CN109784926A

CN109784926A - 一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法及***

Info

Publication number: CN109784926A
Application number: CN201910057710.0A
Authority: CN
Inventors: 谢红玲; 杜莹莹
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2019-01-22
Filing date: 2019-01-22
Publication date: 2019-05-21

Abstract

本发明公开了一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法及***。该方法包括步骤1：构建基于联盟区块链网络的虚拟电厂各主体间的完全信息动态博弈模型；步骤2：求解所述完全信息动态博弈模型的最终纳什均衡解；步骤3：将所求得最终纳什均衡解应用到所述虚拟电厂的联盟区块链网络中，采用区块链共识算法实现所述虚拟电厂各主体间的内部交易，并通过智能合约形式完成所述虚拟电厂各主体间的交易结算。本发明提供的基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法及***，采用联盟区块链技术为虚拟电厂提供内部交易平台，以POV作为共识算法，在实现去中心化的同时保证高速率交易和低网络开销成本。

Description

一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法及***

技术领域

本发明涉及虚拟电厂内部交易技术领域，特别是涉及一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法和***。

背景技术

在国家大力支持清洁能源发展的背景下，分布式能源以其容量小、投资成本小、易于安装等特点得到了迅猛发展。虚拟电厂作为能源互联网的重要分支，可以通过聚合多种分布式能源，实现其按调度要求平稳出力或参与到电力市场运行。现有研究大多将虚拟电厂视为整体，决策虚拟电厂内部各分布式电源出力，但分布式电源投资主体越来越多元化，使得研究虚拟电厂内部交易策略越来越重要。

目前的电力市场交易平台主要由第三方机构提供，虚拟电厂内部主体交易的公平可信性和信息的公开透明性不足。区块链技术以其去中心化、公开透明的核心优势受到了各界广泛关注，并在能源、电力领域崭露头角。虽然现有技术已经对一下问题进行了研究：(1)认为区块链的特质与能源局域网的自动需求响应相吻合，提出基于区块链的自动需求响应可以实现能源局域网中电力能源的去中心化管控。(2)针对商业化情景下多实体参与的辅助服务市场中存在的交易安全可信问题，利用区块链技术以较低的成本保障安全、合法、有效的交易。(3)考虑到分散能量市场下的综合需求侧响应在需求响应资源参与市场交易中存在的问题，基于区块链技术实现无中心定价。(4)提出将区块链技术应用到大用户直购电中，实现直购电交易过程的去中心化、智能化和合约化。上述研究利用区块链技术有效解决了能源电力行业中存在的中心化明显问题，但是均未考虑能源互联网中节点数量过多而导致的区块链交易速率慢与网络开销成本大的问题。通过定性分析区块链在微电网、园区能源交易中的成本和速度，定量分析区块传播速度，指出随着交易主体数量的增多，区块链交易速率将无法满足需求，交易成本将大大增加，此时需要采用联盟链代替公有链。

发明内容

本发明提供一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法及***，采用联盟区块链技术为虚拟电厂提供内部交易平台，以POV作为共识算法，在实现去中心化的同时保证高速率交易和低网络开销成本。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法，包含以下步骤：

步骤1：构建基于联盟区块链网络的虚拟电厂各主体间的完全信息动态博弈模型；

步骤2：求解所述完全信息动态博弈模型的最终纳什均衡解；

步骤3：将所求得最终纳什均衡解应用到所述虚拟电厂的联盟区块链网络中，采用区块链共识算法实现所述虚拟电厂各主体间的内部交易，并通过智能合约形式完成所述虚拟电厂各主体间的交易结算。

