1.本发明涉及分布式电源管理技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法。
背景技术：2.分布式电源以其能效利用合理、损耗小和运行灵活等特点迅速称为智能电网建设中的重要能源体系，但是相较于传统电力能源，分布式能源大规模并网难和资源难以调度制约着其在电网中的进一步发展，同时电力企业在对分布式能源进行管理时，容易出现电力交易双方难以取得互信、无法实时对电力设备进行监管等现象，而且需要雇佣大量人员进行数据的维护，且在交易清算过程中，需要频繁校对，成本较高，同时从信息安全出发，一旦中心机构受到攻击，容易导致数据被篡改或者丢失的情况，而且也容易出现中心机构监守自盗的问题，对用户的隐私性也难以保障，而且不能很好的对分布式电源进行管理，因此，研究一种新的基于物联网区块链的分布式电源管理算法来解决上述问题具有重要意义。
技术实现要素：3.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法，本发明所要解决的技术问题是：分布式能源大规模并网难和资源难以调度制约着其在电网中的进一步发展，同时电力企业在对分布式能源进行管理时，容易出现电力交易双方难以取得互信、无法实时对电力设备进行监管等现象，而且需要雇佣大量人员进行数据的维护，且在交易清算过程中，需要频繁校对，成本较高，同时从信息安全出发，一旦中心机构受到攻击，容易导致数据被篡改或者丢失的情况，而且也容易出现中心机构监守自盗的问题，对用户的隐私性也难以保障，而且不能很好的对分布式电源进行管理的问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法，包括以下步骤：
5.s1、数据采集与上链：
6.将发电方和用电参与方作为电力交易的主体，通过物联网设备实时采集用电参与方各个电源电表的用电情况和电源的电能有功功率变化，统计所在区域的整体用电量，并和电能交易数据进行打包处理，然后进行逐一广播至区块链网络的各个区块链节点中，各区块链节点之间进行数据同步，使得各区块链节点都拥有完整数据的备份，完成对数据的上链处理工作。
7.s2、阻塞价格调整：
8.根据历史数据和气象数据分析预测未来特定时间段的用电量和产电量，将预测的用电量和产电量分别写入区块链，并根据预测中未来特定时间段不同用户的用电量进行权重排序，并根据预测的发电量完成对电力的分配，进行校核处理，在双方交易不满足安全校核时，提高交易的阻塞价格，并利用价格对供求关系的影响来削减交易量。
9.s3、对中心机构进行优化：
10.将所有能满足安全交易的矩阵t构成一个安全域s，然后对交易矩阵进行修改，在s内找到原来的交易矩阵距离最近的t，设市场提出的交易矩阵为t
p
，调整后的交易矩阵为t，t
p
中第i行第j列的元素为t
pij
，t中第i行第j列的元素为t
ij
，则要找出与原来交易矩阵距离最近的矩阵t，解如下的最优化问题：
[0011][0012]
设线路的最大传输功率向量为p
lmax
，则约束条件为：
[0013]-p
lmax
≤p
branch
＝y
branch
a(a
tybranch
a)-1
mtu≤p
lmax
；
[0014]
式中：
[0015]
其中，t
ij
表示i给j供的电力；
[0016]
为n行1列的元素全为1的向量；
[0017]
m为交易网络关联矩阵；
[0018]
设交易中有n个市场主体，实际电网中有m个节点，则m为m行n列的矩阵，设第i行第j列的元素为m
ij
，则有：
[0019][0020]
其中，a为网络的节点支路关联矩阵；
[0021]ybranch
为支路原始导纳矩阵；
[0022]
p
branch
为线路的实际传输功率。
[0023]
s4、数据鉴别核实：
[0024]
在区块链上传售电者的历史发电信息和优化后的中心机构，并将购电者的购电信息进行上传，并将双方申报电量和电价信息，并对双方的申报电量和电价信息进行保密，计算加密后数据的哈希值，将哈希值与加密后数据打包，然后在区块链中的每个节点进行广播处理，由校核方进行身份鉴别，鉴别无误后核准交易，并再次上传到区块链平台。
[0025]
s5、进行优化调度：
[0026]
当满足校核要求时，设定购电智能合约，然后将智能合约广播至区块链网络的各个区块链节点中，各区块链节点之间进行数据同步，使得各区块链节点都拥有完整数据的备份，完成对数据的上链处理工作，由区块链中的链节点将收到的合约保存在内存中。
[0027]
s6、智能合约执行：
[0028]
