基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式電力市場交易平臺研究

謝敬東,周雪梅,王詩瑤,孫欣,孫波

(1.上海電力大學(xué) 能源電力科創(chuàng)中心,上海 200082; 2.上海電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院,上海 200082)

0 引 言

隨著新一輪電力體制改革[1]的有序推進(jìn),電力市場建設(shè)的各方面均取得了積極進(jìn)展,具體表現(xiàn)為電力市場建設(shè)初具規(guī)模,電力交易中心相繼成立,市場化交易更加活躍。目前,全國各電力交易中心在電力市場推進(jìn)的過程中發(fā)揮了積極作用,2019年組織開展的各類交易電量合計(jì)為28 344億千瓦時。然而,目前電力交易中心還存在以下問題：1)隨著能源可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及低碳經(jīng)濟(jì)政策的進(jìn)一步推進(jìn),分布式能源、儲能以及柔性負(fù)荷大量并網(wǎng),電力市場交易主體數(shù)量激增[1],導(dǎo)致了交易平臺集中出清過程中需要處理的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)級增長。而目前的電力交易平臺難以進(jìn)行大規(guī)模數(shù)據(jù)處理;2)由于目前電力交易中心組織架構(gòu)的限制,交易信息難以跨區(qū)域共享,交易中心無法實(shí)現(xiàn)全國資源的統(tǒng)一優(yōu)化配置。盡管電網(wǎng)公司提出通過建設(shè)兩級電力市場實(shí)現(xiàn)分級優(yōu)化,但由于各省級電力市場內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜,導(dǎo)致在實(shí)現(xiàn)全國資源統(tǒng)一優(yōu)化配置的過程中難度較大。因此,迫切需要建立分布式電力市場交易平臺,適應(yīng)大規(guī)模可再生能源參與市場的需要。

區(qū)塊鏈在能源電力行業(yè)具有廣闊的應(yīng)用前景,且其目前尚處于起步階段[2]。目前,國內(nèi)外已有多篇文獻(xiàn)對區(qū)塊鏈技術(shù)及智能合約在能源領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)行了研究[3-8]。文獻(xiàn)[9-11]主要分析了區(qū)塊鏈技術(shù)在能源電力方面的可行性及適用性。文獻(xiàn)[12]研究了區(qū)塊鏈技術(shù)和分布式交易結(jié)合的優(yōu)勢,并總結(jié)分析了現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的能源交易理論和實(shí)際應(yīng)用;文獻(xiàn)[13]分析了區(qū)塊鏈技術(shù)和能源交易結(jié)合的優(yōu)勢,并提出了基于區(qū)塊鏈的電力市場交易模型。

然而截止目前,區(qū)塊鏈技術(shù)在電力交易平臺中的應(yīng)用還存在若干問題。文獻(xiàn)[14]提出了一種基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式能源交易體系構(gòu)架,但該構(gòu)架并未脫離傳統(tǒng)的集中撮合交易模式,且缺乏交易的自主性。文獻(xiàn)[15]研究了基于以太坊的雙掛雙摘分布式電力交易模式,雖然該模式擺脫了傳統(tǒng)的集中交易模式,滿足了用戶在交易中對信任、公平及隱私等方面的要求,但對于交易過程中的風(fēng)險并未納入考慮。

因此,提出了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式電力市場交易平臺。此平臺可以充分發(fā)揮區(qū)塊鏈技術(shù)去中心化、開放性、安全性等優(yōu)勢,從而滿足電力市場多主體進(jìn)行分布式電力交易的需求;平臺利用掛牌交易機(jī)制,保障了市場主體自主性交易的要求;考慮了在此交易模式下電力交易風(fēng)險的監(jiān)管方法以及促進(jìn)可再生能源消納的綠證交易方式,以推進(jìn)我國電力市場改革。

1 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的電力交易機(jī)制研究分析

對目前現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的電力市場交易機(jī)制進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)與所提出的交易機(jī)制存在以下六點(diǎn)區(qū)別,具體對比如表1所示。

