CN109389474A - 一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构及设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种基于区块链技术的新型的分布式发电市场化交易架构和设计方法，本发明将区块链技术应用到分布式发电市场化交易架构设计和方法设计中，实现用户之间去中心化、开放透明、安全可信、交易可追溯的分布式发电市场化交易的***和方法，解决了发展分布式发电直接交易模式在缺乏信任和中心化方面的缺陷；本发明还进一步提供了区块链技术在分布式发电计量认证、智能合约中具体应用机制，优化了分布式发电市场化交易***和方法的技术效果，使得该***和方法的安全性进一步提高。
Description
技术领域
本发明属于电网管理及区块链技术应用领域，具体涉及一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构及设计方法。
背景技术
分布式发电就近利用清洁能源资源，能源生产和消费就近完成，具有能源效率高和污染排放低的优点，代表了能源发展的新方向和新业态。近年来，我国分布式电源发展快速，预期2020年占总电源比例10％，其中分布式光伏6000万千瓦，分布式天然气1500万千瓦。2017年10月，国家能源局印发了《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》(后续简称《试点通知》)，提出允许分布式发电业主与110KV内配网用户直接进行电量交易，即分布式发电业主可以直接将电卖给附近邻居。至此，我国分布式发电除了传统“自发自用、余电上网”、“全额上网”模式外，新增了直接交易模式，大大拓展了交易范围，未来我国分布式电源将具有广阔的市场交易前景。
然而，在技术实现上，由于分布式发电具有间歇性和不稳定性的特点，现有技术往往采用通过一个固定的中心进行交易的方式实现电量交易，例如由电网企业作为这个中心，代购电量后再向其他用户代售，因此，在现有条件下，分布式发电业主和用户间的用电市场化交易管理面临着缺乏信任和中心化的问题。
一种能够在多个主体之间建立平等可信的去中心化交易网络，实现用户之间去中心化、开放透明、安全可信、交易可追溯的分布式发电市场化交易的***和方法，是发展分布式发电直接交易模式的急需，对于实现户用可再生能源发电设备的安全平稳运行，提高可再生能源利用效率，最大化各方利益，保障我国的能量战略的顺利实施，具有重要的现实意义。
发明内容
本发明针对现有技术存在的缺陷，提出了一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构和设计方法。区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、加密算法等计算机技术在互联网时代的创新应用模式，被认为是继大型机、个人电脑、互联网之后计算模式的颠覆式创新，目前有部分文献研究了区块链在能源互联网、虚拟电厂、辅助服务、交易阻塞管理方面的应用，但在分布式发电交易领域内还未有深入研究和应用。本发明将区块链技术应用到分布式发电市场化交易架构设计和方法中，实现用户之间去中心化、开放透明、安全可信、交易可追溯的分布式发电市场化交易的架构和方法，解决了发展分布式发电市场化交易在缺乏信任和中心化方面的缺陷；本发明还进一步提供了区块链技术在分布式发电计量认证、智能合约中具体应用机制，优化了分布式发电市场化交易架构和方法的技术效果，使得该架构和方法的安全性进一步提高。
本发明是通过以下技术手段实现的：
一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构，包括区块链数据层、P2P网络层、核心技术层、统一接口层、应用适配器层、应用层、用户APP层，其中各层由下而上依次为：
区块链数据层，为数据库，用于保存历史交易数据的全备份，使所有历史交易均可被追溯；
P2P网络层，用于提供P2P网络协议供所有交易节点进行交换；
核心技术层，用于加载算法，包括加密算法、共识机制、智能合约；
统一接口层，提供通用的API接口；
应用适配器层，安装功能组件，为上层应用开发提供接口和SDK，降低由于区块链自身复杂的逻辑所带来的应用开发的难度；
应用层，安装应用程序，包括智能购电合同、分布式电源电量交易结算、历史交易审计、大数据分析、交易币；
用户APP层，提供一个供所有市场主体安装在客户端上的APP，进行交易操作；
所述的区块链数据层、P2P网络层、核心技术层、统一接口层、应用适配器层、应用层、用户APP层七个交易***架构层级中，下层对上层提供接口。
进一步地，所述的架构还与分布式发电业主A和用户B的智能电表进行连接。
一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构设计方法，包括以下步骤：
