2022區(qū)塊鏈技術(shù)下的綜合能源服務

區(qū)塊鏈技術(shù)下的綜合能源服務“源–網(wǎng)–售–(proofofstakePoS共識的權(quán)益分享證明(proofof進行了單個主–能源服務場景中的適用性以及區(qū)塊鏈技術(shù)在綜合能源服務中的應用提供了參考。摘要合能源服務商轉(zhuǎn)變的直接動力，因此亟需研究市場環(huán)境下

關(guān)鍵詞：綜合能源服務；區(qū)塊鏈；PoSS共識機制；信息交互模式引言隨著能源結(jié)構(gòu)加快轉(zhuǎn)型和電力體制改革進程的加速[1]，以及智能電網(wǎng)、智慧能源、能源互聯(lián)網(wǎng)司由電能供應商向綜合能源服務商轉(zhuǎn)變的發(fā)展思路[2]，并將綜合能源服務列入主營業(yè)務和新的利潤模式主要分為兩大類：1）產(chǎn)業(yè)鏈延伸模式，多能利用；2“售電+綜合服務”模式，綜合服務商業(yè)易[5-7]2類模式圍繞電能交易與能源增值1“售電+綜合服務”模式作為現(xiàn)階段綜合能源服務量和高效率的開展。于進一步推動電網(wǎng)公司的資源優(yōu)化配置和企業(yè)經(jīng)司轉(zhuǎn)變而來的綜合能源服務公司也面臨著巨大的爭激烈的局面，也由于“源–網(wǎng)–售–荷”全環(huán)節(jié)的各類用戶對綜合能源服務企業(yè)和相應業(yè)務的滿意度和信任度。的全新增值服務類型[8]，需要結(jié)合現(xiàn)有運營經(jīng)驗，布式及微電網(wǎng)技術(shù)的新型綜合能源服務模式的開展[9]。其中，區(qū)塊鏈在智能合約、分布決策、協(xié)同量和效率。文獻[10]構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈的電力現(xiàn)貨實時調(diào)度交易與監(jiān)管模型；文獻[11]提出了基于區(qū)獻[12-14]設計了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的能源互聯(lián)網(wǎng)架同模式；文獻[15]分析了異構(gòu)區(qū)塊鏈技術(shù)在多能系供了理論參考。

息融合和多能系統(tǒng)等方面開展了區(qū)塊鏈技術(shù)與電融合應用的研究。因此，本文緊扣綜合能源和綜合服務兩大任點的功能以及綜合能源服務過程中節(jié)點間信息流與能量流的交互模式和協(xié)商共識機制，并基于多鏈(特指其包括電力綜合能源服務公司和自有的售電公司)、售電公司(特指民營類型)用戶等不同類型節(jié)點間的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡架構(gòu)和鏈間交互通信鏈路，保障區(qū)塊鏈支撐的綜合能源服務體系協(xié)商機制運行的高效性、交易安全性和服務實時性。綜合能源服務場景分析兩大任務—綜合能源與綜合服務為進一步完善能源互聯(lián)網(wǎng)中綜合能源服務的商業(yè)模式，構(gòu)建多能互補下的“售電+綜合服務”應[20]是由傳統(tǒng)能源供應商依托傳統(tǒng)能源供應的基礎(chǔ)設升能源利用效率和可再生能源應用比例具有重要一種新型的為滿足終端客戶多元化能源生產(chǎn)與消費的能源服務商業(yè)模式，具體涵蓋能源規(guī)劃設計、的綜合能源體系，也是緊密遵循電力市場改革與能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的國綜合能源服務模式分析良好的綜合能源服務模式在推動電網(wǎng)公司轉(zhuǎn)1所示。綜合能源服務模式著重研究各相關(guān)主體及其3層，具體如下：?綜合能源層?綜合能源層冷熱電天然氣石油推綜合服務網(wǎng)絡層能源 電網(wǎng)售電公司出綜合服務微網(wǎng) 用戶 儲能綜合能源服務商綜合服務業(yè)務層目標電網(wǎng)售電公司(民營)構(gòu)建用戶主體設備維護節(jié)能設計數(shù)據(jù)交易分布式綜合能源服務公司

