基于区块链的小微负荷用电权拍卖方法

1.本发明涉及电力信息技术领域，尤其涉及一种基于区块链的小微负荷用电权拍卖方法。


背景技术：

2.面对电力系统安全稳定运行诸多挑战，为实现源网储荷的友好互动，降低系统冗余性，在保证电网安全性的同时提升运行效率，建设多元融合高弹性电网成为一种可行性方案。多元融合高弹性电网是能源互联网的核心载体，主要任务之一就是唤醒海量需求侧沉睡资源，因小微负荷用电量占社会总用电量的36.6％，故小微负荷响应潜力巨大，该领域用电具有如下特点：
①
用户基数大，需求响应的潜力较大；
②
单个用户负荷弹性水平较低；
③
用户用电效率低下，浪费严重。
3.随着用户小微负荷资源的增多，相关合约也越来越多。目前，小微负荷合约响应容量与实际响应容量之间的差值有随机波动的风险，在竞价过程中响应时段、削峰指标的不确定性，以及在经验与实操环境的影响下，用户对于响应成本的估计产生的不确定性，易产生出清价格过高或者过低的问题，增加了竞价出清的不确定性风险。此外，还会有某些用户在投机心理驱使下参与竞价，参与削减负荷，利用官方设定竞价上限阈值以及基线判定机制的漏洞，通过合谋行为在市场套利，使得响应过程中的资金投入与负荷容量削减效果不成比例，干扰了市场机制的正常运行。
4.综上，目前缺少用电权拍卖的双边拍卖机制，小微负荷难以进行自主决策，用户的积极性低。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于区块链的小微负荷用电权拍卖方法，其通过中继装置实现嵌入式设备和区块链的连通，并实现用电权的拍卖。
6.本发明的目的采用以下技术方案实现：
7.一种基于区块链的小微负荷用电权拍卖方法，包括中继装置，所述中继装置为区块链中的可信节点，所述中继装置处理数据，包括以下步骤：
8.接收用电权拍卖信息；
9.认证后，根据所述拍卖信息，计算拍卖报量报价；
10.将所述投标量发送至区块链，通过所述区块链的智能合约对所述投标量进行出清、匹配及校核；
11.接收所述智能合约的校核结果，并将所述校核结果发送给买卖方客户端。
12.进一步地，所述用电权拍卖信息通过与嵌入式设备连接的智能网关发送。
13.进一步地，为便于主题的区分，所述嵌入式设备通过设置不同主题实现与所述区块链之间消息的订阅和发布。
14.进一步地，所述客户端和所述区块链的通信方式为异步通信，包括以下步骤：
15.通过所述中继装置建立所述区块链和所述客户端的连接会话；
16.所述客户端将信息发送至消息队列；
17.通过所述中继装置接收所述消息队列中的信息。
18.进一步地，为保证对数据进行认证，成为可信节点，所述中继装置中配置jdk、hvm虚拟机运行环境，还设置pki密钥及sdk证书，以对所述拍卖信息进行认证。
19.进一步地，根据所述拍卖信息，计算拍卖报量报价，包括：通过自适应用户效用模型得到用电权拍卖报量报价策略，所述报价策略的计算包括以下步骤：
20.计算效用函数：u
a，h
(x
a，h
)＝c
a，h-b
a，h
(x
a，h-x
comfort
)2，其中用电设备a∈a，a为用电设备集合，时段h∈h，h为时间段集合，x
a，h
为用电设备的实际运行状态或其对环境所产生的实际影响，x
comfort
为用户设定的设备期望运行状态或其对环境所产生的期望影响，c
a，h
和b
a，h
为设备拟合常数；
21.根据所述效用函数计算报价函数k(u
a，h
(x
a，h
)-e
p
δh)+b，其中，k和b分别根据最小二乘法拟合用户历史数据得到的经验参数，e为电费单价，p为用电功率，δh为用电时长。
22.进一步地，所述区块链为联盟链，所述联盟链包括用户、电网企业、监管机构。
23.进一步地，所述区块链的智能合约对所述投标量进行出清、匹配及校核，包括以下步骤：
24.将卖方出清按报价由低到高排序，买方出清按报价由高到低排序；
25.当卖方报价低于买方报价时，进行出清匹配，满足：成交价格＝(vi+cj)/2；其中，vi为卖方报价，cj为买方报价；成交容量为min(ps，pb)，其中ps为卖方投标容量，pb为买方投标容量；
26.将成交结果储存在合约账户内。
27.进一步地，需要对实际用电量进行核算，将成交结果储存在合约账户内之后，还包括以下步骤：
28.接收用户实际执行用电量；
29.判断所述实际执行用电量与所述成交容量的差值：
30.当差值超过所述成交容量的5％时，扣除补贴额度；
31.否则，发放补贴。
32.进一步地，接收用电权拍卖信息前，还包括以下步骤：
33.电网企业通过所述中继装置在所述区块链中发布响应容量指标；
