CN111260450A - 一种基于区块链技术的电力双边交易*** - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于区块链技术的电力交易***，包括：电力交易中心平台，面向交易双方提供交易申报和确认功能，通过交易申报的功能让用户对用电量和电价进行申报；以及区块处理模块，将通过所述电力交易中心平台进行申报和确认所实现的交易信息打包成新区块，存储入底层区块链中，其中所述交易信息包括根据所述交易双方的合约地址、地址所对应的加密值、交易信息和平台运营日志中的至少一项所获得的值。本发明的基于区块链技术的电力交易***，保证双边交易的安全、可靠、隐私，鼓励余电进行双边、去中心化的交易，以区块链网络连接，保证了交易的隐私性、安全性，同时解决了交易双方的信任问题。
Description
技术领域
本发明涉及互联网技术领域和能源分配领域，尤其涉及一种基于区块链技术的电力双边交易***。
背景技术
近年来，随着我国电力体制改革不断推进，电力双边交易模式得到良好的发展机遇。首先，国家有序放开了输配外的竞争性环节电价，有序向社会资本开放售电业务，这极大地促进了电力用户与发电企业直接交易(大用户直购电)的发展，成为目前电力双边交易的主要形式。其次，合同电量转让、发电权交易(即发电企业计划合同电量的有偿出让和买入)或发电权置换交易与跨省(区)电能交易(包括基于框架协议的跨省电能交易和市场化的跨省集中竞价交易)也已开展起来。此外，国家鼓励分布式光伏发电就近售电，因而在将来如果有合理的方案可以解决小型甚至家用光伏发电站之间电能流动存在的成本、损耗等问题时，小用户之间也可能进行电能直接交易，成为电力双边交易的一种新的形式。
电力交易双方进行双边交易，需要一个安全、稳定的交易***为交易工作提供支持，以保证电力交易公平、公开、安全、高效地组织与执行。对电力双边交易进行管理可以采用中心机构管理和市场成员自发管理两种方案，且采用中心机构管理的方法存在数据库维护成本及交易清算成本过高、信息安全度低等缺陷，从而提出采用区块链技术让市场参与者对交易进行自发管理的方案。
由于区块链去中心化存储、信息高度透明、自治性、信息不易篡改、匿名性等显著特点，其在金融领域已经得到了较为广泛的认识与一定程度的使用，并且应用领域不断向医疗、物联网、物流等其他诸多领域扩展。在电力双边交易上，如果应用得当，区块链技术将使得电力双边交易更加透明、安全、高效地进行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于区块链技术的电力双边交易***，旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为解决上述技术问题，本发明提供一种基于区块链技术的电力交易***，包括：电力交易中心平台，面向交易双方提供交易申报和确认功能，通过交易申报的功能让用户对用电量和电价进行申报；区块处理模块，将通过所述电力交易中心平台进行申报和确认所实现的交易信息打包成新区块，存储入底层区块链中，其中所述交易信息包括所述交易双方的合约地址、地址所对应的加密值、交易信息和平台运营日志中的至少一项。
优选地，所述的电力交易***还包括：智能合约模块，当第一用户通过所述电力交易中心平台发起购电请求后，所述电力交易中心平台调用所述智能合约模块，要求该第一用户进行私钥签名，并且当第二用户通过所述电力交易中心平台对所述购电请求进行确认后，所述智能合约模块要求该第二用户进行私钥签名。
优选地，所述的电力交易***还包括：安全校核模块，按一定规则核算电网安全，判断所述交易是否可进行；
优选地，所述的电力交易***还包括：潮流规划模块，对已达成的交易计算出最优潮流，以规划输电线路的潮流。
本发明的另一种电力交易***，包括：电力交易中心平台，面向交易双方提供交易申报和确认功能，通过交易申报的功能让用户对用电量和电价进行申报；和智能合约模块，当第一用户通过所述电力交易中心平台发起购电请求后，所述电力交易中心平台调用所述智能合约模块，要求该第一用户进行私钥签名，并且当第二用户通过所述电力交易中心平台对所述购电请求进行确认后，所述智能合约模块要求该第二用户进行私钥签名，交易成功后所述智能合约模块自动将交易确认的价值从第一用户的账户划入第二用户的账户。
