一种清洁能源区块链碳标识方法与流程

本发明属于电力系统，尤其涉及一种清洁能源区块链碳标识方法，更具体的是一种基于能量流与信息流融合的清洁能源区块链碳标识方法。

背景技术：

1、在新型电力系统下，可再生能源的大规模接入导致了源荷波动性的双重叠加，可能会引起配网中能量双向流动、系统网损增加和调度管理复杂化的问题，使得现有统一中心化的调度方式难以实现能源互联网的实时、高效和智能控制，亟需完善能源互联网的控制策略来提升协同优化水平，提升各级能源节点的自治协同能力和自主决策水平。而区块链具有分布式协同决策等技术特征，天然在协同调度以及拓扑形态等方面适配于可再生能源接入下的能源互联网的协同优化，保障其安全可靠运行。

2、能源路由器(energy router，er)作为能源互联网的核心设备，可以实现能量的高效传输与优化共享。相关学者研究了er在配电系统和综合能源系统中的优化控制策略和综合规划方法，并详细设计了er的系统结构。能源路由器能够利用先进的信息通信技术实现分布式能源控制和区域能量管理。在国标的描述中，er是具备能量转化、传递和路由功能的装备或系统，在实际应用中，可以将现有的设备集成起来，构成广义上的er。因此，可依托能源路由器充当区块链架构下电力系统的网络节点以对应电力系统中的变电站。

3、现有技术中存在以下不足：

4、1)碳溯源数值的真实性是建立在准确把握清洁能源接入时刻的基础之上，但是清洁能源并网的碳溯源过程中往往只寻求溯源数值精确度的最大化，忽略了对清洁能源并网时刻的信息化表达。

5、2)清洁能源的大规模分布式接入增加了电网运行参数变化的多样性与复杂性，导致变电站只掌握自身运行特点，而对其他知之甚少，无法获知其上一级是否接入清洁能源，从而碳溯源数值的真实性受到质疑。

6、3)非清洁能源并网引起的电网参数变化同样符合耗电特性，毫无疑问会产生碳排放，但传统上碳排放数值计算较为粗略，大都将其归为清洁能源并网的连串反应不产生碳排放，从而导致碳排放数值较实际值偏小。

技术实现思路

1、针对上述现有技术中存在的不足之处，本发明提供了一种清洁能源区块链碳标识方法。其目的是为了实现清洁能源溯源与碳溯源的数据调取工作的快捷高效性与准确性，可以显著提高其最终溯源结果数值的真实准确度的发明目的。

2、本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

3、一种清洁能源区块链碳标识方法，包括以下步骤：

4、步骤1.创建基于能源路由器的能量流与信息流融合的电力系统碳标识网络架构；

5、步骤2.搭建架构下变电能源路由器联盟链，实现变电能源路由器之间清洁能源接入信息的传递；

6、步骤3.在各变电能源路由器联盟链中达成主链节点选举与更替的共识，形成共识机制；

7、步骤4.将清洁能源各节点分区存储；

8、步骤5.将清洁能源经过并网控制接入电网后，总结参数变化范围，并写入智能合约，准确判断清洁能源是否接入。

9、更进一步的，所述创建基于能源路由器的能量流与信息流融合的电力系统碳标识网络架构，其中：能源路由器利用信息通信技术实现能源控制和区域能量管理，通过能源路由器将电网扰动的能源运行特征表征为信息流；依托能源路由器，建立具有主从多链结构的电力系统碳标识网络架构，主链节点负责变电能源路由器联盟链上全部信息的发送与接收，从链节点负责本节点产生信息的上传与读取，电网参数波动暂存在主链节点上并在从链节点上保存，清洁能源并网导致的电网参数变化永久保存在主从链节点上，清洁能源接入后的涉及的信息传递相关数据暂存在从链节点上并在主链节点上永久保存。

10、更进一步的，所述搭建架构下变电能源路由器联盟链，包括以下步骤：

11、步骤(1)当某变电能源路由器联盟链i(i＝1，2，3，4)中有一变电能源路由器ij(i变电能源路由器联盟链中的j节点)的运行参数发生变化时，其记录波动变化信息para；

12、para＝(para1，para2)#(1)

