CN116191411A - 一种基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统。本发明所述电网公司节点服务器通过P2P网络交换机分别与纯用电主体节点服务器、分布式发电主体节点服务器、用户侧储能主体节点服务器、充电站主体节点服务器进行网络连接，所述电网公司节点服务器、纯用电主体节点服务器、分布式发电主体节点服务器、用户侧储能主体节点服务器、充电站主体节点服务器分别与每个公共连接点处智能关口表进行数据传输；纯用电主体节点服务器连接负荷控制终端，分布式发电主体节点服务器连接分布式发电控制终端，用户侧储能主体节点服务器连接储能控制终端，充电站主体节点服务器连接充电站控制终端。本发明促进可再生能源充分消纳。

Description

一种基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统

技术领域

本发明涉及分布式电能交易系统领域，更具体地说，是涉及一种基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统。

背景技术

随着国家双碳战略的提出，各级地方政府均已制定碳达峰、碳中和行动方案，从这些方案中可以明显看出，要实现碳中和，必须大力开发及利用可再生能源，除了大规模集中式新能源基地外，大量的分布式可再生能源，比如分布式光伏和风电，将在配电网及用户侧大量存在，如何充分及有效消纳分布式可再生能源是未来需要重点关注并解决的问题。

并网型微电网内部包含有常规电力用户、分布式发电用户、储能用户、电动汽车充电站用户等，通过公共连接点与外部电网连接，微电网富余的电能通过公共连接点卖给电网，微电网内部不足的电能，通过公共连接点从电网购入电能。

当前电力市场环境下，电能消费者均是从电网公司购电，哪怕是分布式发电的用户，也是先将自己全部或者富余的电能卖给电力公司，电力公司再将电能卖给电力用户。这种集中式电能交易方式极大地限制了能源供应方与能源消费方之间的自由电能交易，减少了分布式能源供应者的最大收益，降低了分布式能源开发利用的积极性，不利于可再生能源的大规模开发利用和充分的消纳。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术中存在的不足，提供一种基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统。

本发明一种基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统，通过下述技术方案予以实现，包括：电网公司节点服务器、公共连接点处智能关口表、P2P对等网络、纯用电主体节点服务器、分布式发电主体节点服务器、用户侧储能主体节点服务器、充电站主体节点服务器、智能电表、负荷控制终端、分布式发电控制终端、储能控制终端、充电站控制终端；所述电网公司节点服务器通过P2P网络交换机分别与纯用电主体节点服务器、分布式发电主体节点服务器、用户侧储能主体节点服务器、充电站主体节点服务器进行网络连接，所述电网公司节点服务器、纯用电主体节点服务器、分布式发电主体节点服务器、用户侧储能主体节点服务器、充电站主体节点服务器分别与每个公共连接点处智能关口表进行数据传输；纯用电主体节点服务器连接负荷控制终端，分布式发电主体节点服务器连接分布式发电控制终端，用户侧储能主体节点服务器连接储能控制终端，充电站主体节点服务器连接充电站控制终端；

交易系统的交易流程：包括交易提交、交易撮合、市场出清和交易结算；

所述交易提交环节：在一个新的交易周期开始前T时间内，各个市场主体根据历史交易数据，预测新交易周期内，其所需要购买或者能够销售的电量及负荷或出力曲线，并且提出其期望的价格一起打包广播至区块链网络；发电主体会预测新交易周期内，其所能够销售的电量及出力曲线，并提出其期望销售的价格，打包广播至区块链网络；用电主体会预测新交易周期内，其所需要购买的电量及负荷曲线，并提出其期望购买的价格，打包广播至区块链网络；电网公司作为微电网内的平衡节点，一方面，电网公司按照国家规定的电价不限量的收购或者销售电能；另一方面，电网公司作为弥补微电网内部市场出清结果与计划交易清单差值的主体，提交平衡差值的购买电价和销售电价，用于实际出清时的差值结算；每个市场主体节点均会收到其他主体节点提交的交易信息，与自身节点的交易信息一起形成新交易周期的交易池，将交易池信息发送至区块链网络，通过区块链网络验证后，存入各自的节点数据库；这样，每一个节点均会保存新交易周期的完整的交易申报信息。

所述交易撮合环节：交易提交环节形成新交易周期的完整交易申报信息后，每个节点执行交易撮合智能合约，对交易申报信息进行交易撮合，未成功撮合的交易将按照电网公司的销售及购买价格进行自动撮合，最后形成完整的交易撮合信息；交易撮合完成后，各个节点将各自形成的交易撮合信息广播至区块链网络，通过区块链网络验证通过后，形成新交易周期的计划交易清单；