本发明的一种基于区块链技术的电力分配***，包括：分配中心平台，提供申报和确认功能让用户对用电量进行申报和确认；
智能合约模块，当第一用户通过所述分配中心平台发起分配请求后，所述分配中心平台调用所述智能合约模块，要求该第一用户进行私钥签名，并且当第二用户通过所述电力交易中心平台对所述分配请求进行确认后，所述智能合约模块要求该第二用户进行私钥签名；以及区块处理模块，所述智能合约模块对所述分配完成合约之后，所述区块处理模块将所述分配信息打包成新区块，存储入底层区块链中，其中所述分配信息包括所述第一用户与第二用户的合约地址、地址所对应的加密值、分配信息和平台运营日志中的至少一项。
本发明的另一种电力分配***，包括：分配中心平台，提供申报和确认功能让用户对用电量进行申报和确认；智能合约模块，当第一用户通过所述分配中心平台发起分配请求后，所述分配中心平台调用所述智能合约模块，要求该第一用户进行私钥签名，并且当第二用户通过所述电力交易中心平台对所述分配请求进行确认后，所述智能合约模块要求该第二用户进行私钥签名，成功后所述智能合约模块自动判断所述第一用户与第二用户的合约已完成。
优选地，所述的电力分配***还包括：安全校核模块，按一定规则核算电网安全，判断所述分配是否可进行。
本发明的基于区块链技术的电力交易***，优选地，该***面向电力交易中心、电力用户(含售电公司)、售电方(发电公司)、输电方(输电公司)，提供双边协商交易、集中撮合交易、挂牌交易这三种交易方式。允许进行多年交易、年度交易、季度交易、月度交易、周交易、日前(现货)交易。
优选地，安全校核模块中输电公司完成电网安全校验后，***对交易双方进行资质判定，判定过程包括：检查售电方与购买方地址是否合法，双方是否具有完成该笔交易的资质，该笔交易是否符合平台的合约规定，判定完成后给出交易是否合法的结果，若合格，则该笔交易合法，予以通过；否则，该笔交易不合法，驳回交易。
优选地，分布式存储***中储存了空白的交易协议和完整的交易协议、所述协议对应的哈希值。交易信息包括交易数量、交易价格、交易时间等。与此同时，还保存着平台的运维日志的信息，包括平台运营的收支情况、电价波动以及内部访问的记录。
优选地，潮流规划模块，考虑到随着***参与节点的增多,交易高峰期时***中大量的交互性操作有可能会导致潮流越限,产生阻塞问题，综合考虑配电网中线路安全约束和成本问题计算最优潮流，优先采用最合理的方案规划线路的潮流，同时，还可通过调整成交价格的方式缓解线路的负载压力,避免线路阻塞，使阻塞管理的成本最小化。
优选地，区块处理模块中，当交易信息达到一定数量时将通过检查的合法电能交易的交易信息打包生成新区块；接入同一区块链网络的多台本终端的区块处理模块收到新区块并根据设定的共识机制验证一致性后，将新区块串联至底层区块链中(即，分布式存储***)。
优选地，电力交易通过平台发行的数字货币进行，用户可通过这种数字货币在平台内完成任何合法的交易，并且数字货币所带的标识可以通过区块链技术被记录和追踪。
本发明实施例提供的技术方案，使得电力双边交易及匹配更加透明、安全、高效地进行。
发明效果
本发明的基于区块链技术的电力交易***，用于保证双边交易的安全、可靠、隐私，激励电力消费者成为电力产消者，减少电能传输中的损耗，降低成本，实现电能自发自用，余电双边交易，提高供电可靠性，激活电力市场活力的目的。如果发电用户A生产的电能在满足自己用电需求的同时还有剩余，而发电用户B生产的电能不能满足自己的用电需求，双方就可以进行双边、去中心化的交易；这种双边交易以区块链网络连接，双方达成协议后就可以将协议存储于区块链中，协议执行时间到达后自动执行协议，不需要人员参与，也不需要中心进行控制，保证了交易的隐私性；交易记录都存储于区块链中，每一个用户都可以查到，且难以篡改，这也就保证了交易的安全性，同时解决了交易双方的信任问题；交易采用一种新的电子货币进行交易，实现更好地结算。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明第一实施方式的电力双边交易***的整体结构框图；
图2为本发明第一实施方式中平台与用户交互的框架图；
图3为本发明第一实施方式的电力双边交易***的交互流程图；
图4为本发明第一实施方式中电力交易记录信息保存的流程图；
图5为本发明第一实施方式中潮流计算规划的流程图；
