CN110689398B - 基于区块链的居民微电网电力交易管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于区块链的居民微电网电力交易管理系统，涉及智能用电技术领域。本发明的系统包括若干个居民购售电模块、信用管理模块、智能合约模块、数据加密模块和基础网络模块，若干个居民购售电模块通过基础网络模块实现电力交易。与现有的电力交易管理系统相比，本发明引入信用管理模块，当用户违约时会以增加该用户等待时间的方式降低订单优先级，对其进行惩罚，提高违约成本，保障电力成功交易，提高交易效率和系统稳定性。

Description

基于区块链的居民微电网电力交易管理系统

技术领域

本发明涉及智能用电技术领域，具体涉及一种基于区块链的居民微电网电力交易管理系统。

背景技术

随着经济社会的高速发展，人们对低碳、清洁、可再生能源的需求不断提高，对能源高效利用也提出更高要求。随着电力体制改革的推进，售电侧市场主体更加多元化。

目前现有的电力运营主要以“厂网分开，竞价上网”的模式为主，零售竞争模式的电力运营模式为辅。现有主要零售竞争模式的电力运营是基于区块链的电力交易管理系统。在现有的区块链电力交易管理系统中多包含电力交易模块、管理模块和调度模块，通过模块之间的交互完成点对点的电力交易过程，保证交易过程中的自主性、安全性和透明性。

然而，现有基于区块链的电力交易管理系统中，缺少对用户的信用管理，用户在违约后不会受到相应的惩罚，违约成本低会导致系统中违约现象频发，影响正常电力交易，降低系统的处理效率，最终会导致用户退出电力交易系统。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于区块链的居民微电网电力交易管理系统，解决了现有的区块链电力交易管理系统中信用管理缺失，违约频发的问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种基于区块链的居民微电网电力交易管理系统，所述系统包括：

居民购售电模块，所述居民购售电模块数目为若干个，各个居民购售电模块之间能相互交易，所述居民购售电模块包括：

数据收集单元，所述数据收集单元用于通过智能电表和传感器从其他单元收集用能信息和储能信息；

数据存储单元，所述数据存储单元用于储存数据收集单元的信息，同时存储区块链中的信用记录和合同；

账户管理单元，所述账户管理单元用于：查看用电信息、储能信息、交易记录、信用记录和个人账户信息；发布购电订单和售电订单。

信用管理模块，所述信用管理模块用于：在用户发布购售电订单时核对区块链中该用户的信用记录，根据用户信用记录调整用户订单的优先级；核对用户的实际交易电量；

智能合约模块，所述智能合约模块用于匹配购售电订单，形成合同，将所述合同记录在区块链中，根据合同调度用户的电力，并将相关费用转入售电用户的账户；

数据加密模块，所述数据加密模块用于将交易过程中出现的信息进行加密；

基础网络模块，所述基础网络模块用于传输交易信息、信用记录、支付信息和完成电力调度。

优选的，所述居民购售电模块还包括：

负载单元，所述负载单元用于消耗电能；

光伏发电单元，所述光伏发电单元将光能转化成电能，为区块链中的居民提供电能；

储能单元，所述储能单元用于存储电能。

优选的，在信用管理模块中，所述根据用户信用记录调整用户订单的优先级的方法为：

以增加等待时间的方式降低上一次交易中出现违约情况用户的订单优先级，等待时间的计算公式包括：

其中，n表示用户违约的次数，i表示用户的第i次违约，m表示用户成功交易的次数，p_i表示在第i次违约时合同中的交易价格，q_i表示在第i次违约时的违约电量。

优选的，在信用管理模块中，所述核对用户的实际交易电量的方法包括：

信用管理模块会将第j个用户在t₀时刻的实际交易电量

与合同中规定的交易电量

进行核对；

若电力调度结束时，

交易双方成功交易次数m分别增加1次；若电力调度结束时，

信用管理模块会找出违约用户，并将违约用户的违约次数n增加1次，并统计违约电量

作为违约用户下次订单等待时间的参数。

优选的，所述智能合约模块包括：

订单匹配单元，所述订单匹配单元用于根据订单的价格和电量匹配购售电订单，形成合同；

电力调度单元，所述电力调度单元用于在合同形成后按照合同内容将售电用户的电力调度给购电用户；

费用支付单元，所述费用支付单元用于在信用管理模块核对实际转移电量后，将购电费用转移给售电用户。

优选的，所述基础网络模块包括：

电力传输网络，所述电力传输网络用于电力调度；

通信信道，所述通信信道用于传输交易信息、信用记录和支付信息。

(三)有益效果

本发明提供了一种基于区块链的居民微电网电力交易管理系统。与现有技术相比，具备以下有益效果：

本发明的系统包括若干个居民购售电模块、信用管理模块、智能合约模块、数据加密模块和基础网络模块，若干个居民购售电模块通过基础网络模块实现电力交易。与现有的电力交易管理系统相比，本发明引入信用管理模块，当用户违约时会以增加该用户等待时间的方式降低订单优先级，对其进行惩罚，提高违约成本，保障电力成功交易，提高交易效率和系统稳定性。同时，本发明充分利用居民购售电模块中的各个单元，用户可以将电能售卖给区块链中的其他居民购售电模块，也可以从其他居民购售电模块购买电能，减少了用户的用电成本，促进电力交易管理系统的推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的框图；

