CN114219218A - 一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统及方法，包括：通信层、数据层、共识层、网络层、交易层、合约层和应用层；所述通信层的输出端依次与数据层、共识层、网络层、交易层、合约层和应用层相连接。本发明能够实时反映需求侧信息，并根据用能数据进行发电计划和整各需求侧资源调整。

Description

一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统及方法

技术领域

本发明属于区块链、虚拟电厂、需求响应技术领域，涉及虚拟电厂需求响应业务系统及方法，尤其是一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统及方法。

背景技术

电力需求响应(DemandResponse，DR)是由政府支持的电力资源合理分配，减小整体电力负荷的重要手段，旨在改变电力用户的用电方式，降低或转移高峰用电需求，需求响应的实施需要依靠市场机制、通过特殊的激励政策、价格体系或者两者结合的方式促使用户改变用电模式，进而达到管理电力短缺，该手段相比于新建和运行昂贵的峰荷发电机组或者启用快速调峰等方法要更加经济，也可以减少国家使用行政手段为均衡用电负荷而对用户的强制限电的情况。在我国，拥有并经营国家供电系统的电力企业的供电义务相对发达国家较为有限，经常出现电力供不应求的情况，电力公司也无法再现行价格上完全满足所有用户的用电需求。随着中国市场经济改革的进一步深化，市场驱动的需求响应措施被逐渐引入电力系统来补偿电力短缺，相比于行政化配给制度更加公平化，也兼顾了用电方的实际用电情况，达到了双赢的目的。

虚拟电厂是一种通过先进信息通信技术和软件系统，实现DG、储能系统、可控负荷、电动汽车等DER的聚合和协调优化，以作为一个特殊电厂参与电力市场和电网运行的电源协调管理系统。虚拟电厂概念的核心可以总结为“通信”和“聚合”。虚拟电厂的关键技术主要包括协调控制技术、智能计量技术以及信息通信技术。虚拟电厂最具吸引力的功能在于能够聚合DER参与电力市场和辅助服务市场运行，为配电网和输电网提供管理和辅助服务。

需求响应的加快实施也使得售电侧市场的不断开放，零售商和消费者在一定价格下签订供电合同，然后经过许多程序在电力批发市场上购买足够的电量和辅助服务来履行这些合同，需求侧大量的分散资源逐步被纳入到电网的互动范畴，这对电网底层的基础管理架构以及交易的安全性带来了巨大的挑战。需求响应业务又需要电网企业、负荷集成商、服务供应商等多方的参与，在保障电力系统的安全性和交易的公平性的前提下，交易方式可以采用成本补偿制、价值核算制、双边合同、投标市场或者实时竞价等方式，但这其中涉及了大量的信息流、资金流操作，对于传统的中心化管理模式，一旦中心节点出现问题，将会导致灾难性的后果。

区块链技术可以用来开发分散的网络拓扑和制定交易的分布式管理。在电网多级调度中心的调控下承载能量流的电网与不同发电企业通过统一的电力交易平台进行电量的中长期或日前交易，不符合能源互联网“开放、对等、互联、分享”的特性，而区块链除了数字货币领域的规模化应用外，在能源交易、银行间联合贷款清算等领域的应用正处于快速发展阶段。区块链技术的分布式、智能性、市场性以及融合性与智能电网相契合，二者的融合点包括可信交互、智能交易、协同调度、安全监管四个面，可信交互即通过区块链支撑智能电网各类节点的可信交互机制，智能交易是指在智能电网在去中心化下各售电公司、用户与发电方互补能源节点，用户端与各微网之间实现自主智能交易，通过区块链支撑智能电网在调度部分去中心化实现发电方，输送方，负荷集成商等，各方协同调度完成资源合理分配，最后通过区块链技术的不可篡改、不可否认、可追溯性和安全性建立智能电网的安全监管机制。

现有的虚拟电厂需求响应业务系统及方法，难以实时反映需求侧信息，无法根据用能数据进行发电计划和整各需求侧资源调整，无效产能不利于虚拟电厂的稳定调度。

经检索，未发现与本发明相同或相近似的现有技术的文献。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统及方法，能够实时反映需求侧信息，并根据用能数据进行发电计划和整各需求侧资源调整。

本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统，包括：通信层、数据层、共识层、网络层、交易层、合约层和应用层；