由智能电表记录用户在合约时间内发出和使用的电能，并将其记录在区块链上，当交易时间到达时，智能合约将会根据智能电表发送到区块链的电能数据来自动完成资金的转移，如果发电者在规定的时间内发出了相应的电能，电费将自动从用电者账户转移到发电者账户并将交易数据进行打包进行上链处理。
[0029]
作为本发明的进一步方案：所述气象数据包括未来特定时间段的晴天指数、日照光线强度、风力强度和温湿度。
[0030]
作为本发明的进一步方案：所述根据预测中未来特定时间段不同用户的用电量进行权重排序的具体方式为：根据不同用户的竞价高低、物联网预测的未来特定时间的用电量相结合生成权重值。
[0031]
作为本发明的进一步方案：所述权重值的计算公式为：
[0032]
权重值＝竞价的数值*未来特定时间的用电量；
[0033]
并根据权重值进行排序，以权重值数高者递减排序。
[0034]
作为本发明的进一步方案：所述智能合约至少包括以下属性：电量、价格、交易时间和违约金额，且交易双方分别用各自的私钥进行签名，确保合约的有效性。
[0035]
作为本发明的进一步方案：所述电量为交易方购买的电量数值、价格为购买的电量所付的金额、交易时间指交易双方实际进行电力交换和货币清算的时间，即双方价值转移的时间，且同一个周期内的一组交易的交易时间相同，违约金额指发电方如果没有发出相应电量应该赔偿的金额。
[0036]
作为本发明的进一步方案：所述阻塞价格的制定规则为：
[0037]
初始阻塞价格为0；
[0038]
当线路发生阻塞时，对于对阻塞有贡献的交易，按照以下公式更新阻塞价格：
[0039][0040]
其中，π
ij
表示阻塞价格；
[0041]
l为交易t
ij
对线路造成阻塞有贡献的线路的集合；
[0042]
p
l
为线路l的实际功率；
[0043]
p
lmax
为线路l可承受的最大功率；
[0044]
α为阻塞价格系数，具体数值根据市场的阻塞调整情况确定。
[0045]
作为本发明的进一步方案：所述在智能合约执行的过程中，如果发电者未能给出相应的电能，则由发电者账户扣除相应的违约金，违约金的金额为智能合约中预设的金额。
[0046]
本发明的有益效果在于：
[0047]
1、本发明通过区块链进行交易，并设置智能合约，而且由于智能合约被事先记录在区块链上，使得智能合约难以被篡改，到设置的规定时间能够根据条件自动触发，保障了资金可以按照事先达成的合约条款自动转移，解决了交易双方之间的信任问题，而且不需要第三方机构的参与，从而不需要大量人员进行数据的维护和频繁的校对，从而大幅降低了交易的成本，并且通过了对中心机构进行优化，使其权利较于传统的方式受到了限制，传统的管理模式下，交易中心掌握所有交易数据，使得用户的隐私性难以保障，然而在弱中心化模式下，中心机构仅仅对阻塞进行管理，从而可以让各个节点自发进行，在设定阻塞价格的过程中，只需要了解线路越限信息，并不需要了解具体的交易信息，使得用户的隐私得到了更好的保护，而且还可以对根据历史数据和气象数据分析预测未来特定时间段的用电量和产电量，并根据预测中未来特定时间段不同用户的用电量进行权重排序，并根据预测的发电量完成对电力的分配，从而方便了对分布式电源的管理；
[0048]
2、本发明通过在缔结智能合约的过程中，使交易双方分别用各自的私钥进行签名
处理，从而可以确保合约的有效性，并且设置了违约金额，使得当发电者未能给出相应的电能，则由发电者账户扣除相应的违约金，违约金的金额为智能合约中预设的金额，从而可以对用电参与方的权益进行保障。
附图说明
[0049]
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
[0050]
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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做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。
[0051]
如图所示，一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法，包括以下步骤：
[0052]
s1、数据采集与上链：
[0053]
将发电方和用电参与方作为电力交易的主体，通过物联网设备实时采集用电参与方各个电源电表的用电情况和电源的电能有功功率变化，统计所在区域的整体用电量，并和电能交易数据进行打包处理，然后进行逐一广播至区块链网络的各个区块链节点中，各区块链节点之间进行数据同步，使得各区块链节点都拥有完整数据的备份，完成对数据的上链处理工作。
[0054]