34.用户根据所述响应容量指标，提交投标容量。
35.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
36.本发明通过区块链实现了小微负荷用电权的双边拍卖，保证了小微负荷参与需求侧响应的自主权，减轻了中心化交易中心的管理成本和计算压力；通过引入中继装置作为可信节点，实现用户拍卖信息与区块链的交互，保证了信息的安全性和真实性；将需求侧竞价和用电权双边拍卖结合，将按照价格顺位撮合出清，通过全流程自撮合交易来最大限度的提升市场交易的效率，激励诚实用户增加响应频次、提升履约程度、扩大响应广度、挖掘响应深度。
附图说明
37.图1是实施例的基于区块链的小微负荷用电权拍卖方法的原理图；
38.图2是实施例的基于区块链的小微负荷用电权拍卖方法的流程图；
39.图3是实施例的测试结果示意图。
具体实施方式
40.以下将结合附图，对本发明进行更为详细的描述，需要说明的是，以下参照附图对本发明进行的描述仅是示意性的，而非限制性的。各个不同实施例之间可以进行相互组合，以构成未在以下描述中示出的其他实施例。
41.实施例一
42.实施例一提供了一种基于区块链的小微负荷用电权拍卖方法，旨在通过中继装置保证信息的安全性和真实性，实现用户与区块链的交互，完成用电权的可信双边交易。
43.用户的客户端通常只能转发网络信息，无法对信息的内容和用户的身份进行验证，故客户端不能直接作为区块链的可信节点，其不能保证信息的真实性和安全性。
44.请参照图1所示的原理图，用户的电权拍卖信息通过与具有计量与控制功能的多种嵌入式相连接的智能网关(intelligent gateway)发送，基于中继装置的消息队列遥测传输(message queuing telemetry transport,mqtt)协议，通过异步通信的方式利用消息队列中间件与配置区块链客户端sdk证书的可信中继装置实现消息的发布(publish)和订阅(subscribe)；区块链可信中继装置内部配置自适应用户效用模型来确定用电权拍卖报量报价策略；区块链可信中继装置通过p2p网络利用非对称加密算法发布拍卖投标量，并且通过调用区块链智能合约(smart contract)实现对多主体参与的小微负荷用电权拍卖的出清计算、响应校核以及点对点交易；小微负荷用电权拍卖的智能合约计算结果与分布式账本(distributed ledger)交互，通过区块链共识机制实现数据去中心化验证和永久化存储。
45.本发明的区块链可信中继装置通过p2p网络利用非对称加密算法发布拍卖投标量，由区块链智能合约算法实现对多主体参与的小微负荷用电权拍卖的出清计算、响应校核以及点对点交易；小微负荷通过自身持有区块链账户将投标量封装成交易体之后提交给智能合约，智能合约在不同时段调用出清计算、响应校核以及点对点交易函数实现自动双边拍卖。
46.根据以上原理，请参照图2所示，一种基于区块链的小微负荷用电权拍卖方法，包括中继装置，所述中继装置为区块链中的可信节点，所述中继装置处理数据，包括以下步骤：
47.s110、接收用电权拍卖信息；
48.上述用电权拍卖信息通过与嵌入式设备连接的智能网关发送。用电权指的是用户实时的用电需求与计划用电曲线之间的差值，当实时用电需求比计划用电大，说明用电需求比约定的大，因此需要购买用电权，相反的，当实时用电需求比计划用电小，则需要卖用电权。
49.计划用电指的是用户向电网公司提交的投标容量，具体地，接收用电权拍卖信息前，还包括以下步骤：
50.电网企业通过所述中继装置在所述区块链中发布响应容量指标；
51.用户根据所述响应容量指标，提交投标容量。
52.需要说明的是，上述电网公司和用户发布的响应容量指标及投标容量都是利用私钥加密以后上链，信息的传递是通过区块链底层p2p通信实现的，用户获取信息是通过证书和密钥在智能合约中获得相对应的信息并且解码，该流程是区块链技术的常规通信手段，本实施例不作过多赘述。
53.中继装置中配置jdk、hvm虚拟机运行环境，还设置pki密钥及sdk证书，以对所述拍卖信息进行认证。pki(public key infrastructure)公钥基础设施是提供公钥加密和数字签名服务的系统或平台，目的是为了管理密钥和证书。一个机构通过采用pki框架管理密钥和证书可以建立一个安全的网络环境。sdk证书指的是用户客户端的证书。通过设置pki密钥及sdk证书保证用户信息的安全性和真实性。