图2为电力交易的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本申请实施例通过提供一种基于区块链的居民微电网电力交易管理系统，解决了现有的区块链电力交易管理系统中信用管理缺失，违约频发的问题，实现高效的电力交易。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本发明实施例的系统包括若干个居民购售电模块、信用管理模块、智能合约模块、数据加密模块和基础网络模块，若干个居民购售电模块通过基础网络模块实现电力交易。与现有的电力交易管理系统相比，本发明实施例引入信用管理模块，当用户违约时会以增加该用户等待时间的方式降低订单优先级，对其进行惩罚，提高违约成本，保障电力成功交易，提高交易效率和系统稳定性。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

本发明实施例一种基于区块链的居民微电网电力交易管理系统，如图1所示，该系统包括：居民购售电模块、信用管理模块、智能合约模块、数据加密模块和基础网络模块。其中：

居民购售电模块数目为若干个，各个居民购售电模块之间能相互交易，上述居民购售电模块包括：数据收集单元、数据存储单元和账户管理单元。其中：

上述数据收集单元用于通过智能电表和传感器从其他单元收集用能信息和储能信息；

上述数据存储单元用于储存数据收集单元的信息，同时存储区块链中的信用记录和合同；

上述账户管理单元用于：查看用电信息、储能信息、交易记录、信用记录和个人账户信息；发布购电订单和售电订单。

上述信用管理模块用于：在用户发布购售电订单时核对区块链中该用户的信用记录，根据用户信用记录调整用户订单的优先级；核对购售电用户的实际交易电量；

上述智能合约模块用于匹配购售电订单，形成合同，将上述合同记录在区块链中，根据合同调度用户的电力，并将相关费用转入售电用户的账户；

上述数据加密模块用于将交易过程中出现的信息进行加密；

上述基础网络模块用于传输交易信息、信用记录、支付信息和完成电力调度。

本发明实施例引入信用管理模块，当用户违约时会以增加该用户等待时间的方式降低订单优先级，对其进行惩罚，提高违约成本，保障电力成功交易，提高交易效率和系统稳定性。同时，本发明实施例充分利用居民购售电模块的各个单元，用户可以将电能售卖给区块链中的其他居民购售电模块，也可以从其他居民购售电模块购买电能，减少了用户的用电成本，促进电力交易管理系统的推广。

下面对本发明实施例中的系统进行详细的描述：

本发明实施例的一种基于区块链的居民微电网电力交易管理系统，包括若干个居民购售电模块、信用管理模块、智能合约模块、数据加密模块和基础网络模块。

居民购售电模块包括负载单元、光伏发电单元、储能单元、数据收集单元、数据存储单元、账户管理单元。

其中：

负载单元用于消耗电能，包括电视机、冰箱、洗衣机等家用电器。光伏发电单元用于光伏发电单元将光能转化成电能，为区块链中的居民提供电能，包括光伏发电装置。储能单元用于存储电能，包括蓄电池、锂电池等储能设施。数据收集单元用于通过智能电表和传感器从其他单元收集用能信息和储能信息。数据存储单元用于储存数据收集单元的信息，同时存储区块链中的信用记录和合同。账户管理单元包括手机APP，用户可通过APP查看用电信息、储能信息、交易记录、信用记录等个人账户信息，同时可发布购电、售电订单。

上述信用管理模块用于在用户发布购售电订单时核对用户信用记录，在电力调度完成后，核对购售用户的实际交易电量。当检查发现用户上一次电力交易有违约情况时，该模块会以增加等待时间的方式降低用户订单的优先级；在智能合约完成电力调度后，信用管理模块会将实际交易电量与合同规定的交易电量进行比较，若不同信用管理模块会找出违约用户并统计违约电量，计入其信用记录。核对购售用户的实际交易电量的方法包括：

信用管理模块会将第j个用户在t₀时刻的实际交易电量

与合同中规定的交易电量

进行核对；

若电力调度结束时，

交易双方成功交易次数m分别增加1次；若电力调度结束时，

信用管理模块会找出违约用户，并将该用户的违约次数n加1，并统计违约电量

作为违约用户下次订单等待时间的参数。

等待时间的计算公式为：

其中，n表示用户违约的次数，i表示用户的第i次违约，m表示用户成功交易的次数，p_i表示在第i次违约时合同中的交易价格，q_i表示在第i次违约时的违约电量。

上述智能合约模块包括订单匹配单元、电力调度单元、费用支付单元。订单匹配单元根据订单的价格、电量匹配发布的购售电订单，并形成合同。电力调度单元用于在合同形成后按照合同内容将售电用户的电力调度给购电用户。费用支付单元用于在信用管理模块核对实际转移电量后，将购电费用转移给售电用户。

