CN115719149B - 一种基于区块链的分布式光伏配储方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于区块链的分布式光伏配储方法，包括：构建分布式光伏储能配置区块链架构，将用户数据进行区块链上链和存储；基于所述用户数据建立配储需求度评估机制，获取用户的配储需求度；基于所述用户的配储需求度触发智能合约生成配储方案以及配储权益等级，用户对所述配储方案进行选择，进行储能装置的分配安装。本发明利用区块链建立了公开透明的分布式光伏配储方法，以真实的用户数据作为评价标准，将短缺的储能电池优先提供给配储需求高的用户，大大提高配储过程的公平性，减少了不正当竞争造成的资源浪费，为加快分布式光伏合理配储建设和实现“双碳”目标做出贡献。
Description
技术领域
本发明涉及分布式光伏技术领域，特别是涉及一种基于区块链的分布式光伏配储方法。
背景技术
近年来持续上涨的电价已经推动户用储能在部分国家和地区快速发展，据德国BVES报告数据，至2021年底，德国户用储能总销量43万台，新增14.5万台，同比新增45％。对于南非等国家及地区，由于当地电网设施相对薄弱或不时面临自然灾害威胁，相对富裕家庭配置户用储能提升供电可靠性的诉求也较为迫切。
现阶段我国光伏产业加快结构调整，分布式配储获得更多关注。据国家能源局发布数据显示，2021年我国新增光伏装机约5300万千瓦，分布式光伏占比达到55％。当前光伏集中式与分布式并举的发展趋势明显，后者的规模增长将持续推动储能需求，合理加速“分布式+光伏”配置迫在眉睫，而目前已建成的分布式光伏大多缺乏配套储能装置，弃光现象明显。伴随光伏产业供应链涨价，用户配储成本较高，成本回收期长，用户的配储意愿并不强烈。
现有的光伏配储方法成本高，许多光伏项目对储能需求程度的不确定性大，可能造成资源浪费和无效配储；且缺乏***性的理论指导，仅根据硬性指标规定和预估的配储规模进行储能建设，忽略了光储建设的实际意义，使原本紧缺的储能电池无法第一时间投入的有效利用的环境中，造成严重的资源浪费。当前光伏建设存在强制性配储和哄抬储能电池价格等不良现象，造成严重的经济损失，阻碍我国光储一体化建设的前进步伐。
基于此，有必要提出更合理高效的分布式光伏配储方法，优先满足实际需求较高用户的配储，并对配储规模和储能类型做出评估和指导，提高配储后储能装置的实际功效，同时尊重用户意见，提升***协调能力。对于光伏配套储能具体建设方法，可选择自建、合作共建或租赁等多种灵活方式，推动符合各地区实际情况的分布式储能建设统筹规划，严防投资烂尾和无效配储等现象的发生。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，引入区块链技术实现无储能用户分布式光伏发用电数据和用电信息公开上链，并根据近期的用户数据做出配储需求度评估。依靠区块链强大的数据存储和溯源功能对用户数据进行存储、分析，提出一种用户与储能服务商双向选择的公平、公开、高效的分布式光伏配储方法，该方法既提高了储能电池的利用率又缩短了储能成本的回收年限，促进光储一体化建设的高效推动；同时根据用户的实际情况，提出更细化的配储方案供用户选择，切实提高用户选择增配储能时的自主选择性、适用性和参与感，有助于光储一体化的健康发展。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种基于区块链的分布式光伏配储方法，包括：
构建分布式光伏储能配置区块链架构，将用户数据进行区块链上链和存储；
基于所述用户数据建立配储需求度评估机制，获取用户的配储需求度；
基于所述用户的配储需求度触发智能合约生成配储方案以及配储权益等级，用户对所述配储方案进行选择，进行储能装置的分配安装。