所述交易出清环节：新的交易周期开始后，各交易主体参照计划交易清单，通过各自的控制终端实现对各主体的用电及发电控制，最大程度的按照计划交易清单进行电能的消费及生产，交易主体违反计划交易清单而产生的偏差将由电网主体进行平衡，进而需要向电网公司按照电网公司提交的平衡补偿价格支付平衡补偿金；交易周期结束后，各交易主体将本交易周期内各自的智能电表数据广播至区块链网络，区块链网络验证通过后，执行交易出清智能合约，形成实际的交易清单，并将实际交易清单广播至区块链网络，通过区块链网络验证校核后，最终形成实际交易记录。

所述交易结算环节：各个市场主体节点按照实际交易记录，支付应付的费用，支付完成后，将交易结果发送至区块链网络，通过区块链网络验证通过后，将最终交易记录写入区块链，完成本交易周期内的电能交易。

所述交易提交环节中T的大小根据微电网交易规模自行设定，通常设置1至5分钟。

所述负荷控制终端，是纯用电市场主体按照交易撮合后的计划交易清单控制其负荷出力的装置，最大程度的实现实际负荷用电量与计划交易清单保持一致，以减少因出现实际用电与用电计划出线偏差而需要向电网支付平衡补偿金。

所述分布式发电控制终端，是分布式发电市场主体按照交易撮合后的计划交易清单控制其发电出力的装置，最大程度的实现实际发电电量与计划交易清单保持一致，以减少因出现实际发电量与发电计划出现偏差而需要向电网支付平衡补偿金。

所述储能控制终端，是用户侧储能市场主体按照交易撮合后的计划交易清单控制储能充放电的装置，最大程度的实现实际储能充放电量与计划交易清单保持一致，以减少因出现实际充放电量与充放电计划出现偏差而需要向电网支付平衡补偿金。

所述充电站控制终端，是充电站市场主体按照交易撮合后的计划交易清单控制充电站充放电的装置，最大程度的实现实际充电站充电量或者放电量与计划交易清单保持一致，以减少因出现实际充放电量与充放电计划出现偏差而需要向电网支付平衡补偿金。

纯用电主体节点服务器、分布式发电主体节点服务器、用户侧储能主体节点服务器、充电站主体节点服务器统称为各类市场主体节点服务器，各类市场主体节点服务器包括节点数据库、区块链底层框架、电能交易智能合约模块和人机交互应用模块。

节点数据库一方面用于存储区块链的所有数据，另一方面存储接收自公共连接处智能关口表的历史数据；区块链底层框架包括P2P对等网络协议、分布式算法、加密签名及数据存储，用于实现区块链的去中心化、分布式数据存储功能；电能交易智能合约：包括交易提交、交易撮合、交易出清、交易结算；交易提交智能合约，用于将要出售及购买的电能信息打包发送至区块链网络；交易撮合智能合约，用于将交易池中的交易数据按照预先选定的撮合策略进行交易撮合；交易出清智能合约按照实际电能交易数据，完成最终的交易市场出清；交易结算智能合约按照市场出清结果进行自动结算。

P2P网络交换机是P2P网络数据交换设备，实现各类主体间的数据相互转发功能。

公共连接点智能关口表用来计量电网公司与微电网的电能交换，具备双向功率电能计量的功能。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

在微电网内部，对于分布式发电主体，如果分布式发电主体需要把自己的电能销售出去，通过本发明所提出的微电网分布式交易系统，可以直接以较高的价格，将电能卖给微电网内部的其他电能消费主体，而不必将电能以较低的价格卖给电网，从而提高其收益；对于电能消费主体，如果电能消费主体需要购买电能，通过本发明所提出的微电网分布式交易系统，可以从微电网内部其他分布式发电主体那里以较低的价格购入电能，而不必用较高的价格从电网购入电能。

通过本发明所提出的一种基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统，能够实现并网型微电网内部不同市场主体间的电能自由交易，能够充分消纳分布式电源所发出的电能，促进可再生能源充分消纳。另外，各类市场主体具备了更多的选择权，谁的价格低，就从哪里购买电能，谁的价格高，就将富余的电能卖给谁，实现微电网内部各类市场主体的收益最大化。最后，电网公司，即可以按照国家规定的电价进行电能销售或者购买，也可以作为平衡补偿节点，收取平衡补偿费用，对电网公司的利益也是一种均衡。

