基于区块链的分布式电力市场下分层电力交易匹配方法与流程

1.本发明属于能源互联网和区块链技术领域，涉及一种分布式电力市场下分层电力交易匹配方法，尤其涉及一种基于区块链的分布式电力市场下分层电力交易匹配方法。


背景技术：

2.分布式光伏发电在电网中普及率的提高使得电力消费市场的结构正发生变化，传统的电力消费者正在成为既能消费电力又能生产电力的产销者。我国在2017年由国家能源局、国家发改委颁布了《关于开展分布式发电市场化交易试点的通知》，对分布式发电交易提供指导，逐步开放电力市场下的售电侧。开展分布式电力市场化交易可以让产销用户在满足自身用电需求后，把不平衡的电量对外进行能量交换，减少“弃光”现象，促进消纳，同时直接与其他电力用户议价可以减少电力交易的中间环节，提高各方的用电收益。
3.然而，由于分布式电力交易具有订单多、规模小以及分散化的特点，在大数据时代下，市场用户的账目信息和交易记录的隐私性无法得到保障，中心机构数据库的安全系数低，一旦用户交易数据被黑客串改，会直接损害交易双方的交易安全。
4.区块链技术是指在去中心化和去信任方式的前提下能够集体维护一个数据库，且保证数据同步、不可篡改的技术方案。区块链结合了分布式存储、点对点传输、一致性验证、加密算法等计算机技术，实现了去中心化共享账本的不可篡改和不可伪造，凭借着其去中心化、协同自治、集体维护、智能合约等特点，与能源互联网的开放、互联、共享、对等理念相似，为能源互联网下分布式电力市场的交易方法提供了新的解决思路。
5.另外，交易匹配问题是分布式电力市场下用户交易中需要重要考虑的问题。目前电力市场下主要包括以微网为主体的区域间p2p交易、以用户为主体的区域内用户p2p交易以及点对微网交易等交易匹配方式。以微网作为交易主体，可提高集体可再生能源发电的利用率，但缺少对于微网内用户个性化需求的考虑。以区域内用户作为交易主体，可以缓解用户可再生能源发电的波动和不可预测性，但余缺电量只能与配电网进行交易，会在一定程度上降低各方的用电收益。
6.且在匹配过程中，仅把电价作为单一因素，根据高低匹配原则进行交易匹配，但随着下层电力市场的逐步开放，当消费者拥有一定的购买选择权时，往往会基于自身实际情况，对电能的环境友好性、价格经济性、资源可靠性等多因素进行综合考虑后择优购买电能。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于克服现有方法的不足，提出一种基于区块链的分布式电力市场下分层电力交易匹配方法，以便增加分布式电力市场下区域间与区域内用户的整体联动，在平衡区域间电力供需前提下，综合考虑用户的环境友好指标、经济性指标、用户可靠性指标，进而进行用户间的交易匹配，同时可以解决市场用户信息和交易数据的安全可信问题。
8.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.本发明提出的一种基于区块链的分布式电力市场下分层电力交易匹配方法，包括如下步骤：
10.(1)划分分布式电力市场下交易主体参与电力交易阶段；其中：所述交易主体包括区域能源代理商、以及区域能源代理商下的购电用户和售电用户；
11.(2)第一阶段获取区域能源代理商，根据区域内历史负荷需求和分布式光伏发电量数据，预测本周期的电力情况，自动计算区域能源代理商间电力收购价格和出售价格，其中：区域能源代理商本周期的电力情况是指区域能源代理商下用户的总体电力需求或电力供给；
12.(3)第二阶段获取区域能源代理商下的购电用户和售电用户的交易申报信息，其中：售电用户的交易申报信息包括售电价格、售电量、单位碳排放因子和可靠性指标，并自动计算售电用户的环境友好性指标、经济性指标；购电用户的交易申报信息包括购电价格和购电量；