进一步地，构建所述分布式光伏储能配置区块链架构包括：
将区块链技术引入分布式光伏体系，选择联盟链，将分布式光伏用户与储能服务商整合到统一的区块链体系进行统筹规划，构建所述分布式光伏储能配置区块链架构，其中，所述分布式光伏储能配置区块链架构包括用户链、服务商链和监管方。
进一步地，所述用户数据包括：缺乏储能装置的分布式光伏用户的个人基本信息、地理位置、用电数据、光伏发用电数据、光伏发电设备参数和可接受的储能装置价格范围。
进一步地，建立所述配储需求度评估机制包括：
基于所述用户的用电数据和光伏发用电数据，选定区块链***的数据评估周期T0，计算所述用户的配储需求度,其中，所述数据评估周期T0具有动态时效性，所述用户的配储需求度根据所述数据评估周期T0进行更新。
进一步地，计算所述用户的配储需求度的方法为：
其中，为用户节点i的配储需求度，θi为用电高峰与光伏发电高峰的时间偏差系数，βi为T0天内该用户购买电量的平均电价，ηi为光伏设备发用电比例系数，cG,i为光伏日发电量的变异系数。
进一步地，基于所述用户的配储需求度触发智能合约生成配储方案包括：
得到预设周期的全部用户节点的配储需求度后，触发所述智能合约进行计算，获取适合所述用户的若干种配储方案和所述用户在每种配储方案中的配储权益等级，其中，所述智能合约包括价格匹配函数、配储需求度排序函数、配储权益等级函数和配储安装时间预估函数。
进一步地，所述配储权益等级函数包括：将所述用户的配储权益等级分为A、B、C三个等级，当可配置储能装置w的方案组有j个用户，用户i排名为q时，所述用户i在该组方案中的配储权益等级为：
其中，边界值s、v的具体数值由监管方发起提议，经联盟链成员共同通过决定。
进一步地，所述配储安装时间预估函数包括：通过所述用户的配储权益等级、储能装置的供货计划和用户与服务商地理位置，估算所述用户i选择方案需等待的配储安装时间tw,i：
其中，e为根据用户配储权益等级确定的系数，等级A对应的系数最小，等级C对应的系数最大，具体数值由联盟链成员共同通过决定；Uw为储能装置w的服务商在下一个配储需求的评估周期可提供该种储能装置的数量，x为根据用户与服务商的地理位置确定的配送标准时间系数。
进一步地，用户对所述配储方案进行选择，进行储能装置的分配安装包括：用户对所述配储方案进行选择后，监管方对所述用户的信息和所选配储方案进行审核，通过所述审核后，所述用户和所选配储方案的服务商链上取得联系，开展所述储能装置的安装工作，服务商将所述储能装置安装工作的进展信息定期提交至区块链***，完成所述储能装置的安装并签署配储相关协议。
本发明的有益效果为：
(1)本发明通过在分布式光伏配储中引入区块链技术，对缺乏配储的分布式用户数据进行配储需求度评估，利用智能合约自动得到用户可选择的配储方案，用户与服务商可通过区块链进行线上实时互动，扩大了用户配储的可选择范围并降低成本，有利于提高用户的配储积极性和储能电池的利用率，推动光储一体化建设。
(2)本发明利用区块链的透明性和不可篡改性对配储全过程数据进行收集、存储和分析，建立了公开透明的分布式光伏配储方法。以真实的用户数据作为评价标准，将短缺的储能电池优先提供给配储需求高的用户，大大提高配储过程的公平性，减少了不正当竞争造成的资源浪费，为加快分布式光伏合理配储建设和实现“双碳”目标做出贡献。
附图说明
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为本发明实施例的分布式光伏储能配置区块链架构图；
图2为本发明实施例的智能合约执行流程图；
图3为本发明实施例的分布式光伏配储流程图。
