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区块链分布式技术在电力需求侧响应管理中的应用

何映军 孔丰波 任永辉 李成林

云南电网有限责任公司信息中心,云南昆明,650034

摘要: 在区块链分布式技术理论基础上,能够满足电力需求侧响应管理的各项方法,并采取分布式记账技术,起到防篡改的效果。而存储功能在智能计量设备的支持下,可获取能量消耗信息,在选择编程方式时结合消费者级别,按照智能合约逐步执行,使得交易的灵活性得到保障。区块链分布式技术能够执行平衡能源的各项需求,满足电网能源生产的需求。在共识验证的基础下,可逐步执行检测需求响应计划,根据供应商的情况选择相匹配的财务结算方式。区块链分布式技术能够满足电力需求测相应管理的各项需求,同时也能够在智能电网条件下,实现能源的合理匹配,保障各项管理服务的精准度,优化电力管理形式。
关键词: 区块链分布式技术;电力;需求测响应;智能电网
DOI:10.12721/ccn.2022.159571
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传统的管理模式已经难以满足分布式能源消费的各项需求,各项问题也可得到管控,随着智能电网研究的逐渐丰富,分布式管理技术逐渐完善。各项可再生能源的合理利用,为新能源生产提供的方向,但新能源生产存在不可预测性,导致电能生产也就存在一定的不确定性。电能无法进行存储,也无法满足实时平衡的需求,在电能生产过程中,可能会出现许多变化,因此电能生产侧产能的变化会对能源的安全供应产生威胁。在此种形式中,传统的管理方法无法满足的是平衡的各项要求,而只能点明等多项技术的普及,逐渐实现能源需求与生产之间的匹配。随着各项这种技术的不断完善以及电力流等概念的提出,智能电网平台也逐渐完善,能够保障智能电网需求响应项目的有序进行,实现跟踪、记录、分析、集成等各项工作的自动化管理。

一、区块链的主要运行机制

(一)区块链的理论基础

中心化管理模式无法保障电力系统的安全运行,智能电网的发展以更为创新管理方式促进各项资源的合理利用。区块链技术具有去中性化的特点,与智能电网公平性、公开性的发展理念相契合,区块链分布式技术则具有绝对优势,在全网工程的基础上实现交易的合法性,保证系统应用的安全性,同时具备可溯性特点。近几年来越来越多的研究围绕着区块链分布式技术展开研究,分布式技术能够保障区块链主体的完整性,实现数字资产交易的有序进行。在区块链管理系统中,每一节点都需要储存相应的数据,因此在每一节点应做好数据备份。在P2P网络环境中,网络处没有硬件与管理组织,同时也没有重要服务器,各个节点都是点对点的对应,既可作为服务器,也可作为客户端[1]。每个节点的数据能够实现共享、管理与监督,在网络中每个节点可随意进出,使得网络的稳定性得到保障,而数据在网络中的安全性更为可靠,不会出现随意篡改的情况。区块链系统能够在网络工程的基础上保障各项管理事件的合法性,同时安全系统也能够保障数据的安全性、系统的稳定性,同时具有可追溯性特点,也能够保障各项数据的有效管理。系统中交易者信息与交易记录之间可相互绑定,使得交易目标得到跟踪与记录,交易监管较为严格,不会出现破坏等情况,使得信息管理更加全面。

(二)智能合约的应用

区块链分布式技术可为智能合约的使用提供可靠支持。智能合约的应用实现了智能合约在不同业务规则中的代码片段,结合网络节点中的各项数据,获得相应的验证与同意。在交易请求的支持下,智能合约能够得到触发,在交易后会根据智能合约对自身的状态进行更新。在网络中各个节点能够实现相互复制,使其控制权较为分散。而在智能合约中,对每一方的义务都进行了规定,同时也确定了相应的执行条件,使得管理系统能够自动判断合约执行条件,当满足各项判定条件后,区块链系统能够实现对合约条款的自动化强制执行,使得合约执行的效率得到提升,即使没有第三方监督也能够有序执行。