13、式(1)中，para1为非清洁能源并入引起的电网参数变化，para2为清洁能源并入引起的电网参数变化；

14、para1＝(pno-sun，pno-wind)#(2)

15、para2＝(psun，pwind)#(3)

16、p(no-)sun＝(v(no-)sun，f(no-)sun)#(4)

17、p(no-)wind＝(v(no-)wind，i(no-)wind，f(no-)wind)#(5)

18、式中，vsun与fsun为大规模光伏接入后，其大幅、高频随机波动引起的电压与频率变化；vwind、iwind与fwind为大量分布式风电接入后出现电压、电流与谐波频率变化；pno-sun为非大规模光伏接入引起的电网参数变化集合，pno-wind为非大量分布式风电接入引起的电网参数变化集合；psun为大规模光伏接入引起的电网参数变化集合，pwind为大量分布式风电接入引起的电网参数变化集合；p(no-)sun为pno-sun或者psun，对应的是非大规模光伏接入引起的电网参数变化集合或者大规模光伏接入引起的电网参数变化集合，v(no-)sun为vno-sun或者vsun，对应的是非大规模光伏接入引起的电压变化或者大规模光伏接入引起的电压变化，f(no-)sun为fno-sun或者fsun，对应的是非大量分布式风电接入引起的电压变化或者大量分布式风电接入引起的电压变化；p(no-)wind为pno-wind或者pwind，对应的是非大量分布式风电接入引起的电网参数变化集合或者大量分布式风电接入引起的电网参数变化集合，v(no-)wind为vno-wind或者vwind，对应的是非大量分布式风电接入引起的电压变化或者大量分布式风电接入引起的电压变化，i(no-)wind为为ino-wind或者iwind，对应的是非大量分布式风电接入引起的电流变化或者大量分布式风电接入引起的电流变化，f(no-)wind为为fno-wind或者fwind，对应的是非大量分布式风电接入引起的谐波频率变化或者大量分布式风电接入引起的谐波频率变化；v(f)(no-)sun为非大规模光伏接入引起的电压(频率)变化；v(i/f)(no-)wind为非大量分布式风电接入引起的电压(电流/谐波频率)变化；

19、步骤(2)通过智能合约1判断是否具有清洁能源接入所导致的可能性，若是，则转入步骤(3)；若否，则进入步骤(4)；

20、步骤(3)将其标记为黄色的cyellow，读取该节点的下一级输出变电能源路由器目out及输出用户信息uout，并连同para上传至该联盟链的主链节点，数学表达如下：

21、eout＝(vmodel1，vmodel2，...，vmodeln)(v＝500kv，220kv，66kv，10kv)#(6)

22、uout＝(id，quser)#(7)

23、上式中，vmodel1为该节点第一个的下一级输出变电能源路由器的电压级数，vmodel2为该节点第二个的下一级输出变电能源路由器的电压级数，vmodeln为该节点第n个的下一级输出变电能源路由器的电压级数，v为变电能源路由器的电压，各个电压级别分别是500kv,220kv,66kv，10kv；id为该节点输出用户的身份凭证，quser为该节点输出用户的清洁能源接入量；

24、步骤(4)将其标记为红色的cred，并只上传运行参数变化para；

25、步骤(5)主链节点核查其身份后接收到信息；

26、步骤(6)判断是否有三项信息，若是，则转为步骤(7)，否则转为步骤(8)；

27、步骤(7)通过智合约2判断运行参数变化是否为清洁能源接入导致，若是则转为步骤(9)，否则转为步骤(8)；

28、步骤(8)标记为红色的cred，将信息para暂存在主链节点；

29、步骤(9)将标记为黄色的cyellow更改成绿色标记的cgreen，并保存该三项信息，同时在变电能源路由器联盟链i中进行广播；

30、步骤(10)当变电能源路由器ij获取到主链节点确认为清洁能源接入后，读取清洁能源接入量q，暂存在从链节点并上传至主链节点；

31、步骤(11)主链节点接收到清洁能源接入量q后，与之前变电能源路由器ij的eout进行匹配，合并发送至eout所属变电能源路由器联盟链；

32、步骤(12)主链节点接受信息后，在所属变电能源路由器联盟链广播；

33、步骤(13)eout中所包含的从链节点接受信息并标记为绿色，读取其eout+1与uout+1，上传至其所属主链节点；

34、步骤(14)eout+1是否为空，即没有下一级变电站输出；若为空，则转为步骤(15)步，否则转为步骤(16)；

35、步骤(15)从链节点只需上传uout+1至主链节点；

36、步骤(16)out更新，更新后转为步骤(11)，out的数学表达式如下：

37、out＝out+1#(8)

