一种性能优化的双链分布式电力交易系统及方法

本发明属于电力自动化领域，特别是涉及一种性能优化的双链分布式电力交易系统及方法。

背景技术：

1、电力是当今社会生产生活的主要能源，随着分布式能源的发展，用户已经不再是单纯的电力消费者，而是具备一定产能的生产者和消费者(产消者)。这类用户在满足自身电力需求的同时，可以通过将富余的电能出售给其他用电方来获取收益。

2、目前，电力线上交易方式还处于初级阶段，大多系统均采用集中式的数据存储方式存储并处理用户数据和交易信息，这种方式受限于单点故障和信任危机导致的稳定性和可靠性差，而无法在分布式电力交易中取得较好发展，此外，将区块链应用至分布式电力交易时存在区块链系统性能次优的问题，传统的分布式电力交易平台多采用区块链性能参数(区块大小、区块间隔)固定的区块链平台，传统的方法随着分布式电力交易用户的增多无法动态对区块链吞吐量和时延进行调整，随着电力交易数量增加会出现明显的性能瓶颈，因此需要一种新型分布式电力交易系统。

技术实现思路

1、本发明实施例的目的在于提供一种性能优化的双链分布式电力交易系统，以解决现有电力交易系统可靠性、交易性能、稳定性不高的问题。

2、本发明的另一目的是提供一种性能优化的双链分布式电力交易方法。

3、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是，一种性能优化的双链分布式电力交易系统，包括用户链、交易链及交易系统；

4、所述用户链用于将用户身份信息执行哈希操作后存储在链上作为用户的唯一身份标识；

5、所述交易链用于储存用户发布的电力供需信息和交易信息；

6、所述交易系统用于获取电力供应信息，并基于电力供应信息和电力供应用户的唯一身份标识生成卖方供应合同；所述交易系统还用于获取电力需求信息，并基于电力需求信息和电力需求用户的唯一身份标识生成买方供应合同。

7、进一步的，所述交易系统包括用户管理模块、交易管理模块、链码管理模块、fastdfs交互模块及性能优化模块；

8、所述用户管理模块用于完成用户信息管理及电力供需信息的上传和审核；

9、所述交易管理模块用于电力交易过程中确保电力交易信息的真实性；

10、所述链码管理模块用于编写和安装多条链码，所述链码管理模块还用于对链码的生命周期进行管理；

11、所述fastdfs交互模块用于储存和读取电力供需信息；

12、所述性能优化模块用于优化区块链的吞吐量和时延。

13、进一步的，所述交易管理模块包括restful接口服务；所述restful接口服务用于用户链、交易链与交易系统之间的通信和服务调用。

14、进一步的，所述fastdfs交互模块为去中心化的第三方fastdfs。

15、进一步的，所述用户管理模块中的系统角色包括用户、管理员；所述用户包括电力供应用户、电力需求用户。

16、一种性能优化的双链分布式电力交易方法，具体交易方法如下：

17、用户在用户链上进行身份注册后，通过交易系统发布电力供需信息；管理员按照电力供需信息标准格式通过所述电力供需信息后，将所述电力供需信息执行哈希操作后储存在交易链上；交易系统通过用户链验证用户的唯一身份标识，基于电力供需信息和用户的唯一身份标识生成电力供需合同；电力系统根据用户发送的电力供需合同生成电力交易合同，将所述电力交易合同发送给用户并执行交易，最后将电力交易信息写入交易链中。

18、进一步的，电力供需合同包括电力供应合同及电力需求合同；交易系统的具体工作步骤为：

19、电力供应用户将电力供应信息发送至交易系统，交易系统将所述电力供应信息发送至交易链上进行交易信息真实性验证，验证通过后，基于所述电力供应信息和供应用户的唯一身份标识生成卖方供应合同；

