一种基于区块链的分层虚拟电厂可信交易方法

1.本发明涉及区块链技术领域，特别涉及一种基于区块链的分层虚拟电厂可信交易方法。


背景技术：

2.虚拟电厂通过先进的信息通讯技术、计量工具和应用软件系统，在一定区域内实现将分布式电源、储能设备、需求侧资源等多种ders进行聚合并对其进行协调控制，并且可作为一类特殊电厂参与电力市场建设和交易。虚拟电厂呈现两级特性，对内聚合资源，对外参与市场。由于内部聚合的各类资源分属不同的主体，相互独立；在外部参与市场时，虚拟电厂同样与其他独立主体进行交易。为了维持虚拟电厂内部的长期稳定发展，亟需一种去中心化、公平公正的交易方法。
3.区块链技术是“互联网 ”新业态的新型应用技术，其主要特性是去中心化、不易篡改、去信任。常常被应用于分布式能源交易、需求响应、电力市场交易等场景。私有中的联盟链，共享程度更高，其通过共识机制、非对称加密、p2p协议，适应于交易规模大、交易次数多、注重隐私保护的能源交易场景。因此将区块链技术引入至虚拟电厂能够解决虚拟电厂对内对外公平公正交易的问题。
4.其一，然而现有区块链技术在虚拟电厂中内外部交易的研究较少，目前区块链技术应用仅限于分布式资源层交易，但是针对虚拟电厂对内对外同时交易的整套流程很少涉及。其二，由于分布式能源主体与市场主体众多，虚拟电厂参与内外部交易时会形成海量数据，需要考虑海量数据导致区块链容量不足的问题。其三，区块链技术在分布式能源层交易应用限于仿真，在目前能源交易示范工程中同时存在“伪区块链应用”问题，缺少底层分布式资源层能够参与的交易平台。
5.因此，在现有区块链技术的基础上，如何解决海量数据导致区块链容量不足问题，实现虚拟电厂对内对外同时交易，并构建底层分布式资源层能够参与的交易平台，成为本领域技术人员亟需解决的问题。


