基于區(qū)塊鏈的微電網(wǎng)電力交易機制研究

李峰

摘要：在微電網(wǎng)交易的應(yīng)用場景中，針對不依賴于可信第三方與額外信任假設(shè)難以在純分布式微電網(wǎng)中進行信任管理與交易的問題，本文借助區(qū)塊鏈與匹配機制設(shè)計了適用于微電網(wǎng)交易主體信任評價的方法，以實現(xiàn)對分布式微電網(wǎng)中主體的信任管理?；谥黧w的歷史交易完成比，對每個電力售賣者進行信用評分，通過信用-價格匹配機制，在電力交易過程中結(jié)合給出的售電價格，使用戶和電力公司在相互之間沒有信任的前提下匹配到最適合的交易對象，完成電力交易。

關(guān)鍵詞：區(qū)塊鏈;微電網(wǎng)電力交易;聯(lián)盟鏈;數(shù)據(jù)隱私;高效交易

引言

針對分布式微電網(wǎng)新能源電力交易問題，基于主體的歷史交易完成比提出一種適用于交易的匹配策略。將匹配度量化為對實體信用與電力售價的考察，并借助區(qū)塊鏈實現(xiàn)信用數(shù)據(jù)的有效共享與周期評估。當(dāng)消費者在進行購電行為收到不同生產(chǎn)者的電價信息時，可從區(qū)塊鏈賬本中得知該生產(chǎn)者的交易信用值，并篩選出合適的交易方。算例分析表明：所提策略能夠有效量化信用，結(jié)合售電價格匹配到最適合的交易方。

1基于區(qū)塊鏈的網(wǎng)絡(luò)模型

1.1通信網(wǎng)絡(luò)模型

基于區(qū)塊鏈的通信網(wǎng)絡(luò)模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示，其組成元素為：監(jiān)管機構(gòu)，包括分布式新能源交易聯(lián)盟以及負(fù)責(zé)傳輸電力、保障交易的電網(wǎng)公司;電力公司，分為新能源發(fā)電和常規(guī)能源發(fā)電，新能源包括風(fēng)能、太陽能等，常規(guī)能源包括水力發(fā)電、火力發(fā)電等;電力消費方，主要指充電樁、居民用戶、工廠等。所有參與方構(gòu)成電力交易的主體，各交易主體與運行區(qū)塊鏈節(jié)點的智能設(shè)備一一對應(yīng)，每個節(jié)點的智能設(shè)備代表該節(jié)點的賬戶地址，通過智能設(shè)備記錄的電量變化來表示交易信息，在電力交割階段結(jié)束時，智能設(shè)備可通過通信網(wǎng)絡(luò)反饋發(fā)用電數(shù)據(jù)以觸發(fā)交易結(jié)算。

1.2初始化信息

為了能夠方便響應(yīng)分布式微電網(wǎng)交易所DME中各主體間的交易，電網(wǎng)公司、信息中心等相關(guān)部門需明確所有參與者的真實身份，且參與者的交易數(shù)據(jù)存在一定的隱私性，不應(yīng)被DME外的主體隨意讀取，因此，本文選擇聯(lián)盟鏈作為實現(xiàn)方案。為了清晰地知道每個節(jié)點的真實身份，分發(fā)公鑰和對應(yīng)的私鑰，將這些明文數(shù)據(jù)通過區(qū)塊鏈直接上鏈，這些數(shù)據(jù)能方便其他參與方直觀了解相應(yīng)節(jié)點的身份信息。電力公司身份信息為I，消費主體身份信息為J。其中IDname、address、phone、type分別表示營業(yè)賬號、公司地址、公司電話、能源類型，這是明確的公開數(shù)據(jù)，其真實性可以通過聯(lián)盟鏈中作為監(jiān)管節(jié)點的政府相關(guān)部門等權(quán)威節(jié)點確認(rèn)，監(jiān)管節(jié)點同時負(fù)責(zé)微電網(wǎng)電力交易聯(lián)盟中新成員加入的身份認(rèn)證，防止假冒身份者進入微電網(wǎng)電力交易中，交易交割階段每個區(qū)塊都記錄一個主體達成的交易。

