基于区块链的分布式能源交易方法和系统

摘要

本发明提供基于区块链的分布式能源交易方法，属于区块链信息技术领域。包括：根据发电成本价、以及大电网实时发布的上网电价和销售电价制定售电方限价和购电方限价；计算出售电方报价和购电方报价；计算出购电方向售电方时购电所需支付的过网费；判断购电方报价与过网费之间的差值是否小于售电方报价；若购电方报价与过网费之间的差值不小于售电方报价，则确定售电方与购电方可以在第k轮进行交易；计算出售电出清价P；将购电方用户信息、售电方用户信息、申报交易电量、售电出清价记录到双向交易合约中；将双向交易合约广播到区块链网络并保存至节点，在节点处打包成区块并上链。本发明还提供基于区块链的分布式能源交易系统。

说明书

技术领域

本发明涉及区块链信息技术领域，尤其涉及一种基于区块链的分布式能源 交易方法和系统。

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 利用率高，污染排放低等优点。

传统的电力能源交易模式通常是设立集中式的交易中心收集各市场主体的 供需电量，报价信息等相关交易信息，集中撮合交易并协调各主体完成交易。 然而，分布式能源交易与传统的能源交易不同，分布式能源交易具有参与主体 多样，交易数量庞大，交易位置分散等特点，这大大增加了交易中心的难度。 同时，交易中心与各交易主体之间信息闭塞，形成信息孤岛，数据联通困难， 协同效率低下。因此，传统的集中式能源交易模式并不适用于分布式能源交易。

区块链是一种去中心化、公开透明、不可篡改的分布式数据库，集成了点 对点传输协议、现代密码学、共识算法等技术。其去中心化特性保持网络中各 参与节点地位相同，取消交易中心，应用于分布式能源交易中能够保证交易主 体权利的公平性，降低交易成本，能够较好地适应分布式能源交易的特点。

通过区块链技术实现了能源交易公平化、低成本化，然而在交易过程中， 售卖双方报价时需要考虑的因素多，由于单方面的售电方报价过高、购电方报 价过低造成电力拍卖不成功的概率较高，导致交易低效。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种基于区块链的分布式能源交易方法和系统，能 够根据售卖双方的限价参数智能地推算出合理的购电方报价和售电方报价，并 根据双方报价制定可行的出清价，促进交易，提高交易的成功率和效率。