可选的，所述区块链共识算法为POV共识算法。

可选的，所述步骤1：构建基于联盟区块链网络的虚拟电厂各主体间的完全信息动态博弈模型，具体包括：

将所述虚拟电厂内的不可控分布式电源、分布式储能和智能负荷作为博弈方中的三个参与者，并确定不可控分布式电源集合、分布式储能集合和智能负荷集合；

确定不可控分布式电源的策略集、分布式储能的策略集和智能负荷的策略集；

确定不可控分布式电源的收益函数、分布式储能的收益函数和智能负荷的效用函数，以建立所述虚拟电厂主体间的完全信息动态博弈模型。

可选的，所述步骤2：求解所述完全信息动态博弈模型的最终纳什均衡解，具体包括：

对不可控分布式电源的策略集、分布式储能的策略集和智能负荷的策略集进行初始化；

使虚拟电厂中除不可控分布式电源外的分布式储能和智能负荷的策略保持不变，根据所述不可控分布式电源所选的策略对不可控分布式电源的收益函数进行计算，根据计算结果判定是否到达纳什均衡解；如果达到，则和终止条件进行对比，当达到终止条件时则结束迭代；如果没有达到则继续选择策略，并计算不可控分布式电源的收益函数值，直到求得当前最优纳什均衡解即为达到终止条件的最终纳什均衡解；

使虚拟电厂中除分布式储能外的不可控分布式电源和智能负荷的策略保持不变，根据所述分布式储能所选的策略对分布式储能的收益函数进行计算，根据计算结果判定是否到达纳什均衡解；如果达到，则和终止条件进行对比，当达到终止条件时则结束迭代；如果没有达到则继续选择策略，并计算分布式储能的收益函数值，直到求得当前最优纳什均衡解即为达到终止条件的最终纳什均衡解；

使虚拟电厂中除智能负荷外的不可控分布电源和分布式储能的策略保持不变，根据所述智能负荷所选的策略对智能负荷的收益函数进行计算，根据计算结果判定是否到达纳什均衡解；如果达到，则和终止条件进行对比，当达到终止条件时则结束迭代；如果没有达到则继续选择策略，并计算智能负荷的效用函数值，直到求得当前最优纳什均衡解即为达到终止条件的最终纳什均衡解。

可选的，所述步骤3：将所求得最终纳什均衡解应用到所述虚拟电厂的联盟区块链网络中，采用区块链共识算法实现虚拟电厂主体间的内部交易，并通过智能合约形式完成虚拟电厂各主体之间的交易结算，具体包括：

采用POV共识算法产生有效交易区块，完成所述虚拟电厂各主体间的内部交易；

将所述虚拟电厂各主体间的内部交易通过智能合约的形式完成交易结算。

可选的，采用POV共识算法产生有效交易区块，完成所述虚拟电厂各主体间的内部交易，具体包括：

(1)所述虚拟电厂各主体通过实名认证成为N_C个主管员，所述N_C个主管员经过投票选举产生得票高的N_b个主管员作为该任职周期的管家；

(2)联盟链中的所有虚拟电厂各主体在交易过程中生成附有自身签名的交易数据，同时也可以接收到交易数据，若验证接收到的交易数据有效，则将交易数据转发给主管员和管家；

(3)管家监控交易数据并将合法交易数据存储到交易池中；

(4)每个任职周期开始时，调用函数生成随机数R，编号为R的管家被指定生成有效区块，若生成有效区块为所述任职周期的第一个区块，则随机数R默认为零；

(5)编号为R的管家从交易池取出交易信息，将交易信息打包成一个区块，将区块发送给所有主管员；

(6)所有主管员接收到一个区块后，验证区块中的数据，如果同意生成此区块，则签署区块头并将签名发回给编号为R的管家。

(7)所述编号为R的管家收到至少N_C/2+1个签名后，将此完整的有效区块发布到网络，并从交易池中删除非法交易，同时调用函数获取下一轮共识的随机数R，开始下一轮的共识；

(8)当虚拟电厂各主体都完成内部交易后任职周期结束，一个任职周期共完成B_w+1轮共识，并生成B_w+1个有效区块。

一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易***，包括分布式能源模块、智能负荷模块、智能合约生产模块、售电侧交易链、需求侧交易链和区块链数据库，所述分布式能源模块为电力市场中的售电主体，能够自主决定售电报价、售电电量；智能负荷模块为电力市场中的购电主体，能够自主决定购电报价、购电电量；所述分布式能源模块、智能负荷模块分别通过所述售电侧交易链、需求侧交易链与所述区块链数据库进行无线连接，所述智能合约生成模块用于在区块链数据库中记录信息，确定售电/需求侧交易链多边交易信息，生成最终交易合约。

可选的，所述分布式能源模块包括不可控分布式电源、可控分布式电源和分布式储能，所述不可控分布式电源、可控分布式电源、分布式储能分别通过所述售电侧交易链与所述区块链数据库进行无线连接。

