匿名区块链的重要性 东南大学王蓓蓓、李亚超等:基于区块链的分布式能源交易关键技术的思考

入门知识 2周前 (06-18) 17次浏览 0个评论

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研究背景

在传统电力市场主体之间进行交易时,往往采用中心化模式:发电者和用户将数据上传到中央处理系统,通过集中匹配或优化匹配发电和用电双方。但是匿名区块链的重要性,随着种类多、数量多的分布式能源的兴起,交易的数量、规模和信息数据也相应增加。集中决策方式会使交易中心的运营成本更高,耗时也增加。如果交易中心在暗中运行或受到外部黑客的攻击,交易的安全性和参与者的隐私都无法得到保证。在此背景下,分布式事务——单一事务中参与者多、交易量小的事务模型逐渐成为一种交易趋势。但是,在分布式事务的决策过程中缺乏中央监督机制。如何验证双方身份,验证信息,确保交易安全,是一个亟待解决的问题。

区块链技术作为一种去中心化的分布式记账系统,以其去中心化、匿名性、高可靠性等优势,在分布式能源交易领域得到了广泛的研究。许多学者探索和分析了将区块链技术应用于虚拟电厂、储能、电动汽车、配套服务、大用户直接购电等方面的可行性。结算机制;借助区块链对电能进行监管与结算。

中国分布式发电市场化方兴未艾。因此,全面总结区块链技术在分布式能源交易中的应用,有助于吸收分布式能源,促进分布式交易模式的发展,降低交易成本,提高需求侧管理水平。

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基于区块链分布式能源交易模型和架构

目前,基于区块链电力交易模型的理论研究和设计可以分为两类:一类是研究个人之间的点对点交易,另一类是专注于清算与中介优化,如图1所示。基于区块链的点对点交易利用了区块链技术的去中心化和无需信任的特性:在进行此类交易时,只有发电和用电两个方面。交易前,双方就合同内容达成一致,无需第三方参与。基于区块链的集中清算需要区块链技术的公开透明:基于区块链的交易,需要一个去中心化的交易平台来收集买卖双方的报价和需求进行撮合。 ,并在形成供求曲线后清零。

区块链匿名性的理解_区块链第一个区块诞生_匿名区块链的重要性

图1:点对点交易模式和集中清算模式

采用分布式交易模式的能源交易过程主要分为:信息发布、撮合、结算、存储等阶段。在点对点和集中清算两种交易模式下,区块链等技术实现的功能在每个阶段都不同,如图2所示。

图2基于区块链的分布式能源交易技术框架

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基于区块链的分布式能源交易的未来展望

3.1 基于区块链的交易工程实践存在瓶颈的解决方案

随着分布式能源交易规模逐渐增大,区块链有限的算力和响应速度将导致交易吞吐量低,限制交易速度。为了解决这些问题,区块链开发者主要通过缩短交易共识时间、并行处理交易或将链上的计算任务转移到链下来提高区块链的处理性能。

到目前为止,区块链技术在电力行业的工程实际应用仍集中在买卖双方的简单直接交易上。考虑到现有区块链技术的发展,如果要设计更复杂的实际交易,理论上可以从以下两点来研究。

1)链下处理:在计算交易的优化问题时,优化步骤可以放在链下,由分布式优化算法解决。在这种情况下,链上只需要判断交易是否可以完成,并在交易完成后记录双方的能量和金额。

2)多链融合:在分布式能源交易过程中,各主体可以建立自己的私有链或基于“二层扩容”的子链,将撮合等交易过程放在子链进行处理,将结算过程中的金融资产转移等安全级别较高的操作放在主链中。

3.2 区块链技术应用于分布式能源交易的挑战和可能的解决方案

结合现有双边能源交易的工程实践可以看出,基于区块链的分布式能源交易需要进一步考虑物理模型的构建、智能合约的安全性和可靠性等方面。

1)区块链技术难以处理复杂的物理逻辑。现阶段,由于技术壁垒,电力交易过程中未充分考虑潮流超限、线路堵塞、电压调整等因素。解决方案可以选择继续探索考虑物理拓扑约束的分布式清算方法,也可以选择链下。物理约束检查与链上清算相结合。前者的优点是保证了每个交易参与者的信息安全,但数据交互的复杂度太高,处理效率取决于区块链技术的发展速度;后者的优势在于可以极大地加快链上的处理速度,但链与链之间的信息接口设计,以及链下数据存储的安全性也需要进一步考虑。