(1)分布式发电业主A在P2P网络上发布售电信息，所有节点都会收到这一信息；
(2)有购买意向的用户B通过P2P网络向分布式发电业主A发送购买信息；
(3)分布式发电业主A根据各用户B发送的购买信息，通过P2P网络签订以代码形式编写的购电合同，交易信息写入合同，所述的交易信息包括但不限于电量、价格、时间；
(4)根据写入购电合同的交易时间，分布式发电业主A生成一个交易单，包含了该笔交易的交易信息和分布式发电业主A的数字签名，之后分布式发电业主A将该交易单广播到网络中；
(5)所有交易节点均会收到该交易单信息，所有节点通过求解一道数学题获得生成交易区块权利，当某一节点求解成功后，即生成交易区块并打上时间戳，然后将其广播到网络中；
(6)网络中每个节点都会验证该交易区块正确性，当所有节点验证都通过后，该交易区块就加入到各个节点本地区块链中，形成合法区块链；
(7)进行交易结算，结算完成后交易结束。
进一步地，还包括实际交易电量计量认证步骤：
4.1分布式发电业主A和用户B进行电量交易后，通过网络读取分布式发电业主A和用户B的智能电表的实际交易电量数据；
4.2给该笔交易分配一个专有ID，并加盖时间戳；
4.3该笔交易记录被加入到步骤(6)所述的合法区块链中，不可篡改，用户可以追溯查找任何一笔历史电量交易，为结算缴费提供基础数据。
进一步地，还包括智能购电合同应用步骤：
在所述的步骤(3)中，分布式发电业主A根据各用户B报价信息选择一个或若干个用户，通过P2P网络，签订智能购电合同，包括约定交易电量、约定交易电价、合同执行期限、保证金，通过P2P网络将业主A和用户B预先在各自账户中预留的保证金帐户冻结；
在所述的步骤(7)的交易结算中进行包括以下步骤：
7.1智能购电合同根据读取的智能电表反馈的实际发电量进行结算，如果实际发电量小于约定交易电量，按实际发电量结算，分布式发电业主A需要补偿用户B额外购电成本，具体为从用户B保证金账号扣除C1金额到分布式发电业主A账号，从分布式发电业主账号A扣除C3金额到用户B帐户；否则直接按约定发电量执行，从用户B保证金账号扣除C2金额到分布式发电业主A账号；
其中，C1＝实际发电量×约定交易电价；
C2＝约定交易电量×约定交易电价；
C3＝(约定交易电量-实际交易电量)×用户外部购电价格；
7.2结算完成，通过P2P网络将保证金帐户解冻，并将剩余保证金退还给分布式发电业主A和用户B；
7.3交易结束。
进一步地，在步骤(4)中，当网络中同时有多笔交易发生时，采用优先级+队列方式进行广播，具体为：每笔交易设置优先级后先加入公共缓冲队列中，然后按顺序从队列取出后再广播到网络中。
附图说明
图1为一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构结构示意图；
图2为一种基于区块链的分布式发电市场化交易方法框架图；
图3为一种基于区块链的分布式发电智能购电合同应用方法示意图。
具体实施方式
在本部分将结合具体实施例对本发明做进一步的解释与说明，需要指出的是，本发明并不限于本部分所列的实施方式。
实施例1
如图1所示，一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构，包括区块链数据层、P2P网络层、核心技术层、统一接口层、应用适配器层、应用层、用户APP层，其中各层由下而上依次为：
区块链数据层，为数据库，用于保存历史交易数据的全备份，使所有历史交易均可被追溯；
P2P网络层，用于提供P2P网络协议供所有交易节点进行交换，所有主体，包括分布式发电业主、电网企业、用户等都抽象为单独交易节点；P2P网络中所有交易节点通过P2P网络协议进行交换，没有中心节点，具有耐攻击性和高容错特点，某一节点出现故障后对其它节点影响很小；
核心技术层，用于加载算法，包括加密算法、共识机制、智能合约，以太坊虚拟机，所述的加密算法和共识机制可以采用现有区块链技术中的常规技术；
统一接口层，提供通用的API(Application Programming Interface，应用程序编程接口)接口；
应用适配器层，安装功能组件，为上层应用开发提供接口和SDK(SoftwareDevelopment Kit，软件开发工具包)，降低由于区块链自身复杂的逻辑所带来的应用开发的难度；
应用层，安装应用程序，包括智能购电合同、分布式电源电量交易结算、历史交易审计、大数据分析、交易币；
用户APP层，提供一个供所有市场主体安装在客户端上的APP，进行交易操作；
所述的七个交易***架构层级中，下层对上层提供接口。
所述的架构，还设置了还与一个与分布式发电业主A和用户B的智能电表进行数据传输的接口，可以与智能电表连接，读取智能电表的数据。
实施例2
如图2所示，一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构设计方法，包括以下步骤：