该技术与现有技术相比，具有如下有益效果：

一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法及***，考虑到虚拟电厂内部主体交易时所存在的中心化明显、公平可信度低等问题，基于联盟区块链技术与POV共识算法，在提供公正可信的去中心化交易平台的同时，保证交易过程的高速率和低网络开销成本。首先对联盟区块链及联盟区块链下的虚拟电厂内部主体交易框架进行分析，在此基础上，构建基于需求响应的虚拟电厂内部主体交易中的完全信息动态博弈模型，以强化学***台下，虚拟电厂内部各主体能够通过完全信息动态博弈达到自身利益最大化，智能负荷可以实现自动需求响应，同时各主体交易信息完整存储在联盟区块链中。

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法的流程示意图；

图2为本发明实施例基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易***的结构示意图；

图3为本发明实施例六节点虚拟电厂***的结构示意图；

图4为本发明实施例第八盘虚电厂各主体博弈过程；

图5为本发明实施例智能负荷的效用函数模型图；

图6为本发明实施例POV共识算法中网络参与者的四种身份的转换关系图；

图7为本发明实施例POV共识算法中网络参与者任职周期的共识模型图；

图8为本发明实施例POV共识算法中有效交易区块生成的示意图；

图9为本发明实施例六笔交易的交易树。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法的流程示意图，如图1所示，一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法，包含以下步骤：

步骤2：求解所述完全信息动态博弈模型的最终纳什均衡解；

所述区块链共识算法为POV共识算法。

所述步骤1：构建基于联盟区块链网络的虚拟电厂各主体间的完全信息动态博弈模型，具体包括：

虚拟电厂按主体不同可分单投资和多投资主体模式，随着DER的规模化发展，多投资主体模式成为发展趋势。在多投资主体模式下，虚拟电厂内部DER主体与智能负荷主体都以追求自身利益最大化为目标，因此虚拟电厂发电资源交易可以采用博弈模型，其交易平台由联盟区块链提供。博弈主要包含以下几个要素：

(1)博弈方

博弈方为虚拟电厂内各主体，分为可控分布式电源、不可控分布式电源、储能和智能负荷。可控分布式电源一般为小容量机组，同时参与能量市场与备用市场的能力不足，因此本文的可控分布式电源仅参与备用市场，不参与能量市场，本文不考虑其作为博弈方。不可控分布式电源集合记为Γ_DGR＝{DG_R1,DG_R2,···,DG_Rn}，储能集合记为Γ_EN＝{EN₁,EN₂,···,EN_n}，智能负荷集合记为Γ_load＝{load₁,load₂，···load_n}，可得博弈方集合为

(2)博弈方策略

DER的策略可为交易电价和交易电量的竞价策略集{γ_it,Q_it}，γ_it和Q_it表示第i个DER在时间区间t内的竞标电价和电量。智能负荷的策略集为{λ_it,X_it}，λ_it和X_it表示智能负荷i在各时间段t内的购电电价和用电量。

(3)收益函数

1)不可控DG收益模型

不可控DG由分布式光伏、风电等新能源组成，其收益函数为：

式中，F_PS为售电收入；F_PB为新能源补贴；C_P1为发电成本；C_P2为运行考核成本，功率变化和预测误差超过规定范围时需支付相应惩罚金额。

2)储能收益模型

储能收益函数为：

ω_E＝F_E-C_E1-C_E2

式中，F_E表示参加辅助服务获得的收入，C_E1表示储能的购电成本，C_E2表示运行维护成本。F_E、C_B1具体计算分别如下：

式中，c_RE为单位备用收入，c_PE表示单位调峰收入，Q_E,t为t时间段储能电量，Q_E,PE,t表示t时间段储能参与调峰电量，Q_E1t、λ_E分别为t时间段储能购买电量和单位购电成本。

3)智能负荷收益模型

为使需求响应模型更好地满足收益函数的需求，本文需求响应模型选择效用函数模型，如图5所示，纵坐标边际效用与横坐标单位时间用电量所围成的阴影部分面积为智能负荷的实际用电效益。

