基于智能合約的邀約式需求響應機制

李 磊，顏 擁，羅揚帆，章天晗，張 智，呂 挺，林振智

（1.國網浙江省電力有限公司，杭州 310007；2.國網浙江省電力有限公司電力科學研究院，杭州 310014；3.浙江大學 電氣工程學院，杭州 310027）

0 引言

隨著能源轉型的推進和產業結構的變革，當前電源側發電類型眾多，新能源發展迅速，電源供給不確定性顯著提升；用戶側電網高峰負荷逐年攀升，電力需求季節性、時段性供給緊缺問題日益突出［1］。上述問題導致電力供需不平衡現象頻發，電網能量平衡問題尤為嚴重，直接影響了相關設備的安全，甚至導致電力供應的中斷。為實現電網供需平衡，大規模投建儲能設備及備用機組不失為一種有效的方法［2］。然而，傳統通過剛性投資實現電網供需平衡的方式會不可避免地造成電網投資增加、設備利用率低、運維成本高等一系列問題。此外，源荷交互機制匱乏、用戶負荷資源利用程度低等問題仍普遍存在，難以適應國網浙江電力所提“多元融合高彈性電網”建設的相關需求［3］，難以滿足能源互聯網發展的要求。

隨著電網智能化水平的逐步提升，智能電表等智能終端設備以及用戶側電能信息通信設備的普及，DR（用戶需求響應）逐漸成為電力市場環境下解決電力供需平衡問題的有效手段［4］。電網公司可通過約定或市場交易等方式與電力大用戶或負荷聚合商達成響應共識，降低電網調節成本，在一定程度上使需求側提供與電源側對等的調節資源，深度挖掘用戶側潛力［5］。

當前DR方案可視為用戶與電網公司的能量交易，電網公司通常采用中心化的需求側管理舉措。在該中心化的管理模式下，電網公司既是DR業務的參與者，又是DR業務的管理者，這樣的雙重身份難以保障DR合同管理、計量和數據結算的公平透明，在一定程度上降低了用戶參與DR 的積極性。此外，中心化的管理模式也存在數據存儲不安全、管理成本高、結算復雜、用戶隱私泄露等風險。

為應對傳統DR業務中存在的痛點與難點，保證DR業務的安全、高效運行，提升用戶的基本權益，充分調動用戶的積極性，構建基于區塊鏈技術的DR機制不失為有效的方法。區塊鏈技術采用去中心化和去信任的方式集體維護一個可靠的分布式數據庫，從而解決傳統中心化模式中的高成本、低效率、信任危機、存儲不安全等問題［6］。近年來，區塊鏈技術在能源行業的應用已有眾多研究，“區塊鏈+”已經成為能源行業發展的重要方向［7-8］，當前在分布式能源交易［6，9］、碳排放權認證［10］、大用戶直購電［11］、電動汽車充放電［12-13］、智能電網數據管理［14］等領域已有廣泛研究。在DR應用方面，文獻［15］以自動DR業務為例分析了現有區塊鏈技術水平及區塊鏈技術的應用價值；文獻［16］構建了基于區塊鏈技術的綜合DR資源交易框架；文獻［17］提出通過區塊鏈智能合約技術支撐多級DR 管理，保障DR 投標業務的安全性交易；文獻［18］構建了基于聯盟鏈的DR 交易框架，將電動汽車作為DR資源參與能源調度和交易。

上述文獻包含了眾多區塊鏈與能源行業的融合應用，但是如何結合實際DR 相關規范及細則，搭建適用于當前實施規范的“區塊鏈+”DR架構仍有待進一步研究與細化。“區塊鏈+”DR的基本分層架構如圖1所示。

圖1 “區塊鏈+”DR業務架構

本文圍繞浙江省現行的約定DR 業務展開研究，從當前邀約式DR 業務機制與實施流程入手，分析了傳統業務開展方式存在的痛點與難點。在圖1 所示架構下，引入了區塊鏈技術與智能合約，搭建了基于區塊鏈智能合約的邀約式DR 技術框架，設計了運行機制與相關的智能合約功能函數，以有效應對傳統方式存在的難題。并且分析該邀約式DR機制存在的不足，探討了區塊鏈技術支撐下DR的發展方向，以期為DR業務的發展提供有益借鑒。