所述通信层的输出端依次与数据层、共识层、网络层、交易层、合约层和应用层相连接；

所述通信层用于为区块链场景有效应用的通信网络底层技术支撑；所述数据层用于存储能源交易及交割数据；所述共识层用于实现局域电力市场交易的自治管理；所述网络层用于将能源互联网按照局域电力市场进行划分，形成由局域区块链群组成的能源区块链，局域区块链之间采用跨链机制进行交易，并进行定期的局域区块链重构；所述交易层能够使用各种适用于分布式电能交易的市场机制；所述合约层能够使用适合于局域电力市场多边交易的智能合约；所述应用层用于在能源区块链网络自动撮合配网中各参与方的分布式电能交易需求。

一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统的调度方法，包括以下步骤：

步骤1、将虚拟电厂参与需求侧响应的负荷需求信息上传至系统并制定计划；

步骤2、供电单元将实时信息发布至需求侧区块链网络EBN(网络节点)中；

步骤3、制定合约，确定负荷管理计划；

步骤4、执行合约，形成完整电力交易区块链。

而且，所述步骤1的具体方法为：

虚拟电厂参与需求侧响应的负荷需求通过电网缺/余额利用电力市场或智能电表将需求信息通过虚拟电厂管理平台进行自动上传，需求响应中心通过虚拟电厂管理平台的电力市场功能实现计划制定。

而且，所述步骤2的具体方法为：

交易市场中的供电单元将自己的实时信息发布至需求侧区块链网络EBN网络节点中，通过DECT标准密码算法形成发电索引区块链DSRB数据业务请求块，使得虚拟电厂用户的发电计划中的每个用户参与负荷都可以结合自身负荷以及索引区块链DSRB中的区块信息进行负荷匹配及竞价。

而且，所述步骤3的具体方法为：

在生成了DSRB后，虚拟电厂负荷计划中的各用户、负荷集成商进行选择，在选择过程中综合考虑具体的场景及各发电单元/削峰单元的性质和参数，制定一个智能合约，通过智能合约可以根据不同的情形确定各个负荷管理计划，从而达到不同的交易结果。

而且，所述步骤4的具体方法为：

在计划匹配成功后，虚拟电厂各用户负荷资源完成自己的计划任务，通过电网进行友好互动，达到电网平稳运行目标。同时EBN与需求侧管理中心实时进行信息的审核及确认，保证需求响应负荷交易的准确完成，形成完整电力交易区块链。

本发明的优点和有益效果：

1、本发明可实时反映需求侧信息：电力与其他产品(包括实体产品和虚拟产品)最大的不同点是，电力是一种能量，它存在于各种能量之间的转换，即生产和消耗的电能必须守恒，无法在电网中暂存。基于区块链的需求侧响应模型通过EBN中的ETB区块，可实时获取用电需求量，并根据该需求量制定用户侧的发电计划，并适时调整各需求侧管理单元，尤其是使用非可再生能源的电力生产指标，避免无效的产能。

2、本发明可根据海量数据进行环境友好的发电计划调整：基于区块链的需求侧响应模型中的能源区块链网络将在运行过程中积累大量可靠数据，并可将其用于能源需求的预测，便于DER和用户侧可调节负荷进行发电调整。虽然DER和用户侧可调节负荷都属于负荷管理计划，但由于能源类型不同，从环境保护角度则更加倾向于使用DER的清洁可再生能源，基于区块链的需求侧响应模型通过EBN中的智能合约，可形成清洁可再生能源的选择偏好，减少非可再生能源的使用。

3、本发明更有利于虚拟电厂的信息透明和稳定调度：由于电的瞬时交换特性和需求侧管理中不同用户侧管理的发电特点和发电成本，其售电价格必然随时波动。除了在电力技术上需要解决的系统稳定分析、频率控制、负荷预测、需求响应等各种电网系统的问题，信息的透明、公平性、不可篡改性也将为需求侧管理的稳定调度带来运筹博弈上的支持。因为，准确透明的电力交易信息必将影响管理计划的分时用电需求，在预期综合成本最低的诉求下，EBN的融入将帮助需求侧管理改善能源需求的“削峰填谷”过程，更加有利于需求侧管理进行能源调度。

4、本发明确保数据安全和存储安全：基于区块链的需求侧响应模型中的数据均可通过EBN中的区块数据加密方法实施保护，并由全网所有节点共同认证；同时，由于去中心化机制，EBN中的节点均部分或全部地备份了链中全部信息，杜绝了中心化数据服务的失效隐患。

5、在本发明的基于区块链的需求侧响应系统中，EBN网络并不决定和影响具体的电能交易过程，而是扮演一个信息汇集整合的中转站和服务提供商的角色，将所有用户侧资源和需求侧计划之间的信息壁垒打通，使得双方可以完成去中心化的直接电能交易，从而降低了交易中的信用成本。