智能负荷收益函数为：

式中，p^t为t时间段的用电量，x^t为购电价格，U(p^t)为智能负荷在t时刻智能负荷用电量为p^t时的效用函数值。

(4)纳什均衡解

纳什均衡解即为博弈最优解，此时每个博弈方策略都是针对其他博弈方的最佳策略。求取纳什均衡解可采用以下迭代过程：

1)初始化策略集，用{S₁,S₂，···S_n}表示虚拟电厂中各主体策略空间，s_ij∈S_i为第i个主体的第j个策略。

2)固定虚拟电厂中除第i主体外其他主体的策略不变，搜索第i个主体的最优策略。

3)重复步骤2)搜索其他虚拟电厂主体的最优策略。

4)重复步骤2)和3)，直到达到纳什均衡，即没有任何主体能以改变自身策略的方式获得更多效益。

所述步骤2：求解所述完全信息动态博弈模型的最终纳什均衡解，具体包括：

使虚拟电厂中除智能负荷外的不可控分布电源和分布式储能的策略保持不变，根据所述智能负荷所选的策略对智能负荷的收益函数进行计算，根据计算结果判定是否到达纳什均衡解；如果达到，则和终止条件进行对比，当达到终止条件时则结束迭代；如果没有达到则继续选择策略，并计算智能负荷的效用函数值，直到求得当前最优纳什均衡解即为达到终止条件的最终纳什均衡解。终止条件包括设置的终止函数，用于判断是否达到最优的纳什均衡解。

在需求响应过程中，智能负荷通过联盟链获取电价信息，根据电价自治优化用电行为。智能负荷用电行为的调整又反过来影响净功率及供需比，使得电价发生变化。上述过程不断重复，当电价和智能负荷用电行为都不再变化时停止。这种方式下，电价机制和需求响应资源间实现动态调节，得到被所有主体接受电价的同时使智能负荷的用电行为在此电价基础上达到最优。在强化学习博弈模型求解算法的基础上，采用序贯议价函数保证各博弈方决策时兼顾整体利益，做出适当让步。具体过程如下：

重复博弈过程中，第R轮博弈方i的策略s_im被选中，则在第R+1轮，对任意策略s_ij的倾向指标更新公式为：

其中，r为遗忘因子，p_i,m(R)为博弈方i在R轮的收益，e为经验参数。

根据序贯议价函数，博弈方i拒绝博弈方j策略的概率P_ij(I)为：

式中，s₀表示刺激常数；I表示博弈方收益减少量；表示最小可觉差。博弈方i在收益减少量低于最小可觉差的情况下，接受博弈方j的策略，当收益减少量上升，博弈方i拒绝博弈方j的策略的概率也升高，直到饱和为止。

策略没有被拒绝的情况下，根据倾向指标，再次选择策略时，任意策略s_ij被选中的概率为：

其中，c'为冷却系数，其大小决定倾向指标对选择概率的影响程度。

所述步骤3：将所求得最终纳什均衡解应用到所述虚拟电厂的联盟区块链网络中，采用区块链共识算法实现虚拟电厂主体间的内部交易，并通过智能合约形式完成虚拟电厂各主体之间的交易结算，具体包括：

采用POV共识算法产生有效交易区块，完成所述虚拟电厂各主体间的内部交易，具体包括：

(3)管家监控交易数据并将合法交易数据存储到交易池中；

其中，完成的第1-B_w轮共识并生成B_w个普通有效区块，第B_w+1轮共识，主管员更新对管家候选人的评分列表，投票选举，生成一个包含投票信息的特殊区块B_w+1。