1 邀約式DR業務機制及業務痛點

1.1 邀約式DR機制概述

為進一步深化電力需求側管理，緩解電網運行壓力，優化資源配置，完善負荷側交互機制，我國針對DR 業務制定并實施了一系列政策及標準。當前我國DR交易主要采用電網公司邀約的方式進行。以浙江省邀約式電力需求響應實施方案為例，邀約式DR業務流程包括用戶申請、協議簽訂、響應啟動、響應邀約、邀約確認、響應執行、響應結算和有效性評估、響應結果公示、補貼核發等主要環節。

該邀約式DR機制下，用戶申請和協議簽訂環節以年度為周期。符合申請條件的電力用戶和負荷聚合商可在每年第一季度向電網公司發送參與DR 業務的申請，申請審核通過后，與電網公司、能監辦協議并簽訂包含用戶類型、用戶編號、所屬區域、協議響應能力（一般為用戶最高用電負荷的10%～40%）、運行額定容量、補貼結算金額、違約懲罰金額的年度DR三方協議，并向電網公司繳納固定金額的年度響應保證金。

每次DR啟動時，電網公司根據實際需求發布DR總指標，并通過短信或網上國網平臺的方式向協議用戶發出響應邀約。用戶收到邀約信息后，反饋是否參與本次DR。隨后，電網公司根據用戶反饋信息統計本次計劃參與負荷總量，并與本次DR 總指標對比，依據相關準則為用戶分配響應量。參與響應的用戶在響應日按照約定的響應時段和DR指標，完成負荷調控。

響應結束后，響應結算和有效性評估以月為單位開展，次月10 日之前，電網公司凍結上個月響應日負荷管理系統中的負荷數據，作為有效性評估的主要依據。若用戶響應無效則列入此次響應黑名單，且此次響應無法得到任何補貼。

響應結果公示以季度為周期開展。每季度首月3日前，能監辦通過官方網站對響應效果評估和補貼金額進行公示，公示期為一周。用戶如對響應數據、有效性判定結果或結算結果有疑議，可在公示期內向能監辦提出，電網公司負責對數據進行復核。確有錯誤的，修訂后報送能監辦重新審核。

公示結束后，能監辦和電網公司分別對最終數據進行歸檔備案。公示期結束后的10 個工作日內，電網公司根據實際響應電量完成用戶補貼金額的結算發放。在次年1月的年度結算時根據用戶無效響應次數退還用戶提交的年度響應保證金。

1.2 中心化電力需求響應的業務痛點

高彈性電網的發展為傳統DR業務提出了一系列要求，傳統中心化運行方式及實現機制下也存在諸多痛點與難點。

1）響應采集數據可信度及安全問題。任何通過中心化數據庫的數據均有失真的可能。一方面，傳統DR的采集數據由電網公司的采集設備采集后上傳到數據庫，然后提供給交易平臺，而電網公司又是DR 市場的相關利益方，參與者可能對DR結果存在爭議，電網公司難以自證清白。另一方面，傳統中心化模式下電量計量不夠透明，數據可信度難以保障。此外，電網公司數據中心故障或異常也會直接導致用戶數據的丟失或損壞。

2）DR補貼結算時滯問題。補貼結算需要根據DR結果開展。響應數據讀取和有效性計算所需步驟繁多，且當涉及資金結算問題時，需要銀行、用戶、交易中心、電網公司等多方對賬，補貼結算流程復雜，存在工作量大、效率低、成本高等問題，進而影響了用戶參與DR業務的積極性。

3）DR業務管理成本問題。傳統營銷部門處理和管理用戶DR耗費的人力、物力成本較高，包括市場主體注冊、交易信息發布、市場管理以及價格出清等帶來的成本。

4）DR業務監管及信任問題。傳統方式下以能監辦作為監管部門對DR 業務的開展進行監管，DR 交易市場的行為受到干預，中心化程度較高，導致中心機構和電力響應用戶間存在信任問題。此外，用戶受營銷部門監管，響應量由中心機構直接分配，公開透明程度較低，存在人為干預的風險，難以保證公平性和透明性。