附图说明

图1为并网型微电网物理连接图；

图2是并网型微电网分布式电能交易系统图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。

本发明适用于并网型微电网，微电网典型结构如图1所示，微电网内部主要可以包含纯用电用户主体、分布式发电主体、用户侧储能主体、充电站主体等类型市场主体，各类市场主体数量可以为0到多个。如果为0，则表示该微电网内不含有此类市场主体。

(1)纯用电用户主体，包括各类工业、商业、服务业及居民用电用户，此类主体只消费电能，不生产电能；

(2)分布式发电主体，包括全额上网和自发自用余电上网的用户，此类主体整体对外生产电能(内部可能也消费电能)；

(3)用户侧储能主体，是指建立在用户端的储能设施，该类主体根据储能运行策略，即可以从电网接受电能，也可以向电网输出电能。

(4)充电站主体，根据充电桩是否具备V2G的功能，能够接受电能或者输出电能。

(5)电网公司主体，指的是微电网与外部所连接的外电网。

本发明所提出的一种基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统包括：电网公司节点服务器、公共连接点处智能关口表、P2P对等网络、纯用电主体节点服务器、分布式发电主体节点服务器、用户侧储能主体节点服务器、充电站主体节点服务器、智能电表、负荷控制终端、分布式发电控制终端、储能控制终端、充电站控制终端。

(1)各类市场主体节点服务器：包括纯用电主体节点服务器、分布式发电主体节点服务器、用户侧储能主体节点服务器、充电站主体节点服务器，各类市场主体节点服务器包括节点数据库、区块链底层框架、电能交易智能合约模块和人机交互应用模块；节点数据库一方面用于存储区块链的所有数据，另一方面存储接收自公共连接处智能关口表的历史数据；区块链底层框架包括P2P对等网络协议、分布式算法、加密签名及数据存储，用于实现区块链的去中心化、分布式数据存储功能；电能交易智能合约：包括交易提交、交易撮合、交易出清、交易结算；交易提交智能合约，用于将要出售及购买的电能信息打包发送至区块链网络；交易撮合智能合约，用于将交易池中的交易数据按照预先选定的撮合策略进行交易撮合；交易出清智能合约按照实际电能交易数据，完成最终的交易市场出清；交易结算智能合约按照市场出清结果进行自动结算。

(2)智能电表，具备双向计量的功能，用于对各类主体所接受或输送的电能进行计量。

(3)P2P网络交换机，是P2P网络数据交换设备，实现各类主体间的数据相互转发功能。

(4)网络连接，是各类市场主体通过通信线路(包括双绞线、光纤、4G、5G通信等通信方式)与P2P网络交换机连接，是系统数据传输的通道。

(5)公共连接点智能关口表，用来计量电网公司与微电网的电能交换，具备双向功率电能计量的功能。

(6)数据传输，是智能电表向主体节点服务器传输数据的通道，可以采用485、双绞线、光纤、4G、5G通信等通信方式。

(7)负荷控制终端，是纯用电市场主体按照交易撮合后的计划交易清单控制其负荷出力的装置，最大程度的实现实际负荷用电量与计划交易清单保持一致，以减少因出现实际用电与用电计划出线偏差而需要向电网支付平衡补偿金。

(8)分布式发电控制终端，是分布式发电市场主体按照交易撮合后的计划交易清单控制其发电出力的装置，最大程度的实现实际发电电量与计划交易清单保持一致，以减少因出现实际发电量与发电计划出现偏差而需要向电网支付平衡补偿金。

(9)储能控制终端，是用户侧储能市场主体按照交易撮合后的计划交易清单控制储能充放电的装置，最大程度的实现实际储能充放电量与计划交易清单保持一致，以减少因出现实际充放电量与充放电计划出现偏差而需要向电网支付平衡补偿金。

(10)充电站控制终端，是充电站市场主体按照交易撮合后的计划交易清单控制充电站充放电的装置，最大程度的实现实际充电站充电量或者放电量与计划交易清单保持一致，以减少因出现实际充放电量与充放电计划出现偏差而需要向电网支付平衡补偿金。

本发明所提出的一种基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统交易流程：包括交易提交、交易撮合、市场出清、交易结算四个环节。