投票过程具体如下：

1)管家i给所有主管员发送投票请求。

2)收集并计数选票后，管家i产生一个带有选举结果和相关记录的特殊区块。

3)管家i将该区块发送给所有主管员进行验证。

主管员的投票信息由两种选票组合：

①得分票：每个主管员都有一个列表来记录管家候选人的分数，选择分数排在前列的候选人。

②特定票：为提高管家的流动性，主管员根据人为因素设置特定的候选人集合，或设置一个随机候选人集合。

通过上述联盟区块链机制，虚拟电厂中各主体通过选择联盟区块链中的不同身份，实现去中心化运作方式，使得虚拟发电资源的选择、交易及需求响应公平可信。

图2为本发明实施例基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易***的结构示意图，如图2所示，一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易***，包括分布式能源模块1、智能负荷模块5、智能合约生产模块、售电侧交易链2、需求侧交易链4和区块链数据库3，所述分布式能源模块1为电力市场中的售电主体，能够自主决定售电报价、售电电量；智能负荷模块5为电力市场中的购电主体，能够自主决定购电报价、购电电量；所述分布式能源模块1、智能负荷模块5分别通过所述售电侧交易链2、需求侧交易链4与所述区块链数据库3进行无线连接，所述智能合约生成模块用于在区块链数据库3中记录信息，确定售电/需求侧交易链多边交易信息，生成最终交易合约。所述分布式能源模块1包括不可控分布式电源、可控分布式电源和分布式储能，所述不可控分布式电源、可控分布式电源、分布式储能分别通过所述售电侧交易链2与所述区块链数据库3进行无线连接。所述智能负荷模块5包括智能居民负荷和智能工业负荷，所述智能居民负荷11、智能工业负荷12分别通过所述购电侧交易链4与所述区块链数据库3进行无线连接。

虚拟电厂技术是一种聚合并协调优化分布式发电、储能***、可控负荷、电动汽车等分布式能源(DER)的先进技术。风电机组6、常规机组7、分布式储能8、电动汽车9、光伏机组10、智能居民负荷11、智能工业负荷12等组成虚拟电厂，其中智能居民负荷11、智能工业负荷12为需求响应的提供者。虚拟电厂中各组成主体都是联盟链中一员，按联盟链成员身份转换规则，每个主体可以对应成为主管员、管家、管家候选人和普通用户。管家的一个任职周期内，管家候选人数N_bc通常大于管家人数N_b，如果N_bc＜N_b，主管员通过自荐增补管家候选人数量。当满足条件N_bc≥N_b时，主管员对第一批管家投票，并将初始信息写入初始区块，然后开始正常任职周期。

图3为本发明实施例六节点虚拟电厂***的结构示意图，如图3所示，包含柴油发电机两台，记为G1～G2，仅参与备用市场，不参与能量市场；***包括两台风机，分别为风机13和风机15，分别记为DG1～DG2，容量分别为160kW和100kW；光伏阵列20和光伏阵列16，记为DG3～DG4，容量分别为150kW和120kW；储能单元14，记为E1，容量为180kW；智能负荷三组，分别为智能工业负荷19和智能负荷18，分别记为L1～L2，智能商业负荷17，记为L3。政府补贴风光平均单价为0.335元/(kW·h)，风光平均发电成本0.75元/(kW·h)。其中，DG1～DG4、E1、L1～L3通过实名认证成为主管员，在某一轮共识过程中，DG2、DG4、L1经过所有主管员的投票选举后成为管家，编号分别为0、1、2。上一轮共识结束时管家调用函数产生的随机数为0，在本轮共识过程中由编号为0的管家DG2负责生成区块。DG1～DG4、E1、L1～L3博弈过程中，通过强化学习算法最终确定各主体的竞价策略集。本轮博弈结束后，DG1、DG3和L2达成交易，对应一轮共识结束，一个有效区块产生。在此过程中管家DG2、DG4、L1监控交易数据并将合法交易数据存储到交易池中，管家DG2从交易池取出交易信息，将其打包成一个区块，将区块发送给所有主管员，主管员接收到一个区块后，验证区块中的数据，如果同意生成此区块，则签署区块头并将签名发回给管家。管家收到至少5个签名后，将此完整的有效区块发布到网络，并从交易池中删除非法交易，同时调用函数获取下一轮共识的随机数R，开始下一轮的共识。

图4为本发明实施例第八盘虚电厂各主体博弈过程，如图4所示，双边合同市场中(假设以月为周期进行结算)，不可控DG和储能的遗忘系数经验参数及倾向系数Q的初始值分别为0.03、0.97、5000；智能负荷的强化学习算法遗忘系数、经验参数及倾向系数Q的初始值分别为0.021、0.979、6000；为排除强化学习算法在学习过程中随机性造成的影响，进行8局仿真，每局1500轮，其中第8局虚拟电厂内部各主体博弈过程如图4所示，虚拟电厂各主体在8局仿真中的收益情况如表1所示。从图4中可知，博弈前期，各虚拟电厂主体对博弈策略的决策随机性较大，利润波动性较强；博弈中期，各主体获取最大化利润的某策略被选中概率逐渐加大，使得决策随机性变小，利润波动性变弱；博弈終期，各虚拟电厂主体在强化学习算法的引导下，确定了较为合理的博弈策略，利润不再波动，达到均衡状态。从下表可以看出虚拟电厂各主体收益情况，各虚拟电厂主体收益小幅度随机波动，但整体趋势稳定。L1、L2、L3三个智能负荷主体在自动需求响应后均获得了相应补偿，其中工业智能负荷L2比工业智能负荷L1收益高，原因是L2自动需求响应能力更好，图9为六笔交易的交易树。