13.(4)基于熵权topsis法，构建决策矩阵，对决策矩阵标准化，计算加权决策矩阵，最后计算售电用户的综合评估值，将所得综合评估值由高到低排序形成售电用户队列；根据投标价格递减方法由高到低排列，最终形成购电用户队列；
14.(5)按照购电用户和售电用户队列顺序，由高到低依次进行交易匹配，完成本周期的交易出清。
15.本发明中，步骤(2)所述的计算区域能源代理商间电力收购价格和出售价格，具体为：
16.根据分布式电力市场供需关系中ces、ced之间的关系，确定区域能源代理商间电力收购价格和出售价格，如公式(1)-(5)所示：
17.当ces＝ced时，
18.当ces＞ced时，
[0019][0020]
当ces＜ced时，
[0021][0022]
其中：ces为分布式电力市场下区域能源代理商的电力总供给，ced为分布式电力市场下区域能源代理商的电力总需求，p
buy
为区域能源代理商间电力收购价格，p
sell
为区域能源代理商间电力出售价格，p
bfg
为配电网的售电电价，p
stg
为配电网的上网电价。
[0023]
本发明中，步骤(3)中所述购电用户的购电价格和售电用户的售电价格报价应满足区域能源代理商间电力收购价格和出售价格的约束：p
sell
＜＜pi＜＜p
buy
，其中pi为用户i的电力报价；
[0024]
售电用户的可靠性指标计算，如公式(6)所示：
[0025]
[0026]
其中：ci为用户i在本周期的可靠性指标值，c
′i为用户i在上一周期的可靠性指标值，e
′i为用户i在上一周期的实际交易电量，e
′i为用户i在上一周期的交易账单约定交易电量，δ∈[0，1]为用户历史交易完成度的权重值，δ值越小，表示越偏向于用户的近期可靠性，反之，则更注重用户的长期供电稳定性；
[0027]
售电用户的环境友好性指标计算，如公式(7)所示：
[0028][0029]
其中：gi为用户i在本周期的环境友好性指标值，qi为用户i对应的单位碳排放因子，ei为用户i在本周期的售电量，es为区域能源代理商下所有售电用户的总售电量：
[0030]
售电用户的经济性指标计算，如公式(8)所示：
[0031][0032]
其中：ii为用户i在本周期的经济性指标值。
[0033]
本发明中，步骤(4)所述方法为：
[0034]
构建决策矩阵：设有n个售电用户参与综合评估，所述综合评估包括环境友好、经济效益和可靠性3项评估指标，这3项评估指标形成决策矩阵：
[0035][0036]
其中：an×3为根据n个售电用户的环境友好、经济效益和可靠性3项评估指标构建的n
×
3决策矩阵，g
n1
为第n个售电用户的环境友好性指标值，i
n2
第n个售电用户的经济性指标值，c
n3
为第n个售电用户的可靠性指标值。
[0037]
决策矩阵标准化：将决策矩阵中的评估指标统一转化为各自对应的正向化指标：其中：其中：g
max
＝max(g
11
，g
21
，...，g
n1
)，i
max
＝max(i
12
，i
22
，...，i
n2
)，c
max
＝max(c
13
，c
123
，...，c
n3
)，得到指标标准化后的新矩阵：
[0038][0039]
其中：a
′n×3为决策矩阵标准化后得到的新矩阵，a
n1
为第n个售电用户的环境友好性指标值正向化转化后得到的值，a
n2
为第n个售电用户的经济性指标值正向化转化后得到的值，a
n3
为第n个售电用户的可靠性指标值正向化转化后得到的值。
[0040]
计算加权决策矩阵：对于环境友好、经济效益和可靠性3项评估指标，采用熵权法计算各类参数指标的权重向量：ω＝(ω1，ω2，ω3)，将各个指标对应的权重与正向化标准化的决策矩阵相乘得到加权决策矩阵：
[0041]
r＝(r
ij
)n×3#(11)
[0042]
其中：r
ij
＝ωj×aij
，i∈[1，2，...，n]；j∈[1，2，3]
[0043]
计算各售电用户i的综合评估值：
[0044][0045]
其中：