图6为本发明第二实施方式的电力双边匹配***的示意图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
【第一实施方式】
本发明第一实施方式提供了一种基于区块链技术的电力双边交易***，如图1所示，本实施方式的电力双边交易***1包括：
电力交易中心平台10，面向交易双方提供交易申报和确认功能，通过交易申报的功能让用户对用电量和电价进行申报。本发明的电力交易中心平台10主要负责市场准入管理和发布可靠的交易信息，今后可能开放给配光伏发电等清洁能源电站的用户，面向电力用户(含售电公司)、售电方(发电公司)、输电方(输电公司)，提供双边协商交易、集中撮合交易、挂牌交易这三种交易方式。允许进行多年交易、年度交易、季度交易、月度交易、周交易、日前(现货)交易。
智能合约模块11，当第一用户通过所述电力交易中心平台发起购电请求后，所述电力交易中心平台调用所述智能合约模块，要求该第一用户进行私钥签名，并且当第二用户通过所述电力交易中心平台对所述购电请求进行确认后，所述智能合约模块要求该第二用户进行私钥签名。
安全校核模块12，按一定规则核算电网安全，判断所述交易是否可进行。在本发明中，由输电公司自行按一定规则核算电网安全，安全核验模块12判断交易是否可进行。输电公司完成电网安全校验后，安全校核模块12对交易双方进行资质判定，判定过程包括：检查售电方与购买方地址是否合法，双方是否具有完成该笔交易的资质，该笔交易是否符合平台的合约规定，判定完成后给出交易是否合法的结果，若合格，则该笔交易合法，予以通过；否则，该笔交易不合法，驳回交易。需注意的是，图1中示出了安全校核模块12，但也可以将安全校核功能包括在智能合约模块11之中。
潮流规划模块13，对已达成的交易计算出最优潮流，以规划输电线路的潮流。本发明中，潮流规划模块13综合配电网中线路安全约束和成本问题计算最优潮流，优先采用最合理的方案规划线路的潮流，同时，还可通过调整成交价格的方式缓解线路的负载压力,避免线路阻塞。
区块处理模块14，将通过所述电力交易中心平台进行申报和确认所实现的交易信息打包成新区块，存储入底层区块链中，其中所述交易信息包括根据所述交易双方的合约地址、地址所对应的加密值、交易信息和平台运营日志中的至少一项所获得的值。
分布式存储***15，即区块链，用于储存交易双方合约地址、地址所对应的的加密哈希值、交易信息和平台运营日志；分布式存储***中储存了空白的交易协议和完整的交易协议、所述协议对应的哈希值。交易信息包括交易数量、交易价格、交易时间等。与此同时，还保存着平台的运维日志的信息，包括平台运营的收支情况、电价波动以及内部访问的记录。
图2为本发明第一实施方式中平台与用户交互的框架图，图3为第一实施方式的交互流程图。参见图2与图3，用户B利用电力交易中心平台10通过账户地址向用户A发起交易(图3中的步骤S11)。电力交易中心平台10访问智能合约模块11，调用智能合约的“购买”函数，该调用需要用户B进行私钥签名，携带购买的数量、价格、交易时间参数。用户A接收到交易请求，如果确认交易，则由电力交易中心平台10访问智能合约模块11，调用智能合约的“确认”函数，该调用需要用户A进行私钥签名(步骤S12)。通过这样来缔结交易。交易缔结后，安全校核模块12开始判断该交易是否符合价格管控(步骤S13)与安全校核的要求(步骤S14)，符合要求的交易可以顺利进行(步骤S15)，不符合要求的交易将被取消，并告知双方用户不符合要求之处。
需说明的是，这里用户A和B都是平台的用户，也都是发电方，但用户B生产的电力不能自给自足，需要向用户A购买电力，所以用户A和B最终在此交易中分别转化为售电方和购电方，当然，在用户A生产的电力不足而需要向用户B购买电力时，用户A和B分别转化为购电方和售电方。
图4为本发明第一实施方式中电力交易记录信息保存的流程图。参见图4，交易过程中电力交易记录信息的保存流程如下：空白的交易协议本身有一个哈希值，本实施方式中为对交易数量、交易价格、交易时间、随机数四者组合进行哈希运算，得到哈希值(S101)，在交易缔结后，交易数量、交易价格与交易时间确定，同时根据区块链的规则，加入一个随机数，对这些参数的哈希值确定后进行哈希运算，得到完整交易协议的哈希值(S102)。交易中用户A、B分别对交易协议进行私钥签名，同时附带公钥(S103)。然后再进行一次哈希运算，得到附带双方公钥与私钥的交易协议的哈希值(S104)，最终这一哈希值作为一个记录信息被上传到区块链中永久保存(S105)。