在区块链的实现过程中，参与方首先准备好自己的身份信息、公钥和对应的私钥。
[0055]
其中，身份信息包括参与方的工商和营业账号、税号、对公银行账号和公司地址、电话等公司的公开信息，公司的公开信息表征了公司的身份，其真实性可以通过政府相关部门等权威渠道确认。
[0056]
同时采用加入审查制度和保证金机制，由配电网电力交易联盟对新加入的成员进行身份认证，防止假冒身份者进入配电网电力交易中。
[0057]
参与方同时产生配对的公钥和私钥，公钥跟随参与者身份发送给其他参与方，其他参与方可以采用该公钥来确认信息的真实性及其来源真实性，私钥只由密钥拥有者管理，私钥表征了电力交易区块链的真实来源，因为其他参与者不能推算出该密钥，无法伪造其他参与方的电力交易区块链。
[0058]
s2、阻塞价格调整：
[0059]
根据历史数据和气象数据分析预测未来特定时间段的用电量和产电量，将预测的用电量和产电量分别写入区块链，并根据预测中未来特定时间段不同用户的用电量进行权重排序，并根据预测的发电量完成对电力的分配，进行校核处理，在双方交易不满足安全校核时，提高交易的阻塞价格，并利用价格对供求关系的影响来削减交易量。
[0060]
采用制定阻塞价格的方法，交易的匹配关系可能会发生改变，而如果是中心机构解最优化问题，交易的匹配关系通常不会发生改变，而交易量会减少，而从用户隐私性的角度来看，如果中心机构采用解最优化问题，需要了解所有的用户交易信息，而采用发布阻塞价格的方法，中心机构只需要了解线路潮流越限程度的信息，不需要掌握用户的具体交易信息，而且，发布阻塞价格的方法基于市场，用户拥有更多的选择权，能够提高用户的市场
参与程度。
[0061]
s3、对中心机构进行优化：
[0062]
将所有能满足安全交易的矩阵t构成一个安全域s，然后对交易矩阵进行修改，在s内找到原来的交易矩阵距离最近的t，设市场提出的交易矩阵为t
p
，调整后的交易矩阵为t，t
p
中第i行第j列的元素为t
pij
，t中第i行第j列的元素为t
ij
，则要找出与原来交易矩阵距离最近的矩阵t，解如下的最优化问题：
[0063][0064]
设线路的最大传输功率向量为p
lmax
，则约束条件为：
[0065]-p
lmax
≤p
branch
＝y
branch
a(a
tybranch
a)-1
mtu≤p
lmax
；
[0066]
式中：
[0067]
其中，t
ij
表示i给j供的电力；
[0068]
为n行1列的元素全为1的向量；
[0069]
m为交易网络关联矩阵；
[0070]
设交易中有n个市场主体，实际电网中有m个节点，则m为m行n列的矩阵，设第i行第j列的元素为m
ij
，则有：
[0071][0072]
其中，a为网络的节点支路关联矩阵；
[0073]ybranch
为支路原始导纳矩阵；
[0074]
p
branch
为线路的实际传输功率。
[0075]
通过对中心结构进行优化处理，使其权利较于传统的方式受到了限制，传统的管理模式下，交易中心掌握所有交易数据，使得用户的隐私性难以保障，然而在弱中心化模式下，中心机构仅仅对阻塞进行管理，从而可以让各个节点自发进行，在设定阻塞价格的过程中，只需要了解线路越限信息，并不需要了解具体的交易信息，使得用户的隐私得到了更好的保护。
[0076]
s4、数据鉴别核实：
[0077]
在区块链上传售电者的历史发电信息和优化后的中心机构，并将购电者的购电信息进行上传，并将双方申报电量和电价信息，并对双方的申报电量和电价信息进行保密，计算加密后数据的哈希值，将哈希值与加密后数据打包，然后在区块链中的每个节点进行广播处理，由校核方进行身份鉴别，鉴别无误后核准交易，并再次上传到区块链平台。
[0078]
通过对数据进行鉴别处理，使得传输后的数据不易被篡改。
[0079]
s5、进行优化调度：
[0080]
当满足校核要求时，设定购电智能合约，然后将智能合约广播至区块链网络的各个区块链节点中，各区块链节点之间进行数据同步，使得各区块链节点都拥有完整数据的
备份，完成对数据的上链处理工作，由区块链中的链节点将收到的合约保存在内存中。
[0081]
s6、智能合约执行：
[0082]
由智能电表记录用户在合约时间内发出和使用的电能，并将其记录在区块链上，当交易时间到达时，智能合约将会根据智能电表发送到区块链的电能数据来自动完成资金的转移，如果发电者在规定的时间内发出了相应的电能，电费将自动从用电者账户转移到发电者账户并将交易数据进行打包进行上链处理。
[0083]
作为本发明的进一步方案：气象数据包括未来特定时间段的晴天指数、日照光线强度、风力强度和温湿度。
[0084]