綜合服務網(wǎng)絡層：根據(jù)綜合服務的交易主綜合服務業(yè)務層：綜合能源服務業(yè)務包括)末端延伸，例如：將設備維護(與能效檢測)的業(yè)務能設備的能源利用率，并為其出示相應的檢測報圖1綜合能源服務模式Fig.1Integratedenergyservicemodel分布式光伏發(fā)電和就近能量交易為主。基于區(qū)塊鏈的綜合能源服務模型綜合能源服務區(qū)塊鏈網(wǎng)絡架構(gòu)將區(qū)塊鏈技術(shù)與可持續(xù)發(fā)展融合，是未來科的區(qū)塊鏈技術(shù)應用于能源電力系統(tǒng)有重要意義?！笆垭?綜合服務”作為綜合能源服務中的重要實不可靠、交易信息不安全以及交易不可追溯等問電+綜合服務”過程中全部的交易信息分布存儲，降低了由交易信息量大導致的交易信息難以查詢、6層模型綜合能源服務中，其中：1）應用層支撐各類綜合能源服務業(yè)務；2）合約層監(jiān)督、記錄各綜合能源服務主體間具體合約的履行(通常為能源交易與增

值數(shù)據(jù)交易合約)；3）激勵層制定各綜合能源服務主體參與交易的激勵指標；4）共識層支撐各主體間高效快速達成切實可行的交易共識；5）網(wǎng)絡層構(gòu)建點對點的分布式綜合能源服務網(wǎng)絡架構(gòu)；6）數(shù)據(jù)層實現(xiàn)綜合能源服務數(shù)據(jù)的采集、計算、存儲等底層運行支撐。因此，基于區(qū)塊鏈技術(shù)實施綜合能源服務，有利于保障交易的可靠性，促進能源互聯(lián)網(wǎng)的安全穩(wěn)定運行。能源交易的研究主要基于聯(lián)盟鏈或公有鏈[28-29]的電力系統(tǒng)綜合能源服務應用場景的充分實現(xiàn)。文獻[31]提出的基于哈希錨定的主從多鏈模型，以一條主鏈和多個從鏈的形式滿足了多樣化數(shù)字資產(chǎn)的分類及處理；是一種能夠構(gòu)建主–從類型多鏈的區(qū)塊鏈技術(shù)綜上所述，結(jié)合綜合能源服務應用場景中源、網(wǎng)、售、荷對去中心化程度的要求不同，設計了多鏈技術(shù)支撐下的綜合能源服務區(qū)塊鏈網(wǎng)絡架構(gòu)，如圖2所示。采用多鏈形式實現(xiàn)源–網(wǎng)–售–荷各主體內(nèi)部的可信及協(xié)同自治，確保源–網(wǎng)–售–荷主體間信息公開、可信互聯(lián)，進一步保障綜合能源服務應用的可追溯性和安全高效性，深入研究綜合能源服務場景與區(qū)塊鏈技術(shù)的匹配性(其中，Multichain類工業(yè)用戶微網(wǎng)用戶