2 基于智能合約的邀約式DR機制

2.1 區塊鏈技術及智能合約

區塊鏈作為互聯網信息時代的新興技術，在本質上可以看作是一個去中心化的分布式賬本，該賬本能夠通過哈希指針和共識機制保證所有的交易信息以鏈式結構一致地存儲在每一個參與節點的數據庫中，實現交易信息的去信任、可溯源、不可篡改。此外，區塊鏈技術通過密碼學原理，應用非對稱加密技術和哈希函數對交易數據和賬戶信息進行加密，保護用戶及交易信息的隱私與安全，同時保證交易結果不可抵賴［19］。通過區塊鏈技術的應用，可以在一定程度上解決前文所述采集數據可信度、隱私保護、匿名性以及用戶參與度等問題［20］。

區塊鏈具有公有鏈、聯盟鏈和私有鏈3 種類型。從邀約式DR業務出發，考慮到其參與方并不局限于電網公司內部，因此封閉性較強的私有鏈不適合。此外，結合浙江省對DR 參與用戶的限制，且伴隨著電網結構和能源形式的演化，區塊鏈協議的變化、智能合約的修訂、區塊鏈的回滾和分叉都存在較高的概率，公有鏈對此沒有很好的解決辦法。除此之外，公有鏈中的挖礦機制在中國尚未得到廣泛認可，電網公司也尚不具備大規模部署公有鏈的條件，能夠滿足公有鏈需求的用戶終端設備普及率也較低。因此，聯盟鏈是最適合當前DR業務的區塊鏈類型，其具備的區塊鏈固有特性能有效解決DR業務中的痛點和難點，其準入門檻及弱中心化的機制也能滿足相關應用場景的需求。

智能合約的概念始于1995 年，由法律學者尼克·薩博（Nick Szabo）提出，其定義為“一套以數字形式定義的承諾，包括合約參與方可以在上面執行這些承諾的協議”。從本質上看，智能合約是以信息化方式傳播、驗證和執行合同的計算機協議或腳本，其允許可信交易在完全沒有第三方參與的情況下開展。智能合約在二十世紀產生時與區塊鏈并無聯系，目的是實現傳統協議的規范化與數字化。但是，由于二者的互補性，智能合約在區塊鏈2.0時代由以太坊引入。以太坊基于區塊鏈技術首次實現了圖靈完備的智能合約，搭建了適用于智能合約編寫的以太坊虛擬機，為開發者提供了編寫任何形式智能合約的開發平臺。

區塊鏈技術為智能合約提供了平臺支撐及信任基礎，而智能合約為區塊鏈拓展了應用場景［20］。智能合約的引入為用戶提供了更加強大的功能支持。結合對當前DR業務痛點和難點的分析，智能合約的引入具有如下優勢：傳統DR 流程準確性、合理性的保證需要依賴的因素眾多，且過程中存在人為干預的可能，而智能合約以代碼作為唯一執行標準，執行過程中的準確性、客觀性可以得到保證；智能合約在DR 業務中自動觸發、執行，在不考慮區塊鏈部署成本的情況下，可有效降低人力成本的損耗；合約內容部署在區塊鏈上，公開透明，不依賴于第三方執行，內容不可篡改，可以有效遏制用戶惡意行為；智能合約時效性強，能在任何時刻響應用戶的請求。

區塊鏈和智能合約的特點及優勢為構建邀約式DR業務機制提供了良好的支撐。因此，本文設計了基于智能合約的邀約式DR機制，搭建了機制運行框架，并根據業務流程提出了智能合約的功能函數，下面將分別詳細地進行介紹。