表1 目前基于區(qū)塊鏈的電力市場交易機(jī)制和文中提出的交易機(jī)制對比

1)問題由來不同：目前現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈的電力市場交易機(jī)制主要利用區(qū)塊鏈技術(shù)的優(yōu)勢搭建分布式交易平臺,以解決目前集中式交易平臺難以處理大規(guī)模可再生能源交易的問題;提出的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的市場交易機(jī)制是一種新的統(tǒng)一電力市場交易機(jī)制,該交易機(jī)制解決了建設(shè)全國統(tǒng)一電力市場需求中由于計(jì)算量巨大而難以處理安全校核下的市場出清問題。

2)出清方式不同：目前現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈的電力市場交易機(jī)制基本采用集中出清的方式,各節(jié)點(diǎn)交易需要平臺集中撮合;提出的交易機(jī)制采用分布式自主出清的方式,平臺提供交易節(jié)點(diǎn)自主選擇的機(jī)會,無需交易平臺撮合,以降低平臺交易的壓力,保障交易的自主性。

3)優(yōu)化方式不同：目前現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈的電力市場交易機(jī)制采用的是分層優(yōu)化模型,在省級優(yōu)化的基礎(chǔ)上,在全國范圍內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)一資源優(yōu)化配置;提出的基于區(qū)塊鏈的電力交易機(jī)制可直接進(jìn)行全網(wǎng)統(tǒng)一優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)一優(yōu)化配置。

4)安全校核：目前現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈的電力交易機(jī)制需要考慮安全校核的問題,一般利用安全校核智能合約進(jìn)行潮流計(jì)算;所設(shè)計(jì)的交易機(jī)制考慮了偏差處理機(jī)制,該機(jī)制將電力交易與安全校核分離,平臺僅考慮電量交易的過程,而安全校核由調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)。平臺將交易信息同步至調(diào)度機(jī)構(gòu),由調(diào)度機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)安全校核并將交易執(zhí)行結(jié)果反饋至交易平臺。

5)監(jiān)管方法：目前現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈的電力交易機(jī)制與監(jiān)管機(jī)構(gòu)脫離,交易違規(guī)行為監(jiān)管由監(jiān)管機(jī)構(gòu)專門負(fù)責(zé);文中的電力交易機(jī)制提出了監(jiān)管違規(guī)行為的智能合約,每個交易主體均可通過調(diào)用該智能合約實(shí)現(xiàn)對市場交易違規(guī)行為的監(jiān)管,監(jiān)管結(jié)果自動上傳至監(jiān)管機(jī)構(gòu),由監(jiān)管機(jī)構(gòu)做進(jìn)一步的判斷,以保障平臺上電力交易安全性及穩(wěn)定性。

6)信用管理：目前現(xiàn)有的基于區(qū)塊鏈的電力交易機(jī)制與信用管理機(jī)構(gòu)脫離,信用管理由征信機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé);提出的電力交易機(jī)制設(shè)計(jì)了內(nèi)外兩級的信用管理機(jī)制：設(shè)置了信用評分機(jī)制,交易雙方在交易成功后互相評價進(jìn)而更新節(jié)點(diǎn)信譽(yù)值;將交易信息同步至外部征信機(jī)構(gòu),由征信機(jī)構(gòu)結(jié)合企業(yè)其他相關(guān)信息定期更新各個節(jié)點(diǎn)的綜合信譽(yù)值并將結(jié)果同步至交易平臺公布。平臺根據(jù)綜合信譽(yù)值進(jìn)行獎懲,以約束平臺上各交易主體的交易行為。

2 區(qū)塊鏈技術(shù)及智能合約

區(qū)塊鏈?zhǔn)欠植际綌?shù)據(jù)存儲、點(diǎn)對點(diǎn)傳輸、共識機(jī)制、加密算法等計(jì)算機(jī)技術(shù)的新型應(yīng)用模式[16-17],其本質(zhì)上是一種去中心化的數(shù)據(jù)庫,通過相鄰區(qū)塊間首尾哈希值單向連接實(shí)現(xiàn)鏈?zhǔn)酱鎯ΑＦ涓拍钅Ｐ腿鐖D1所示。