電動汽車

天然氣?熱冷?源端

風光主節(jié)點電從節(jié)點水 火調(diào)度從節(jié)點綜合能源服務從節(jié)點石油用戶區(qū)塊鏈網(wǎng)絡

售電公司(民營)電網(wǎng)分布式

設備維護 能

業(yè)務類型能源服務業(yè) 檢

業(yè)務類型節(jié)能設務 業(yè)務計 數(shù)據(jù)代交易

設置權(quán)限為區(qū)塊發(fā)布、管理員、連接、發(fā)送、接收、資產(chǎn)發(fā)布、流管理設置權(quán)限為連接、發(fā)送、接收、資產(chǎn)發(fā)布圖2綜合能源服務區(qū)塊鏈網(wǎng)絡架構(gòu)Fig.2Networkarchitectureofintegratedenergyserviceonblockchain1401多鏈為私鏈，而多鏈由多重私鏈+聯(lián)盟鏈的形式構(gòu)成)。由區(qū)塊鏈技術(shù)支撐下的綜合能源服務網(wǎng)絡具有匿名性和公開性的雙重特點，即實現(xiàn)匿名的交易2所示的綜合能源服4類實現(xiàn)源節(jié)點協(xié)同；2）電網(wǎng)節(jié)點具有調(diào)度、綜合能源服務等多類功能，依據(jù)功能又可進一步進行劃分；3）售電公司節(jié)點主要考慮其綜合能源服務功各主節(jié)點與其從節(jié)點間采用多鏈架構(gòu)形成可信的“主–從”私有鏈模型，主節(jié)點間又采用聯(lián)盟鏈的形式實現(xiàn)信息公開互聯(lián)共享，其中綜合能源服定義規(guī)則，設置各主節(jié)點擁有所在主–從鏈的管理員權(quán)限，包括對主(從)鏈區(qū)塊數(shù)的設定發(fā)布、連接交易網(wǎng)絡中的其它主節(jié)點、上傳交易需求及發(fā)布資(資產(chǎn)指交易的數(shù)據(jù)、結(jié)果等)。abbba數(shù)據(jù)查看的權(quán)限，可以隨時查看并溯源。區(qū)塊鏈網(wǎng)絡支撐著綜合能源服務系統(tǒng)的安全兩大部分。1）綜合能源部分：由于綜合能源服務的調(diào)度節(jié)點承擔著綜合能源中電能傳輸?shù)恼{(diào)度分況，用戶主節(jié)點將電能需求整合傳達給電網(wǎng)主節(jié)

點，通過其調(diào)度從節(jié)點的計算，由電網(wǎng)主節(jié)點與源端主節(jié)點進行電能協(xié)商，并通過源端各從節(jié)點協(xié)商確定供能的比例；對于大型工業(yè)用戶與源端的直購電，由大型用戶所在的用戶綜合服務從節(jié)點發(fā)送直購電請求，經(jīng)由用戶綜合服務主節(jié)點與源端節(jié)點進行交易，而對于普通居民用戶則由其所在區(qū)域的用戶綜合服務從節(jié)點進行電能交易方式的制定，并提交電能交易方案請求至用戶綜合能源服務主節(jié)點進行外部交易協(xié)商；在電能交易中源端需要與電網(wǎng)節(jié)點共同協(xié)商直購電中供電的具體比例，通過電網(wǎng)調(diào)度從節(jié)點制定電能調(diào)度方案并進行傳輸；2）綜合服務部分：由電網(wǎng)及其它民營售電公司的綜合能源服務公司從節(jié)點為用戶提供各類服務，另外各交易主體將自身的用電等相關(guān)數(shù)據(jù)打包進各自私鏈，并通過主節(jié)點進行數(shù)據(jù)交易。綜合能源服務鏈上交易模型區(qū)塊鏈技術(shù)便于開發(fā)者在底層開發(fā)平臺的基礎(chǔ)上開發(fā)出產(chǎn)品和應用[34]2.1節(jié)分析綜合能術(shù)的綜合能源服務模型并不適合采用單鏈或完全私有鏈的方式進行，因此，在研究Multichain技術(shù)的基礎(chǔ)上，采用多鏈的形式，即多重私鏈+聯(lián)盟鏈3t1、t2、t3、t4為各主鏈中區(qū)塊形成的具體時間。4所示的主–從多鏈模型，包括源端協(xié)同主–從多鏈、電網(wǎng)主––從多鏈以及用戶綜合服務主–從多鏈，形成由其主鏈互聯(lián)即聯(lián)盟鏈的形式，構(gòu)成整個綜合能源服務區(qū)塊鏈信息交互網(wǎng)絡，同主要交易流程如下：電網(wǎng)(及民營售電公司)廣播服務信息至區(qū)塊鏈()()i從(3絡；源端、售電公司和電網(wǎng)接收到所屬業(yè)務類別的 售電公司直購電交易請求交易請求回復發(fā)送總需求電量電量交易達成回復電網(wǎng)主鏈調(diào)度業(yè)務請求調(diào)度業(yè)務回復發(fā)送服務請求服務請求回復發(fā) 服送 務服 請務 求請 回求 復用戶綜合服務主鏈Blockt4+2Blockt4+1Blockt4Blockt4-1Blockt4-2源端協(xié)同主鏈Blockt1+2Blockt1+1Blockt1Blockt1-1 售電公司主鏈(民營)Blockt3+2Blockt3+1Blockt3Blockt3-1Blockt3-2Blockt2+2Blockt2+1Blockt2Blockt2-1Blockt2-2戶 交直 易購 請電 求交 回易 復請求圖3綜合能源服務鏈上交易模型Fig.3Integratedenergyservicetransactionmodelinthechain……從鏈Block Block ……從鏈Block Block Block Block Blockti-2 ti-1 ti ti+1 ti+2主鏈圖4主–從鏈結(jié)構(gòu)模型Fig.4Master-slavechainstructuremodel若接收該服務請求，整合服務交易信息，分發(fā)至執(zhí)行從鏈，由對應的從鏈計算分析，將交易結(jié)果通過其主鏈廣播至區(qū)塊鏈網(wǎng)絡，并由主鏈與服務主體進電網(wǎng)及售電公司作為綜合服務執(zhí)行的主體，其業(yè)務可分為供電業(yè)務與其他服務業(yè)務。供電業(yè)務作為主要服務業(yè)務，當用戶從鏈發(fā)出供電業(yè)務請求，由用戶綜合服務主鏈整合同一時段電量需求信息廣播至電網(wǎng)主鏈或售電公司主鏈，等待請求回復，交易達成需要電網(wǎng)主鏈(或售電公司主鏈)以及調(diào)度從鏈與源端協(xié)同主鏈達成電量、電價以及調(diào)度的一致性；若為節(jié)能設計、設備維護等其它服務業(yè)務，則由電網(wǎng)主鏈(或售電公司主鏈)以及其綜合能源服務從鏈達成服務交易的一致性，最終每筆交易的執(zhí)行，需要打包在各交易鏈中存儲并廣播。綜合能源服務業(yè)務模式與共識機制綜合能源服務業(yè)務模式分析基于區(qū)塊鏈技術(shù)的綜合能源服務模型實現(xiàn)了

