基于区块链技术的可再生能源电力追踪平台

1.本发明涉及一种电力技术领域，具体是配额制环境下基于区块链的可再生能源电力追踪方法。


背景技术：

2.随着分布式可再生能源电力的进一步发展，为了加强电网对以 光伏、风电等为代表的新能源电力的消纳能力，可再生能源配额制 以及绿色证书机制在世界各国相继被提出以解决这些能源所面临的 利用率低等问题。可再生能源电力追踪的方式通过电力用户的分析 用电组成成分，计算其中可再生能源电力的真实占比，对其实际消 纳量及配额完成情况进行有效的考核，可以鼓励在用户侧消纳可再 生能源电力。因此有必要在配额制的背景下，构建分布式可再生能 源电力追踪平台。
3.然而，分布式可再生能源存在数量庞大、分布范围广泛等问题，如果采用集中式的方式构建分布式可再生能源电力追踪平台，不仅无法处理各参与者对信息隐私性要求逐步提高的诉求，集中决策的方式也会带来运行成本和处理时间的提高。作为一种分布式记账系统，区块链的共识算法等底层技术使其天然具有去中心化、数据不可篡改的特点，利用区块链技术构建分布式可再生能源电力追踪平台无需第三方介入即可维护一个受信任的数据库，借助智能合约便可实现平台运行所需的业务逻辑。
4.目前，学术界针对配额制下促进可再生能源电力消纳的研究主要集中在绿证交易以及碳交易方面。将区块链技术应用于配额义务考核尚处于起步阶段，文献研究了分布式光伏就地消纳模式，利用区块链技术保证交易的有效监管。文献分析在用户侧进行超额消纳量交易的机理及必要性，通过区块链部署可再生能源消纳存证系统。将区块链技术作为底层分布式数据库，搭建能源交互平台也是区块链技术在能源领域的应用之一。文献基于以太坊构建了配售电交易平台。文献在微网内，借助区块链技术管理分布式资源，分析介绍微网内进行电力交易的数学模型，构建区块链交易平台保证交易主体决策的准确性与用电的经济性。然而，较少有文献从配额责任主体用电组成成分的角度出发，为责任主体的具体消纳量提供定量化的计算方法以考核其实际配额完成情况，并搭建区块链平台对分布式可再生能源以及配额责任主体进行管理。


技术实现要素：

5.本文研究了配额制环境下基于区块链的可再生能源电力追踪方法，对于分布式可再生能源电力的具体流向以及电力用户的用电组成成分进行了定量的分析，通过智能合约计算用户的实际消纳量与配额完成情况，并借助区块链技术保证整个过程的安全可靠和数据可溯源。在以太坊上搭建可再生能源电力追踪平台，利用区块链去中心化的方式维护数据的一致性与不可篡改性，借助智能合约技术解决人为因素带来的效率低下问题。并通过算例比较可以看出，借助绿证等金融手段无法反映用户的真实消纳量，用户的配额完成情况与其实际用电量脱节，而可再生能源电力追踪的方式则是根据用户用电中的可再生能源
占比确定用户的配额完成情况，对激励用户进行可再生能源消纳以完成配额制要求具有一定的意义。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
7.一种基于区块链技术的可再生能源电力追踪平台，包括以下步骤：
8.步骤一：数据准备，包括电力用户和可再生能源发电商发布用电请求的初始数据；
9.步骤二：基于可再生能源电力追踪的结果为配额制做重要支撑，配额责任主体通过可再生能源电力追踪的方式可以更精确的计算出完成的消纳指标；
10.步骤三：根据可再生能源电力追踪的结果可以计算出电力用户的消纳量以及配额义务完成情况；
11.步骤四：应用solidity语言编写可再生能源电力追踪平台交易智能合约。
12.进一步地，所述步骤二具体包括：
13.s1:由于可再生能源电力追踪法用功率矩阵表示可以清晰明了，物理意义明确，接下来利用功率矩阵进行推导计算。
14.首先定义节点i的注入功率为：
[0015][0016]
式中：pi为节点i总流过的功率；p
gi
为节点i发电功率；为节点i的上游节点集合；f
ij
为线路ij潮流。
[0017]
s2:进一步将式节点i的注入功率写为
[0018][0019]
矩阵形式为：
[0020]au
p＝pg[0021]
式中：p为节点流出功率向量；pg为节点功率负荷向量；矩阵 au反映潮流的逆流分配情况，被称作逆流追踪矩阵，au中第i行第 j列元素为。
[0022][0023]
如果au可逆，有节点注入功率向量p＝a
u-1
pg，向量的第k个元素表示为：
[0024][0025]
s3:上述公式可以反映出电力网络中电力用户k的功率组成情况，由此可以计算出电力用户节点的消纳量以及配额义务完成情况，公式如下：
[0026][0027]
[0028]
式中r为可再生能源机组的集合，qk为电力用户k的配额指标完成率，dk为电力用户的配额需求消纳量；
[0029]
进一步地，所述步骤三具体包括：
[0030]
根据可再生能源电力追踪的结果可以计算出电力用户的消纳量以及配额义务完成情况。在每个核查周期内，配额义务完成主体要向可再生能源电力追踪平台提交自身的消纳量与配额完成情况，审核机构对可再生能源的实际消纳量及配额完成情况进行考核。对未完成配额要求的主体，必须根据相应政策支付惩罚金额。由于配额主体的配额指标完成度是由其实际消纳量计算得出，而消纳量则是根据配额主体的用电组成成分定量计算，相比于通过绿证等方式进行配额考核的方式，可再生能源电力追踪的方式无需担心绿证的重复利用造成的用户的配额完成情况与实际消纳情况不符合的现象，以达到通过配额制的手段提高可再生能源消纳率的现实需求。
