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基于区块链的微电网电力交易方案

微电网交易和普通电力交易的主要区别在于交易的对象、交易方式和交易规模等方面。

交易对象:微电网交易通常发生在一个小范围的电网内部,交易对象为微电网内部的电力生产者、消费者和存储设备等,而普通电力交易则涉及到更广泛的电力市场,包括发电厂、电力交易公司、供电公司等。

交易方式:微电网交易采用点对点交易的方式,即微电网内部的电力生产者和消费者直接进行交易;而普通电力交易通常采用集中式交易方式,即电力市场通过电力交易所等中介机构来协调交易。

交易规模:微电网交易的规模通常较小,交易量较小,且往往是基于当地的电力需求和资源情况来进行的;而普通电力交易通常涉及到大规模的电力生产和供应,且往往跨越多个区域或国家。

区块链技术的特点是去中心化、节点自治和数据不可篡改,与产消者对微电网电力交易机制的要求不谋而合。区块链网络中去中心化的特性与微电网中交易主体的自主性相契合,区块链网络中用户隐私安全性高、数据透明、数据不可篡改的特性满足了微电网交易主体的需求。区块链中智能合约的使用实现了微电网中交易主体的去中心化交易,在没有第三方监督的情况下,交易主体间可以通过签订智能合约完成电能交易,智能合约能够在合约规定的触发条件触发后自动执行。

本文介绍一种基于区块链的微电网电力交易方案,整个交易过程分为五个阶段:入链身份验证、用户报价、交易匹配、生成智能合约和交易结算。

01

入链身份验证

微电网采用就近原则,不再适用于长距离输电,因此需要对参与节点的地理位置进行限制。每个节点配备智能电表,类似于用电卡,绑定户主身份,记录实时用电和发电量。智能电表可根据智能合约逻辑调用或存储特定电力容量。微电网通过智能合约将本地电网范围写入区块链,只有节点在指定范围内才能加入电网。节点首次加入时,智能合约根据电表定位判断位置,符合要求则执行同意逻辑,否则执行拒绝。成功加入后,用户信息和上链时间记录到区块链,下次登录只需使用注册凭证。

02

用户报价

微电网电力交易区块链的运行可按时间周期划分。每个周期开始时,为防止交易节点的不诚实行为,参与者在报价前需支付一定押金。押金在成功交易后与电力或收益一同返还。参与者基于智能电表记录的数据和储能装置能力,预估该周期内产电装置的产电量、自家用电量,并发布到微电网电能交易区块链。

03

交易匹配

本文中的交易方案采用了连续双向拍卖机制以实现交易双方的匹配。该连续双向拍卖市场具备复杂性、动态性和随机性等特征。在连续双向拍卖机制中,交易双方按照“价格优先,时间优先”的准则进行排序。买方的报价按照降序排列,而卖方的报价则按升序排列。在价格相等的情况下,按照报价提交的时间进行排序。规定买方报价最高者为最优买价,卖方报价最低者为最优卖价。当最优买价大于等于最优卖价时,即可进行匹配生成交易。在匹配过程中,选择报价最高的买方与报价最低的卖方进行匹配,成交价格为二者的平均值。如此循环进行,直至最优买价低于最优卖价,从而完成一轮交易。在每轮交易中,至少存在一笔交易。

在微电网系统中,涉及多个分布式电源和购电用户,其电量和价格匹配过程通过连续双向拍卖市场完成,并通过区块链进行交易结算。该交易架构如图所示。

在每个交易周期内,分布式电源和购电用户分别提交报价和交易电量至连续双向拍卖市场,市场根据双方报价自动进行匹配。在匹配过程中,市场公布交易信息,包括最终成交价、当前最优卖价、最优买价等。未匹配成功的分布式电源和购电用户通过代理系统根据设定的报价策略进行报价调整;匹配成功的分布式电源通过区块链向其交易的购电用户转移电量数字证明,而购电用户通过区块链向其交易的分布式电源转移购电费用。当各节点确认后,买卖双方的交易便成功完成。

04

生成智能合约

售电方与购电方匹配成功后,售电方将向区块链发送请求以锁定所售电力的电力所有权密钥。该锁定将一直持续,直到新的电力所有权生成,期间锁定的电力不可用。交易双方会经过协商,将交易细节写入区块链系统的智能合约中。售电方向智能合约发送电网设备公钥、电力所有权密钥和售电方的公钥信息;购电方则向智能合约发送购电方X的公钥和代币,其中代币为合约规定的电力总价格。若交易双方未提供这些必要信息,则智能合约无法生成。

智能合约生成后,向区块链系统发送更换电力所有权密钥的请求,并使用如下函数发起请求:

区块链系统验证 的正确性,若验证成功,则解锁电力,并生成一对新密钥,其表示方式如下式:

新的电力所有权密钥生成后,由区块链系统将它们发送给智能合约进行更新。

05

交易结算

本轮交易时间截止后,交易将进入电力的物理传输阶段,即达到合约规定的时间。智能合约将更新后的电力所有权密钥发送给购电方。购电方在接收这些密钥后,可利用来使用所购买的电力。如果购电方需要使用售电方所产生的电量,则必须发送以证明自己具有使用权。售电方在接收时,向区块链发送以验证其有效性。若验证成功,售电方可以将产生的电力传输给购电方使用。

在智能合约设定的电力传输期限结束后,电力所有权密钥将失效,使得购电方无法再使用售电方产生的电能。此时,智能合约向双方的智能电表发送数据传输请求。智能电表随后将电力传递状况报告给智能合约,智能合约基于电力传输详情和合约条款对本次交易进行结算。

在本阶段末尾,将对一些不诚信的节点实施惩罚。这些节点可能存在虚假报告信息、网络状况不良等问题,导致原本匹配成功的交易无法完成,给另一方交易参与者带来不可避免的损失。提出的惩罚措施是扣除违约节点的押金,并将其作为补偿发放给受损方。

总结与展望

本文介绍了一种基于区块链技术的微电网电力交易方法,充分运用区块链技术、智能合约以及匿名消息流等技术手段,以确保交易的隐私性和安全性。该方法采用双边拍卖方式进行交易,售电方和购电方具有自由出价的权利,在匹配成功后生成智能合约,并将交易细节写入其中,通过智能合约实现电力所有权密钥及代币的交换。

未来,随着区块链技术的不断发展和微电网的普及,我们可以进一步研究如何优化该方法,提升交易效率、降低成本,并探索更多先进的隐私保护机制。同时,对于区块链在电力交易中的可扩展性和适应性,也是未来研究的重点。

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