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。
本实施例提供了一种基于区块链的分布式光伏配储方法，包括：
构建分布式光伏储能配置区块链架构，将用户数据进行区块链上链和存储；基于用户数据建立配储需求度评估机制，获取用户的配储需求度；基于用户的配储需求度触发智能合约生成配储方案以及配储权益等级，用户对配储方案进行选择，进行储能装置的分配安装。
完整的分布式光伏配储流程图如图3所示，具体流程如下：
Step1：将区块链技术引入分布式光伏体系，将分布式光伏用户与储能服务商整合到统一的区块链体系进行统筹规划，选择联盟链构建灵活高效且共识度高的分布式光伏储能配置区块链架构，如图1所示，包含用户链、服务商链和监管方。
安装分布式光伏并有意愿进行配储的用户和出售储能装置的服务商分别组成子联盟链，用户加入区块链时需向监管方提供个人基本信息、地理位置、用电数据、光伏发用电数据、光伏发电设备参数以及可接受的储能装置价格范围等信息。监管方进行人工检查后将信息上传至区块链并赋予服务商链访问该用户节点信息的权限，如果用户配储意愿改变，用户可以随时访问区块链查看自身信息并发起修改请求，如果用户已拆除光伏设备或失去主动配储的意愿，可向监管方提交消除本节点的请求。用户加入区块链后，用户节点数据和区块链***将保持实时互通，且区块链***对上链数据进行真实性检测，确保用户上传数据的真实可靠。
Step2：建立配储需求度评估机制，用户加入区块链后，用户节点的用电数据和光伏发用电数据等同步上传至区块链，***内的全部数据都存储在区块链数据存证信息管理平台中，以T0天作为区块链***的一个数据评估周期，数据评估周期T0具有动态时效性，由区块链监管方统一设置，完成用户配储需求度的计算和及时更新。
在计算配储需求度前，首先要确保数据的真实性，在数据上链时，根据用户基本信息确定其各项数据的正常指标范围，各项数据应在正常指标范围内，否则将无法进行上链，例如东北地区用户数据的冬季光伏设备日发电时长为15h,则该数据偏离了正常指标范围。若该评估周期内存在数据异常情况，说明可能存在造假行为，取消用户节点此评估周期内的配储需求度评估机会和配储资格。
具体的计算用户的配储需求度需根据多个指标进行综合评定，计算方法如下：
其中，为用户节点i的配储需求度，θi为用电高峰与光伏发电高峰的时间偏差系数，βi为T0天内该用户购买电量的平均电价，ηi为光伏设备发用电比例系数，cG,i为光伏日发电量的变异系数。
用电高峰与光伏发电高峰的时间偏差系数θi，可粗略衡量光伏设备在无配储情况下对用户用电的贡献程度，用电高峰与光伏发电高峰间隔越大θi的值越大，光伏设备在无配储情况下对用户用电的贡献越小，对储能装置的需求越高，及时配储可提高光伏发电高峰发电量的利用率，θi的计算公式为：
其中，tD,k为第k日用户用电高峰时刻，tG,k为第k日光伏设备的发电高峰时刻，由用户节点每天上传的用电数据得到。
T0天内该用户购买电量的平均电价βi，电价高将提高用户的配储意愿，因此将平均电价作为配储需求度评估的参数，其计算公式为：
其中，M为T0天内的电费，为T0天内的从电网消耗的电量。
光伏设备发用电比例系数ηi，体现了光伏发电消纳水平，ηi越小说明目前的消纳水平低，需增加储能装置提高光伏发电的利用率，ηi的计算公式为：
其中，和/>分别为T0天内光伏发电被用户利用的总电量和光伏总发电量。
光伏日发电量的变异系数cG,i是基于标准差得到的数据变化相对大小，反映了该用户受外部条件影响的日发电量变化情况，如果光伏发电不稳定需配置储能装置保障该用户的用电稳定。日发电量变化越大则变异系数cG,i越大，对储能装置的需求越大。cG,i的计算公式为：
其中Ei,k为光伏设备在第k天的发电量，为光伏设备T0天的日均发电量。