20、电力需求用户将电力需求信息发送至交易系统，所述交易系统将所述电力需求信息发送至交易链上进行交易信息真实性验证，验证通过后，基于所述电力需求信息和需求用户的唯一身份标识生成买方需求合同；

21、由买方选择需要进行交易的卖方，并将需求合同发送到卖方，当卖方接受交易时，将供应合同和买方需求合同发送至交易系统，交易系统基于所述卖方供应合同和买方需求合同生成电力交易合同，将电力交易合同发送至电力供需用户双方并执行交易，并将电力交易信息写入交易链中。

22、进一步的，所述交易系统中，交易管理模块中的restful接口服务通过调用链码管理模块中的链码服务对电力供需信息或交易信息进行真实性验证。

23、进一步的，所述交易系统中，性能优化模块的工作步骤具体如下：

24、s1、交易系统将用户链和交易链的状态信息st提供给双重深度q网络，具体包括区块链在每个时间元t的平均交易大小t(t)、交易到达率σ(t)和用户计算能力μ(t)：

25、st＝[t(t)，σ(t)，μ(t)]

26、s2、双重深度q网络将状态信息st作为输入，并计算在当前状态下执行不同的动作所获得的即时奖励，并输出即时奖励最大的动作信息at＝[b(t)，i(t)]，其中动作信息包括设置区块链区块大小b(t)和设置区块链区块生成时间i(t)；

27、s3、双重深度q网络依据当前时刻的状态信息st和执行的动作信息at计算即时奖励rt：

28、

29、同时，系统更新状态信息得到下一时刻的状态st+1；

30、s4、将在一个时间元t内得到的经验样本m(t)＝[st，at，rt，st+1]存储在经验缓存池中，随机从经验缓存池中随机抽样一定数量的经验样本，通过如下损失函数计算损失l(θ)：

31、l(θ)＝(rt+ρq(st+1，argmaxaq(st+1，a；θ)；θ-)-q(st，at；θ))2

32、其中，argmaxaq(st+1，a；θ)表示依靠网络参数为θ的神经网络选择在下一时刻的状态st+1中奖励值最大的动作a，q(st+1，argmaxaq(st+1，a；θ)；θ-)表示使用网络参数为θ-的神经网络估计状态st+1下执行最大化奖励值的动作a所获得的奖励值，q(st，at；θ)表示使用网络参数为θ的神经网络估计状态st下执行动作at能够获得的未来奖励值；ρ是在0～1区间内的奖励折扣系数；

33、s5、利用随机梯度下降方法更新神经网络参数：

34、

35、其中α是学习率，是损失函数相对于参数θ的梯度；使用adam优化算法进行参数更新：

36、

37、其中，θg是第g步的参数，是第g步的一阶矩估计，是第g步的二阶矩估计，∈是常数；

38、s6、重复执行s1至s5，直至达到预先设定的迭代停止条件或最大循环次数。

39、进一步的，所述双重深度q网络结构具体包括：

40、一个以状态空间维数x为神经元数的输入层；

41、一个含有x1个神经元的第一隐藏层，和输入层通过全连接方式连接；

42、一个含有x2个神经元的第二隐藏层，和第一隐藏层通过全连接方式连接；

43、一个以动作空间维数y为神经元的输出层，和第二隐藏层通过全连接方式连接。

44、本发明的有益效果是：本发明在分布式电力交易系统中加入双链，实现用户信息和交易信息的分离存储，基于此交易系统能分别处理和验证交易数据；实现了一个性能较优、可靠性高的分布式电力交易系统，提升了分布式电力交易的稳定性。本发明不仅能解决分布式电力交易过程中的数据保护问题和交易可信问题，并且加快了交易速度，解决了多用户参与时的区块链膨胀问题和性能问题，具有高效的隐私性和良好的实用性。本发明基于区块链状态信息，动态选择区块链区块大小和区块间隔，性能优化模块利用双重深度q网络方法，实现了双链系统性能的提升，减少了交易数据存储、验证的耗费时间。