[0031]
可再生能源电力追踪过程中涉及到的主体较多，数据传输过程中要保证数据库的一致，不可篡改，区块链可以提供建设平台的技术。
[0032]
进一步地，步骤四具体包括：
[0033]
a1：智能合约功能设计
[0034]
a1.1：交易主体注册智能合约：提供接口以供交易主体写入注册信息，包括id、市场角色、银行账户、联系方式，各个电力用户或可自生能源发电厂交易主体可通过该智能合约发起注册请求；
[0035]
a1.2：发布交易智能合约：在发布交易阶段，各个电力用户/可自生能源发电厂通过数据接口发布发用电请求，参数包括交易主体的id，交易类型，发布时间，交易电价，交易电量，当前交易id；
[0036]
a1.3：撮合出清智能合约：根据预先设计好的出清规则，由撮合智能合约确定出清队列，通过数据接口导出出清结果，参数包括当前交易id；
[0037]
a1.4：合同创建智能合约：与撮合出清智能合约进行交互，根据交易主体id、出清结果、合同交割时间信息签订合同，参数包括发电方id、用电方id、成交电价、成交电量；
[0038]
a1.5：交易结算智能合约：合同交割时间到来之后，智能电表上传可再生能源发电厂和电力用户的发用电量，根据合同签订内容进行结算；
[0039]
a2：相应的区块链网络及智能合约部署
[0040]
当电网实际运行时，拥有智能电表的用户将该时段内发用电数据上传至区块链中，智能合约根据发送至区块链中的电能信息完成代币的转移。如果可再生能源发电商在系统运行时发出了相应的电能，智能合约根据事先编写好的规则将电费从电力用户的账户中转入到发电商的账户。如果发电商没能发出相应的电能，则根据提出的信用管控方式扣除其相应的违约金。
[0041]
本发明的有益效果：
[0042]
1、本发明基于区块链技术的可再生能源电力追踪平台，按照智能合约中的代码逻辑事先编写好与发用电数据一并存储至区块链的默克尔树中，各节点都可查看智能合约的源码，既保证了智能合约所制定的规则的透明性与数据的不可篡改性，也可以解决可再生能源发电商与电力用户对平台的信任问题；
[0043]
2、本发明提出可再生能源电力追踪的方法，为定量计算电力用户的用电成分及可
再生能源占比提供了一种思路，可以合理有效对责任主体的真实消纳量及配额完成情况进行考核；
[0044]
3、本发明利用区块链技术搭建可再生能源电力追踪平台，并编写智能合约实现整个配额考核流程的自动执行。
附图说明
[0045]
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
[0046]
图1是本发明基于区块链的可再生能源电力追踪框架图；
[0047]
图2是本发明基于区块链的可再生能源电力追踪的网络拓扑图；
[0048]
图3是本发明请求发布函数执行结果图；
[0049]
图4是本发明负荷及光伏出力预测图；
[0050]
图5是本发明可再生能源电力追踪函数执行结果；
[0051]
图6是本发明电力用户l1的用电组成成分；
[0052]
图7是本发明电力用户l2的用电组成成分；
[0053]
图8是本发明储能的充电组成成分图；
[0054]
图9是本发明储能的放电组成成分图；
[0055]
图10是本发明消纳量计算函数执行结果图；
[0056]
图11是审核函数执行结果；
[0057]
图12是本发明实施例提供的基于区块链技术的可再生能源电力追踪平台设备的结构示意图。
具体实施方式
[0058]
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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
[0059]
一种基于区块链技术的可再生能源电力追踪平台，如图1所示，包括以下步骤：
[0060]
步骤一：数据准备，包括电力用户和可再生能源发电商发布用电请求的初始数据；
[0061]
步骤二：基于可再生能源电力追踪的结果为配额制做重要支撑，配额责任主体通过可再生能源电力追踪的方式可以更精确的计算出完成的消纳指标；
[0062]
步骤三：根据可再生能源电力追踪的结果可以计算出电力用户的消纳量以及配额义务完成情况；
[0063]
步骤四：应用solidity语言编写可再生能源电力追踪平台交易智能合约。
[0064]
值得注意的是，本发明的实施例中，所包括的各个模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
[0065]
图12是本发明实施例提供的基于区块链技术的可再生能源电力追踪平台设备的结构示意图，本发明实施例为本发明上述实施例的撮合出清计算方法的实现提供服务，可配置上述实施例中的撮合出清计算装置，图12示出了适于用来实现本发明实施方式的示例
性设备12的框图，图12显示的设备12仅仅是一个示例，不应对本发明实施例的功能和使用范围带来任何限制。
[0066]
如图12所示，设备12以通用计算设备的形式表现。设备12的组件可以包括但不限于：一个或者多个处理器或者处理单元16，系统存储器28，连接不同系统组件(包括系统存储器28和处理单元 16)的总线18。