區(qū)塊鏈?zhǔn)且粋€分布式的公共賬本,它構(gòu)建在分布式網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)之上。網(wǎng)絡(luò)中的每一個節(jié)點(diǎn)都有一個該賬本的副本,且副本隨賬本的更新及變動而同步更新。近年來,由于區(qū)塊鏈技術(shù)的去中心化、開放性、自治性、信息不可篡改性及匿名性等優(yōu)點(diǎn),在各行業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。將區(qū)塊鏈技術(shù)引入電力市場交易平臺,可以充分發(fā)揮區(qū)塊鏈技術(shù)在分布式交易中的優(yōu)勢,滿足交易去中心化、交易安全性、分布式監(jiān)管等要求,實(shí)現(xiàn)保障交易安全、保護(hù)市場隱私、降低交易成本的目的。

智能合約是區(qū)塊鏈技術(shù)的重要技術(shù)特征之一,可以較好地解決交易過程中低效率的問題。利用程序算法替代人為決定及執(zhí)行合同是智能合約的最大優(yōu)勢,因此可以避免惡意行為對合同執(zhí)行的干擾,提高了區(qū)塊鏈交易效率。智能合約繼承了區(qū)塊鏈的3個特性：數(shù)據(jù)透明,不可篡改,永久運(yùn)行,因此可以被用戶信賴。在可靠性方面,區(qū)塊鏈中的部分節(jié)點(diǎn)失效不會影響智能合約的運(yùn)行,保證了智能合約的實(shí)時有效性[18]。智能合約可以保障區(qū)塊鏈中交易雙方的權(quán)利義務(wù)和合約執(zhí)行。交易將在滿足條件時自動執(zhí)行,不需要人為的推動以及第三方監(jiān)督[19]。區(qū)塊鏈智能合約的運(yùn)行模式如圖2所示。

圖2 智能合約運(yùn)行模式

3 基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式交易平臺的總體設(shè)計(jì)

提出基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式電力市場交易平臺,該平臺在現(xiàn)有電力市場建設(shè)思路的基礎(chǔ)上,引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù),打破傳統(tǒng)思維約束,建立了一套全新的電力市場交易模式。平臺涉及的交易主體構(gòu)架如圖3所示,主要包含：售電企業(yè)、發(fā)電企業(yè)、電力用戶、電網(wǎng)企業(yè)、金融及政府機(jī)構(gòu)等,缺一不可。

圖3 分布式電力市場交易平臺的主體構(gòu)架

設(shè)計(jì)的分布式電力交易平臺,其“分布式”主要體現(xiàn)在兩個方面：一、P2P交易模式即點(diǎn)對點(diǎn)直接交易。利用區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)交易雙方去中心化交易,可以解決傳統(tǒng)中心化機(jī)構(gòu)高成本、低效率及數(shù)據(jù)存儲不安全的問題;二、掛牌交易模式。采用掛牌交易模型,買賣雙方分別發(fā)布掛牌摘牌信息,買方自由選擇摘牌對象進(jìn)行摘牌,無需交易中心集中撮合,以實(shí)現(xiàn)自主性交易。分布式交易模式實(shí)現(xiàn)了買賣雙方的自主交易,解決了交易中的信任問題,保證了交易的公平性和透明性,提高了交易的靈活自主性。