二、区块链分布式技术用于响应系统的关键问题

(一)需求响应业务需求

区块链技术的使用对传统生产模式提出了更多需求,区域电网在发展过程中应结合需求响应业务,实现经济技术手段的创新,从而提高快速响应服务能力。随着需求侧管理的进一步发展,售电市场的逐步开放,需求响应资源能够在区块链技术的推动下,实现电网与用户之间的有效交流与互动,使得用户与电网之间的交易更加合法安全,同时也能够降低系统对发电备用容量的各项需求,使得电网、用户、第三方数据之间的互动,同时也能够实现对用户行为的深入挖掘,准确分析智能电网与负荷之间的关系得到管理,从而提高综合服务质量[2]。需求测资源可参与到辅助服务类技术中,但由于我国电力市场的各项机制还有待完善,辅助服务补偿机制,也需要随着各项政策的颁布加以调整。随着厂网分离,在电网辅助资源中需求侧资源起到重要作用,能够综合调控,配合电网的实际运行状态,而售电侧市场的开发,可实现零售商与消费者之间的互动,并签订相应的供电合同,结合电量与辅助服务,来履行相应的合同内容,提高电力市场的综合服务质量。随着需求侧分散资源的逐步融入,底层技术信息架构也逐渐完善,交易的安全性也需要进一步制定对策加以管理。

(二)可信工作量证明

在构建需求效应系统时,除了要明确区块链足量证明的具体工作机制以外,也需要进行统一的数据操作,通过对区块链节点数据的合法调取,结合标准协议实现对业务交易的有效查询,并根据地址的变更以及事件的发生,完成自动通知流程。结合国外电力市场的管理经验可以得知,在备用容量市场中,电能出售处于完全竞争状态,所参与的基础与负荷需要在市场交易中选择性的加入。结合我国电力市场的发展特点来看,去中心化的区块链技术可能会引发多端争议,因此在具体实施时可选择搬去中心化的方式,通过电力企业、EMS网关等多个部门加以授权后,避免出现被篡改的风险[3]。在区块链系统中进行业务交易时,需要涉及到庞大的信息量,需要借助存储技术计算技术作为支撑,实现各个环节去中心化建设,使得各个文件与交易更加完整。而在用户档案资料管理中,区块链管理的技术能够保证各个关键信息节点的有效管理,除了对区管理员公开账本的保存以外,也能够实现控制效能的强化,构建安全透明的访问机制,实现对市场区块链的全周期管理。

三、区块链分布式技术在智能电网管理的应用

(一)区块链支撑动态P2P交易

区块链分布式技术在智能电网中的应用,能够为P2P中能源的直接交易提供支持,而在交易的过程中也能够保障交易过程的安全性。在P2P系统中,用户所建设的太阳能发电以及充电桩等资产,在充电过程中能够履行能源服务商的各项合同,并对这一流程进行有效的监督与管理,使得消费者与生产者能够在区块链传播中实现能量的相互交换。在满足电能生产需求的同时,也能够在配电系统的支持下完成匹配,使得能源价格的协商更加动态化,同时也能够实现给电能价格动态化支持下,在需求响应系统中进行协商与申请。在电能生产与需求的预测下,以及电能交易区域内各用户的意愿下,有效计算能够得出动态化的电能价格。常见的计算方法为在转移峰值负载时段,结合能量消耗曲线,所制定的复合型算法;此种自动控制器的算法,采用模具中心化的形式实现了有效计算,同时也能够对多个设备的待机消耗情况加以管理,计算出最终能源消耗量。

在智能设备运行过程中,自动控制器算法去中心化后,能够结合分布式方式运行每一智能设备只需要完成自身的优化即可,并不会对整个系统的信息进行调整[4]。区块链共识机制能够完成对智能电网需求响应的验证,收集各个设备节点的相关柔性电能信息,以此能够完成实时的智能电网需求响应财务结算。在各节点中添加此类信息,并完成系统所有节点的永久注册与复制。在此种形势下,能够反映出不同网格的能量状态,使得智能电网响应事件能够得到有效解决。在区块链中,当系统中设备发起的电力交易进行注册以后,此交易会结合智能合约,根据智能电网响应事件协议,检查柔性电能的综合水平。在网络中部署智能合约,可强制执行各个节点的智能电网响应事件规则,也能够实时验证各个节点。

(二)区块链加密共识机制的互动服务

在加密和共识机制权益证明的基础上,能够保障系统的安全性,与其他区块链系统的建设大致相同。但与区块链系统不同的是,共识机制的构建需要结合大量的工作量证明,在供应链供需互动关系的基础上,需要采用权益证明机制;而工作量证明则属于能耗密集型机制,因此,在考虑能耗效率时,与电网环保节能的发展理念相背离。在权益证明机制的相关系统构建时,结合工作量证明机制系统后更为节能。权益证明机制与工作量证明机制的相比,硬件设施的要求更高,在用户群众的推广效果更高。