本实施方式中，将交易信息打包成新区块放入底层区块链中可经过以下几个步骤：(1)监听比特币网络中的其他所有节点的广播，最新区块是否被Relayed(中继，转发)。如果没有，则中继转发该交易到其他节点；(2)将步骤1中被验证成功的交易放入本地内存交易池中，如果在此过程中，监听到新区块被Relayed，则该节点将已打包的交易放回到本地内存交易池中，并且需将新区块中的对应交易，从本地内存交易池中剔除；(3)按照“交易权重”将权重从高到低，挨个打包进入到区块体中；优先处理权重最高的交易，交易的权重大小取决于三个因素：1)交易创建时间越早；2)交易UTXO大小越大；3)交易费用越高，则权重越大。
当交易缔结后，电力双边交易***1给输电方提供输电线路的潮流规划方案，图5为本发明第一实施方式中潮流计算规划的流程图。参见图5，潮流计算规划方案可通过以下几个步骤完成：(1)计算功率变化：(2)网损计算：网损的计算用直角坐标形式的牛顿—拉夫逊法潮流来求解形成节点导纳矩阵Y；将各节点电压设初值U；求出修正方程式的常数项向量；将节点电压初值代入求式，求出雅可比矩阵元素；求解修正方程，求修正向量；求取节点电压的新值；检查是否收敛，如不收敛，则以各节点电压的新值作为初值自第3步重新开始进行狭义次迭代，否则转入下一步；计算支路功率分布，PV节点无功功率和平衡节点柱入功率。
修正方程组如下：
ΔW＝-JΔU
根据潮流迭代算法，可得到各个时段对应不同的节点接入功率的有功损耗表(可收敛部分，不可收敛部分视为线路错误，损耗过大)。在此范围下,计算得出网损范围；接着缩小网损范围，可认为在该网损范围下网损较小，即满足网损较小的目标；然后反推缩小处理后网损范围相对应的线路的数目范围；(3)成本计算：根据(2)中的数目范围得出花费的范围，从而得到花费最小的最优解；(4)以此最优解为目标(电网有功网损和输电总花费最小)的最优潮流规划方案。当电网负载过大时，还可通过调节电力成交价格的方式缓解负载压力，减少阻塞。
【第二实施方式】
图6是本发明的电力双边匹配***的实施方式的示意图。这里，在包括图6的下文的说明中，与上述第一实施方式相同的组成结构采用相同的附图标记，并在下文中省略重复的说明。
本发明第二实施方式提供了一种基于区块链技术的电力双边匹配***，如图1所示，本实施方式的电力双边匹配***2包括：
分配中心平台20，提供用电缺口申报和确认功能，通过缺口申报的功能让用户对用电量和电价进行申报。本实施方式的分配中心平台20为大型发电集团的内部需求申报平台，面向集团内的各个发电站，提供用电缺口申报及调度分配功能。
智能合约模块21，当第一用户通过所述分配中心平台20申报缺口并发起发起分配请求后，所述分配中心平台20调用智能合约模块21，要求该第一用户进行私钥签名，并且当第二用户通过所述分配中心平台20对所述分配请求进行确认后，所述智能合约模块要求该第二用户进行私钥签名。
安全校核模块22，按一定规则核算电网安全，判断所述分配是否可进行。在本发明中，由输电网路自行按一定规则核算电网安全，安全核验模块12判断交易是否可进行。输电公司完成电网安全校验后，安全校核模块12对分配双方进行资质判定，若合格则予以通过；否则，驳回该分配。需注意的是，图6中示出了安全校核模块12，但也可以将安全校核功能包括在智能合约模块21之中。
区块处理模块24，将通过所述分配中心平台20进行缺口申报和确认所实现的分配信息打包成新区块，存储入底层区块链中，其中所述分配信息包括根据所述分配双方的合约地址、地址所对应的加密值、分配信息和平台运营日志中的至少一项所获得的值。
如此，本发明的基于区块链技术的电力分配***，用于保证集团内部分配性质的双边交易的安全、可靠、隐私，实现电能自发自用，余电双边分配交易，提高供电可靠性，激活电力市场活力的目的。如果发电用户A生产的电能在满足自己用电需求的同时还有剩余，而发电用户B生产的电能不能满足自己的用电需求，双方就可以进行双边、去中心化的交易；这种双边交易以区块链网络连接，双方达成协议后就可以将协议存储于区块链中，协议执行时间到达后自动执行协议，不需要人员参与，也不需要中心进行控制，保证了交易的隐私性；交易记录都存储于区块链中，每一个用户都可以查到，且难以篡改，这也就保证了交易的安全性，同时解决了交易双方的信任问题。