構(gòu)建以區(qū)塊鏈技術(shù)為基礎(chǔ)的分布式電力市場交易平臺,其總體設(shè)計(jì)思路如下：首先,平臺安排各交易主體進(jìn)行注冊認(rèn)證,認(rèn)證成功的交易主體即可成為交易平臺上的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行掛牌交易。同時,不同信譽(yù)等級的用戶需要向平臺提交不同額度的履約保函。若用戶交易過程中發(fā)生違規(guī)行為,平臺將扣取一定的保證金作為懲罰措施。其次,買賣雙方進(jìn)行掛牌交易。在掛牌交易的過程中,為避免電力交易中存在的諸多問題,文章認(rèn)為可以分離電力的金融屬性和物理屬性,僅考慮電量交易過程。賣方發(fā)布掛牌電量及掛牌電價,買方依據(jù)摘牌電量自行選擇合適的交易對象進(jìn)行摘牌。平臺將以上交易信息同步至調(diào)度機(jī)構(gòu),由調(diào)度機(jī)構(gòu)保障整個電網(wǎng)安全。若交易成功執(zhí)行,則按照摘牌價格進(jìn)行結(jié)算;若交易不成功,平臺可以安排未交易成功的部分電量進(jìn)行合同電量轉(zhuǎn)讓并結(jié)合差價合約進(jìn)行結(jié)算。輸配電價的定價采用“郵票法”,平臺需事先公布每個區(qū)域“郵票法”的輸配電價,并結(jié)合買賣雙方的地理位置,在不影響網(wǎng)絡(luò)安全的情況下選擇輸配電費(fèi)最低的路線進(jìn)行電量輸送。交易執(zhí)行后,平臺要求買賣雙方相互進(jìn)行評價,以此更新交易雙方的信譽(yù)值。若節(jié)點(diǎn)信譽(yù)值過低,平臺可以強(qiáng)制清退該節(jié)點(diǎn);若節(jié)點(diǎn)信譽(yù)值較好,平臺可給予一定程度獎勵。與此同時,平臺設(shè)立了市場交易違規(guī)行為監(jiān)管機(jī)制,各交易主體可自行調(diào)用監(jiān)管機(jī)制監(jiān)管市場交易行為,將結(jié)果上傳至監(jiān)管機(jī)構(gòu),由監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)一步判斷,從而保障交易平臺健康平穩(wěn)運(yùn)行。最后,交易平臺設(shè)計(jì)了綠證交易輔助區(qū)塊鏈,以促進(jìn)可再生能源消納、實(shí)現(xiàn)2050年達(dá)到全國碳中和的目標(biāo)。總體設(shè)計(jì)框架如圖4所示。

各交易主體在進(jìn)行電力掛牌交易的過程中,采用了以下七種機(jī)制,具體如下：

1)實(shí)名認(rèn)證注冊機(jī)制。第一,各交易主體在平臺進(jìn)行注冊認(rèn)證。認(rèn)證通過的節(jié)點(diǎn)即可成為區(qū)塊鏈交易平臺上的節(jié)點(diǎn),進(jìn)行匿名交易。節(jié)點(diǎn)注冊的類型可分為售電節(jié)點(diǎn)和購電節(jié)點(diǎn)。若某節(jié)點(diǎn)既可售電也可購電,則按售電節(jié)點(diǎn)類別進(jìn)行注冊。第二,為保障提交信息的真實(shí)有效性,區(qū)塊鏈平臺需設(shè)計(jì)驗(yàn)證節(jié)點(diǎn),由驗(yàn)證節(jié)點(diǎn)對交易主體提交的申請信息進(jìn)行復(fù)核;

圖4 總體設(shè)計(jì)框架

2)節(jié)點(diǎn)退出機(jī)制。平臺若接收到某節(jié)點(diǎn)退出交易平臺的申請,需保證該節(jié)點(diǎn)暫無未完成的交易。平臺若發(fā)現(xiàn)某節(jié)點(diǎn)長時間未參與交易,則認(rèn)定此節(jié)點(diǎn)為不活躍用戶,并回收該賬戶。平臺若發(fā)現(xiàn)已參與交易的某節(jié)點(diǎn)不符合準(zhǔn)入要求、多次違反法律規(guī)定、信譽(yù)扣分累計(jì)達(dá)到一定值,即可強(qiáng)制清退該節(jié)點(diǎn)。交易節(jié)點(diǎn)退出平臺后,若重新提交申請進(jìn)入平臺,平臺需確保該節(jié)點(diǎn)滿足準(zhǔn)入要求,方可審核通過。若發(fā)現(xiàn)某節(jié)點(diǎn)因違反法律規(guī)定且出現(xiàn)重大問題造成影響惡劣的,平臺將永久限制其準(zhǔn)入;