技术实现要素：

6.鉴于上述问题，本发明提出了一种至少解决上述部分技术问题的基于区块链的分层虚拟电厂可信交易方法，该方法解决了海量数据导致的区块链容量不足的问题，实现了虚拟电厂内外同时交易。
7.本发明实施例提供一种基于区块链的分层虚拟电厂可信交易方法，包括：分别构建虚拟电厂分布式资源层、虚拟电厂聚合调控层和虚拟电厂外部市场层，生成区块链内部交易链和区块链外部交易链；根据所述区块链内部交易链和区块链外部交易链，生成基于区块链技术的虚拟电厂分层交易框架；根据所述基于区块链技术的虚拟电厂分层交易框架，接收分布式资源主体注册的交易信息，完成所述虚拟电厂分布式资源层与所述虚拟电厂聚合调控层的交易流程；
根据所述基于区块链技术的虚拟电厂分层交易框架，获取分布式资源主体提交的申报量与申报时间段，完成所述虚拟电厂聚合调控层与所述虚拟电厂外部市场层的交易流程。
8.进一步地，所述区块链内部交易链由虚拟电厂分布式资源层与虚拟电厂聚合调控层的交易构成；所述虚拟电厂分布式资源层与虚拟电厂聚合调控层通过区块链进行信息的查询和存储；所述虚拟电厂分布式资源层中包含分布式光伏主体、风力发电主体、电动汽车主体、需求响应主体和储能主体；所述虚拟电厂聚合调控层由虚拟电厂的调控中心为主导。
9.进一步地，所述区块链外部交易链由虚拟电厂聚合调控层和虚拟电厂外部市场层的交易构成；所述虚拟电厂聚合调控层和虚拟电厂外部市场层通过区块链进行信息的查询和存储。
10.进一步地，接收分布式资源主体注册的交易信息，完成所述虚拟电厂分布式资源层与所述虚拟电厂聚合调控层的交易流程，包括：接收分布式资源主体注册的交易信息；根据所述交易信息，生成审核结果；根据所述审核结果，生成审核通过的分布式资源主体；所述审核结果包括所述分布式资源主体的信誉度；获取所述审核通过的分布式资源主体的价格设定值，将所述价格设定值通过区块上的智能合约模块进行公布；更新所述分布式资源主体的信誉度，在区块上重新存储；生成结算结果；完成所述虚拟电厂分布式资源层与所述虚拟电厂聚合调控层的交易流程。
11.进一步地，通过下式更新所述分布式资源主体的信誉度：上式中，为第t次交易时主体s的信誉度；为主体s前t-1次交易的信誉总得分；为主体s第t次交易的信誉得分；t为交易次数。
12.进一步地，通过下式确定所述结算结果：上式中，为主体s的交易结果；为预设交易价格；为主体s的交易量；为主体s的单位偏差惩罚成本。
13.进一步地，获取分布式资源主体提交的申报量与申报时间段，完成所述虚拟电厂聚合调控层与所述虚拟电厂外部市场层的交易流程，包括：
获取分布式资源主体提交的申报量与申报时间段；采用边际出清法得到各时段的出清价格；根据所述各时段的出清价格，生成虚拟电厂的结算结果；完成所述虚拟电厂聚合调控层与所述虚拟电厂外部市场层的交易流程。
14.进一步地，通过如下公式计算所述虚拟电厂的结算结果：上式中，为虚拟电厂的结算结果；为各阶段的出清价格；为实际出清量；为要求出清量；为单位出清量偏差惩罚成本。
15.本发明实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：本发明实施例提供的一种基于区块链的分层虚拟电厂可信交易方法，包括：分别构建虚拟电厂分布式资源层、虚拟电厂聚合调控层和虚拟电厂外部市场层，生成区块链内部交易链和区块链外部交易链；根据区块链内部交易链和区块链外部交易链，生成基于区块链技术的虚拟电厂分层交易框架；根据基于区块链技术的虚拟电厂分层交易框架，接收分布式资源主体注册的交易信息，完成虚拟电厂分布式资源层与虚拟电厂聚合调控层的交易流程；根据基于区块链技术的虚拟电厂分层交易框架，获取分布式资源主体提交的申报量与申报时间段，完成虚拟电厂聚合调控层与虚拟电厂外部市场层的交易流程。该方法解决了海量数据导致的区块链容量不足的问题，实现了虚拟电厂内外同时交易。
16.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
17.下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
18.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：图1为本发明实施例提供的基于区块链的分层虚拟电厂可信交易方法流程图；图2为本发明实施例提供的基于区块链技术的虚拟电厂分层交易框架图；图3为本发明实施例提供的分布式资源层与聚合调控层的区块链内部交易链框架图；图4为本发明实施例提供的分布式资源层与聚合调控层的交易流程图；图5为本发明实施例提供的聚合调控层与外部市场层的区块链内部交易链框架图；图6为本发明实施例提供的聚合调控层与外部市场层的交易流程图。
具体实施方式
19.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开
的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
20.本发明实施例提供一种基于区块链的分层虚拟电厂可信交易方法，参照图1所示，包括：分别构建虚拟电厂分布式资源层、虚拟电厂聚合调控层和虚拟电厂外部市场层，生成区块链内部交易链和区块链外部交易链；根据区块链内部交易链和区块链外部交易链，生成基于区块链技术的虚拟电厂分层交易框架；根据基于区块链技术的虚拟电厂分层交易框架，接收分布式资源主体注册的交易信息，完成虚拟电厂分布式资源层与虚拟电厂聚合调控层的交易流程；根据基于区块链技术的虚拟电厂分层交易框架，获取分布式资源主体提交的申报量与申报时间段，完成虚拟电厂聚合调控层与虚拟电厂外部市场层的交易流程。