[0067]
总线18表示几类总线结构中的一种或多种，包括存储器总线或者存储器控制器，外围总线，图形加速端口，处理器或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。举例来说，这些体系结构包括但不限于工业标准体系结构(isa)总线，微通道体系结构 (mac)总线，增强型isa总线、视频电子标准协会(vesa)局域总线以及外围组件互连(pci)总线。
[0068]
设备12典型地包括多种计算机系统可读介质。这些介质可以是任何能够被设备12访问的可用介质，包括易失性和非易失性介质，可移动的和不可移动的介质。
[0069]
系统存储器28可以包括易失性存储器形式的计算机系统可读介质，例如随机存取存储器(ram)30和/或高速缓存存储器32。设备 12可以进一步包括其它可移动/不可移动的、易失性/非易失性计算机系统存储介质。仅作为举例，存储系统34可以用于读写不可移动的、非易失性磁介质(图9未显示，通常称为“硬盘驱动器”)。尽管图12中未示出，可以提供用于对可移动非易失性磁盘(例如“软盘”)读写的磁盘驱动器，以及对可移动非易失性光盘(例如 cd-rom,dvd-rom或者其它光介质)读写的光盘驱动器。在这些情况下，每个驱动器可以通过一个或者多个数据介质接口与总线18相连。存储器28可以包括至少一个程序产品，该程序产品具有一组(例如至少一个)程序模块，这些程序模块被配置以执行本发明各实施例的功能。
[0070]
具有一组(至少一个)程序模块42的程序/实用工具40，可以存储在例如存储器28中，这样的程序模块42包括但不限于操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据，这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。程序模块42 通常执行本发明所描述的实施例中的功能和/或方法。
[0071]
设备12也可以与一个或多个外部设备14(例如键盘、指向设备、显示器24等)通信，还可与一个或者多个使得用户能与该设备 12交互的设备通信，和/或与使得该设备12能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如网卡，调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(i/o)接口22进行。并且，设备12 还可以通过网络适配器20与一个或者多个网络(例如局域网 (lan)，广域网(wan)和/或公共网络，例如因特网)通信。如图 12所示，网络适配器20通过总线18与设备12的其它模块通信。应当明白，尽管图中未示出，可以结合设备12使用其它硬件和/或软件模块，包括但不限于：微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、raid系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
[0072]
处理单元16通过运行存储在系统存储器28中的程序，从而执行各种功能应用以及数据处理，例如实现本发明实施例所提供的撮合出清计算方法。
[0073]
通过上述设备，解决了电力交易计算效率低的问题，为电力交易实时的态势的感知、资源的规划提供更高效的计算工具，以使得最大化资源的利用效率与收益。
[0074]
本发明实施例还提供了存储介质，为包含计算机可执行指令的存储介质，计算机可执行指令在由计算机处理器执行时用于执行一种撮合出清的计算方法，该方法包括：
[0075]
获取被观测配电网的被测状态参数，其中，被测状态参数包括各节点的分布式电
源接入及负荷。
[0076]
将被测状态参数输入实时训练完成的撮合出清计算模型中，得到各交易主体的成交电量。
[0077]
本发明实施例的计算机存储介质，可以采用一个或多个计算机可读的介质的任意组合。计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机存取存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本文件中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。
[0078]
计算机可读的信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读的信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。
[0079]
计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、电线、光缆、rf等等，或者上述的任意合适的组合。
[0080]