5所示的業(yè)務主體間能量與信息的交互關(guān)系。信息流能量流源監(jiān)管政府⑤①②③④⑤⑤信息流能量流源監(jiān)管政府⑤①②③④⑤⑤①②③④⑤⑥⑤⑤)居民用戶微網(wǎng)④節(jié)能設計；⑤數(shù)據(jù)交易；⑥分布式能源服務。圖5綜合服務業(yè)務交互模型Fig.5Businessinteractionmodelaboutintegratedservice5用戶提供業(yè)務⑥等。同時，按照主體功能的差異將源–網(wǎng)–售–荷主體間的信息與能量交互分以下幾個方面：1“源––2“源–售”主體間的交互：分擔部分電網(wǎng)售電業(yè)

便可以完成相應服務。節(jié)點之間的交互按照交互主6B2BC2C電網(wǎng)公司售電公司(民營)司，而電網(wǎng)公司向各用戶提供其他擴展業(yè)務；5––交互過程類似；6“荷–荷”主體間的交互：為鼓勵微網(wǎng)的發(fā)展，補充斷電時段用戶對電能的需求，綜合能源服務共識機制在綜合能源服務系統(tǒng)中，首先在綜合能源方基于區(qū)塊鏈技術(shù)的底層架構(gòu)中需要制定合適的主體間共識寫入共識層中。目前，區(qū)塊鏈技術(shù)主要應PoW(proofofwork)[35-36]PoS(proofofstake)[37-38]DPoS(delegatedproofofstake)[39]等共識機制，其原理與綜合能源服務中各個節(jié)點權(quán)限不同的特PoS共識提出了適用于綜合能源服務系統(tǒng)的改進共識機制PoSS(proofofsharing-stake)。在綜合能源和綜合服務中，二者對于共識機制的需求不同，綜合服務雖然交互模式多，但基本上是點對點的協(xié)商與交易；而綜合能源交互模式相對固定，主要是多主體協(xié)商與交易。因此，PoSS共識根據(jù)綜合服務與綜合能源的不同特點分為PoSS(a)點對點共識機制與PoSS(b)多主體共識機制。

