签名与时间戳；

用户节点根据智能合约内容按照用电量、交易量、售价信息进行资金结算并将交易信息上链，能源核查节点对相应信息进行真实性核查及监控，并附上签名与时间戳；

能源路由装置根据用户节点的用电和供电需求对能源输出节点输出的能源的传输方向进行自动调配，并将交易信息向其他节点进行广播，并将交易信息生成哈希值，在各记账节点中存储。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于区块链的能源路由装置，其特征在于，包括：

控制模块，用于多个分布式能源路由器和分布式能源用户之间的能源交换和路由管理，能源交换即根据能源互联网中的不同形式的能源和用户需求进行能源交换，实现能源的优化管理；路由管理即根据区块链模块中由共识算法产生的路由策略，自动路由能源向各结点的传输方向，实现能源根据需求自适应的方向路由，避免能源浪费和控制传输成本；

计量模块，用于获取能源交换的计量数据；

存储模块，用于保存能源路由器物理设备信息、与之相连的微网或智能电表信息、能源路由器的地址信息、固态变压器信息；

区块链模块包含数据层、共识层和合约层；

通讯模块，通过UART串行链路与控制模块进行信息传递，并且将经过区块链模块处理后的数据传输给区块链能源交易监控平台；

定位模块，与控制模块相连接，用于对所述能源互联网路由装置进行地理位置的定位；

能源监控模块，通过能源监控模块与区块链模块实现信息交互，监控路由信息、区块信息、路由信息、交易信息，根据区块数据可追溯能源交换信息、可结算能源交易。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的能源路由装置，其特征在于：所述能源路由装置之间还通过专门的DNP3通信协议实现数据传输。

3.根据权利要求2所述的基于区块链的能源路由装置，其特征在于：所述数据层用于存储电量计量数据、电量交易数据、用户角色标识、时间戳、加密管理单元；

其中，电量计量数据由智能电表计量得到，包括双向计量数据；

电量交易数据，为区块链中所有的点对点电力交易数据；

用户角色标识，用于区分用户是购电方还是售电方；

时间戳，用于记录区块链网络内点对点能源交换发生的时间，同时将每个节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中；

加密管理单元，采用硬件加密方式对数据进行加密，并用于管理用户的私钥信息。

4.根据权利要求3所述的基于区块链的能源路由装置，其特征在于：所述数据层还包括数据区块、哈希散列、点对点网络、密钥管理、公钥和私钥、非对称加密和验证机制中的一种或几种组合。

5.根据权利要求4所述的基于区块链的能源路由装置，其特征在于：所述共识层是根据用户的用电和供电需求产生相应的共识机制，能源路由装置通过调用共识机制产生路由策略，对能源的传输方向进行自动调配，并产生相应的共识信息上链存储。

6.根据权利要求5所述的基于区块链的能源路由装置，其特征在于：所述合约层是将区块链各节点达成的一致协议作为智能合约，当达到相应条件时智能合约被触发，合约双方根据合约内容按照用电量、供电量、交易量、售价信息进行资金结算并将交易信息上链。

7.根据权利要求6所述的基于区块链的能源路由装置，其特征在于：所述区块链模块还给每个能源路由装置一个唯一的ID，以形成区块链中的一个唯一ID节点。

8.根据权利要求7所述的基于区块链的能源路由装置，其特征在于：所述智能合约的内容包括交易单价、交易数量、交易方式。

9.利用权利要求1-8任一项所述的基于区块链的能源路由装置进行能源管理的方法，其特征在于，包括：

基于能源路由装置构建区块链能源管理系统，区块链能源管理系统包括能源输出节点、能源用户节点、能源路由节点、能源核查节点，能源路由节点为能源路由装置，能源路由装置与能源输出节点、用户节点、核查节点通讯连接；

能源输出节点将供电量、交易量、售价信息上链，能源核查节点对相应信息进行真实性核查及监控，并附上签名与时间戳；

用户节点根据智能合约内容按照用电量、交易量、售价信息进行资金结算并将交易信息上链，能源核查节点对相应信息进行真实性核查及监控，并附上签名与时间戳；

能源路由装置根据用户节点的用电和供电需求对能源输出节点输出的能源的传输方向进行自动调配，并将交易信息向其他节点进行广播，并将交易信息生成哈希值，在各记账节点中存储。

Images