3)合約保障機(jī)制設(shè)計(jì)。交易雙方進(jìn)行掛牌交易,若交易達(dá)成,交易信息經(jīng)過該交易平臺同步至調(diào)度機(jī)構(gòu),由調(diào)度機(jī)構(gòu)最終將交易執(zhí)行結(jié)果反饋至交易平臺。若買賣雙方在平臺達(dá)成的交易未能成功執(zhí)行,則平臺將通過合約保障機(jī)制進(jìn)行處理。合約保障機(jī)制有以下四種：(a)平臺根據(jù)調(diào)度機(jī)構(gòu)的執(zhí)行結(jié)果對未能成功執(zhí)行的交易電量安排合同電量轉(zhuǎn)讓,由其他節(jié)點(diǎn)代發(fā),以解決部分電量交易不成功的問題;(b)平臺對不能成功交易的部分電量可利用儲能技術(shù)滿足其用電需求;(c)平臺允許購電節(jié)點(diǎn)購買金融輸電權(quán)(FTR)[20],以保障電力交易成功執(zhí)行。若交易未能成功執(zhí)行,則購買FTR的節(jié)點(diǎn)可獲得一定的經(jīng)濟(jì)補(bǔ)償;(d)對于合同電量與實(shí)際交易執(zhí)行過程存在的偏差,建立偏差處理機(jī)制。在實(shí)際運(yùn)行之前,各售電節(jié)點(diǎn)通過平臺上報(bào)其可供調(diào)度機(jī)構(gòu)調(diào)整的電量信息。在實(shí)際運(yùn)行日,由調(diào)度機(jī)構(gòu)根據(jù)偏差情況,在確保網(wǎng)絡(luò)安全的情況下,對可供調(diào)度的部分機(jī)組傳達(dá)上調(diào)出力或下調(diào)出力的指令以維持系統(tǒng)電量平衡;

4)輸配電價定價設(shè)計(jì)。采用“郵票法”確定輸配電價。此方法在確定區(qū)域輸配電價時可完全忽略距離及位置帶來的影響,僅在考慮電網(wǎng)運(yùn)營總成本的基礎(chǔ)上按照實(shí)際輸送的電量確定價格。“郵票法”確定輸配電價的方法如下：第一,按照國家輸配電價管理相關(guān)規(guī)定,明確每個區(qū)域“郵票法”的輸配電價及其動態(tài)調(diào)整方案,并網(wǎng)上公布。第二,在不影響電網(wǎng)安全的情況下,市場交易節(jié)點(diǎn)之間若有多條線路可供選擇時,平臺可根據(jù)經(jīng)濟(jì)性原則確定最佳的線路進(jìn)行電量輸送;

5)信用管理機(jī)制設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)了一套完整的內(nèi)外兩級信用管理機(jī)制：平臺內(nèi)部信用管理機(jī)制與外部征信機(jī)構(gòu)信用管理機(jī)制。內(nèi)部信用管理機(jī)制：交易成功的雙方相互評價,平臺依據(jù)評價結(jié)果不斷更新節(jié)點(diǎn)信譽(yù)值,并及時向全網(wǎng)公開。此信譽(yù)值可作為各交易節(jié)點(diǎn)選擇交易對象的參考依據(jù)之一。外部征信機(jī)構(gòu)信用管理機(jī)制：平臺定期將各交易主體的交易信息及評價情況同步至外部征信機(jī)構(gòu)。征信機(jī)構(gòu)結(jié)合企業(yè)其他相關(guān)信息,定期更新各個交易節(jié)點(diǎn)的綜合信譽(yù)等級,再將更新情況反饋至交易平臺,以更新平臺上各個節(jié)點(diǎn)的綜合信譽(yù)等級。平臺與交易主體之間按照此綜合信譽(yù)等級確定履約保函的額度,綜合信譽(yù)等級越高,履約保函的額度越低。依據(jù)綜合信譽(yù)等級,平臺獎勵高信譽(yù)的主體：節(jié)點(diǎn)在區(qū)塊鏈平臺上挖礦以獲取記賬權(quán),信譽(yù)值越高,節(jié)點(diǎn)挖礦難度越低,獲得記賬權(quán)的概率越大,挖礦收益越高;平臺懲罰低信譽(yù)的主體：若節(jié)點(diǎn)信譽(yù)值過低,則平臺扣取一定的保證金,對低信譽(yù)主體進(jìn)行警告并全網(wǎng)公示;