2.2 基于區塊鏈智能合約的邀約式DR 機制實現

2.2.1 基于智能合約的邀約式DR機制框架

為實現基于區塊鏈智能合約的邀約式DR 機制，保證用戶側和電網側的高效、友好互動，從DR聯盟區塊鏈的構成角度出發，對基于區塊鏈智能合約的邀約式DR機制框架進行具體設計，如圖2 所示。該框架主要分為DR 機制參與主體、DR智能合約以及區塊鏈主體3部分。

圖2 邀約式DR運行機制框架

1）參與主體及聯盟區塊鏈節點

邀約式DR 業務參與主體一般由負荷聚合商、大用戶、綜合能源公司、能監辦、電網公司構成，其中負荷聚合商包括電動汽車負荷聚合商、工業用戶負荷聚合商、商業樓宇負荷聚合商、居民用戶負荷聚合商等眾多類型的聚合商。輸電線路將聚合商所轄區劃內未到達準入門檻（運行容量大于等于315 kVA，響應能力原則上不低于200 kW，且具備完善的負荷管理終端及用戶側開關設備）的負載、電能存儲裝置、居民用戶等小型負荷用戶連接起來，通過本地電力網絡進行交互，小型負荷用戶以聚合商作為權益綜合代表與外部電網交互。

該DR業務中，上述各個參與主體均代表了一個組織，每個組織都是該聯盟區塊鏈的參與和維護者，均設立并擁有一個共識節點參與共識服務。共識節點掌控著豐富的計算和存儲資源，根據該聯盟鏈所采取的共識機制對信息進行共識，并將共識后的區塊信息存儲于自己所記錄的區塊鏈上。值得一提的是，該聯盟鏈中設立了一個DR終端節點，該節點具備負荷側用戶智能電表信息采集、維護、校核、存儲等功能。負荷側用戶電表信息通過DR終端設備采集，存儲于DR終端節點的服務器中。用戶電表編號及對應電量信息按固定周期由DR終端節點發布至P2P（點對點）網絡中，經主節點打包，各節點共識后上鏈存證。

電網公司節點作為邀約式DR 業務的發起方、邀約信息的發布方和負荷確認信息的接收方，在該機制中起到重要銜接作用，是交易的核心成員。此外，其也和其他聯盟鏈節點共同維護區塊鏈。

能監辦節點作為DR業務中的第三方節點，對整個業務流程起到監督作用。其針對電網公司節點日前經簽名后發布的DR啟動建議進行審核，與電網公司節點之間進行P2P 信息傳輸，審核通過后對DR啟動建議進行反饋，用私鑰進行簽名，并向電網公司節點發出經加密的DR啟動決定。除此之外，能監辦節點同樣也和其他聯盟節點共同維護區塊鏈數據信息。

聯盟鏈中若有用戶加入或退出，需要聯盟節點達成共識，用戶的權限受到聯盟鏈約束。而聯盟鏈中的普通用戶節點僅可查詢區塊信息，無法參與共識和造塊過程。值得一提的是，雖然聯盟鏈由聯盟節點共同維護和管理，但在實際業務中通常需要一個相對固定的主體來審核聯盟鏈成員的身份、管理聯盟鏈主體的權限以及對聯盟鏈進行技術管理。為此，本文綜合實際業務開展中各主體的特點，選取電網公司節點作為聯盟節點的代表，負責履行上述義務，并受到其他聯盟節點的監督。此外，實際業務開展中也可以通過代表選舉的方式選出一個代表負責執行上述功能。由于區塊鏈的全程可溯特性，任何行為都會在區塊鏈上被記錄，因此，若該代表存在惡意行為，則聯盟節點可進行重新選舉。