图6为本发明实施例POV共识算法中网络参与者的四种身份的转换关系图，如图6所示，POV共识中的网络参与者有四种不同的安全身份：主管员，管家，管家候选人、普通用户。在网络中普通用户只要通过实名认证就能成为一名主管员。每个主管员有权对管家进行推荐、投票和评估，并承担验证、转发区块与交易的义务。一个节点可以同时是主管员和管家，管家节点数量有限，在任职周期被随机指定产生区块，不用浪费算力抢夺生产区块的权利，任期结束后再接受新一轮选举。管家的设计使投票权与行政权分离，主管员负责投票，管家负责生成区块。要成为一名管家需要先成为管家候选人，再由主管员投票选举。若管家候选人在选举中输了，可保持在线状态等待下一次选举。普通用户虽然不能参与区块生成的过程，却可以参与区块分配和消息转发，并通过***的服务看到整个共识过程，且其行为可以是任意的，在未经授权的情况下能随时加入或退出网络。

图7为本发明实施例POV共识算法中网络参与者任职周期的共识模型图，如图7所示，假设主管员人数为N_C，管家人数为N_b，管家候选人人数为N_bc，普通用户数为No，所有角色的总数为N_all。节点可具有双重身份，因此N_all≤N_C+N_b+N_bc。任期中，给每个管家分配一个0到N_b-1之间的数字。设管家任期为T_W，且每个任期都有B_W+1个区块生成。最后一个区块是包含选举结果和相关记录的特殊区块。管家需要在允许时间T_b(区块打包周期)内生成一个区块。

每生成一个有效的区块，称为一轮共识。每轮共识结束时，管家调用函数生成一个随机数R(0≤R＜N_b)，编号等于R的管家被指定生成下一个区块。在接收到至少N_c/2+1个从不同主管员处发送的签名后，一个区块才成为有效区块。若时间T_b内未生成有效区块，则编号为R+1的管家将重新生成该区块，并让R＝R+1。当R+1＞N_b时，则R从0开始增加。若至少有一名管家能正常工作，网络最终可以达成共识，因为在一个打包周期中只有一个区块可以接收到至少N_c/2+1个签名，使得每个有效区块具有终结性，且区块链不会分叉。任职周期的最后一轮共识将产生特殊区块B_w+1，此次共识中，现任管家和管家候选人在下一轮任期中竞选新管家。每位主管员给出一个投票名单，得票最高的N_b个候选人赢得选举，选举结果和相关记录写入特殊区块。在此轮特殊共识之后，当前管家退休，新管家开始新一轮任期工作。每轮任期共有B_w+1轮共识，产生B_w+1个区块。

管家候选人可以随时放弃自己的身份，当其退出时，若无任何不良记录，可取回保证金。如果管家在任职期间申请退出网络，则无法取回保证金。在规定时间段后，管家根据产生的有效区块数量获得相应联盟基金奖励，这样的激励机制可以激发其工作动力，使其长时间保持在线状态并诚信工作。

图8为本发明实施例POV共识算法中有效交易区块生成的示意图，如图8所示，当虚拟电厂中各主体间通过博弈成功达成一笔交易，即对应一轮共识结束，一个有效区块产生。一轮共识可能需要M个打包周期T_b，如果管家在T_b时间内未能生成有效区块，则此区块生产的权限将移交管家i+1。一轮共识总时间为T_c＝M*T_b(1≤M≤N_b)，数字M表示一轮共识中放弃了M-1个无效区块。当M≤N_b时，包含以下步骤：