2)区块链技术的安全性需要注意。确保交易的安全性和可靠性是人们在区块链中使用智能合约的主要需求之一。但是,如果部署在区块链上的交易智能合约出现编码错误,通常很难进行回滚或分叉。虽然人工审计在一定程度上降低了智能合约的漏洞,但所需的人力物力成本太高。考虑到人工智能的新兴发展可以跟踪学习,自动选择启发式策略。因此,在未来的发展中,可以将区块链和人工智能结合起来,利用各种人工智能技术来辅助区块链中智能合约的编写和测试。

3.3 应用领域扩展

1)赋能电力物联网:由于电力物联网的核心技术——分布式互联网与区块链的特性兼容,区块链的去中心化架构可以改变电力物联网的原始性质。一些中心结构大大降低了中心机构的计算压力。同时,具有存储功能和不可篡改特性的区块链可以记录电力物联网终端设备,如智能电表采集的发电用电真实数据,并在结算环节进行验证,确保交易的公平性。

2)支持泛在电力物联网:为维护电网稳定运行,提高服务质量,国家电网提出泛在电力物联网承载电力数据信息流电力系统。与电力物联网相比,它更侧重于为用户提供信息服务。考虑到用户想要获得更多对电网的知情权,将区块链与泛在电力物联网相结合,保证网络信息的公开透明,让用户参与到泛在电力物联网的建设中。可以共享网络中的数据信息,然后调整你的发电计划。

3.4 推动区块链技术在中国分布式能源交易中的应用

中国结合区块链技术的分布式能源交易项目仍处于建设初期。结合国内外已有的理论基础和实践项目,可以从以下几个方面进一步拓展应用。

1)急需智能家居、智能楼宇等技术创新

推动基于区块链技术的家庭分布式能源项目建设。连接区块链的智能电能表,用于记录家电、光伏电池等之间的电力流动,产生的多余电力可以出售给邻近的电力用户,实现家庭用户之间的互能,引导用户。积极参与清洁电力的生产,进一步减少分布式电力对电网的波动,也可以向电网出售。接入区块链的电网获得多余的电力和数据后,在链下撮合订单,将电力卖给其他用户(如图3)。

图3 智能家居电力结合区块链

2)综合能源系统协调与优化

构建基于区块链的综合能源系统交易平台,实现多系统间的优化调度,如图4所示。电、热、气系统将能源生产、价格等数据上传到区块链,使信息能够在所有系统之间传输。同时,区块链平台代替调度机构来协调和控制三个系统的运行。为了加快调度速度,可以在链上使用分片技术进行并行处理。在进行自我决策优化时,各个系统也可以参考其他系统的信息进行决策调整。

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图4基于区块链的综合能源系统

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结论

总体而言,随着大规模可再生能源、电动汽车、储能装置和柔性负载的快速发展,分布式能源符合我国电力市场的发展需求和方向,逐渐成为主要动力产生能量。作为一种新兴的去中心化数据管理技术匿名区块链的重要性,区块链技术受到了各界的关注,但电力区块链在中国的应用尚不成熟。因此,迫切需要开展基于区块链技术的分布式能源交易管理与规划关键技术研究,提出适应分布式能源高效、经济利用的优化规划和并网设计方法。在此基础上,应用区块链技术提高电力交易和管理效率,提高区域分布式能源运营管理的自治水平,提高运营经济效益。

原文发表于《电力系统自动化》, Vol. 2019年43期第14期,欢迎阅读!

引文信息

王蓓蓓、李亚超、赵胜南等。基于区块链的分布式能源交易关键技术[J].电力系统自动化, 2019, 43(14): 53-64. DOI : 10.7500/ .

王蓓蓓,李亚超,赵,等。基于能量的关键[J]. of Power Systems, 2019, 43(14): 53-64. DOI: 10.7500/ .

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关于主要作者和团队

王蓓蓓

博士,东南大学副教授、博士生导师,东南大学电气工程学院电力经济技术研究所副所长,入选江苏省六大人才高峰,第一批江苏省电力市场管理委员会专家。在国内外期刊发表论文近90篇,其中SCI收录16篇,EI收录40余篇。 2篇论文入选中国优质科技期刊(F5000))顶级学术论文。主要致力于电力市场、电力需求、电力系统经济运行方向的研究,以应对和考虑新能源获取。

东南大学电气工程学院电力经济与技术研究所现有教授2人,副教授3人,博士生导师3人,博士研究生13人,硕士研究生42人。团队近年来承担国家自然科学基金项目6项。负责863子项目3个,参与项目2个。主要研究领域包括电力市场、电力规划、需求侧管理、电力系统节能与经济运行。

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