38、步骤(17)从链节点只上传uout+1至主链节点；

39、步骤(18)主链节点接受uout+1并保存，并广播清洁能源接入的信息传递结束。

40、更进一步的，所述在各变电能源路由器联盟链中达成主链节点选举与更替的共识，形成共识机制，是将主链节点选举与更替方法在各变电能源路由器联盟链中达成共识，形成共识机制，每工作一周期后再次计算被选中的概率以监督选中节点是否运行稳定性与清洁出力降低，若均降低，则进行节点重新选举，同时选中节点于三周期工作后自动更换进行重新选举；

41、采用一个周期内电网参数波动次数ttur来判断该节点是否运行稳定，即非清洁能源并入，同时采用一个周期内平均清洁能源接入量qave作为节点清洁能源使用的评判选项，公式如下：

42、t＝tins+ttur#(9)

43、qave＝q/tins#(10)

44、节点最终被选为簇首的概率的表达式为公式(13)，公式(13)中的rj1与rj2的数学描述为公式(11-12)：

45、rj1＝f(tj-tur)#(11)

46、rj2＝g(qj-ave)#(12)

47、

48、式中：k为簇内节点总和；tj-tur为簇内节点j的一个周期内电网参数波动(非清洁能源并入)次数ttur；qj-ave为簇内节点的一个周期内平均清洁能源接入量qave；rj1和rj2分别为簇内节点依据ttur与qave被选为簇首的概率，在函数f(tj-tur)中，rj1与tj-tur呈负相关，即簇内节点j的ttur越小，其被选为簇首的概率越高，在函数g(qj-ave)中，rj2与qj-ave呈正相关，即簇内节点j的qave越大，其被选为簇首的概率越高；rj为簇内节点被选为簇首的总概率，f为tj-tur与rj1之间关系的函数表达。

49、更进一步的，所述主链节点选举与更替，包括以下步骤：

50、步骤(1)准备变电能源路由器的历史电网参数变化次数与清洁能源接入记录；

51、步骤(2)确定簇内节点j一个周期内非清洁能源并入扰动电网次数tj-tur；

52、步骤(3)确定簇内节点j一个周期内清洁能源并入扰动电网次数tj-ins与清洁能源接入量q；

53、步骤(4)确定簇内节点j一个周期内平均清洁能源接入量qj-ave；

54、步骤(5)通过公式(11-12)分别计算簇内节点j被选为簇首概率rj1与rj2，并根据公式(13)计算簇内节点j被选为簇首概率rj；

55、步骤(6)判断簇内节点的各自簇首概率rj是否存在相同，存在转为步骤(7)，否则步骤(8)；

56、步骤(7)以被选为簇首概率rj2高者排序；

57、步骤(8)确定最终的簇首节点；

58、步骤(9)簇首节点在其变电能源路由器联盟链范围广播；

59、步骤(10)簇首节点负责汇集该变电能源路由器联盟链其他节点信息并广播；

60、步骤(11)簇首节点运行一个完整周期；

61、步骤(12)判断簇首节点工作是否满三个周期，满足转步骤(1)，否则转步骤(13)；

62、步骤(13)运行每周期后，重新计算rj1与rj2；

63、步骤(14)判断簇首节点的rj1与rj2是否均降低，符合转步骤(1)，否则转步骤(15)；

64、步骤(15)簇首节点继续充当主链节点负责信息数据的发送与接受。

65、更进一步的，所述将清洁能源各节点分区存储，采用各节点分区存储para，其中para1为非清洁能源并入引起的电网参数变化，para2为清洁能源并入引起的电网参数变化；其中主链节点暂存para1，永久存储para2、eout、uout和q，从链节点暂存para2、eout、uout与q，永久存储para1和para2；暂存信息均保留一定周期后予以删除，承担清洁能源接入信息传递的主链节点为清洁能源接入的相关信息保留更多空间，在一定周期后丢弃para1；从链节点永久保存para1和para2为后续单独作出是否具有清洁能源引入可能性的决断积累数据；从链节点的eout及uout是随着电网的统筹运维而随时发生改变，只保留一定周期的eout和uout。