2）DR智能合約

智能合約部分包含了邀約式DR機制所涉及的所有智能合約函數。該智能合約在區塊鏈部署初期由聯盟鏈成員共同編寫完成，邀約式DR機制經過智能合約化后形成若干合約函數，然后通過虛擬機認可的編程語言編譯、部署上鏈，存儲于某個區塊當中［21］。聯盟鏈節點在DR業務流程中通過正確的智能合約地址、名稱、函數名以及參數輸入等信息調用合約函數，實現DR機制中的某項功能，獲取反饋信息，并將調用過程及結果存儲于區塊鏈中。然而，隨著邀約式DR業務的實施和拓展，部分規則會隨著外部政策或交易規則的變化而不斷進行迭代更新，導致所涉及的智能合約的內容也需要做出相應的修改與調整。考慮到智能合約一旦部署上鏈便不可更改的特性，本文為智能合約增加版本號等信息。伴隨著業務的開展，若需要修改智能合約的內容以實現升級，則需由聯盟鏈成員達成共識，共同編寫新版本的智能合約并部署上鏈，以代替原版本智能合約，實現相關的業務邏輯的迭代更新，而原版本的智能合約經聯盟鏈成員達成共識后調用合約銷毀程序進行銷毀處理。值得一提的是，已有研究提出“熱替換合約”的概念以簡化智能合約的迭代更新流程，但仍處于起步階段。

本文所涉及的DR智能合約中包含了8個主要的合約函數，分別實現運行機制中的不同功能，將在后文具體介紹。

3）區塊鏈主體部分

該部分是邀約式DR 機制架構中的核心部分，實現了以智能合約為表現形式的邏輯功能以及相關信息數據的存證、溯源等功能。該DR機制的實現，依賴于區塊鏈技術平臺的基礎建設，機制中的任何信息都將不可篡改、永久地存儲于區塊鏈中。

2.2.2 基于智能合約的邀約式DR機制流程

用戶在與電網公司、能監辦簽訂年度DR三方協議后才可參與邀約式DR業務。其中，當次邀約式DR業務的流程可分為5個階段，如圖3所示。

圖3 邀約式DR機制流程

1）邀約響應階段

電網公司經同意后，在12：00前向邀約范圍內的所有簽約用戶發出經簽名的響應邀約，包含響應時段、協議響應能力、基線平均負荷等信息。并向智能合約賬戶預存補貼結算代幣。

用戶接收到經加密的邀約信息后，用電網公司節點公鑰驗證信息的準確性，并需在響應邀約信息發出后2 h內簽名并反饋是否參與本次DR。

2）邀約確認階段

電網公司根據用戶反饋信息及本次DR 總指標，調用智能合約計算響應分配結果，共識后經主節點打包進區塊并上鏈存證。用戶可通過全節點查詢相關響應分配信息。

3）響應執行階段

到達約定響應執行時間，用戶自行根據協議響應任務調整用電負荷。響應執行期結束后，電網公司調用智能合約讀取DR終端節點上鏈的履約執行期負荷數據及歷史數據信息。

4）響應信息校核階段

全部響應用戶數據信息讀取完畢后，電網公司節點或用戶調用智能合約對所讀取的鏈上數據進行校核。校核無誤后，電網公司調用智能合約進行有效響應判定，主節點執行函數，并將判定結果打包進區塊。

一個行之有效的方法是“時間比較”。比較過去的我和現在的我，比較另一半曾經的不足和現在的完善。每一次比較，都應該讓我們更清晰雙方做過的努力，以及彌補過的缺憾。

5）獎懲結算階段

有效響應判定后，電網公司調用智能合約，根據判定結果及協議情況對用戶進行獎懲結算。有效響應用戶獲得電價補貼，補貼以代幣形式發放至用戶賬戶；無效響應用戶則被記錄于響應黑名單。需要特別指出的是，累計列入黑名單次數大于10次的用戶不得參與次年的DR。

2.2.3 邀約式需求響應智能合約

邀約式DR智能合約應符合現行規范或細則中的各項規定，同時應滿足電網公司和負荷側用戶的需求。

前文所述運行機制流程分為5個階段，各階段共包含6 個實現不同功能的智能合約函數，分別為：響應補貼預存函數、響應量分配函數、響應數據讀取函數、響應校核函數、響應有效性判定函數、響應獎懲結算函數。此外，用戶參與當次邀約式DR 業務的前提是與電網公司簽訂年度DR協議并繳納年度保證金，這一過程還涉及了2個智能合約函數，分別為年度協議簽訂函數和保證金繳納函數。下文分別對這8個智能合約函數所實現的功能及對應的輸入輸出進行介紹。