6)市場交易違規(guī)行為監(jiān)管機(jī)制設(shè)計(jì)。文章設(shè)計(jì)了市場交易違規(guī)行為的判定方法,其設(shè)計(jì)思路如下：首先,確定與交易違規(guī)行為相關(guān)的指標(biāo),進(jìn)行指標(biāo)篩選,構(gòu)建交易違規(guī)行為識別指標(biāo)體系;其次,使用分類算法構(gòu)建交易主體違規(guī)行為識別方法;最后,根據(jù)識別算法與實(shí)際交易信息判斷市場主體是否存在交易違規(guī)行為。將該違規(guī)行為識別方法寫入智能合約,每個市場主體均可通過調(diào)用該智能合約來識別市場違規(guī)行為。若節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)了符合交易違規(guī)行為條件的交易主體,可將該監(jiān)督結(jié)果上傳至監(jiān)管機(jī)構(gòu),由監(jiān)管機(jī)構(gòu)進(jìn)一步處理;

7)建立綠證交易機(jī)制。為促進(jìn)可再生能源消納,提出綠證交易輔助區(qū)塊鏈的概念,強(qiáng)制配額交易。其交易流程如下：根據(jù)可再生能源配額制,各省獲得其對應(yīng)所需消納權(quán)重,最終分配到各個用戶。該輔助交易鏈可以追溯每個節(jié)點(diǎn)有關(guān)清潔能源的每筆交易情況,用戶可實(shí)時查看可再生能源交易量是否達(dá)到配額要求。若不滿足要求,則用戶需要在一定時間內(nèi)在輔助區(qū)塊鏈上向可再生能源發(fā)電商購買綠證[21-22],綠證不足部分需要繳納罰款。不同類型可再生能源1MWH對應(yīng)的綠證價值略有差別。輔助區(qū)塊鏈上綠證的交易采取單向掛牌交易方式進(jìn)行,由可再生能源發(fā)電商掛牌,購電用戶進(jìn)行摘牌。

4 分布式電力市場交易平臺關(guān)鍵智能合約

4.1 基于智能合約的分布式電力交易流程

智能合約作為交易系統(tǒng)的底層代碼,是實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵。所設(shè)計(jì)的基于智能合約的分布式電力交易流程如圖5所示,包括資質(zhì)檢驗(yàn)、發(fā)布掛牌摘牌信息、用戶摘牌、交易執(zhí)行、交易結(jié)算等。

4.2 分布式電力交易智能合約

基于區(qū)塊鏈的智能合約是實(shí)現(xiàn)區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵,通過智能合約中定義的狀態(tài)變量、結(jié)構(gòu)類型、函數(shù)、事件等內(nèi)容實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用的開發(fā)。針對分布式電力交易流程設(shè)計(jì)了不同功能函數(shù),具體函數(shù)如下：

圖5 基于智能合約的分布式電力交易流程

1)資質(zhì)檢驗(yàn)函數(shù)：參與區(qū)塊鏈交易平臺的主體通過該函數(shù)進(jìn)行注冊認(rèn)證,不同類型的交易主體注冊不同類型賬號。若注冊為售電節(jié)點(diǎn),交易主體通過該函數(shù)向平臺提供企業(yè)相關(guān)的真實(shí)有效信息,包括企業(yè)法人信息、開戶銀行、營業(yè)執(zhí)照及信譽(yù)報(bào)告等,其中身份信息需要上傳法人身份證進(jìn)行實(shí)名認(rèn)證并定期核驗(yàn)。若注冊為購電節(jié)點(diǎn),交易主體只需向平臺提交基本信息并進(jìn)行實(shí)名認(rèn)證即可。若交易主體提供的信息不完整、不正確、失效,則平臺將不通過申請。申請通過的交易主體即可成為區(qū)塊鏈中的一個節(jié)點(diǎn)進(jìn)行匿名交易;