[0046][0047][0048][0049][0050]
其中：vi为用户i在本周期的综合评估值，为加权决策矩阵第j列指标值中的最大值，为加权决策矩阵第j列指标值中的最小值，为用户i在加权决策矩阵中3项指标值与对应列最大值的欧式距离，为用户i在加权决策矩阵中3项指标值与对应列最小值的欧式距离。
[0051]
形成售电用户队列：根据各售电用户综合评估值大小，由高到低制定交易匹配优先级，形成售电用户队列；
[0052]
形成购电用户队列：根据各购电用户购电价格的大小，由高到低制定交易匹配优先级，形成购电用户队列。
[0053]
本发明中，步骤(5)所述方法为：
[0054]
根据步骤(4)得出的售电用户队列和购电用户队列交易匹配优先级，依次匹配区域内的交易对象：当交易匹配优先级相同时，按照时间优先原则，先申报交易信息的用户优先进行交易匹配；交易匹配完成后多余的电力或空缺的电力按照区域能源代理商间电力收购价格p
buy
和出售价格p
sell
进行余量清算。
[0055]
本发明提出的基于区块链的分布式电力市场下分层电力交易匹配方法在分布式电力市场下分层电力交易中的应用，包括如下步骤：
[0056]
(1)构建联盟链多链式区块链网络，每个联盟链由区域能源代理商、区域能源代理商下的购电用户和售电用户组成，其中：区域能源代理商作为对应联盟链的主节点，购电用户和售电作为对应联盟链的从节点；
[0057]
(2)区域能源代理商通过对应的主节点提交以区域为主体的电力需求，生成需求申报记录，并将数据上链存储；
[0058]
周期内第一阶段的区域能源代理商协商议价合约被触发后，从区块链网络读取最新的各区域负荷需求申报记录并进行区域能源代理商间交易匹配；
[0059]
交易匹配完成后，生成用户报价约束并将数据上链存储；
[0060]
(3)购电用户通过对应的从节点提交购电信息，生成购电申报记录，并将数据上链存储；
[0061]
售电用户通过对应的从节点提交售电信息及参与综合评估要求的用户参数，生成
售电申报记录，并将数据上链存储；
[0062]
周期内第二阶段的区域内用户p2p交易匹配合约被触发后，从对应联盟链网络读取最新的购电申报记录和售电申报记录并进行交易匹配；
[0063]
交易匹配完成后，生成交易账单并将数据上链存储；
[0064]
(4)购电用户、售电用户通过对应的从节点从联盟链获得交易账单，签署后生成合约账单并上链存储；
[0065]
(5)购电用户、售电用户通过对应的从节点从联盟链获得合约账单，根据合约账单完成交易电量和价值的转移，并将合约账单执行结果上链存储。
[0066]
本发明的有益效果在于：
[0067]
本发明保证了分布式电力市场下用户信息和电力交易数据的安全可信，实现了分布式电力市场下用户交易数据的全过程上链。同时本发明在交易匹配环节，提出了一种分布式电力市场下分层电力交易匹配方法，将电力交易匹配分为两阶段，平衡了分布式电力市场下区域间和区域内用户可再生能源的供需差异，并且本发明在区域内用户进行p2p交易匹配阶段，具有独特性地提出了一种基于多指标综合评估的交易匹配方法，该方法综合考虑了用户的环境友好指标、经济性指标、用户可靠性指标，根据综合评估值的大小同购电用户进行交易匹配，而不是仅以电价作为单一因素进行交易匹配，满足用户基于多因素择优选择电能的需求。
附图说明
[0068]
图1是本发明实施例中分布式电力市场下分层电力交易匹配方法的流程示意图。
[0069]
图2是本发明实施中基于熵权topsis法计算售电用户综合评估值的流程示意图。
具体实施方式
[0070]
下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明。
[0071]
实施例1：结合图1所示，一种分布式电力市场下分层电力交易匹配方法，包括如下步骤：
[0072]