本发明实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于区块链的分布式能源交易方法，包括：

根据发电成本价C

根据所述s

计算出购电方向售电方时购电所需支付的过网费F

判断所述bid

若所述差值不小于所述bid

根据所述售电方报价bid

P＝(bid

将购电方用户信息、售电方用户信息、申报交易电量、所述售电出清价记 录到双向交易合约中；

将所述双向交易合约广播到区块链网络并保存至节点，在所述节点处打包 成区块并上链。

较优地，所述根据发电成本价C

在所述P

s

取所述P

b

较优地，所述根据所述s

设置风险因子γ，所述γ通过自适应学习方式更新，第k+1轮风险因子 γ(k+1)与第k轮风险因子γ(k)的关系为，

γ(k+1)＝γ(k)+[δ(k)-γ(k)]×θ

δ(k)＝(σ(k)+1)×γ

其中，所述γ

计算竞争性均衡价格p

其中，所述α

根据所述竞争性均衡价格p

其中，所述MAX为各个所述内部交易方给出的报价中的最高售电报价；

当b

其中，所述MAX为各个所述外部交易方给出的报价中的最高售电报价；

计算在所述第k轮交易中的所述售电方报价bid

其中，所述η表示利润下降率，η∈[1，+∞]。

较优地，所述计算出购电方向售电方购电所需支付的过网费F

计算出输电网络中用于向所述售电方输电的第l条线路的输配电容量成本 C

计算所述输电网络中各支路潮流、网络损耗以及运行成本总和C

计算出所述第l条线路平均每兆瓦一公里成本γ

其中，所述P

计算出第k轮输配电业务的所述F

其中，所述P

较优地，所述判断所述bid

若所述差值小于所述bid

较优地，所述根据所述售电方报价bid

核对所述售电方的实际发电量是否等于申报交易电量；

若所述实际发电量大于所述申报交易电量，则超出部分电量按照所述上网 电价P

若所述实际发电量小于所述申报交易电量，则按照所述销售电价P

本发明还提供一种基于区块链的分布式能源交易系统，包括：

市场准入模块，用于提供注册和登录入口，并将购电方用户信息和售电方 用户信息同步至区块链；

报价模块，用于为购电方和售电方提供设置限价参数的入口；

集中出清模块，用于根据所述购电方和所述售电方的所述限价参数计算出 在第k轮交易的售电方报价bid

误差处理模块，用于核对所述售电方的实际发电量是否等于申报交易电量； 所述实际发电量与所述申报交易电量不等时，还用于为所述售电方出售超出部 分电量或购买缺额部分电量；

交易结算模块，用于将所述双向交易合约广播到区块链网络并保存至节点， 在所述节点处打包成区块并上链。

较优地，所述限价参数包括发电成本价C

限价制定单元，用于根据所述C

报价计算单元，用于根据所述s

过网费计算单元，用于计算出所述购电方向所述售电方购电所需支付的所 述过网费F

判断单元，用于判断所述bid

交易确定单元，用于所述差值不小于所述bid

出清价计算单元，用于根据所述售电方报价bid

P＝(bid

较优地，所述交易确定单元，还用于所述差值小于所述bid

较优地，所述误差处理模块包括：

核对单元，用于核对所述售电方的实际发电量是否等于申报交易电量；

超额处理单元，用于所述实际发电量大于所述申报交易电量时，将超出部 分电量按照所述上网电价P

缺额处理单元，用于所述实际发电量小于所述申报交易电量时，按照所述 销售电价P

由上述技术方案可知，本发明实施例提供的基于区块链的分布式能源交易 方法和系统，提供了较佳的报价策略，能够根据售卖双方的限价参数智能地推 算出合理的购电方报价和售电方报价，并根据双方报价以及过网费制定可行的 出清价，保证资源的高效分配和双方利益最大化，减少能源在传输过程中的损 耗，促进就近交易，提高交易的成功率和效率。

附图说明

图1为基于区块链的分布式能源交易方法的流程图。

图2为基于区块链的分布式能源交易系统的系统结构图。

图3为分布式能源交易系统的组成架构图。

图4为分布式能源交易系统的整体交易流程图。

图5为售购双方报价曲线图。

图6为购电方报价减除过网费的曲线示意图。

具体实施方式

以下结合本发明的附图，对本发明的技术方案以及技术效果做进一步的详 细阐述。

本发明实施例提供的基于区块链的分布式能源交易方法和系统，提供了较 佳的报价策略，能够根据售卖双方的限价参数智能地推算出合理的购电方报价 和售电方报价，报价策略分为两层，分为投标层和自适应层。

如图1所示，本发明提供一种基于区块链的分布式能源交易方法，包括：

步骤S11，根据发电成本价C

步骤S12，根据s

步骤S13，计算出购电方向售电方购电所需支付的过网费F

步骤S14，判断bid

步骤S15，若差值不小于bid

步骤S16，根据售电方报价bid

P＝(bid

步骤S17，将购电方用户信息、售电方用户信息、申报交易电量、售电出清 价记录到双向交易合约中；

步骤S18，将双向交易合约广播到区块链网络并保存至节点，在节点处打包 成区块并上链。

在投标层，交易各方提交自己的报价，首先考虑自身限价参数，售电方将 自身发电的成本价格C

s

b

确定自身限价之后，在新的交易轮次之前，各方都不了解其他成员的报价 信息。在步骤S12中，对于售电方i，根据限价s

步骤S12通过计算模型计算售电方报价bid

首先设置风险因子γ，γ通过自适应学习方式更新，风险因子γ∈(-1,1)，当 γ∈(-1,0)时，该交易方属于风险规避型，即以较低的交易利润获取较高的成交 几率，当γ∈(0，1)时，该交易方属于风险偏好型，即需要获取较高的交易利润， 同时会降低交易成功率。风险因子γ的自适应学习过程如下：