2電力交易交割策略

發(fā)布交易請求配電網(wǎng)的所有電力交易參與方時刻監(jiān)聽配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)的區(qū)塊鏈信息。消費主體提交擬交易電量，用自身的私鑰加密再經(jīng)Hash算法產(chǎn)生電力交易需求信息摘要后，將加密的摘要與電力交易需求信息加入?yún)^(qū)塊鏈中，并通過配電網(wǎng)通信網(wǎng)絡(luò)向配電網(wǎng)的所有電力交易參與方廣播包含該電力交易需求的區(qū)塊鏈信息。定義3申報信息。申報信息s=（j），t，e，jsig（te）。其中，j為消費主體的身份標(biāo)識，在入網(wǎng)時頒發(fā)，且不可改變;t為時間憑證，由消費主體向認(rèn)證機構(gòu)申請，是消費主體在申報發(fā)出時所處的時間點證明;e為申報電量，由消費主體自主發(fā)起;jsig（te）為消費主體對交易發(fā)起時間和申報電量的數(shù)字簽名。消費者發(fā)布自身的申報信息到區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)中，每個電力公司接收包含最新交易請求的區(qū)塊鏈信息，并根據(jù)自身的發(fā)電情況判斷是否接受該電力交易。如果不接受，則忽略該交易。如果有交易意向，則對消費主體申報的電量進行檢測，然后根據(jù)發(fā)布電力申報信息的參與方公鑰解密發(fā)布方的Hash摘要，并與收到的電力交易需求信息的Hash計算值進行比較驗證。

當(dāng)2個信息摘要的數(shù)值一致時，則可判斷該區(qū)塊鏈信息沒有被偽造或篡改，是發(fā)布方發(fā)出的真實電力交易請求;反之，則丟棄該區(qū)塊鏈信息。驗證通過后電力公司用自身的私鑰加密有交易意向的區(qū)塊鏈信息并發(fā)給該電力交易需求的發(fā)布方。

3 基于區(qū)塊鏈的微電網(wǎng)電力交易設(shè)計

合同公司分為兩部分：會議服務(wù)器和倉儲服務(wù)器。交易服務(wù)器主要用于用戶配對以及交易的實施和完成，還需要支持電子貨幣轉(zhuǎn)換（如比特幣）和貨幣兌換業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)儲存關(guān)于每項交易的全部信息。電力交換系統(tǒng)可分為三個部分：用戶登記、數(shù)據(jù)隱私保護設(shè)計和兼容性機制。

3.1用戶注冊

在用戶登記時，用戶需要向控制中心提供自己的身份信息，該中心將根據(jù)用戶信息制作公用鑰匙和專用鑰匙，一旦中心登記后，該中心將成為該網(wǎng)絡(luò)的合法用戶。交易前的合法用戶，由于合同“聚合”商將所有部件都保存在信息網(wǎng)絡(luò)中，因此在小功率網(wǎng)絡(luò)中，他們在進行交易時只需要數(shù)據(jù)頭驗證，他們能夠完成交易，這大大減少了用戶需要儲存的信息，大大節(jié)省了儲存資源，并提高了效率。

3.2數(shù)據(jù)隱私設(shè)計

通過多種手段保護隱私。通過若干手段，可在每項交易中建立新的賬戶，作為保護買方和能源銷售商信息的一種手段。確定動態(tài)“b”數(shù)字，以確定是否需要重新創(chuàng)建用戶，如果賣方需要的替代貨幣少于b，則無需設(shè)立新賬戶，反之亦然。如果他們完成審查一種模式，雖然對防御系統(tǒng)的攻擊可能在一定程度上受到攻擊，但這些數(shù)據(jù)的攻擊可能會聽到任何行動，攻擊者可能會隨意選擇計算，從而盜取數(shù)據(jù)，因此使用。

結(jié)語

綜上，隨著太陽能、風(fēng)能和生物量等新能源的開發(fā)和廣泛應(yīng)用，新能源以小型電網(wǎng)為形式的高滲透率將新能源與配電網(wǎng)連接起來，從根本上改變了配電網(wǎng)的能源結(jié)構(gòu)。配電網(wǎng)絡(luò)可以為小電網(wǎng)輸送電力，也可以從小型電網(wǎng)的新能源接收能源，小型電網(wǎng)已經(jīng)從單向轉(zhuǎn)向雙向，使能源結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。與此同時，風(fēng)能和太陽能受到諸如地理位置和天氣條件等客觀因素的影響，電力具有斷斷續(xù)續(xù)和不分青紅皂白的特點，增加了分配網(wǎng)絡(luò)中能源分配的不確定性。從能源利用的角度來看，負(fù)載多樣化已導(dǎo)致結(jié)構(gòu)和分配網(wǎng)絡(luò)支持的微觀流發(fā)生重大變化，這就需要新的良好的貿(mào)易和能源管理機制，以實現(xiàn)有效的能源分配。

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