1）響應補貼預存函數

電網公司節點在得到能監辦節點同意后，發布邀約信息，并調用該函數，將DR總指標、協議補貼電價提交至智能合約，并向智能合約所在地址預存數值大于等于DR總量的補貼代幣。主節點在確認電網公司支付結果無誤后，打包信息進區塊。

2）響應量分配函數

負荷側用戶接收到邀約信息后對邀約進行響應，反饋是否參與本次DR。電網公司節點收到反饋信息后調用該函數，將用戶身份信息、年度協議響應數據、本次響應情況、本次DR總指標提交至智能合約。該函數計算本次計劃參與負荷總量并與DR總指標對比，生成響應用戶的響應量分配結果：

式中：Qi代表用戶i當次參與DR的響應指標；Qir為用戶i在年度協議中簽訂的響應量；Qsum代表本次DR 總指標；為當次計劃參與DR的負荷總量，ki代表用戶i此次響應的應答情況，為0/1 變量。若計劃參與負荷總量大于或等于DR總指標，則用戶的DR指標按其協議響應能力進行比例分配；若計劃參與負荷總量小于DR 總指標，則用戶的DR指標為其協議響應能力，剩余供需缺口考慮通過有序用電等方式實現平衡。

主節點執行函數并將響應量分配結果打包進區塊。

3）響應數據讀取函數

DR 執行期結束后，電網公司節點調用該函數，智能合約依據用戶的編號等身份特征信息，讀取由DR終端節點存證上鏈的響應用戶在響應執行期的電表電量數據信息及響應用戶的歷史參考日電量數據，經用戶和電網公司節點雙重簽名后上鏈存證。其中，DR 終端表計集成了區塊鏈網關，通過通信裝置將數據信息發送到區塊鏈服務器上進行存儲。

4）響應校核函數

完成全部數據信息讀取后，進入響應信息校核階段。用戶或電網公司節點調用校核函數，核驗響應用戶數據信息與用戶身份信息的對應關系及響應數據的完整性。

5）響應有效性判定函數

電網公司節點調用該函數，智能合約依據用戶編號讀取鏈上對應的履約執行期響應用戶的負荷數據、用戶歷史參考日負荷數據、用戶分配響應負荷量等信息，計算各響應用戶歷史參考日基線、響應時段平均負荷等信息，依據下述準則判斷應邀參與響應用戶DR的有效性。在實施削峰響應時，用戶實際響應電量可表示為：

式中：Qi，P為用戶i參與削峰響應時m個時段的總響應電量；Pi，j，0和Pi，j分別為用戶i在時段j的基線負荷和實際負荷；Ti，j表示時段j的累計時長。當響應時段內用戶的實際最大負荷小于基線最大負荷且響應電量超過自身響應指標50%時，認定用戶作出有效響應，響應電量按照130%響應指標封頂計算。在實施填谷響應時，用戶實際響應電量可表示為：

式中：Qi，V為用戶i參與填谷響應時m個時段的總響應電量，且要求用戶最小負荷大于基線最小負荷，總響應電量按130%響應指標封頂計算。

6）響應獎懲結算函數

電網公司節點在校核后調用該函數對響應用戶進行獎懲結算。獎懲結算函數依據響應有效性進行分類處理，無效響應用戶在響應黑名單列表中記錄一次，年終時整體進行結算，黑名單中計次數目越多，扣除的年度保證金越多。有效響應用戶根據響應量及年度協議補貼電價計算補貼金額：

式中：Mi為本次有效響應用戶i所得補貼總額；p為補貼單價，其中，削峰響應補貼單價為2.0元/kWh，填谷響應補貼單價為1.2元/kWh；Tj為第j個響應時段累計時長；m為DR的時段數量。隨后，由智能合約直接從電網公司預存于區塊鏈上的補貼總額中撥往響應用戶賬戶，結算結束后，結余的預存代幣退回電網公司節點賬戶。