(1)分布式发电业主A通过操作终端在P2P网络上发布售电信息，售电信息包括售电量、意向售电价，所有节点都会收到这一信息；
(2)有购买意向的用户B通过P2P网络向分布式发电业主A发送购买信息，购买信息包括购电量、意向购得价格；
(3)分布式发电业主A根据各用户B的报价信息选择一个或若干个用户B，通过P2P网络签订以代码形式编写的购电合同，具体为：调用预先以代码形式编写的智能合同模板，在A和B通过网络签订该智能合同时，即将本次交易的交易信息写入智能合同模板中，所述的交易信息包括交易电量、交易价格、交易时间，生成本次交易的智能购电合同；
(4)分布式发电业主A和用户B进行电量交易：根据写入购电合同的交易时间，分布式发电业主A通过操作终端生成一个交易单，包含了该笔交易的交易信息和分布式发电业主A的数字签名，之后分布式发电业主A将该交易单广播到网络中；
(5)所有交易节点均会收到该交易单信息，所有节点通过求解一道数学题获得生成交易区块权利，该数学题由设计者自由设计，例如，要求求解1000以内的最大质数；当某一节点求解成功后，即生成交易区块并打上时间戳，然后将其广播到网络中；
(6)网络中每个节点都会验证该交易区块正确性，当所有节点验证都通过后，该交易区块就加入到各个节点本地区块链中，形成合法区块链；
(7)进行交易结算，结算完成后交易结束。
实施例3
与实施例2相比，本实施例还包括实际交易电量计量认证步骤：
4.1分布式发电业主A和用户B进行电量交易后，网络读取分布式发电业主A和用户B的智能电表的实际交易电量数据，所述的读取方式可以是通过在***上预设的数据传输接口进行读取，也可以通过离线的方式读取，或者通过网络进行传输获取，或者用现有技术中可实现的方式将智能电表的数据导入到网络中；
4.2所述的基于区块链的分布式发电交易架构给该笔交易分配一个专有ID，并加盖时间戳；
4.3该笔交易记录被加入到步骤(6)所述的合法区块链中，不可篡改，用户可以追溯查找任何一笔历史电量交易，为结算缴费提供基础数据。
计量认证步骤是分布式发电交易结算基础，将具有安全透明、不可篡改、易于跟踪等特点的区块链账本应用于分布发电计量认证中，可保证整个交易方法的安全性。
实施例4
与实施例3相比，本实施例还包括智能购电合同应用步骤：
如图3所示：
在所述的步骤(3)中，分布式发电业主A根据各用户B报价信息选择一个或若干个用户，通过P2P网络，签订智能购电合同，包括约定交易电量、约定交易电价、合同执行期限、保证金，通过P2P网络将业主A和各用户B预先在各自账户中预留的保证金帐户冻结；
在所述的步骤(7)的交易结算中包括以下步骤：
7.1智能购电合同根据读取的智能电表反馈的实际发电量进行结算，如果实际发电量小于约定交易电量，按实际发电量结算，分布式发电业主A需要补偿用户B额外购电成本，具体为从用户B保证金账号扣除C1金额到分布式发电业主A账号，从分布式发电业主A的账户扣除C3金额到用户B帐户；否则直接按约定发电量执行，从用户B保证金账号扣除C2金额到分布式发电业主A账号；
其中，C1＝实际发电量×约定交易电价；
C2＝约定交易电量×约定交易电价；
C3＝(约定交易电量-实际交易电量)×用户外部购电价格；
7.2结算完成，通过P2P网络将保证金帐户解冻，并将剩余保证金退还给分布式发电业主A和用户B；
7.3交易结束。
括智能购电合同应用步骤通过在区块链2.0中引入了可编程框架和脚本，分布式发电业主和用户不必再签订纸质购得合同，交易双方可编写通过代码形式编写智能购电合同，购电合同变为一段计算机执行程序，满足约定条件即可自动执行，由区块链自带的技术特性保障存储、读取、执行，使得整个执行过程透明可跟踪、不可攥改、高效运行。智能购电合同不但在成本效率方面具有独特优势，而且可以避免人为恶意行为对合同正常执行的干扰。
实施例5
与实施例4相比，本实施例的区别在于：在步骤(4)中，当网络中同时有多笔交易发生时，由于采用了广播方式，容易造成网络阻塞，因此不采用直接广播的方式，而是采用优先级+队列的广播方式；具体为：每笔交易设置优先级后先加入公共缓冲队列中，然后按顺序从队列取出后再广播到网络中，可以解决网络阻塞的问题。
综上，本发明提供的一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构及其设计方法，具有以下技术效果：
(1)所有主体，包括分布式发电业主、电网企业、用户等都抽象为单独交易节点，每个节点保存全部交易数据，所有节点共同维护交易数据。过去电网企业是中心化节点，现在将电网企业也作为一个对等节点看待，传统两种交易模式可转化为点对点交易。
(2)所有交易执行由交易双方直接完成，无需任何第三方参与，实现了去中心化，提高了安全性和便捷性。
(3)任何交易都基于智能合约，智能合约预先以代码形式规定了交易电量、结算价格、结算时间等内容。
(4)所有交易操作满足条件后自动执行，不需要任何人工干预，提高了安全性、便捷性和准确性。