以上对本发明的电力双边交易***和分配分配***进行了说明，本发明中可采用以太坊发行的数字货币(简称代币)完成各项交易，代币的实现遵守以太坊定义的ERC20代币标准，如指定代币名称、总量、实现代币交易函数等，只有支持了协议才能被以太坊钱包支持。通过Solidity编写代币的合约代码，使用MetaMask完成智能合约的部署。创建和部署完之后，便可用代币进行交易。
本发明中，分布式存储***可使用无元数据管理，采用hash算法来定位数据的位置，将要存储的key映射到一个新的hash值，然后再建立索引，输入的参数就是数据路径信息，扩展性好。同时，为了简化目录树的查询，使用MD5(key)的前8字节作为索引的key,可以将任意长度key缩减到8字节,并在一定范围内把碰撞几率控制到很小。分布式***中储存着交易双方合约地址、地址所对应的的加密哈希值、交易信息和平台运营日志。平台运营日志又包括当日交易金额、交易成功数，平台收支，电价浮动和内部访问记录。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种基于区块链技术的电力交易***，其特征在于，包括：
电力交易中心平台，面向交易双方提供交易申报和确认功能，通过交易申报的功能让用户对用电量和电价进行申报；
区块处理模块，将通过所述电力交易中心平台进行申报和确认所实现的交易信息打包成新区块，存储入底层区块链中，其中所述交易信息包括根据所述交易双方的合约地址、地址所对应的加密值、交易信息和平台运营日志中的至少一项所获得的值。
2.如权利要求1所述的电力交易***，其特征在于，还包括：
智能合约模块，当第一用户通过所述电力交易中心平台发起购电请求后，所述电力交易中心平台调用所述智能合约模块，要求该第一用户进行私钥签名，并且当第二用户通过所述电力交易中心平台对所述购电请求进行确认后，所述智能合约模块要求该第二用户进行私钥签名。
3.如权利要求2所述的电力交易***，其特征在于，还包括：
安全校核模块，按一定规则核算电网安全，判断所述交易是否可进行。
4.如权利要求1所述的电力交易***，其特征在于，还包括：
潮流规划模块，对已达成的交易计算出最优潮流，以规划输电线路的潮流。
5.一种电力交易***，其特征在于，包括：
电力交易中心平台，面向交易双方提供交易申报和确认功能，通过交易申报的功能让用户对用电量和电价进行申报；
智能合约模块，当第一用户通过所述电力交易中心平台发起购电请求后，所述电力交易中心平台调用所述智能合约模块，要求该第一用户进行私钥签名，并且当第二用户通过所述电力交易中心平台对所述购电请求进行确认后，所述智能合约模块要求该第二用户进行私钥签名，交易成功后所述智能合约模块自动将交易确认的价值从第一用户的账户划入第二用户的账户。
6.一种基于区块链技术的电力分配***，其特征在于，包括：
分配中心平台，提供缺口申报和确认功能让用户对用电缺口量进行申报和确认；
智能合约模块，当第一用户通过所述分配中心平台发起分配请求后，所述分配中心平台调用所述智能合约模块，要求该第一用户进行私钥签名，并且当第二用户通过所述电力交易中心平台对所述分配请求进行确认后，所述智能合约模块要求该第二用户进行私钥签名；以及
区块处理模块，所述智能合约模块对所述分配完成合约之后，所述区块处理模块将所述分配信息打包成新区块，存储入底层区块链中，其中所述分配信息包括根据所述第一用户与第二用户的合约地址、地址所对应的加密值、分配信息和平台运营日志中的至少一项所获得的值。
7.一种电力分配***，其特征在于，包括：
分配中心平台，提供缺口申报和确认功能让用户对用电缺口量进行申报和确认；
智能合约模块，当第一用户通过所述分配中心平台发起分配请求后，所述分配中心平台调用所述智能合约模块，要求该第一用户进行私钥签名，并且当第二用户通过所述电力交易中心平台对所述分配请求进行确认后，所述智能合约模块要求该第二用户进行私钥签名，成功后所述智能合约模块自动判断所述第一用户与第二用户的合约已完成。
8.如权利要求6或7所述的电力分配***，其特征在于，还包括：
安全校核模块，按一定规则核算电网安全，判断所述分配是否可进行。
9.如权利要求6或7所述的电力分配***，其特征在于，还包括：
潮流规划模块，对已达成的分配计算出最优潮流，以规划输电线路的潮流。
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