66、更进一步的，所述将清洁能源经过并网控制接入电网后，总结参数变化范围，并写入智能合约，准确判断清洁能源是否接入，是将主从链节点通过智能合约输出相对应的清洁能源接入判断，

67、由于光伏与风电并网参数变化均涉及电压，故将电压变化范围存入智能合约1中，方便从链节点及时知晓部分相对比较明显由非清洁能源引入导致的电网参数变化，并进行碳标识，记为cred，标记为红色；从链节点经智能合约判定为清洁能源引入导致的电网参数变化，记为cyellow，标记为黄色；将光伏频率变化范围与风电涌流范围、谐波频率存入智能合约2中，使得主链节点准确判断清洁能源是否接入，若判定为清洁能源接入，则将标记为黄色的cyellow标记为绿色，记为cgreen，标记为绿色；若判定为非清洁能源接入，则将标记为黄色的cyellow记为cred，标记为红色；

68、从链节点的光伏、风电接入运行智能合约1，其条件a与响应a为从链节点的光伏接入，条件b与响应b为从链节点的风电接入；主链节点的光伏、风电接入运行智能合约2；其条件c与响应c为主链节点的光伏接入，条件d与响应d为主链节点的风电接入；各条件依据电网历史运行数据获得，响应a与b均为记为cyellow，并标记为黄色，同时将para、eout与uout上传至该变电能源路由器联盟链的主链节点；响应c与d均为记为cgreen，并标记为绿色，同时将在其变电能源路由器联盟链中广播，接受清洁能源接入量q，并结合eout一起发送至eout中所含变电能源路由器的所属主链节点；从链节点上传信息至主链节点前未被黄色标记，标记为红色；主链节点未将接受的黄色标记数据更换为绿色，标记为红色。

69、一种清洁能源区块链碳标识装置，包括：

70、网络架构模块，用于创建基于能源路由器的能量流与信息流融合的电力系统碳标识网络架构；

71、信息传递模块，用于搭建架构下变电能源路由器联盟链，实现变电能源路由器之间清洁能源接入信息的传递；

72、共识模块，用于在各变电能源路由器联盟链中达成主链节点选举与更替的共识，形成共识机制；

73、存储模块，用于将清洁能源各节点分区存储；

74、智能合约模块，用于将清洁能源经过并网控制接入电网后，总结参数变化范围，并写入智能合约，准确判断清洁能源是否接入。

75、一种计算机设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现任一所述的一种清洁能源区块链碳标识方法的步骤。

76、一种计算机存储介质，所述计算机存储介质上存有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现任一所述的一种清洁能源区块链碳标识方法的步骤。

77、本发明具有以下有益效果及优点：

78、本发明依托与电力系统拓扑结构类似的区块链架构，将变电站视为能源路由器充当其网络节点，将电网运行参数等变化的能量流转化为信息流实现信息物理融合，并通过共识机制和智能合约生成相应区块，以实现对非清洁能源扰动电网的碳标识和清洁能源接入时刻的降碳标识，并将电网参数变化分区存储，方便相关人员进行溯源数据调取工作。

79、本发明通过能源路由器将清洁能源并网时刻的电网参数等变化的能量变化转变为简洁清晰的信息形式，实现了信息物理融合，有利于变电站之间信息交互的快捷高效。

80、本发明采用区块链来实现变电站之间的数据信息共享，并通过主链节点选举更替的共识机制，主从链节点作出是否为清洁能源接入决断的智能合约，实现了在打破信息壁垒的同时保持高效性与自主性。

81、本发明将非清洁能源与清洁能源引入导致的电网参数变化分别进行标记并分区存储，提高相关人员进行清洁能源溯源与碳溯源的数据调取工作的快捷高效性与准确性，从而提高其最终溯源结果数值的真实准确度。