可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本发明操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言，诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言，诸如“c”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络包括局域网(lan)或广域网 (wan)，连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
[0081]
本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质, 其计算机可执行指令不限于如上的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的撮合出清的计算方法中的相关操作。
[0082]
实施例1
[0083]
为验证本文所提出的可再生能源电力追踪的有效性，本实施例将可再生能源电力追踪过程中设计的智能合约部署在以太坊上作为实验平台。场景设置以14节点配电网为例，如图1所示，电力用户 l1和l2在一天的不同时间有基础负荷，并且电力用户l2还安装了一定容量的光伏，节点5和节点12也安装了分布式光伏，假设所有光伏具有相似的发电特性。节点5安装了一定容量的储能，在负荷的高峰时段放电，在负荷的低估时段充电。
[0084]
可再生能源发电商与电力用户通过智能合约中的发布请求函数提供的接口向区块链平台提交发用电请求，并向智能合约中转入以太币作为配额义务未完成时的惩罚金额，在remix上模拟的结果如图 3所示。图3为区块链平台所返回的完整信息表，表明了合约
执行过程中的事务哈希值、事务提交状态、执行合约的gas值、合约的输入输出参数等。
[0085][0086][0087]
本文研究在一天24小时的时间段内电力用户与储能每小时的用电来源，以及储能放电时段的所放电力的电能组成情况。若光伏出力与储能出力小于用户总的基础负荷，则按照电网公司电价进行购电，不对用户的用电行为造成影响。图4为可再生能源发电商与电力用户的出力及负荷预测情况，可以看出，光伏出力时段集中在10： 00～20：00，共计10个小时。按照某城市的负荷用电情况划分，08： 00～15：00以及18：00～21：00为负荷高峰时段，储能进行放电，其余时段为负荷低估时段，储能进行充电。
[0088]
安全校核函数根据用户提交的发用电信息进行校核，安全校核通过后，可再生能源电力追踪函数计算电力用户的每小时的电能组成成分，将其通过映射的方式存放在用户地址对应的数组中，并用事件记录：用户的地址、用电时间、电能组成数组，如图5所示。
[0089][0090][0091]
图6显示了一天中负荷、光伏以及储能的发用电情况，以及电力用户l1的每小时的用电组成成分。08：00之前为负荷的低谷期，储能处于充电状态，并且光伏的出力为0，l1的所有用电均来自于向电网购入的电量。08：00-15：00，储能开始放电，l1的用电来源中有了储能的成分。10：00-21：00光伏开始有了出力，则l1向电网购入的电量逐渐减少，可以有效缓解负荷高峰时段电网的压力，降低主电网的高峰负荷，稳定电网运行。与l1不同的时，l2由于自身安装有光伏装置，10：00-21：00的用电组成中还包括了本节点的光伏出力。综合比
较图6和图7可以看出，由于配网中安装了分布式光伏和储能，在负荷高峰时段向主网中购入的电量减小。
[0092]
在负荷低谷时，储能进行充电，如图8所示。在08：00之前以及 22：00之后没有光伏出力，储能的充电来源主要来自于主网中的电量，在16：00-18：00有光伏出力，储能中的电量有一部分是可再生能源电力。图9中显示了负荷高峰时段储能所放电力的主要组成成分，08：00之前储能中电能全部来自于电网，08：00之后所放出的电能中没有可再生能源电力的部分；在16：00-18：00之间储能中有光伏出力的部分，负荷晚高峰时段储能的放电组成成分中有可再生能源成分。
[0093]
到达规定的发用电时间，可再生能源发电商与电力用户进行发用电，智能电表将发用电数据通过接口实时传递至智能合约中。由消纳量结算函数计算电力用户的消纳量。电力用户的用电组成成分中的储能部分要做进一步的拆分，以得到电力用户的实际消纳量。图10为智能合约输出的两位电力用户的实际消纳量及配额完成情况。 l1的消纳量为3941kwh，配额指标完成度为26％，l2的消纳量为 4194kwh，配额完成度为30％。
[0094][0095][0096]
审核机构在一个审核周期内调用配额义务审核函数进行审核，输入量为待考核用户的账户地址，当用户的配额完成度不符合要求时进行惩罚。本文以1mwh对应惩罚金额为300元进行惩罚，配额义务指标为27％。由于l2有自身的可再生能源发电，消纳的可再生能源多，符合配额要求，l1未达到配额要求，要受到相应的惩罚，智能合约执行结果如图11所示。
[0097][0098][0099]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0100]
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术
人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。