Step3：得到本评估周期内全部用户节点的配储需求度后，区块链向所有节点公开配储需求度数据。同时，服务商节点公开其运营的各种储能装置的供货计划信息，并提交监管方进行真实性验证。将监管方审核后的数据通过智能合约进行计算，自动得到适合用户的多种配储方案和用户在每种配储方案中的配储权益等级。
智能合约执行流程如图2所示，根据智能合约生成配储方案的具体方法如下：
Step3.1：当一个评估周期内所有用户节点的数据上传完成后，触发智能合约，通过智能合约的主要数据有用户地理位置信息、用户可接受的储能配置价格范围、用户的配储需求度、服务商节点的各种储能装置生产计划信息、各种储能装置的报价和服务商地理位置信息等。
Step3.2：在智能合约中进行计算，获取适合用户的多种储备方案，智能合约中主要包含价格匹配函数、配储需求度排序函数、配储权益等级函数和配储安装时间预估函数。
价格匹配函数：将用户可接受的储能装置价格范围与服务商节点的储能装置报价进行比较，确定用户可选择的配储方案并据此分组，可选择同一种储能装置的用户将在根据配储需求度确定其配置该种储能装置的配储权益等级。
配储需求度排序函数：将每组中用户的配储需求度进行排序，按配储需求度数值从高到低进行排序。
配储权益等级函数：将用户配储权益等级分为A、B、C三个等级，将为配储安装时间函数的计算提供支持。
当可配置某种储能装置w的方案组有j个用户，用户i排名为q时，用户i在该组方案中的配储权益等级为：
其中，边界值s、v的具体数值由监管方发起提议，经联盟链成员共同通过决定。
配储安装时间预估函数通过用户的配储权益等级、储能装置的供货计划和用户与服务商地理位置估算用户选择该种方案需等待的配储安装时间tw,i：
其中，e为根据用户配储权益等级确定的系数，等级A对应的系数最小，等级C对应的系数最大，具体数值由联盟链成员共同决定；Uw为储能装置w的服务商在下一个配储需求的评估周期可提供该种储能装置的数量，x为根据用户与服务商的地理位置确定的配送标准时间系数。
Step3.3：智能合约自动执行得到每个用户对应的配储方案后，对应的服务商可在方案中添加对储能装置的介绍和可选择的配储方式，即自建、合作共建或租赁等不同配储方式详细的费用说明，用户可访问区块链查看自身配储方案，并根据自身需要做出选择。
Step4：用户选择配储方案后，用户信息和所选方案将提交监管方进行审核，通过审核后将分别通知用户节点和服务商节点，为保护区块链成员的隐私和商业机密，在用户确定配储方案前无法获得对方的详细信息，监管方确定本次配储申请有效后双方将得到对方的联系方式，开展线上线下同步的储能装置安装工作。服务商负责将配储工作的进展信息定期提交区块链***，保证区块链***的实时性和公平性，直至储能装置安装完成并签署配储相关协议。配储过程的全部数据将存储在区块链数据存证信息管理平台中，作为取证资料长期保存。
本发明将区块链技术应用到分布式光伏配储场景下，解决了用户较多难以统筹的规划问题。建立了联盟链，使所有用户享有平等权益，确保配储过程公平透明，为用户和服务商营造了一定程度信任的数据共享环境，用户和服务商借助区块链进行公平、及时的双向选择，提高了用户选择配储方案过程的效率并降低服务商的营销成本，有利于短缺的储能电池尽早投入到适宜的工作环境中发挥作用。
以上所述的实施例仅是对本发明优选方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种基于区块链的分布式光伏配储方法，其特征在于，包括：
构建分布式光伏储能配置区块链架构，将用户数据进行区块链上链和存储；
基于所述用户数据建立配储需求度评估机制，获取用户的配储需求度；