(1)划分分布式电力市场下交易主体参与电力交易阶段；其中，所述交易主体包括区域能源代理商和区域能源代理商下的购电用户和售电用户。
[0073]
(2)第一阶段获取区域能源代理商根据区域内历史负荷需求和分布式光伏发电量数据预测的本周期的电力情况，自动计算区域能源代理商间电力收购价格和出售价格，其中，区域能源代理商本周期的电力情况是指区域能源代理商下用户的总体电力需求或电力供给。
[0074]
表1示出了第一阶段区域能源代理商协商议价要求数据。
[0075]
表1区域能源代理商协商议价要求数据
[0076]
区域能源代理商电力需求电力供给
[0077]
各参数含义分别如下：
[0078]
区域能源代理商是指分布式电力市场下具体的区域能源代理商身份信息，分布式电力市场划分为由多个区域能源代理商共同构成，区域能源代理商下包含了对应区域内的售电用户和购电用户。
[0079]
电力需求是指本周期区域内电力生产小于区域内电力消耗的具体电量，此部分电量可向其它区域能源代理商购买。
[0080]
电力供给是指本周期区域内电力生产大于区域内电力消耗的具体电量，此部分电量可向其它区域能源代理商出售。
[0081]
所述步骤(2)的具体方法为：
[0082]
根据分布式电力市场供需关系确定三种情况下的区域能源代理商间电力收购价格和出售价格，如公式(1)-(5)所示：
[0083]
当ces＝ced时，
[0084]
当ces＞ced时，
[0085][0086]
当ces＜ced时，
[0087][0088]
其中，ces为分布式电力市场下区域能源代理商的电力总供给，ced为分布式电力市场下区域能源代理商的电力总需求，p
buy
为区域能源代理商间电力收购价格，p
sell
为区域能源代理商间电力出售价格，p
bfg
为配电网的售电电价，p
stg
为配电网的上网电价。
[0089]
(3)第二阶段获取区域能源代理商下购、售电用户的交易申报信息，其中，售电用户的交易申报信息包括售电价格、售电量、单位碳排放因子、可靠性指标，并自动计算售电用户的环境友好性指标、经济性指标；购电用户的交易申报信息包括购电价格、购电量。
[0090]
表2示出了第二阶段售电用户交易申报信息要求数据。
[0091]
表2区域能源代理商下售电用户交易申报信息要求数据
[0092]
售电用户售电价格售电量单位碳排放因子可靠性指标
[0093]
各参数含义分别如下：
[0094]
售电用户是指区域能源代理商下具体的售电用户身份信息。
[0095]
售电价格是指售电用户提交的电力出售价格。
[0096]
售电量是指售电用户提交的可出售电量。
[0097]
单位碳排放因子是指售电用户生产单位电量时产生的二氧化碳量。
[0098]
可靠性指标是指用户在本周期前基于以往交易完成度得出的可靠性指标值。
[0099]
表3示出了第二阶段购电用户交易申报信息要求数据。
[0100]
表3区域能源代理商下购电用户交易申报信息要求数据
[0101]
购电用户购电价格购电量
[0102]
各参数含义分别如下：
[0103]
购电用户是指区域能源代理商下具体的购电用户身份信息。
[0104]
购电价格是指购电用户提交的电力购买价格。
[0105]
购电量是指购电用户提交的需求电量。
[0106]
所述步骤(3)中：购、售电用户的电力报价应满足区域能源代理商间电力收购价格
和出售价格的约束：p
sell
＜＜pi＜＜p
buy
，其中pi为用户i的电力报价；
[0107]
售电用户的可靠性指标计算公式如公式(6)所示：
[0108][0109]
其中，ci为用户i在本周期的可靠性指标值，c
′i为用户i在上一周期的可靠性指标值，e
′i为用户i在上一周期的实际交易电量，e
′i为用户i在上一周期的交易账单约定交易电量，δ∈[0，1]为用户历史交易完成度的权重值，δ值越小，表示越偏向于用户的近期可靠性，反之，则更注重用户的长期供电稳定性。