作为本发明的进一步方案：根据预测中未来特定时间段不同用户的用电量进行权重排序的具体方式为：根据不同用户的竞价高低、物联网预测的未来特定时间的用电量相结合生成权重值。
[0085]
作为本发明的进一步方案：权重值的计算公式为：
[0086]
权重值＝竞价的数值*未来特定时间的用电量；
[0087]
并根据权重值进行排序，以权重值数高者递减排序。
[0088]
作为本发明的进一步方案：智能合约至少包括以下属性：电量、价格、交易时间和违约金额，且交易双方分别用各自的私钥进行签名，确保合约的有效性。
[0089]
作为本发明的进一步方案：电量为交易方购买的电量数值、价格为购买的电量所付的金额、交易时间指交易双方实际进行电力交换和货币清算的时间，即双方价值转移的时间，且同一个周期内的一组交易的交易时间相同，违约金额指发电方如果没有发出相应电量应该赔偿的金额。
[0090]
作为本发明的进一步方案：阻塞价格的制定规则为：
[0091]
初始阻塞价格为0；
[0092]
当线路发生阻塞时，对于对阻塞有贡献的交易，按照以下公式更新阻塞价格：
[0093][0094]
其中，π
ij
表示阻塞价格；
[0095]
l为交易t
ij
对线路造成阻塞有贡献的线路的集合；
[0096]
p
l
为线路l的实际功率；
[0097]
p
lmax
为线路l可承受的最大功率；
[0098]
α为阻塞价格系数，具体数值根据市场的阻塞调整情况确定。
[0099]
作为本发明的进一步方案：在智能合约执行的过程中，如果发电者未能给出相应的电能，则由发电者账户扣除相应的违约金，违约金的金额为智能合约中预设的金额。
[0100]
本发明通过区块链进行交易，并设置智能合约，而且由于智能合约被事先记录在区块链上，使得智能合约难以被篡改，到设置的规定时间能够根据条件自动触发，保障了资金可以按照事先达成的合约条款自动转移，解决了交易双方之间的信任问题，而且不需要第三方机构的参与，从而不需要大量人员进行数据的维护和频繁的校对，从而大幅降低了交易的成本，并且通过了对中心机构进行优化，从而不易出现数据丢失和被篡改的问题，而且还可以对根据历史数据和气象数据分析预测未来特定时间段的用电量和产电量，并根据预测中未来特定时间段不同用户的用电量进行权重排序，并根据预测的发电量完成对电力
的分配，从而方便了对分布式电源的管理，同时通过在缔结智能合约的过程中，使交易双方分别用各自的私钥进行签名处理，从而可以确保合约的有效性，并且设置了违约金额，使得当发电者未能给出相应的电能，则由发电者账户扣除相应的违约金，违约金的金额为智能合约中预设的金额，从而可以对用电参与方的权益进行保障。
[0101]
最后应说明的几点是：虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明的基础上，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
技术特征：1.一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法，其特征在于，包括以下步骤：s1、数据采集与上链：将发电方和用电参与方作为电力交易的主体，通过物联网设备实时采集用电参与方各个电源电表的用电情况和电源的电能有功功率变化，统计所在区域的整体用电量，并和电能交易数据进行打包处理，然后进行逐一广播至区块链网络的各个区块链节点中，各区块链节点之间进行数据同步，使得各区块链节点都拥有完整数据的备份，完成对数据的上链处理工作；s2、阻塞价格调整：根据历史数据和气象数据分析预测未来特定时间段的用电量和产电量，将预测的用电量和产电量分别写入区块链，并根据预测中未来特定时间段不同用户的用电量进行权重排序，并根据预测的发电量完成对电力的分配，进行校核处理，在双方交易不满足安全校核时，提高交易的阻塞价格，并利用价格对供求关系的影响来削减交易量；s3、对中心机构进行优化：将所有能满足安全交易的矩阵t构成一个安全域s，然后对交易矩阵进行修改，在s内找到原来的交易矩阵距离最近的t，设市场提出的交易矩阵为t
p
，调整后的交易矩阵为t，t
p
中第i行第j列的元素为t
pij
，t中第i行第j列的元素为t
ij
，则要找出与原来交易矩阵距离最近的矩阵t，解如下的最优化问题：设线路的最大传输功率向量为p
lmax
，则约束条件为：-p
lmax
≤p
branch
＝y
branch
a(a
t
y
branch
a)-1
mtu≤p
lmax
；式中：其中，t
ij
表示i给j供的电力；为n行1列的元素全为1的向量；m为交易网络关联矩阵；设交易中有n个市场主体，实际电网中有m个节点，则m为m行n列的矩阵，设第i行第j列的元素为m