(1)联盟链中的所有虚拟电厂各主体在交易过程中生成附有自身签名的交易数据，同时也可以接收到交易数据，若验证接收到的交易数据有效，则将交易数据转发给主管员和管家；

(2)管家监控交易数据并将合法交易数据存储到交易池中；

(3)每个任职周期开始时，令打包周期的个数M＝1，调用函数生成随机数R；若产生的区块是管家在该任期的第一个区块，那么前一区块是前一轮管家任职周期的最后一个有效特殊区块；若产生的区块是联盟区块链的第一个区块，则R默认为零，

(4)管家i＝R从交易池取出交易信息，将其打包成一个区块，将区块发送给所有主管员，该区块生成的截止时间为T_cut；

(5)主管员接收到一个区块后，验证区块中的数据，如果同意生成此区块，则签署区块头并将签名发回给管家；

(6)收到至少N_C/2+1个签名后，管家获得由NTP服务器签名的时间戳信息，若时间在T_cut前，管家计算R值，将其写入区块并签名，以证明生产者是管家，然后管家将完整的有效区块发布到网络，并跳转到第(8)步；

(7)如果时间超过T_cut，则该区块成为无效区块，令R＝R+1，M递增，并跳转到第(4)步；

(8)收到有效区块后，管家从交易池中删除非法交易，获取有效区块的随机数R并开始下一轮的共识。

一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法及***，考虑到虚拟电厂内部主体交易时所存在的中心化明显、公平可信度低等问题，基于联盟区块链技术与POV共识算法，在提供公正可信的去中心化交易平台的同时，保证交易过程的高速率和低网络开销成本。首先对联盟区块链及联盟区块链下的虚拟电厂内部主体交易框架进行分析，在此基础上，构建基于需求响应的虚拟电厂内部主体交易中的完全信息动态博弈模型，以强化学***台下，虚拟电厂内部各主体能够通过完全信息动态博弈达到自身利益最大化，智能负荷可以实现自动需求响应，同时各主体交易信息完整存储在联盟区块链中。本发明提供一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法及***，采用联盟区块链技术为虚拟电厂提供内部交易平台，以POV作为共识算法，在实现去中心化的同时保证高速率交易和低网络开销成本。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims

1.一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法，其特征在于，包含以下步骤：

步骤2：求解所述完全信息动态博弈模型的最终纳什均衡解；

2.根据权利要求1所述的基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法，其特征在于，所述区块链共识算法为POV共识算法。

3.根据权利要求1所述的基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法，其特征在于，所述步骤1：构建基于联盟区块链网络的虚拟电厂各主体间的完全信息动态博弈模型，具体包括：

4.根据权利要求1所述的基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法，其特征在于，所述步骤2：求解所述完全信息动态博弈模型的最终纳什均衡解，具体包括：

5.根据权利要求1所述的基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法，其特征在于，所述步骤3：将所求得最终纳什均衡解应用到所述虚拟电厂的联盟区块链网络中，采用区块链共识算法实现虚拟电厂主体间的内部交易，并通过智能合约形式完成虚拟电厂各主体之间的交易结算，具体包括：

6.根据权利要求5所述的基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法，其特征在于，采用POV共识算法产生有效交易区块，完成所述虚拟电厂各主体间的内部交易，具体包括：

(3)管家监控交易数据并将合法交易数据存储到交易池中；

7.一种基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易***，其特征在于，应用于权力要求1-6所述的基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易方法，包括分布式能源模块、智能负荷模块、智能合约生产模块、售电侧交易链、需求侧交易链和区块链数据库，所述分布式能源模块为电力市场中的售电主体，能够自主决定售电报价、售电电量；智能负荷模块为电力市场中的购电主体，能够自主决定购电报价、购电电量；所述分布式能源模块、智能负荷模块分别通过所述售电侧交易链、需求侧交易链与所述区块链数据库进行无线连接，所述智能合约生成模块用于在区块链数据库中记录信息，确定售电/需求侧交易链多边交易信息，生成最终交易合约。

8.根据权利要求7所述的基于联盟区块链的虚拟电厂内部市场交易***，其特征在于，所述分布式能源模块包括不可控分布式电源、可控分布式电源和分布式储能，所述不可控分布式电源、可控分布式电源、分布式储能分别通过所述售电侧交易链与所述区块链数据库进行无线连接。