7）年度協議簽訂函數

在該邀約式DR業務中，用戶申請和協議簽訂環節以年度為周期。符合申請條件的需求側用戶可在每年第一季度內調用年度協議簽訂函數，向電網公司和能監辦發起參與DR業務的申請。

用戶向該函數輸入用戶類型、用戶編號、所屬區域、協議響應能力（一般為用戶最高用電負荷的10%～40%）、運行額定容量、補貼結算金額、違約懲罰金額等信息。隨后，該函數審核用戶資質條件，并收集用戶、電網公司和能監辦的簽名。收集齊三方簽名后，該年度DR三方協議生效，上鏈存證。

8）保證金繳納函數

用戶在簽訂協議后調用該函數，向智能合約所在地址預存數值等于協議約定保證金金額的代幣。主節點在確認用戶支付結果無誤后，打包信息進區塊，并為用戶打上標簽。只有簽訂年度協議并正確繳納保證金的用戶才能參與邀約式DR業務。

3 基于區塊鏈的電力DR業務總結與展望

3.1 取得的成效

本文圍繞浙江省現行的約定DR 業務展開研究，設計了基于弱中心化的聯盟區塊鏈和智能合約技術的邀約式DR機制，構造了6個智能合約函數，協助響應機制的安全、高效運作。由于區塊鏈技術具有去中心、去信任、不可篡改、可回溯、智能化等特點，能夠解決傳統中心化DR業務的痛點，具體表現為以下幾個方面：

1）實現DR交易數據可信管理和存證。區塊鏈分布式賬本和共識機制為DR合同管理和響應計量數據存證提供了去中心化的解決方案。通過區塊鏈與物聯網的融合，在DR 終端增加區塊鏈網關，將用戶響應數據通過區塊鏈廣播的方式提供給電網公司和需求側用戶等相關方；用戶或監管機構可作為區塊鏈節點參與信息管理，與電網公司共同維護DR業務數據安全，從根本上解決DR數據采集和傳輸過程中的信任問題，提高電網公司與需求側用戶間的互動水平以及用戶DR參與感。

2）提升DR有效性判定與補貼清結算效率。通過事先部署于區塊鏈上且獲得DR利益相關方共同認可的智能合約，自動完成DR有效性判定和補貼清結算。可簡化DR業務流程，實現補貼資金自動劃轉，縮短電力用戶獲取DR補貼的時間，提高用戶參與DR業務的積極性。

3）降低DR業務管理成本。智能合約在DR 業務中自動觸發、執行。在不考慮區塊鏈部署成本的情況下，可有效降低人力成本的損耗，且賬本信息由所有鏈上節點共同維護，有效降低組織方等中心化機構因獨立維護數據中心所帶來的高昂成本。

4）完善DR 市場監管體系，提高業務可信水平。區塊鏈具有的數據不可篡改、可追溯特點能夠為DR市場監管提供必要的數據保障；監管部門可作為區塊鏈節點參與共識記賬獲取所需數據，不必向電網公司索要內部系統數據權限，減少對電力市場的不必要干預，提高電力用戶對DR及電力市場交易的認可度。此外，區塊鏈借助哈希加密、非對稱加密、同態加密等加密算法，能夠實現一定程度的匿名性，可對重要數據進行加密，以保障用戶的信息安全，避免人為因素導致隱私數據泄露。用戶通過自身身份信息可在鏈上查詢與自身相關的響應指標分配結果、響應數據校核結果、補貼結算結果等業務數據信息，提高其對整個體系的信任度。

3.2 存在問題

綜上所述，區塊鏈技術及智能合約的引入，可以有效解決傳統業務流程及運作機制中存在的痛點與難點，能夠更好地適應高彈性電網的發展建設，有效提升電網和用戶的友好互動水平，在提升用戶效益的同時也能降低電網削峰填谷成本。盡管如此，邀約式DR機制及區塊鏈智能合約技術的落地應用仍存在一些值得注意的問題。