21.下面对该方法进行详细阐述：基于区块链技术的虚拟电厂分层交易框架设计：参照图2所示，基于区块链技术的虚拟电厂分层交易框架分为区块链的内部交易链与区块链的外部交易链。
22.区块链的内部交易链为虚拟电厂分布式资源层与聚合调控层的交易。分布式资源层中含分布式光伏、风力发电、电动汽车、需求响应、储能等主体。聚合调控层主要以虚拟电厂的调控中心为主导。分布式资源层与聚合调控层通过区块链进行信息的查询、存储，从而完成内部交易实现资源聚合。
23.区块链的外部交易链为虚拟电厂聚合调控层与外部市场层的交易。外部市场层的交易主体包括其他虚拟电厂、其余电力供给者、电力需求者等。虚拟电厂聚合调控层与外部市场层通过区块链进行信息的查询、存储，从而完成在电能量市场、调峰辅助服务市场的外部交易。
24.分布式资源层与聚合调控层交易设计：参照图3所示，为分布式资源层与聚合调控层的区块链内部交易链框架。由图3的交易可知，在前端模块包括注册模块与审批模块。分布式资源层参与虚拟电厂聚合之前需要通过注册模块提交相关信息；审批模块为虚拟电厂聚合调控中心对分布式资源层提交的注册信息进行审核。相关的注册信息与审核信息均存储在区块中。同时在区块链中还设置智能合约模块，智能合约中包含分布式资源层主体与虚拟电厂调控中心的交易价格、交易规模与交易执行等内容，为了交易信息的可查询性，相关的交易信息均存储在区块（指区块链的一个元件）上。同时为了保证交易双方的真实可信，交易也在区块上进行。
25.参照图4所示，为分布式资源层与聚合调控层的交易流程，包括：（1）分布式资源主体根据自身的实际情况进行注册，包括：姓名、邮箱、用户角色、用户名和密码；风光等发电商需要提交装机规模；发电厂具体地理位置，历史出力曲线；储能商则需要提交安装容量，历史充放能曲线等；电动汽车主体提交充电曲线，行驶里程等相关参数；需求响应主体则提交可响应的最大规模、响应时段等。
26.（2）虚拟电厂运营商审核。对于新主体，主要审核的是规模量是否能达到基础标准，具体如式（1）所示，除此之外，风光等新主体还需要评估其出力峰谷差，如峰谷差超过一
定标准上限，则审核不通过，具体如式（2）所示。对于旧主体，则主要评估其结算阶段能否按照合约要求进行结算，采用信誉度进行评估，信誉度值计算具体如式（3）所示；若信誉度值低于某一值，则旧主体的信誉度评估不通过，具体如式（4）所示。虚拟电厂运营商对各主体的审核结果提交在存储区上，以供分布式资源层主体与虚拟电厂运营商进行查询。
27.（1）（2）（3）（4）式中：为第s类资源主体注册规模量；为第s类资源主体注册规模量下限；、为风力发电与光伏发电的峰谷差；、为风力发电与光伏发电峰谷差的上限值；为第t次交易时主体s的信誉度；为主体s前t-1次交易的信誉总得分；为主体s第t次交易的信誉得分；t为交易次数；为信誉度最低标准。
28.（3）虚拟电厂运营商与通过审核的分布式资源主体进行交易。虚拟电厂根据分布式资源主体提交的注册信息为每类资源主体进行价格制定（价格设定），并将价格制定在区块上的智能合约模块进行公布。各类资源主体根据虚拟电厂运营商制定的价格提交交易规模，并将交易规模提交至区块上。
29.（4）虚拟电厂运营商与通过审核的分布式资源主体进入交易执行与交易结算阶段。分析各分布式资源主体是否按照提交的交易规模进行交易，若是则记为1，否则记为0，并将写入区块上，根据式（3）更新各主体的信誉度，在区块上重新存储。根据分布式资源各
主体的实际交易规模以及式（5）确定结算结果，结算结果同样存储在区块上。
30.（5）式中：为主体s的交易结果；为虚拟电厂运营商为分布式资源主体s制定的交易价格；为主体s的交易量；为主体s的单位偏差惩罚成本。
31.聚合调控层与外部市场层交易设计：参照图5所示，为聚合调控层与外部市场层的区块链外部交易链框架。由图5可知，前端模块包括申报模块与信息公布模块，申报模块主要是供虚拟电厂运营商在市场交易前提交申报量与申报的时间段。信息公布模块是市场运营中心根据市场中各主体的申报量与市场需求量提出的出清价格以及各主体的出清量。申报模块与信息公布模块的数据均存储在区块上。同时在区块链中还设置智能合约模块，智能合约中包含虚拟电厂调控中心在市场中的交易价格、交易规模与交易执行等内容，为了交易信息的可查询性，相关的交易信息均存储在区块上。同时为了保证交易双方的真实可信，交易也在区块上进行。
32.参照图6所示，为聚合调控层与外部市场层的交易流程，包括：（1）公布需求与申请阶段。市场运营主体在区块上的信息公布模块公布市场需求，虚拟电厂运营主体调用智能合约查询能够申报的规模，在申报模块进行申报量的提交，市场需求与申报量分别存储在区块上。
33.（2）出清阶段。市场运营主体根据各主体提交的申报量与申报时间段，采用边际出清法得到各时段的出清价格，出清价格同样在信息公布模块进行公布并存储。
34.（3）结算阶段。虚拟电厂在信息公开模块查询出清价格，市场运营主体根据虚拟电厂实际出清量与要求出清量，进行虚拟电厂的结算，结算规则按照式（6）进行，结算结果同样存储在区块上。
35.（6）式中：为虚拟电厂的结算结果；为出清价格；为实际出清量；为要求出清量；为单位出清量偏差惩罚成本。
36.本实施例提供的基于区块链的分层虚拟电厂可信交易方法，通过分层交易结构解决海量数据导致区块链容量不足的问题；提出了区块链技术在虚拟电厂内外交易的具体流程与机制；构建了底层分布式资源层能够参与的交易平台。解决了海量数据导致区块链容量不足的问题，实现了虚拟电厂内外同时交易，并构建了底层分布式资源层能够参与的交易平台。
37.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。