基于所述用户的配储需求度触发智能合约生成配储方案以及配储权益等级，用户对所述配储方案进行选择，进行储能装置的分配安装；
建立所述配储需求度评估机制包括：
基于所述用户的用电数据和光伏发用电数据，选定区块链***的数据评估周期T0，计算所述用户的配储需求度,其中，所述数据评估周期T0具有动态时效性，所述用户的配储需求度根据所述数据评估周期T0进行更新；
计算所述用户的配储需求度的方法为：
其中，为用户节点i的配储需求度，θi为用电高峰与光伏发电高峰的时间偏差系数，βi为T0天内该用户购买电量的平均电价，ηi为光伏设备发用电比例系数，cG,i为光伏日发电量的变异系数；
用电高峰与光伏发电高峰的时间偏差系数θi的计算方法为：
其中，tD,k为第k日用户用电高峰时刻，tG,k为第k日光伏设备的发电高峰时刻；
T0天内该用户购买电量的平均电价βi的计算方法为：
其中，M为T0天内的电费，为T0天内的从电网消耗的电量；
光伏设备发用电比例系数ηi的计算方法为：
其中，和/>分别为T0天内光伏发电被用户利用的总电量和光伏总发电量；
光伏日发电量的变异系数cG,i的计算方法为：
其中，Ei,k为光伏设备在第k天的发电量，为光伏设备T0天的日均发电量；
基于所述用户的配储需求度触发智能合约生成配储方案包括：
得到预设周期的全部用户节点的配储需求度后，触发所述智能合约进行计算，获取适合所述用户的若干种配储方案和所述用户在每种配储方案中的配储权益等级，其中，所述智能合约包括价格匹配函数、配储需求度排序函数、配储权益等级函数和配储安装时间预估函数；
所述价格匹配函数，用于将用户可接受的储能装置价格范围与服务商节点的储能装置报价进行比较，确定用户可选择的配储方案并进行分组；
所述配储需求度排序函数，用于将每组中用户的配储需求度进行排序；
所述配储权益等级函数，用于将所述用户的配储权益等级分为A、B、C三个等级，当可配置储能装置w的方案组有j个用户，用户i排名为q时，所述用户i在该组方案中的配储权益等级为：
其中，边界值s、v的具体数值由监管方发起提议，经联盟链成员共同通过决定；
所述配储安装时间预估函数，用于通过所述用户的配储权益等级、储能装置的供货计划和用户与服务商地理位置，估算所述用户i选择方案需等待的配储安装时间tw,i：
其中，e为根据用户配储权益等级确定的系数，等级A对应的系数最小，等级C对应的系数最大，具体数值由联盟链成员共同通过决定；Uw为储能装置w的服务商在下一个配储需求的评估周期可提供该种储能装置的数量，x为根据用户与服务商的地理位置确定的配送标准时间系数。
2.根据权利要求1所述的基于区块链的分布式光伏配储方法，其特征在于，构建所述分布式光伏储能配置区块链架构包括：
将区块链技术引入分布式光伏体系，选择联盟链，将分布式光伏用户与储能服务商整合到统一的区块链体系进行统筹规划，构建所述分布式光伏储能配置区块链架构，其中，所述分布式光伏储能配置区块链架构包括用户链、服务商链和监管方。
3.根据权利要求1所述的基于区块链的分布式光伏配储方法，其特征在于，所述用户数据包括：缺乏储能装置的分布式光伏用户的个人基本信息、地理位置、用电数据、光伏发用电数据、光伏发电设备参数和可接受的储能装置价格范围。
4.根据权利要求1所述的基于区块链的分布式光伏配储方法，其特征在于，用户对所述配储方案进行选择，进行储能装置的分配安装包括：用户对所述配储方案进行选择后，监管方对所述用户的信息和所选配储方案进行审核，通过所述审核后，所述用户和所选配储方案的服务商链上取得联系，开展所述储能装置的安装工作，服务商将所述储能装置安装工作的进展信息定期提交至区块链***，完成所述储能装置的安装并签署配储相关协议。
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