交易提交环节：

在一个新的交易周期开始前T时间内(T的大小根据微电网交易规模自行设定，通常可以设置1至5分钟)，各个市场主体根据历史交易数据，预测新交易周期内，其所需要购买或者能够销售的电量及负荷或出力曲线，并且提出其期望的价格一起打包广播至区块链网络。发电主体会预测新交易周期内，其所能够销售的电量及出力曲线，并提出其期望销售的价格，打包广播至区块链网络；用电主体会预测新交易周期内，其所需要购买的电量及负荷曲线，并提出其期望购买的价格，打包广播至区块链网络；电网公司作为微电网内的平衡节点，一方面，电网公司按照国家规定的电价不限量的收购或者销售电能；另一方面，电网公司作为弥补微电网内部市场出清结果与计划交易清单差值的主体，提交平衡差值的购买电价和销售电价，用于实际出清时的差值结算。

每个市场主体节点均会收到其他主体节点提交的交易信息，与自身节点的交易信息一起形成新交易周期的交易池，将交易池信息发送至区块链网络，通过区块链网络验证后，存入各自的节点数据库；这样，每一个节点均会保存新交易周期的完整的交易申报信息。

交易撮合环节：

交易提交环节形成新交易周期的完整交易申报信息后，每个节点执行交易撮合智能合约，对交易申报信息进行交易撮合，未成功撮合的交易将按照电网公司的销售及购买价格进行自动撮合，最后形成完整的交易撮合信息；交易撮合完成后，各个节点将各自形成的交易撮合信息广播至区块链网络，通过区块链网络验证通过后，形成新交易周期的计划交易清单。

交易出清环节：

新的交易周期开始后，各交易主体参照计划交易清单，通过各自的控制终端实现对各主体的用电及发电控制，最大程度的按照计划交易清单进行电能的消费及生产，交易主体违反计划交易清单而产生的偏差将由电网主体进行平衡，进而需要向电网公司按照电网公司提交的平衡补偿价格支付平衡补偿金。交易周期结束后，各交易主体将本交易周期内各自的智能电表数据广播至区块链网络，区块链网络验证通过后，执行交易出清智能合约，形成实际的交易清单，并将实际交易清单广播至区块链网络，通过区块链网络验证校核后，最终形成实际交易记录。

交易结算环节：

各个市场主体节点按照实际交易记录，支付应付的费用，支付完成后，将交易结果发送至区块链网络，通过区块链网络验证通过后，将最终交易记录写入区块链，完成本交易周期内的电能交易。

本发明提供了一种基于区块链技术的分布式电能交易系统，利用区块链技术所具有的去中心化、可信任、不可篡改等技术优点，实现微电网内部电能生产者与电能消费者利益最大化的电能交易系统，能够促进可再生能源系统的开发、利用与消纳。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统，其特征是，包括：电网公司节点服务器、公共连接点处智能关口表、P2P对等网络、纯用电主体节点服务器、分布式发电主体节点服务器、用户侧储能主体节点服务器、充电站主体节点服务器、智能电表、负荷控制终端、分布式发电控制终端、储能控制终端、充电站控制终端；所述电网公司节点服务器通过P2P网络交换机分别与纯用电主体节点服务器、分布式发电主体节点服务器、用户侧储能主体节点服务器、充电站主体节点服务器进行网络连接，所述电网公司节点服务器、纯用电主体节点服务器、分布式发电主体节点服务器、用户侧储能主体节点服务器、充电站主体节点服务器分别与每个公共连接点处智能关口表进行数据传输；纯用电主体节点服务器连接负荷控制终端，分布式发电主体节点服务器连接分布式发电控制终端，用户侧储能主体节点服务器连接储能控制终端，充电站主体节点服务器连接充电站控制终端；

交易系统的交易流程：包括交易提交、交易撮合、市场出清和交易结算；

所述交易提交环节：在一个新的交易周期开始前T时间内，各个市场主体根据历史交易数据，预测新交易周期内，其所需要购买或者能够销售的电量及负荷或出力曲线，并且提出其期望的价格一起打包广播至区块链网络；发电主体会预测新交易周期内，其所能够销售的电量及出力曲线，并提出其期望销售的价格，打包广播至区块链网络；用电主体会预测新交易周期内，其所需要购买的电量及负荷曲线，并提出其期望购买的价格，打包广播至区块链网络；电网公司作为微电网内的平衡节点，一方面，电网公司按照国家规定的电价不限量的收购或者销售电能；另一方面，电网公司作为弥补微电网内部市场出清结果与计划交易清单差值的主体，提交平衡差值的购买电价和销售电价，用于实际出清时的差值结算；每个市场主体节点均会收到其他主体节点提交的交易信息，与自身节点的交易信息一起形成新交易周期的交易池，将交易池信息发送至区块链网络，通过区块链网络验证后，存入各自的节点数据库；这样，每一个节点均会保存新交易周期的完整的交易申报信息。