[0110]
售电用户的环境友好性指标计算公式如公式(7)所示：
[0111][0112]
其中，gi为用户i在本周期的环境友好性指标值，qi为用户i对应的单位碳排放因子，ei为用户i在本周期的售电量，es为区域能源代理商下所有售电用户的总售电量：
[0113]
售电用户的经济性指标计算公式如公式(8)所示：
[0114][0115]
其中，ii为用户i在本周期的经济性指标值。
[0116]
(4)根据基于熵权topsis法计算的售电用户的综合评估值，由高到低排序形成售电用户队列；根据投标价格递减方法由高到低形成售电用户队列。
[0117]
所述步骤(4)的包括：结合图2所示，根据基于熵权topsis法计算售电用户综合评估值，包括如下步骤：
[0118]
构建决策矩阵：设有n个售电用户参与综合评估，包括环境友好、经济效益、可靠性共3项评估指标，形成决策矩阵：
[0119][0120]
决策矩阵标准化：将决策矩阵中的评估指标统一转化为各自对应的正向化指标：其中：其中：g
max
＝max(g
11
，g
21
，...，g
n1
)，i
max
＝max(i
12
，i
22
，...，i
n2
)，c
max
＝max(c
13
，c
123
，...，c
n3
)，得到指标标准化后的新矩阵：
[0121][0122]
计算加权决策矩阵：对于三类评估指标，采用熵权法计算各类参数指标的权重向量：ω＝(ω1，ω2，ω3)，将各个指标对应的权重与正向化标准化的决策矩阵相乘得到加权决策矩阵：
[0123]
r＝(r
ij
)n×3#(11)
[0124]
其中：r
ij
＝ωj×aij
，i∈[1，2，...，n]；j∈[1，2，3]
[0125]
计算各售电用户i的综合评估值：
[0126][0127]
其中：
[0128][0129][0130][0131][0132]
所述步骤(4)的包括：
[0133]
形成售电用户队列：根据各售电用户综合评估值大小，由高到低制定交易匹配优先级，形成售电用户队列；
[0134]
形成购电用户队列：根据各购电用户购电价格的大小，由高到低制定交易匹配优先级，形成购电用户队列。
[0135]
(5)按照购、售电用户队列顺序由高到低依次进行交易匹配，完成本周期的交易出清。
[0136]
所述步骤(5)的具体方法为：
[0137]
根据步骤(5)得出的售电用户队列和购电用户队列交易匹配优先级，依次匹配区域内的交易对象：当交易匹配优先级相同时，按照时间优先原则，先申报交易信息的用户优先进行交易匹配；交易匹配完成后多余的电力或空缺的电力按照区域能源代理商间电力收购价格p
buy
和出售价格p
sell
进行余量清算。
[0138]
通过以上分布式电力市场下分层电力交易匹配方法，便于增加分布式电力市场下区域间与区域内用户的整体联动，在平衡区域间电力供需前提下，综合考虑用户的环境友好指标、经济性指标、用户可靠性指标，进而进行用户间的交易匹配。
[0139]
同时在第一阶段的区域能源代理商协商协议议价交易匹配完成后，根据得出的区域能源代理商间电力收购价格和出售价格，形成用户报价约束并将数据上链存储。
[0140]
在第二阶段的区域内用户p2p交易匹配完成后，生成交易账单并将数据上链存储。
[0141]
购、售电用户通过对应的从节点从联盟链获得交易账单，签署后生成合约账单并上链存储；
[0142]
购、售电用户通过对应的从节点从联盟链获得合约账单，根据合约账单完成交易电量和价值的转移，并将合约账单执行结果上链存储，可保证分布式电力市场下交易数据的公开透明与安全可信。
[0143]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的技术方案下所做的等同替换等，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。