微網(wǎng)用戶分布式能源服務分布式能源服務數(shù)據(jù)交易節(jié)能設計能效檢測設備維護供電業(yè)務服務類別3“源3“源–荷”主體間的交互：工業(yè)用戶(通常為35kV及以上的大工業(yè)用戶可以選擇從源端直購電；4“網(wǎng)–商業(yè)用戶工業(yè)用戶居民用戶Fig.6PointtopointconsensusnetworkB2BB2BB2B區(qū)塊后加入到該節(jié)點對應的私鏈并加密上傳至其B2B間對過去一段時間產(chǎn)生的可供交易的有價值數(shù)據(jù)度從節(jié)點可向源端太陽能電廠等從節(jié)點購買其一年內(nèi)的售電及發(fā)電量等有價值數(shù)據(jù)進行下一階段信息從而確認。B2C間的共識機制：B2C共識主要指網(wǎng)–荷、售–荷以及源–荷(直購電的大工業(yè)用戶)主體間B2CabB2B點之間的交互實現(xiàn)數(shù)據(jù)交易。C2C間的共識機制：C2C共識機制主要指微網(wǎng)用戶為周邊的居民用戶提供電能以及雙方有價值數(shù)據(jù)的交易的點對點許可共識。在進行電能交易的同時希望獲得周邊居民用戶的用電數(shù)據(jù)和節(jié)PoSS(b共識機制旨在解決源端處供能分配的問題。PoSS(b)共識的達成需綜合考慮n個節(jié)點(n>2)在一個時段T內(nèi)的電能交易量W、提供的綜合能源服務項數(shù)N、在具體某項DV，任何節(jié)點的V50%這些考慮因素下的數(shù)學描述，用以計算各個節(jié)點ViVi′SW)1D)Ni]

對該方案進行投票從而確定購電的方案。模型可行性分析及驗證2合能源服務模型的可行性成為實踐研究方案的重Multichain技術(shù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建了主–從多取電網(wǎng)主–從多鏈進行節(jié)點可行性分析及驗證。配置網(wǎng)絡環(huán)境如下：Multichanxampp平PHP3644G運行內(nèi)windows7電腦來實現(xiàn)電網(wǎng)主–具體操作如下：xampp3臺電腦的3條鏈分別命名為Chain01、Chain02P1218..1Vini i i

(1)

的端口，設置TestChain為全節(jié)點鏈，權(quán)限包括區(qū)SnW)1D)Nk]k k kk1

塊發(fā)布、管理員、連接、發(fā)送、接收、資產(chǎn)發(fā)布、第i個節(jié)點的權(quán)重值修正后為VV[0.5)(0.5Vi)]

流管理。同時配置另外兩臺電腦為電網(wǎng)從節(jié)點，以調(diào)度從節(jié)點(鏈名為Chain01，IP為192.168.1.2)和i i

n1

綜合能源服務公司從節(jié)點(鏈名為Chain02，IP為其中：

0.5)0.5)

(2)

192.168.1.3)為例。兩條從鏈分別通過指令multichaindTestChain@192.169.1.1:6865發(fā)出與主0,(x)0,

xx0

(3)

互聯(lián)的申請，主鏈端接收指令完成互T與電網(wǎng)公司調(diào)度節(jié)點進行協(xié)商后將方案廣播至全網(wǎng)絡，源端所有節(jié)點以及電網(wǎng)公司調(diào)度節(jié)點根據(jù)PoSS(b)TWiNiSiDi進行統(tǒng)計，依據(jù)式(1)和(2)計算參與投票的節(jié)點權(quán)重值Vi50%時，50%PoSS(b)Vi，

其中主鏈擁有節(jié)點的全部權(quán)限，并具有配置從鏈權(quán)限的功能。主要操作如圖7—9所示。圖7TestChain的建立Fig.7EstablishmentofTestChain多鏈節(jié)點的建立(以電網(wǎng)主節(jié)點為例)。從節(jié)點向主節(jié)點發(fā)出連接申請(以Chain01為例)。主節(jié)點接受申請并設置從節(jié)點權(quán)限。2.1交易信息的主體具有與其他主鏈之間進行信息互端下載、上傳信息的功能。圖8發(fā)出連接請求Fig.8Issuingofaconne