一种基于区块链技术的用户代理购电交易方法

摘要

本专利属于代理购电关键技术应用领域，具体涉及一种基于区块链技术的用户代理购电交易方法，用于支撑电网开展大规模代理购电业务。本专利将区块链技术应用于用户与电网代理购电业务流程中，将无法直接参与电力市场交易的10千伏以上用户、其他工商业用户和直接参与过电力市场交易又退出的用户与电网企业平等部署区块链节点，设计适用于该场景下的区块链共识机制，将共识算法融入用户代理购电中，数据上链分布式存储，以此保证代理购电的用户及时、安全的用电。

说明书

技术领域

本发明专利设计一种基于区块链技术的用户代理购电交易方法。

技术背景

随着工商业用户进入电力市场，用户实时感受价格波动，合理调整用电行为， 暂未直接购电的用户，需要由电网企业从电力市场进行代理购电。而对于各用户 和电网企业之间可能存在的互不信任的问题，需考虑将相关技术融入其中。

由于电网企业代理购电的用户分散且数量较多，网络环境受用户使用情况影 响可能会产生拥塞和较大的时延。考虑将具有数据难以篡改和去中心化两大特点 区块链技术用于参与代理购电的用户和电网公司实现交易信息分布式存储。

目前在区块链技术中应用较多的共识协议主要是半同步共识协议。半同步与 同步共识协议通常需要预先对网络进行假设，当延时大于设置的超时时间，会导 致无意义地频繁切换视图，影响系统运行，该协议不适用于某些具有较大网络延 迟的场景；同步、半同步系统的吞吐量会随着节点数增加而明显下降，该协议也 不适合于规模过大的场景。因此，在该网络场景中，同步、半同步协议的适用性 受到限制。异步共识协议无需设置超时时间，改由异常检测机制保障系统活性， 无需对网络环境进行预设，即使网络条件较为极端，该协议也可以维持工作，因 此较为适合用于参与代理购电的用户和电网公司的交易信息存储。

在对应用于代理购电业务的区块链共识算法的选择上考虑到BFT共识算法 的安全可靠、在扩展能力和运行性能，具有运行性能高、资源消耗低、易于部署 等特点，相比同步共识，异步BFT可以容忍网络通信故障、抵抗恶意网络节点的 任意破环，具有较高的吞吐量，是保障区块链在代理购电业务中理想的共识技术。

发明内容

本专利属于代理购电关键技术应用领域，具体涉及一种基于区块链技术的用 户代理购电交易方法，用于支撑电网开展大规模代理购电业务。本专利将区块链 技术应用于用户与电网代理购电业务流程中，将无法直接参与电力市场交易的10千伏以上用户、其他工商业用户和直接参与过电力市场交易又退出的用户与 电网企业平等部署区块链节点，设计适用于该场景下的区块链共识机制，将共识 算法融入用户代理购电中，数据上链分布式存储，以此保证代理购电的用户及时、 安全的用电。

附图说明

图1为根据本发明实施方式的一种基于区块链技术的用户代理购电交易流 程图；以及

图2为根据本发明实施方式的一种基于区块链技术的用户代理购电交易共 识算法原理图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同 的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地 且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。 对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图 中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人 员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语， 应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的 或过于正式的意义。

本发明主要对用户进行代理购电的总体流程和共识机制进行展开设计。

(1)总体流程设计

步骤1：用户身份认证。在参与代理购电交易前，工商业用户应在代理购电区块 链平台中进行注册，身份认证算法可采用国密算法SM9，用手机号码、邮箱账户 作为用户表示公钥，无需进行复杂的密钥管理基础设置建设，设置随机数的签名 (验签)方式加强身份认证，用户无需再在每次代理购电时填写具体信息，提升 认证效率。

步骤2：建立代理购电关系，在电网发起代理购电业务前应设定购电业务资格审查，满足相关条件的用户才可与电网公司建立代理购电关系。确定代理购电用户 终端价格。终端价格按照如下公式计算：

P

式中：

P

代理购电业务都按照每个季度选择，目前的代理购电业务必须要提前在每季 度最后15日通知下季度是否参与交易，而在本专利中加入区块链技术后，每个 加入的用户节点可随时决定是否参与到代理关系，满足要求即可参与或退出，对 整体区块链网络不造成影响。

步骤3：代理购电电量预算和采购。确定代理购点关系后，进行代理购电的用户 将上传自己的用电情况和电量并给出自己预算价格，电网公司一边也会预先设定 电量电价，待用户购电前先匹配最合适的用户价格，然后自动达成协定。

步骤4：设置积分奖惩机制。为鼓励所有用户(包括居民用户)都参与到代理购 电业务，设置奖惩积分制，G

G

式中：

α和β分别为2类积分所占综合积分的比例系数。参考可取0.7和0.3。

用户的积分按照交易周期进行更新，若代理购电业务一个季度为一周期，则进行一个季度更新一次积分，相应的计算公式为：

式中：G

步骤5：交易信息进行上链存储，该信息按私密性等级划分，进行数据加密(可 选择哈希加密或明文、密文加密)，可采用非对称加密算法，根据具体情况设置 交易信息上链存储或链下存储。

步骤6：链上保存的工商业用户若需查询交易信息可通过步骤1中的数字签名即可通过认证进行交易信息溯源。

(2)共识机制设计

在共识算法的设计上，基于HB-BFT原理，在代理购电的区块链共识选择使 用异步共同子集(Asynchronous Common Subset，ACS)，ACS中主要包括 RBC(ReliableBroadcast)和ABA(Asynchronous Binary Agreement)两个子模块， RBC主要用来确保电网部署的节点能够可靠地将购电信息发送到其余的购电用 户节点。ABA异步二元共识主要功能为在异步购电环境下让所有节点(无法直接 参与电力市场交易的10千伏以上用户、其他工商业用户和直接参与过电力市场 交易又退出的用户部署的节点)对于0或1达成共识。在该异步算法中，每个购 电节点都会针对其他所有节点的RBC是否成功进行一次二元共识，以此来确保 信息一致性、可信性和最终性。

设计流程如下：

假设该代理购电交易网络中参与购电的工商业用户共部署了N个节点(最多 容忍f＝(N-1)/3个拜占庭节点)，每个节点维护自己的一个交易池作为接收来自 电网代理购电业务交易的缓冲池，每个电网节点的区块包含B个交易。

步骤1：每个参与代理购电的电网节点首先应从本地的交易池中选取前B个合法的交易，之后再从这B个交易中随机选择B/N笔交易作为自己的proposal(发 起代理购电邀约)。电网节点只选择B/N笔交易是为了降低通信复杂度，采用随 机选取的方式，是为了降低每个选择代理购电的用户节点选择重复交易的概率。

步骤2：如果电网节点收到来自于其余节点的proposal时，代表RBC2成功，则 电网节点将ABA1输入值设为1。当电网节点收到N-f个节点的回复后，会将其 他节点的ABA置0。电网节点通过一个共享公钥(阈值签名)将proposal加密， 交易的内容直到共识结束后(收到了来自f+1个share)才能被解密，从而防 止审查攻击(censorship attacks)。

步骤3:所有ABA运行结束后，将所有输出为1的ABA(加密后的proposal)汇 集成一个集合作为ACS输出。输出就得到了一个确定参与购电的用户“名单”， 记录了有哪些节点提交的proposal成功得到共识。之后通过一系列的解密操作 就得到了最终确认的区块。

以上异步共识，适用于在交易前电网公司与用户发送代理购电业务邀约和合 同签订，也适用于交易结束后用户和电网公司的信息上链存储。