γ(k+1)＝γ(k)+[δ(k)-γ(k)]×θ (3)

δ(k)＝(σ(k)+1)×γ

其中，γ

再计算竞争性均衡价格p

其中，α

根据市场成员对市场条件的反应情况将其分为两种类型：内部交易方和外 部交易方。其中，内部交易方指的是限价高于竞争性均衡价格的购电方，即b

其中，MAX为各个内部交易方给出的报价中的最高售电报价；

当b

其中，MAX为各个外部交易方给出的报价中的最高售电报价；

最后，计算在第k轮交易中的售电方报价bid

其中，η表示利润下降率，η∈[1，+∞]。

步骤S13为考虑过网费的出清策略，过网费是指电力公司为回收电网投资、 运行维护费用，并获得合理的资产回报，所收取的费用，从购电方扣费。合理 量化能源传输过程中电网服务价值以及分布式发电提供电源的服务价值，可以 有效解决电网费用的公平性问题并合理资源配置从而减少能源在传输过程中的 浪费，最大化各方权益。

本发明采用MW-km(兆瓦公里法)计算过网费F

计算出输电网络中用于向售电方输电的第l条线路的输配电容量成本C

排除不用于输配电的负荷与发电机，计算输电网络中各支路潮流、网络损 耗以及运行成本总和C

计算出第l条线路平均每兆瓦一公里成本γ

其中，P

计算出第k轮输配电业务的F

F

其中，P

拍卖交易是买卖双方以多对多形式存在的，市场参与者可以在任意时刻提 交报价，报价时间截止后，报价提交给拍卖市场负责匹配。买卖双方按照“价格 优先，出价时间优先”的原则进行排序匹配。其中购电方报价从高到低排序，售 电方报价从低到高排序，当报价相同时，按报价提交时间的先后顺序排序，形 成的出清曲线如图5所示，其中，实线为购电方报价bid

步骤S15用于售电方与购电方是否可以在第k轮进行交易，如图6所示， 当差值大于售电方报价bid

根据售电方报价bid

如图2所示，本发明还提供一种基于区块链的分布式能源交易系统，包括：

市场准入模块21，用于提供注册和登录入口，并将购电方用户信息和售电 方用户信息同步至区块链；

报价模块22，用于为购电方和售电方提供设置限价参数的入口；

集中出清模块23，用于根据购电方和售电方的限价参数计算出在第k轮交 易的售电方报价bid

误差处理模块24，用于核对售电方的实际发电量是否等于申报交易电量； 实际发电量与申报交易电量不等时，还用于为售电方出售超出部分电量或购买 缺额部分电量；

交易结算模块25，用于将双向交易合约广播到区块链网络并保存至节点， 在节点处打包成区块并上链。

集中出清模块23包括：

限价制定单元231，用于根据C

报价计算单元232，用于根据s

过网费计算单元233，用于计算出购电方向售电方购电所需支付的过网费 F

判断单元234，用于判断bid

交易确定单元235，用于差值不小于bid

出清价计算单元236，用于根据售电方报价bid

P＝(bid

交易确定单元235，还用于差值小于bid

误差处理模块24包括：

核对单元241，用于核对售电方的实际发电量是否等于申报交易电量；

超额处理单元242，用于实际发电量大于申报交易电量时，将超出部分电量 按照上网电价P

缺额处理单元243，用于实际发电量小于申报交易电量时，按照销售电价 P

如图3所示的系统架构图，整个系统中，各交易主体作为区块链网络中的 对等节点通过区块链网络进行信息交互，智能电表作为计量单元，自动记录各 交易主体的使用电量和剩余电量等能源信息，该系统不能消纳的电能将按电网 上网价格被电网回收。虚拟电厂作为中心化储能，是连接购电方用户和售电方 (分布式发电)之间的桥梁。

如图4所示的分布式能源交易系统的整体交易流程图，其中，体现了用户 注册成为购电方后，提交限价，再经系统辅助计算，最终与作为售电方的分布 式发电方进行交易的流程，具体步骤如下：