上述加密模块通过哈希算法将交易过程中出现的信息进行加密，避免相关信息被篡改。

上述基础网络模块包括电力传输网络和通信信道。电力传输网络用于完成电力调度。通信信道用于传输交易信息、信用记录和支付信息。

下面通过三个完整的电力交易的流程对本发明实施例的一种基于区块链的居民微电网电力交易管理系统进行详细描述，如图2所示：

一般性步骤：

用户A在t₀时刻有购电或售电需求，可以交易的电量分别为

其中

为光伏发电单元功率，

为家庭负载单元的功率，

为储能单元的放、充电功率。

用户A可以通过手机APP手动设置参数发布订单，也可以由账户管理单元的APP根据用户A的偏好自动发布订单，订单信息包括交易电量

或

和可接受价格的最大值

或最小值

加密模块利用哈希算法对订单信息进行加密。

订单发布后信用管理模块会检查该用户A上一次交易中是否违约，若违约，信用管理模块会增加等待时间

来降低该订单的优先级，等待时间的计算公式如下：

其中：n表示用户A违约的次数，i表示用户A的第i次违约，m表示用户A成功交易的次数，p_i表示在第i次违约时合同中的交易价格，q_i表示在第i次违约时的违约电量。若上一次交易无违约现象，智能合约模块的订单匹配单元会立刻匹配相关售电订单并生成合同。合同内容包括用户A与其他用户达成的交易价格

和交易电量

其中

分别表示用户A与用户j的合同中规定的交易价格和电量，

或

x为在t₀时刻与用户A签署交易合同的用户数量，加密模块会利用哈希算法对合同信息进行加密。

智能合约模块的电力调度单元按照合同规定的内容，将规定的电量

在用户j与用户A中进行转移，信用管理模块会将实际交易电量

与

进行核对，若

双方成功交易次数m分别增加1次，费用支付单元将相关费用

在用户j与用户A中进行转移，

交易结束；若

信用管理模块会找出违约用户并增加1次该用户的违约次数，并统计违约电量

同时费用支付单元将相关费用在用户j与用户A中进行转移，

交易结束。

下面从售电用户和购电用户两个不同的角度进行描述。

实施例1：

用户B在t₀时刻光伏发电单元功率为

家庭负载单元的功率为

储能单元的放电功率为

当光伏发电单元产生的电能和储能电池储存的电能不能满足负载，即

账户管理单元的APP会在手机上提醒用户B，用户B可以选择手动设置购电订单参数在APP上发布购电订单或由APP根据用户的偏好自动设置购电订单参数生成订单。

订单信息包含所需电量

和可接受最高价格

加密模块会利用哈希算法对以上信息进行加密。信用管理模块首先核对用户B的信用，若该用户上次电力交易出现违约现象，则本订单优先级会降低，将会有

的等待时间，等待时间的计算公式如下：

其中：n表示用户B违约的次数，i表示用户的第i次违约，m表示用户B成功交易的次数，p_i表示在第i次违约时合同中的交易价格，q_i表示在第i次违约时的违约电量；若上一次交易无违约现象智能合约模块的订单匹配单元会立刻匹配相关售电订单并生成合同，合同内容包括用户B与不同卖家达成的交易价格

和交易电量

其中

分别表示用户B与卖家j的合同中规定的交易价格和电量，

x为在t₀时刻与用户B签署交易合同的卖家数量，加密模块会利用哈希算法对以上合同信息进行加密。

智能合约模块的电力调度单元按照合同规定的内容，将规定的电量

从卖家j转移给用户B，信用管理模块会将实际交易电量

与

进行核对，若

双方成功交易次数m分别增加1次，智能合约模块的费用支付单元将相关费用

从用户B转移给卖家j，

交易结束；若

信用管理模块会找出违约用户并增加1次该用户的违约次数，并统计违约电量

同时智能合约模块的费用支付单元将相关费用

从用户B转移给卖家j，

交易结束。

实施例2：

用户C在t₀时刻光伏发电单元功率为

家庭负载单元的功率为

储能单元的充电功率为

当光伏发电单元产生的电能较多时，即

账户管理单元的APP会在手机上提醒用户C，用户C可以选择手动设置售电订单参数在APP上发布售电订单或由APP根据用户的偏好自动设置售电订单参数生成订单。

订单信息包含所售电量

和可接受最低价格

加密模块会利用哈希算法对以上信息进行加密。信用管理模块首先核对该用户信用，若该用户上次电力交易出现违约现象，则本订单优先级会降低，将会有

的等待时间，等待时间的计算公式如下：

其中：n表示用户C违约的次数，i表示用户C的第i次违约，m表示用户C成功交易的次数，p_i表示在第i次违约时合同中的交易价格，q_i表示在第i次违约时的违约电量；若上一次交易无违约现象智能合约模块的订单匹配单元会立刻匹配相关购电订单并生成合同，合同内容包括用户C与不同买家达成的交易价格