在权益证明机制中,在确定网络节点中,参与者可在区块链系统中,为电力交易的进行提供可能性支持,对智能电网需求响应中的电力交易与财务结算进行挖掘与验证。在挖掘下一个有效区块链时,权益证明算法用于相关联交易与服务中,可逐渐扩展到智能电网需求响应的特定情况中,使得智能电网的操作更加可靠[5]。在网格中各个设备的节点都会扮演电力交易验证的相关角色,同时可为下一区块的挖掘提供支持。在智能电网需求响应的电力网络中,不同验证人可持有相应的股份,比如在相应智能电网需求管理时,所获得的积分可用于区块链,使其稳定性得到充分保障。在网络系统中,应避免持股过多部分的成员对决策产生影响,因此需要保障其整体的随机管理性。在区块链技术的支持下,电力交易与柔性电能可在短时间内获取,实现对各种突发情况的有效处理。

(三)数据信息安全管理机制

在智能电网管理中,区块链分布式技术能够针对管理系统的各项问题,制定相关的解决方案,比如在智能电网控制系统中,传统的管理模式需要设备参与到管理之中,使得设备的响应与管理障碍得到解决,从而保障智能电表的隐私性与安全性。随着售电市场的开放,需求侧用户能够实现对电力市场的资源的优化与配置,保障电源、储能装置的有效联动,使得电网的应对能力得到有效强化。在电力市场中,结合成本分摊计算增强用户参与,如果在核算出现数据异常时,能够区块链技术构建分布式智能主体,使得通知主体责任实现分离,实现自动需求响应服务的有效完善,而后在精细化核算的基础上,对智能电网需求管理项目成本的控制。为了保障智能电网需求管理事件分发形式的安全性,同时不会影响业务之间的操作性,因此需要构建完善的安全管理机制,结合安全管理协议与元素,制定出与其属性相符的管理结构。在信息传递过程中可能会出现数据的泄露问题,因此要结合签名标签,使得各项安全机制更加完善,严谨确认分发路径。

在传统管理模式中,各中间节点所执行的操作方式完全相同,签名消息之间只是存在着长短差异,因此在区块链框架下,应以此为基础加强信任功能,提供鉴证服务,利用区块链解决潜在争端;同时可结合去中心化的投票机制,增强模拟机构的功能,解决各项问题[6]。在转移有签名的交易物时,能够保障电力市场的稳定运行,同时也要满足各项框架的要求,结合自动需求响应业务系统,选择底层加密技术的链式区块链作为基础构建区块链,也可选择高层加密的流失区块链。在通信网络中借助区块链功能,能够保证数据与协议之间的协调,同时在信息加密中也能够清楚具体信息的含义,通过加密与解密操作,加强对系统的管理,另外在底层协议的支持下,能够加强对数据的理解,而底层的编码与调制机制不需要做出改变,但需要用户参与其中。如果在满足条件的情况下,可选择链式与流式混合的区块链形式,再保障物理路由安全可信的情况下,加强对业务信息的检测。在混合式的管理模式中,既能够保障数据信息的安全性,而两套管理系统的同步运行,能够实现信息通信系统的专业化调度与维护。

结束语:

综上所述,在区块链分布式技术的基础上,能够构建完善的管理需求响应技术,并在区块链架构的基础上与智能合约相结合,使得电力能源的管理与应用更加充分。在区块链技术的支持下,电力电网的交易得到了创新,而安全加密技术的支持,更实现了对智能电源的分散化管理,使得管理效率得到强化,促进电网系统进一步发展。

参考文献:

[1]王国明,张天宝.区块链技术在增强物联网安全方面的实践及应用前景[J].长江信息通信,2021,35(3):44-47.

[2]乔鹏程,张岩松.公司应用区块链技术提升营运效率的实证研究[J].山东商业职业技术学院学报,2021,22(1):17-23.

[3]吴登伟,裴宜春.区块链技术及其在信息安全领域的研究[J].中国新通信,2021,24(1):40-41.

[4]王英杰,孙乔,林少波.电力需求侧响管理中区块链分布式技术的应用研究[J].中国新通信,2020,22(6):84-84.

[5]许健.区块链与分布式技术的关联性分析[J].银行家,2020(3):121-123.

[6]任昊文,杨雅琪.区块链分布式技术在电力需求侧响应管理中的应用[J].电信科学,2019,35(5):155-160.