步骤S31，各交易主体在客户端注册并登录，同时账户信息同步至区块链。

步骤S32，判断是否准入并登录成功？若是，则跳转到步骤S33，若否，则 跳转到流程结束。

步骤S33，售购双方缴纳一定数量保证金。

步骤S34，将大电网电价实时发布到客户端。

步骤S35，售购双方通过客户端发布交易需求。

步骤S36，是否报价时间截止？若是，则跳转到步骤S38，若否，则跳转到 步骤S37。

步骤S37，交易成员继续提交相关报价初始参数。

步骤S38，根据考虑风险态度的双边报价策略计算报价。

步骤S39，是否本轮交易结束？若是，则跳转到步骤S311，若否，则跳转 到步骤S310。

步骤S310，根据过网费修正用户报价，双向拍卖出清市场。

步骤S311，判断售电方实际发电量是否等于申报交易电量，若是，则跳转 到步骤S313，若否，则跳转到步骤S312。

步骤S312，若大于申报交易量，将多余部分按上网电价卖给大电网，若小 于申报交易量，则按销售电价购买此缺额。

步骤S313，智能合约记录交易信息，扩散全网达成共识。

步骤S314，是否到达交易时间？若是，则跳转到步骤S315，若否，则跳转 到步骤S314。

步骤S315，智能合约根据电能数据和合约内容自动完成价值转移。

步骤S316，返还剩余保证金。

步骤S31-步骤S33为市场准入阶段：交易各方需要在满足市场准入规则的 条件下在系统客户端进行注册登录，登录成功的市场成员在进行交易之前需要 缴纳一定数量的保证金。

步骤S34-步骤S37为提交报价阶段：大电网将上网价格和销售电价实时公 布在客户端上，交易成员确定自身角色(自己是售电方还是购电方)，明确自 身售购电需求，在下一轮交易周期之前提交自身信息和需求。报价智能合约根 据收到的双方信息自动计算出各成员报价，并广播至区块链网络。

步骤S38-步骤S310为集中出清阶段：结合实际输配电情况，计算过网费后 修正用户报价，基于双边拍卖规则，出清本轮交易结果，包括交易双方信息， 成交电量，成交价格等，记录在双向拍卖智能合约中。

步骤S311-步骤S312为误差处理阶段：误差处理智能合约判断售电方实际 发电量是否等于申报电量，如果发电量大于申报量，则将多余电量按上网电价 卖给电网，如果发电量不足申报量，则售电方需要按电网销售电价购买此缺额。

步骤S313-步骤S316为市场结算：达成的交易广播到区块链网络中，区块 链中的节点保存交易，进行验证并达成共识，之后将通过验证的交易以默克尔 树的形式打包成区块并上链。之后结算智能合约按照交易内容进行价值转移， 读取双方智能电表信息并进行电能转移。返还剩余保证金后，交易结束。

本发明实施例采用了适用于分布式能源交易的考虑过网费和风险偏好的双 边拍卖的交易规则，考虑市场成员风险偏好，设置风险因子体现市场交易情况， 根据市场交易动态改变风险因子，使交易各方更好地更改报价以适应市场，保 证了资源的高效分配；根据售卖双方的限价参数智能地推算出合理的购电方报 价和售电方报价，并根据双方报价以及过网费制定可行的出清价，保证资源的 高效分配和双方利益最大化，考虑过网费可以解决了电网费用公平性的问题， 同时也可以使分布式能源尽量就近交易，减少能源在传输过程中的损耗，减少 浪费。

本发明实施例解决了传统分布式能源交易中集中式交易中心化导致数据运 营维护成本高，效率低，隐私保护性差，资源调度难度大等问题，同时弥补了 现有基于区块链的分布式能源交易系统中对能源交易考虑不足的缺陷，支持各 交易主体进行去中心化的P2P能源交易。通过智能合约控制整体交易流程，最 后将经过验证的交易合约打包成区块上链，保证交易的正确性，可追溯性，安 全性。

本发明实施例提供的基于区块链的分布式能源交易方法和系统，能够减少 能源在传输过程中的损耗，促进就近交易，起到了促进交易成功的作用，提高 了售电拍卖效率。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之 权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程， 并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。