由区块链技术保障存储、读取、执行，使得整个执行过程透明可跟踪、不可攥改、高效运行，本发明能够实现用户之间去中心化、开放透明、安全可信、交易可追溯，可解决发展分布式发电直接交易模式的急需，对于实现户用可再生能源发电设备的安全平稳运行，提高可再生能源利用效率，最大化各方利益，保障我国的能量战略的顺利实施，具有重要的现实意义。
Claims (6)
1.一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构，其特征在于：包括区块链数据层、P2P网络层、核心技术层、统一接口层、应用适配器层、应用层、用户APP层，其中各层由下而上依次为：
区块链数据层，为数据库，用于保存历史交易数据的全备份；
P2P网络层，用于提供P2P网络协议供所有交易节点进行交换；
核心技术层，用于加载算法，包括加密算法、共识机制、智能合约、以太坊虚拟机；
统一接口层，提供通用的API接口；
应用适配器层，安装功能组件，为上层应用开发提供接口和SDK；
应用层，安装应用程序，包括智能购电合同、分布式电源电量交易结算、历史交易审计、大数据分析、交易币；
用户APP层，提供一个供所有市场主体安装在客户端上的APP，进行交易操作；
所述的区块链数据层、P2P网络层、核心技术层、统一接口层、应用适配器层、应用层、用户APP层，下层对上层提供接口。
2.如权利要求1所述的一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构，其特征在于：所述的架构还与分布式发电业主A和用户B的智能电表进行连接。
3.一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)分布式发电业主A在P2P网络上发布售电信息，所有节点都会收到所述的售电信息；
(2)有购买意向的用户B通过P2P网络向分布式发电业主A发送购买信息；
(3)分布式发电业主A根据各用户B的购买信息选择一个或若干个用户B，通过P2P网络签订以代码形式编写的购电合同，交易信息写入合同，所述的交易信息包括交易电量、交易价格、交易时间；
(4)根据写入购电合同的交易时间，分布式发电业主A生成一个交易单，交易单包含了该笔交易的交易信息和分布式发电业主A的数字签名，之后分布式发电业主A将交易单广播到网络中；
(5)所有交易节点均会收到该交易单信息，所有节点通过求解一道数学题获得生成交易区块权利，当某一节点求解成功后，即生成交易区块并打上时间戳，然后将其广播到网络中；
(6)网络中每个节点都会验证该交易区块正确性，当所有节点验证都通过后，该交易区块就加入到各个节点本地区块链中，形成合法区块链；
(7)进行交易结算，结算完成后交易结束。
4.如权利要求3所述的一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构设计方法，其特征在于：还包括实际交易电量计量认证步骤：
4.1分布式发电业主A和用户B进行电量交易后，通过网络读取分布式发电业主A和用户B的智能电表的实际交易电量数据；
4.2给该笔交易分配一个专有ID，并加盖时间戳；
4.3该笔交易记录被加入到步骤(6)所述的合法区块链中，不可篡改，用户可以追溯查找任何一笔历史电量交易，为结算缴费提供基础数据。
5.如权利要求4所述的一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构设计方法，其特征在于：还包括智能购电合同应用步骤：
在所述的步骤(3)中，分布式发电业主A根据各用户B购买信息选择一个或若干个用户，通过P2P网络，签订智能购电合同，包括约定交易电量、约定交易电价、合同执行期限、保证金，通过P2P网络将分布式发电业主A和用户B预先在各自账户中预留的保证金帐户冻结；
在所述的步骤(7)的交易结算中进行包括以下步骤：
7.1智能购电合同根据读取的智能电表反馈的实际发电量进行结算，如果实际发电量小于约定交易电量，按实际发电量结算，分布式发电业主A需要补偿用户B额外购电成本，具体为从用户B保证金账号扣除C1金额到分布式发电业主A账号，从分布式发电业主A的账户扣除C3金额到用户B帐户；否则直接按约定发电量执行，从用户B保证金账号扣除C2金额到分布式发电业主A账号；
其中，C1＝实际发电量×约定交易电价；
C2＝约定交易电量×约定交易电价；
C3＝(约定交易电量-实际交易电量)×用户外部购电价格；
7.2结算完成，通过P2P网络将保证金帐户解冻，并将剩余保证金退还给分布式发电业主A和用户B；
7.3交易结束。
6.如权利要求3-5任一所述的一种基于区块链的分布式发电市场化交易架构设计方法，其特征在于：当网络中同时有多笔交易发生时，采用优先级+队列方式进行广播。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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