54.由于用电权拍卖的过程都在区块链中完成，用户对实时性要求不高，因此本实施例中，客户端和所述区块链的通信方式为异步通信，嵌入式设备通过设置不同主题(topic)实现与所述区块链之间消息的订阅和发布，打通智慧负荷硬件设备与区块链网络之间自底向上的数据交互，区块链网络中通过消息队列模块对设置了消息订阅的中继装置客户端进行链上回馈，实现数据流自顶向下的流动和广播。具体地，包括以下步骤：
55.通过所述中继装置建立所述区块链和所述客户端的连接会话；
56.所述客户端将信息发送至消息队列；
57.通过所述中继装置接收所述消息队列中的信息。
58.其中，中继装置作为客户端和区块链智能合约之间直接用来推送或传递消息的媒介，由客户端创建并通过绑定路由键来决定需要获取或上传的消息类型，相应的消息会在信道内部被分发到队列中，最后由区块链可信中继装置来接收。
59.s120、认证后，根据所述拍卖信息，计算拍卖报量报价；
60.s120中通过自适应用户效用模型得到用电权拍卖报量报价策略，所述报价策略的计算包括以下步骤：
61.计算效用函数：u
a，h
(x
a，h
)＝c
a，h-b
a，h
(x
a，h-x
comfort
)2，其中用电设备a∈a，a为用电设备集合，时段h∈h，h为时间段集合，x
a，h
为用电设备的实际运行状态或其对环境所产生的实际影响，x
comfort
为用户设定的设备期望运行状态或其对环境所产生的期望影响，c
a，h
和b
a，h
为设备拟合常数；
62.根据所述效用函数计算报价函数k(u
a，h
(x
a，h
)-e
p
δh)+b，其中，k和b分别根据最小二乘法拟合用户历史数据得到的经验参数，e为电费单价，p为用电功率，δh为用电时长。
63.通过区块链可信中继装置内置的效用模型，实现拍卖投标的自动化，实现了自治管理，提高了响应效率。
64.上述的效用函数用来刻画用户的满意程度，上述的设备拟合常数及经验参数根据不同设备设置不同值，例如空调的拟合常数c
a，h
和b
a，h
分别为2和0.37；经验参数k和b分别为0.8和0.1。
65.s130、将所述投标量发送至区块链，通过所述区块链的智能合约对所述投标量进行出清、匹配及校核；
66.s130提包括以下步骤：
67.将卖方出清按报价由低到高排序，买方出清按报价由高到低排序；
68.当卖方报价低于买方报价时，进行出清匹配，满足：成交价格＝(vi+cj)/2；其中，vi为卖方报价，cj为买方报价；成交容量为min(ps，pb)，其中ps为卖方投标容量，pb为买方投标容量；
69.将成交结果储存在合约账户内。
70.出清排序可以便于买卖方需求的匹配，加快交易效率。
71.上述的合约账户是由区块链智能合约来管理的账户，可以防止被人篡改。
72.为了防止用户执行的用电权和交易时约定的用电权的相差太多，增加交易双方的真实度，将成交结果储存在合约账户内之后，还包括以下步骤：
73.接收用户实际执行用电量；
74.判断所述实际执行用电量与所述成交容量的差值：
75.当差值超过所述成交容量的5％时，扣除补贴额度；
76.否则，发放补贴。
77.补贴的具体数额本实施例不作具体限定，可以由电网企业根据实际情况进行设定。
78.s140、接收所述智能合约的校核结果，并将所述校核结果发送给买卖方客户端。
79.需要说明的是，本实施例中为了保证信息的私密性，区块链选择联盟链，联盟链的节点包括用户、电网企业、监管机构。
80.s140中的校核结果包括s130中所述的用电权补贴发放校核结果，还包括通过分布式账本核验的结果，参照图1中的“verify”，分布式账本核验主要是通过共识机制完成，具体地，共识算法通过共识节点接收客户端的事务请求，共识节点包括监管节点、具有准入证书的联盟节点，事务请求包括报价请求、双边撮合请求以及用电权校核请求。验证请求客户端身份是通过用户持有的联盟证书来进行，为该请求设置编号，广播预处理消息，共识节点更新时，根据自己收集的验证消息，通过p2p网络广播，让其它节点同步数据，与其他节点保持心跳监测。共识机制是区块链中的常规技术手段，此处再作过多赘述。
81.为了验证本发明的可行性及有效性，本实施例中，还在实验室内进行了测试，具体采用了四台戴尔poweredge r740 2u机架式服务器搭建分布式集群，操作系统均采用centos7，内存96gb，处理器采用英特尔至强金牌5220r，部署四节点的联盟链集群，通过测试执行本实施例所描述的智能合约拍卖算法，所生成的区块延时，得到的统计结果如图3所示。可以看出通过多次对本发明的拍卖方法及装置的调用测试，区块延时大多数小于50ms，可以满足高吞吐的性能要求。
82.对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。