附图说明

图1是本发明的一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统结构图；

图2是本发明的一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务方法的处理流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：

本发明的基于区块链的虚拟电厂需求侧响应系统是考虑区块链技术保证任何节点都可以实现业务互动、交易和信息互联。区块链虚拟电厂管理平台根据之前的交易信息结合电网调度、用户负荷在线、需求侧可靠性评估、负荷基线等数据估算本次的交易情况。区块链虚拟电厂管理平台确认各节点的信誉值并降序排列，划分信誉值等级，平台收集买方报价信息并降序排列、收集卖方售价信息，在保障负荷互动有效的基础上达到需求响应的有效执行。平台从技术框架上划分，可由低到高分为：通信层、数据层、共识层、网络层、交易层、合约层、应用层。

一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统，如图1所示，包括：通信层、数据层、共识层、网络层、交易层、合约层和应用层；

所述通信层的输出端依次与数据层、共识层、网络层、交易层、合约层和应用层相连接；

所述通信层用于为区块链场景有效应用的通信网络底层技术支撑；所述数据层用于存储能源交易及交割数据；所述共识层用于实现局域电力市场交易的自治管理；所述网络层用于将能源互联网按照局域电力市场进行划分，形成由局域区块链群组成的能源区块链，局域区块链之间采用跨链机制进行交易，并进行定期的局域区块链重构；所述交易层能够使用各种适用于分布式电能交易的市场机制；所述合约层能够使用适合于局域电力市场多边交易的智能合约；所述应用层用于在能源区块链网络自动撮合配网中各参与方的分布式电能交易需求。

下面对系统中各个组成模块的功能和作用作进一步说明：

通信层：主要是为区块链场景有效应用的通信网络底层技术支撑，包括抽象通信服务接口、通信服务映射、分布式组网技术、底层通信网络适配、TCP/IP分组交换。

数据层：能源区块链的数据层采用区块头+区块数据的格式进行设计，存储能源交易及交割数据。

共识层：作为整个基于区块链的分布式电能交易系统设计的底层机制共识机制的设计是能源区块链的运行基石，其关系到整个分布式网络如何实现去中心化管理，即实现分布式网络的一致性。借用基于POS机制的新共识机制POEOL。该机制可以实现局域电力市场交易的自治管理，并且降低传统的POW机制的耗能、以及POS机制的代币初始分配不均衡的问题。

网络层：将能源互联网按照局域电力市场进行划分，形成由局域区块链群组成的能源区块链。局域区块链之间采用跨链机制进行交易，实现不同区块链之间的信息交互。针对局域区块链长期运行可能造成的效率降低、内部用户权重过重的问题，提出了动态分区算法进行定期的局域区块链重构。

交易层：交易层可以使用各种适用于分布式电能交易的市场机制，通过灵活的市场机制释放分布式电源及需求侧的潜力。由于能源区块链主要用于记录电力交易的数据，对象单一的特点使其能够形成一个封闭的应用生态，不需要使用如比特币这样的显式代币。能源区块链只作为电力交易及清算的数据库，交易双方预先缴纳保证金，由智能合约进行扣转和支付。能源区块链的激励采用电费扣转机制进行结算，各参与方需要从电量记录中扣减相当于记账奖励的份额，由区块链记录至记账人的电费记录中，清算时统一结算。

合约层：使用适合于局域电力市场多边交易的智能合约，使网络的交易、清算能够自动化进行并自行校验。记录在区块链上的智能合约不能被恶意篡改，在满足触发条件时合约将按照用户的设定自动触发执行，无需中介机构保证其信用。

应用层：作为分布式电能交易系统的功能部分，运行分布式电能交易应用。该去中心化应用(DecentralizedApplication,DAPP)运行在能源区块链的底层架构之上，可以实现在无需中介机构的前提下，能源区块链网络自动撮合配网中各参与方的分布式电能交易需求。

本发明依托区块链技术体系特征及与虚拟电厂参与需求侧响应业务融合特点，根据能源区块链网络特点，融合模型基于需求侧响应体系进行细化设计，使能源区块链嵌入到虚拟电厂需求侧响应业务当中，实现区块链EBN成为整个需求侧响应的信息交互和数据存储中心，有效地将区块链在数据存储、信息安全、数据互操作性中的优势引入到虚拟电厂需求侧响应中。