2)發(fā)布需求函數(shù)：在發(fā)布需求階段,買賣雙方均可通過該函數(shù)在交易平臺上發(fā)布掛牌及摘牌請求,智能合約將按時間順序記錄所有請求。平臺提供兩種掛牌交易模式,任選其一：一、售電節(jié)點(diǎn)掛牌,購電節(jié)點(diǎn)摘牌。售電節(jié)點(diǎn)通過該函數(shù)向平臺提交下一周期的交易合同、掛牌電量和掛牌電價。購電節(jié)點(diǎn)通過該函數(shù)向平臺提交下一周期的摘牌電量。二、購電節(jié)點(diǎn)掛牌,售電節(jié)點(diǎn)摘牌。購電節(jié)點(diǎn)通過該函數(shù)向平臺提交下一周期的交易合同、掛牌電量和掛牌電價。售電節(jié)點(diǎn)通過該函數(shù)向平臺提交下一周期的摘牌電量;

3)優(yōu)化算法函數(shù)：摘牌節(jié)點(diǎn)在確定摘牌階段可選擇調(diào)用該函數(shù),以獲取其可采納的最佳交易策略。根據(jù)2)中的兩種掛牌交易模式,對應(yīng)有兩種優(yōu)化算法函數(shù)。

模式一：當(dāng)售電節(jié)點(diǎn)掛牌,購電節(jié)點(diǎn)摘牌時,購電節(jié)點(diǎn)調(diào)用其對應(yīng)的優(yōu)化函數(shù),即可獲得平臺綜合推薦的最佳交易策略,購電節(jié)點(diǎn)可依據(jù)此交易策略選擇最佳摘牌對象進(jìn)行交易。此函數(shù)綜合考慮售電節(jié)點(diǎn)的掛牌價格、輸配電價、信譽(yù)等級和碳排放量,為摘牌節(jié)點(diǎn)提供最佳交易策略。

模式二：當(dāng)購電節(jié)點(diǎn)掛牌,售電節(jié)點(diǎn)摘牌時,售電節(jié)點(diǎn)也可調(diào)用其對應(yīng)的優(yōu)化函數(shù),以獲取最佳交易策略。此函數(shù)綜合考慮購電節(jié)點(diǎn)的掛牌價格和信譽(yù)等級。

4)確定摘牌函數(shù)：在規(guī)定的摘牌時間內(nèi),摘牌節(jié)點(diǎn)根據(jù)優(yōu)化算法函數(shù)提供的交易策略或根據(jù)自身實(shí)際需求通過該函數(shù)自主選擇交易對象進(jìn)行摘牌;

5)交易結(jié)算函數(shù)：各參與者在電能傳輸時間內(nèi)調(diào)整發(fā)用電計(jì)劃,通過增加發(fā)電或降低負(fù)荷以完成交易。平臺可依據(jù)智能電能表反饋的數(shù)據(jù)利用該函數(shù)自動進(jìn)行結(jié)算。購電節(jié)點(diǎn)需在平臺預(yù)付結(jié)算費(fèi)用,若交易成功,預(yù)付的電費(fèi)將自動轉(zhuǎn)入到售電節(jié)點(diǎn)的賬戶中,同時可向原購電節(jié)點(diǎn)返還結(jié)算電量與摘牌電量的差價;若未交易成功,則購電節(jié)點(diǎn)其預(yù)付的資金將自動返回至原賬戶。交易完成,平臺可根據(jù)以下三種情況進(jìn)行考慮：