ij
，则有：其中，a为网络的节点支路关联矩阵；y
branch
为支路原始导纳矩阵；p
branch
为线路的实际传输功率；s4、数据鉴别核实：在区块链上传售电者的历史发电信息和优化后的中心机构，并将购电者的购电信息进
行上传，并将双方申报电量和电价信息，并对双方的申报电量和电价信息进行保密，计算加密后数据的哈希值，将哈希值与加密后数据打包，然后在区块链中的每个节点进行广播处理，由校核方进行身份鉴别，鉴别无误后核准交易，并再次上传到区块链平台；s5、进行优化调度：当满足校核要求时，设定购电智能合约，然后将智能合约广播至区块链网络的各个区块链节点中，各区块链节点之间进行数据同步，使得各区块链节点都拥有完整数据的备份，完成对数据的上链处理工作，由区块链中的链节点将收到的合约保存在内存中；s6、智能合约执行：由智能电表记录用户在合约时间内发出和使用的电能，并将其记录在区块链上，当交易时间到达时，智能合约将会根据智能电表发送到区块链的电能数据来自动完成资金的转移，如果发电者在规定的时间内发出了相应的电能，电费将自动从用电者账户转移到发电者账户并将交易数据进行打包进行上链处理。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法，其特征在于：所述气象数据包括未来特定时间段的晴天指数、日照光线强度、风力强度和温湿度。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法，其特征在于：所述根据预测中未来特定时间段不同用户的用电量进行权重排序的具体方式为：根据不同用户的竞价高低、物联网预测的未来特定时间的用电量相结合生成权重值。4.根据权利要求3所述的一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法，其特征在于：所述权重值的计算公式为：权重值＝竞价的数值*未来特定时间的用电量；并根据权重值进行排序，以权重值数高者递减排序。5.根据权利要求1所述的一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法，其特征在于：所述智能合约至少包括以下属性：电量、价格、交易时间和违约金额，且交易双方分别用各自的私钥进行签名，确保合约的有效性。6.根据权利要求5所述的一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法，其特征在于：所述电量为交易方购买的电量数值、价格为购买的电量所付的金额、交易时间指交易双方实际进行电力交换和货币清算的时间，即双方价值转移的时间，且同一个周期内的一组交易的交易时间相同，违约金额指发电方如果没有发出相应电量应该赔偿的金额。7.根据权利要求1所述的一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法，其特征在于：所述阻塞价格的制定规则为：初始阻塞价格为0；当线路发生阻塞时，对于对阻塞有贡献的交易，按照以下公式更新阻塞价格：其中，π
ij
表示阻塞价格；l为交易t
ij
对线路造成阻塞有贡献的线路的集合；p
l
为线路l的实际功率；p
lmax
为线路l可承受的最大功率；α为阻塞价格系数，具体数值根据市场的阻塞调整情况确定。
8.根据权利要求6所述的一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法，其特征在于：所述在智能合约执行的过程中，如果发电者未能给出相应的电能，则由发电者账户扣除相应的违约金，违约金的金额为智能合约中预设的金额。
技术总结本发明公开了一种基于物联网区块链的分布式电源管理算法，具体涉及分布式电源管理技术领域，本发明通过区块链进行交易，使得智能合约难以被篡改，到设置的规定时间能够根据条件自动触发，保障了资金可以按照事先达成的合约条款自动转移，解决了交易双方之间的信任问题，而且不需要第三方机构的参与，从而不需要大量人员进行数据的维护和频繁的校对，从而大幅降低了交易的成本，并且对中心机构进行优化，而且还可以对根据历史数据和气象数据分析预测未来特定时间段的用电量和产电量，并根据预测中未来特定时间段不同用户的用电量进行权重排序，并根据预测的发电量完成对电力的分配，从而方便了对分布式电源的管理。从而方便了对分布式电源的管理。从而方便了对分布式电源的管理。
技术研发人员：吴晓涛 黄俊锋
受保护的技术使用者：珠海清大声光电工程技术研发中心
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/11/1