和交易电量

其中

分别表示用户C与买家j签订的合同中规定的交易价格和电量，

x为在t₀时刻与用户C形成交易合同的买家数量，加密模块会利用哈希算法对以上合同信息进行加密。

智能合约模块的电力调度单元按照合同规定的内容，将规定的电量

从用户C转移给买家j，信用管理模块会将实际交易电量

与

进行核对，若

双方成功交易次数m分别增加1次，智能合约模块的费用支付单元将相关费用

从买家j转移给用户C，

交易结束；若

信用管理模块会找出违约用户，增加1次该用户的违约次数，并统计违约电量

同时智能合约模块的费用支付单元将相关费用

从买家j转移给用户C，

交易结束。

综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：

1、本发明实施例引入信用管理模块，当用户违约时会以增加该用户等待时间的方式降低订单优先级，对其进行惩罚，提高违约成本，保障电力成功交易，提高交易效率和系统稳定性。

2、本发明实施例借助光伏发电单元产生的电能和从其他购售电节点购买的电能基本可以满足系统中居民的用电需求，从而降低了电网的峰谷差。

3、本发明实施例充分利用已有居民购售电模块中的各个单元，用户可以将电能售卖给区块链中的其他居民购售电模块，也可以从其他居民购售电模块购买电能，减少了用户的用电成本，促进电力交易管理系统的推广。

4、区块链中的各居民购售电模块的数据储存单元会记录历史信息，用户可以通过账户管理单元的APP查看自己的用电、储能信息，方便制定用电计划。

需要说明的是，通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种基于区块链的居民微电网电力交易管理系统，其特征在于，所述系统包括：

居民购售电模块，所述居民购售电模块数目为若干个，各个居民购售电模块之间能相互交易，所述居民购售电模块包括：

数据收集单元，所述数据收集单元用于通过智能电表和传感器从其他单元收集用能信息和储能信息；

数据存储单元，所述数据存储单元用于储存数据收集单元的信息，同时存储区块链中的信用记录和合同；

账户管理单元，所述账户管理单元用于：查看用电信息、储能信息、交易记录、信用记录和个人账户信息；发布购电订单和售电订单；

信用管理模块，所述信用管理模块用于：在用户发布购售电订单时核对区块链中该用户的信用记录，根据用户信用记录调整用户订单的优先级；核对用户的实际交易电量；所述根据用户信用记录调整用户订单的优先级的方法为：

以增加等待时间的方式降低上一次交易中出现违约情况用户的订单优先级，等待时间的计算公式包括：

其中，n表示用户违约的次数，i表示用户的第i次违约，m表示用户成功交易的次数，p_i表示在第i次违约时合同中的交易价格，q_i表示在第i次违约时的违约电量；

智能合约模块，所述智能合约模块用于匹配购售电订单，形成合同，将所述合同记录在区块链中，根据合同调度用户的电力，并将相关费用转入售电用户的账户；

数据加密模块，所述数据加密模块用于将交易过程中出现的信息进行加密；

基础网络模块，所述基础网络模块用于传输交易信息、信用记录、支付信息和完成电力调度。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述居民购售电模块还包括：

负载单元，所述负载单元用于消耗电能；

光伏发电单元，所述光伏发电单元将光能转化成电能，为区块链中的居民提供电能；

储能单元，所述储能单元用于存储电能。

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，在信用管理模块中，所述核对用户的实际交易电量的方法包括：

信用管理模块会将第j个用户在t₀时刻的实际交易电量

与合同中规定的交易电量

进行核对；

若电力调度结束时，

交易双方成功交易次数m分别增加1次；若电力调度结束时，

信用管理模块会找出违约用户，并将违约用户的违约次数n增加1次，并统计违约电量

作为违约用户下次订单等待时间的参数。

4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述智能合约模块包括：

订单匹配单元，所述订单匹配单元用于根据订单的价格和电量匹配购售电订单，形成合同；

电力调度单元，所述电力调度单元用于在合同形成后按照合同内容将售电用户的电力调度给购电用户；

费用支付单元，所述费用支付单元用于在信用管理模块核对实际转移电量后，将购电费用转移给售电用户。

5.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述基础网络模块包括：

电力传输网络，所述电力传输网络用于电力调度；

通信信道，所述通信信道用于传输交易信息、信用记录和支付信息。

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