第一,若實(shí)際交易均按照原始掛牌交易結(jié)果調(diào)整發(fā)用電計(jì)劃,維持供需平衡,則按照摘牌價格及實(shí)際電量進(jìn)行結(jié)算。結(jié)算價格需要包含輸配電費(fèi)。假設(shè)一筆交易電量從A地到C地進(jìn)行輸配電,途徑B地,則輸配電費(fèi)如式(1)所示：

S=α*Q+β*Q+γ*Q

(1)

式中S為購電節(jié)點(diǎn)需支付的輸配電費(fèi);α、β、γ分別為A地、B地、C地的“郵票法”輸配電價;Q為實(shí)際輸送電量。

第二,若購電用戶實(shí)際消耗電量低于約定電量或售電節(jié)點(diǎn)實(shí)際提供電量高于約定電量,備用機(jī)組需要降低出力以彌補(bǔ)交易過程中存在的偏差。則交易節(jié)點(diǎn)先按約定電量及摘牌電價進(jìn)行結(jié)算,然后可獲得來自備用的補(bǔ)償。補(bǔ)償價格如式(2)所示：

P=a|ΔQ|

(2)

式中P為備用機(jī)組補(bǔ)償給交易節(jié)點(diǎn)的金額;a為備用下調(diào)出力的單位成本;ΔQ為約定電量與實(shí)際消耗電量的差值。

第三,若購電用戶實(shí)際消耗電量高于約定電量或售電節(jié)點(diǎn)實(shí)際提供電量低于約定電量,備用機(jī)組需要增加出力以彌補(bǔ)交易過程中存在的偏差,則交易節(jié)點(diǎn)首先按約定電量及摘牌電價進(jìn)行結(jié)算,同時需補(bǔ)償備用機(jī)組。補(bǔ)償價格如式(3)所示：

P′=a′|ΔQ|

(3)

式中P′為交易節(jié)點(diǎn)需補(bǔ)償給備用的費(fèi)用;a′為備用增加出力的單位成本。

6)交易評價函數(shù)：該函數(shù)設(shè)定信譽(yù)值的高低與好評率和交易活躍度相關(guān)。交易成功的雙方相互評價,平臺利用該函數(shù)自動更新交易節(jié)點(diǎn)的信譽(yù)值。信譽(yù)值的更新公式如式(4)所示：

(4)

7)交易監(jiān)管函數(shù)：各個交易節(jié)點(diǎn)可隨時調(diào)用該函數(shù)對市場主體交易違規(guī)行為進(jìn)行監(jiān)管,以防范電力市場交易的風(fēng)險,保障電力市場平穩(wěn)健康發(fā)展。該函數(shù)將違規(guī)行為判斷方法轉(zhuǎn)化為程序代碼寫入?yún)^(qū)塊鏈的智能合約中。每個節(jié)點(diǎn)都可以依據(jù)該智能合約的ID進(jìn)行調(diào)用,從而對交易違規(guī)行為進(jìn)行監(jiān)管。若某節(jié)點(diǎn)判斷出某一交易主體存在市場交易違規(guī)行為,則自動將該結(jié)果上傳至交易平臺的監(jiān)管節(jié)點(diǎn),由監(jiān)管節(jié)點(diǎn)結(jié)合該交易主體的其他相關(guān)信息進(jìn)行最終判斷。若監(jiān)管節(jié)點(diǎn)最終判定某交易主體存在違規(guī)行為,平臺則視情況對該節(jié)點(diǎn)扣除一定程度的保證金及信譽(yù)積分,并全網(wǎng)發(fā)布公告警示。

5 結(jié)束語

隨著新一輪電力體制改革的推進(jìn),多元化的市場主體參與競爭成為我國能源交易發(fā)展的新趨勢。設(shè)計(jì)的基于區(qū)塊鏈技術(shù)的分布式電力市場交易平臺實(shí)現(xiàn)了分布式交易,滿足了大規(guī)模電力交易需求,避免了電力交易過程中存在的諸多問題。基于文中整體的設(shè)計(jì)方案,未來將在優(yōu)化算法、電力交易違規(guī)行為監(jiān)管等方面繼續(xù)進(jìn)行深入研究。