所述交易撮合环节：交易提交环节形成新交易周期的完整交易申报信息后，每个节点执行交易撮合智能合约，对交易申报信息进行交易撮合，未成功撮合的交易将按照电网公司的销售及购买价格进行自动撮合，最后形成完整的交易撮合信息；交易撮合完成后，各个节点将各自形成的交易撮合信息广播至区块链网络，通过区块链网络验证通过后，形成新交易周期的计划交易清单；

所述交易出清环节：新的交易周期开始后，各交易主体参照计划交易清单，通过各自的控制终端实现对各主体的用电及发电控制，最大程度的按照计划交易清单进行电能的消费及生产，交易主体违反计划交易清单而产生的偏差将由电网主体进行平衡，进而需要向电网公司按照电网公司提交的平衡补偿价格支付平衡补偿金；交易周期结束后，各交易主体将本交易周期内各自的智能电表数据广播至区块链网络，区块链网络验证通过后，执行交易出清智能合约，形成实际的交易清单，并将实际交易清单广播至区块链网络，通过区块链网络验证校核后，最终形成实际交易记录。

所述交易结算环节：各个市场主体节点按照实际交易记录，支付应付的费用，支付完成后，将交易结果发送至区块链网络，通过区块链网络验证通过后，将最终交易记录写入区块链，完成本交易周期内的电能交易。

2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统，其特征是，所述交易提交环节中T的大小根据微电网交易规模自行设定，通常设置1至5分钟。

3.根据权利要求1所述的基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统，其特征是，所述负荷控制终端，是纯用电市场主体按照交易撮合后的计划交易清单控制其负荷出力的装置，最大程度的实现实际负荷用电量与计划交易清单保持一致，以减少因出现实际用电与用电计划出线偏差而需要向电网支付平衡补偿金。

4.根据权利要求1所述的基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统，其特征是，所述分布式发电控制终端，是分布式发电市场主体按照交易撮合后的计划交易清单控制其发电出力的装置，最大程度的实现实际发电电量与计划交易清单保持一致，以减少因出现实际发电量与发电计划出现偏差而需要向电网支付平衡补偿金。

5.根据权利要求1所述的基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统，其特征是，所述储能控制终端，是用户侧储能市场主体按照交易撮合后的计划交易清单控制储能充放电的装置，最大程度的实现实际储能充放电量与计划交易清单保持一致，以减少因出现实际充放电量与充放电计划出现偏差而需要向电网支付平衡补偿金。

6.根据权利要求1所述的基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统，其特征是，所述充电站控制终端，是充电站市场主体按照交易撮合后的计划交易清单控制充电站充放电的装置，最大程度的实现实际充电站充电量或者放电量与计划交易清单保持一致，以减少因出现实际充放电量与充放电计划出现偏差而需要向电网支付平衡补偿金。

7.根据权利要求1所述的基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统，其特征是，纯用电主体节点服务器、分布式发电主体节点服务器、用户侧储能主体节点服务器、充电站主体节点服务器统称为各类市场主体节点服务器，各类市场主体节点服务器包括节点数据库、区块链底层框架、电能交易智能合约模块和人机交互应用模块。

8.根据权利要求7所述的基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统，其特征是，节点数据库一方面用于存储区块链的所有数据，另一方面存储接收自公共连接处智能关口表的历史数据；区块链底层框架包括P2P对等网络协议、分布式算法、加密签名及数据存储，用于实现区块链的去中心化、分布式数据存储功能；电能交易智能合约：包括交易提交、交易撮合、交易出清、交易结算；交易提交智能合约，用于将要出售及购买的电能信息打包发送至区块链网络；交易撮合智能合约，用于将交易池中的交易数据按照预先选定的撮合策略进行交易撮合；交易出清智能合约按照实际电能交易数据，完成最终的交易市场出清；交易结算智能合约按照市场出清结果进行自动结算。

9.根据权利要求1所述的基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统，其特征是，P2P网络交换机是P2P网络数据交换设备，实现各类主体间的数据相互转发功能。

10.根据权利要求1所述的基于区块链技术的并网型微电网分布式电能交易系统，其特征是，公共连接点智能关口表用来计量电网公司与微电网的电能交换，具备双向功率电能计量的功能。

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