本发明通过虚拟电厂参与需求侧响应的共识机制及业务流程进行业务的自适应调度和运行：

一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统的调度方法，包括以下步骤：

步骤1、将虚拟电厂参与需求侧响应的负荷需求信息上传至系统并制定计划；

所述步骤1的具体方法为：

虚拟电厂参与需求侧响应的负荷需求通过电网缺/余额利用电力市场或智能电表将需求信息通过虚拟电厂管理平台进行自动上传，需求响应中心通过虚拟电厂管理平台的电力市场功能实现计划制定。

步骤2、供电单元将实时信息发布至需求侧区块链网络EBN(网络节点)中；

所述步骤2的具体方法为：

交易市场中的供电单元将自己的实时信息发布至需求侧区块链网络EBN(网络节点)中，通过DECT标准密码算法形成发电索引区块链DSRB(数据业务请求块)，使得虚拟电厂用户的发电计划中的每个用户参与负荷都可以结合自身负荷以及索引区块链DSRB中的区块信息进行负荷匹配及竞价。

步骤3、制定合约，确定负荷管理计划；

所述步骤3的具体方法为：

在生成了DSRB后，虚拟电厂负荷计划中的各用户、负荷集成商进行选择，在选择过程中综合考虑具体的场景及各发电单元/削峰单元的性质和参数，制定一个智能合约，通过智能合约可以根据不同的情形确定各个负荷管理计划，从而达到不同的交易结果。

步骤4、执行合约，形成完整电力交易区块链。

所述步骤4的具体方法为：

在计划匹配成功后，虚拟电厂各用户负荷资源完成自己的计划任务，通过电网进行友好互动，达到电网平稳运行目标。同时EBN与需求侧管理中心实时进行信息的审核及确认，保证需求响应负荷交易的准确完成，形成完整电力交易区块链。

其中，步骤2种为了提高DSRB和需求侧响应量的准确性，需要不断丰富负荷管理计划中包含的信息(天气状况、用电单位性质、市场波动等)，同时通过过程中信息的不断积累，完善DSRB算法。

需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (6)

1.一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统，其特征在于：包括：通信层、数据层、共识层、网络层、交易层、合约层和应用层；

所述通信层的输出端依次与数据层、共识层、网络层、交易层、合约层和应用层相连接；

所述通信层用于为区块链场景有效应用的通信网络底层技术支撑；所述数据层用于存储能源交易及交割数据；所述共识层用于实现局域电力市场交易的自治管理；所述网络层用于将能源互联网按照局域电力市场进行划分，形成由局域区块链群组成的能源区块链，局域区块链之间采用跨链机制进行交易，并进行定期的局域区块链重构；所述交易层能够使用各种适用于分布式电能交易的市场机制；所述合约层能够使用适合于局域电力市场多边交易的智能合约；所述应用层用于在能源区块链网络自动撮合配网中各参与方的分布式电能交易需求。

2.一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统的调度方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1、将虚拟电厂参与需求侧响应的负荷需求信息上传至系统并制定计划；

步骤2、供电单元将实时信息发布至需求侧区块链网络EBN(网络节点)中；

步骤3、制定合约，确定负荷管理计划；

步骤4、执行合约，形成完整电力交易区块链。

3.根据权利要求2所述的一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统的调度方法，其特征在于：所述步骤1的具体方法为：

虚拟电厂参与需求侧响应的负荷需求通过电网缺/余额利用电力市场或智能电表将需求信息通过虚拟电厂管理平台进行自动上传，需求响应中心通过虚拟电厂管理平台的电力市场功能实现计划制定。

4.根据权利要求2所述的一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统的调度方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：

交易市场中的供电单元将自己的实时信息发布至需求侧区块链网络EBN网络节点中，通过DECT标准密码算法形成发电索引区块链DSRB数据业务请求块，使得虚拟电厂用户的发电计划中的每个用户参与负荷都可以结合自身负荷以及索引区块链DSRB中的区块信息进行负荷匹配及竞价。

5.根据权利要求2所述的一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统的调度方法，其特征在于：所述步骤3的具体方法为：

在生成了DSRB后，虚拟电厂负荷计划中的各用户、负荷集成商进行选择，在选择过程中综合考虑具体的场景及各发电单元/削峰单元的性质和参数，制定一个智能合约，通过智能合约可以根据不同的情形确定各个负荷管理计划，从而达到不同的交易结果。

6.根据权利要求2所述的一种基于区块链技术的虚拟电厂需求响应业务系统的调度方法，其特征在于：所述步骤4的具体方法为：

在计划匹配成功后，虚拟电厂各用户负荷资源完成自己的计划任务，通过电网进行友好互动，达到电网平稳运行目标，同时EBN与需求侧管理中心实时进行信息的审核及确认，保证需求响应负荷交易的准确完成，形成完整电力交易区块链。

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