1）年度合同時間跨度過長。在當前浙江省DR業務規范下，邀約式DR需要用戶和電網公司間簽訂年度合同，時間跨度較長。年度協議存在很多的不確定性因素，會打擊用戶參與響應的積極性。且年度合同存在一定的約束，用戶無法在每次響應時報量報價，缺乏靈活性。

2）小用戶無法直接參與。該機制下，未達到準入門檻值的小用戶無法直接參與DR業務，通過負荷聚合商接入會在一定程度上限制小用戶的自主能力。此外，負荷聚合商與用戶間的互動模式也缺乏規范，很有可能間接損害了小用戶的權益。

3）負荷側用戶間缺乏互動。當前機制主要為電網公司的一對多模式，用戶間缺乏對話，區塊鏈技術的去中心化/弱中心化優勢無法得到充分發揮。

4）DR 實時程度低。邀約式DR 機制下，受當前相關條例約束，DR 執行時間和邀約信息發布、確認時間存在跨日問題，實時程度較低。電力波動瞬息萬變，較長的時延有可能導致響應意義的喪失。

5）區塊鏈的出塊速度有待提升。以比特幣和以太坊為代表的區塊鏈技術出塊速度較低，無法滿足大規模交易場景的實際落地應用，難以適應電力系統中對實時性要求較高的場景，如實時DR交易。當前已有研究開發了具有較高吞吐量的區塊鏈技術，但實際落地應用仍在嘗試中。

6）智能合約存在漏洞風險。智能合約技術的應用能夠極大提升業務的可拓展性，提高業務的智能化水平。然而，智能合約一旦上鏈部署便不可更改，若存在漏洞或邏輯錯誤會影響交易的安全進行，且通常需花費較大的時間和經濟成本對其進行彌補。

3.3 發展方向

結合上述存在的問題及未來DR業務的發展趨勢與需求，提出以下對基于區塊鏈和智能合約的DR機制的展望：在區塊鏈及智能合約技術實際落地應用方面，將開發具有更高吞吐量的區塊鏈技術以滿足更大規模交易的要求；合約部署上鏈前將進行充分測試以避免漏洞的出現；進一步研發更高效的智能合約迭代修補方案。在DR業務轉型升級方面，未來將充分發揮區塊鏈的去中心化/弱中心化性質，在DR業務中融入用戶自主多邊交易業務，用戶能夠在接受響應后通過買賣電量的方式充分協調自身響應效果和用電體驗間的平衡。DR業務合同周期將顯著縮短，響應結算周期逐步向每周或每日轉變，以充分調動用戶積極性，提升用戶參與度。DR業務時效性將大幅度提升，邀約信息發布與確認時間將提前到響應前半天乃至前半小時，以保障響應的有效性與意義，提升DR業務給電網帶來的效益。

此外，依據區塊鏈技術的不可篡改、公開、透明等優勢，競價式DR業務也將成為未來DR發展的主流方向。用戶在競價式DR機制下能夠自主報量報價，以充分發揮市場的作用，提升電網的彈性。考慮到電網無法完全去中心化的特性以及公有鏈吞吐量低、處理速度慢等問題的影響，當前DR業務的設計與實施基本建立在聯盟鏈的基礎之上。未來伴隨著區塊鏈技術的改進以及去中心化模式認可度的提高，公有鏈也存在逐步普及的可能，小用戶也將在公有鏈下直接參與DR業務。

4 結語

為適應浙江省“多元融合的高彈性電網”建設需求，充分發揮用戶側可調節資源，協助解決電力供需平衡問題，本文簡要介紹了現行的邀約式DR 業務機制，并剖析了業務中存在的痛點與難點。接著，引入區塊鏈技術及智能合約解決當前業務中存在的問題，構建了基于智能合約的邀約式DR機制運行框架，并設計了實現業務流程功能的智能合約函數。區塊鏈技術及智能合約保證了邀約式DR機制運行的安全、透明，加強了多方信任，提高了結算效率，調動了用戶側的積極性。最后，針對現行規范下該機制仍存在的不足及區塊鏈技術在未來DR 領域中的發展空間進行了展望，以期為浙江省DR業務機制設計提供參考。