基于区块链技术的配电网多主体交易的机制设计和技术实现

论文总字数：33302字

摘 要

电力系统是当前人类发明的最复杂的系统之一，而人们设计电力系统就是为了保障人类可以稳定地用电。电力系统包括发电环节，输电环节，还有变电环节，以及配电、用电环节等几个环节。前四个环节的发电，输电，变电以及配电都是为保障了最后一环节负荷用户的用电。而配电环节是起着前后连接的作用。传统的配电网电能交易是由电能用户与电力公司进行交易，所有负荷的用电都需要经过电力公司。随着分布式电源，光伏发电，电动汽车及储能技术等的发展，配电网多主体交易模式呼之欲出。未来的配电市场的交易将是复杂多样的。同时二代区块链技术是当前的热门，它包含的智能合约功能使得其可以被应用于许多的方面，通过将二代区块链技术与配电网多主体交易相结合，编写合适的智能合约，以区块链作为将来的配电网交易平台，将会实现去中心化的，公开透明，高效安全的交易机制。本文将使用Vickrey-Clarke-Groves(VCG)竞价方法实现在区块链的配电网多主体交易机制，保证交易的经济性与公平性，且加入潮流约束条件保证每次电能交易不对电网造成安全影响，最终实现绿色经济的电能交易。

关键词：电力系统，配电网，区块链，智能合约，多主体交易。

Abstract

Electric power system is one of the most complex systems invented by human beings at present, and people design electric power system in order to ensure that people can use electricity. Power system includes power generation, transmission, substation, distribution and power consumption. The four links of transmission and distribution are all for electricity consumption, and the distribution links play the role of connecting front and back. Traditionally, distribution network transactions are conducted between power users and power companies. Electricity for all loads needs to go through the power company. With the development of distributed generation, photovoltaic power generation, electric vehicle and energy storage technology, the multi-agent trading mode of distribution network is coming out, and the future distribution market transactions will be complex and diverse. At the same time, the second generation block chain technology is currently a hot topic. Its intelligent contract function enables it to be applied in many aspects. By combining the second generation block chain technology with multi-agent transaction in distribution network, the appropriate intelligent contract can be compiled. Taking block chain as the future distribution network trading platform, the decentralized, open, transparent, efficient and safe trading mechanism will be realized. This paper will use Vickrey-Clarke-Groves (VCG) bidding method to achieve multi-agent trading mechanism in the distribution network in the block chain, to ensure the economy and fairness of the transaction, and add the power flow constraints to ensure that each power transaction does not have a security impact on the grid, and ultimately achieve a green economy of electricity trading.

KEY WORDS: power system, distribution network, block chain, intelligent contract, multi-agent transaction.

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1背景介绍 1

1.2国内外研究现状 2

1.2.1国际研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.3本文研究目的及主要内容 3

第二章 配电网交易机制 4

2.1配电网交易的主体 4

2.2配电网交易方法设计 4

2.2.1 VCG方法介绍 4

2.2.2 VCG方法的实现 6

2.3 基于区块链的智能合约的建立 8

2.3.1区块链，智能合约介绍 8

2.3.2合约功能分析 10

2.3.3合约各功能实现 11

第三章 安全校核 14

3.1潮流约束 14

3.2区块链安全性分析 15

3.3智能合约的安全性分析 16

第四章 实例分析 17

第五章 总结 24

5.1 实际验证中遇到的问题 24

5.2有待改进之处 25

第六章 展望 27

参考文献 28

附录 30

致 谢 34

第一章 绪论

1.1背景介绍

传统的电力网中电能的产生方式较为单一，而且传统的发电厂因为生产需要，必须建立在距离电力负荷较远的地方，因此传统配电网中的交易是由统一管理电网的电力公司与负荷用户进行交易。但是，随着科技的进步以及人们观念的进步，各种新的发电形式产生，分布式发电的方法被逐渐推广，且光伏发电可以进入每一个用户，再加上电动汽车及储能技术等大发展，配电网交易的主体变得丰富。而且传统的电力交易模式，电力公司需要负责所有用户的交易及其信息存储，导致交易的信息不够公开，查询信息过程复杂耗时，处理过程复杂，效率不够高，信息安全存在风险等问题。在种种因素的作用下，配电网的多主体交易过程有着改进的必要。而上述传统交易方式存在的问题，可以通过区块链技术进行完美解决。

配电网进行电能交易时，重点是在于如何实现完成安全、高效、透明、信息对称的交易模式和交易方法。智能电网架构委员会(gridwise architecture council， GWAC)提出了交易驱动能量系统(transactive energy system，TES)的概念，即以价值作为关键运行参数，以经济和价格信号实现对整个电力系统，尤其是配电系统的控制。随着经济的飞速发展和人们对生活质量要求的提高，对绿色生活的需求，传统的配电网交易模式已经无法满足未来人们对配电网交易的要求。随着分布式发电的策略逐渐在电网之中展开，光伏发电深入负荷用户，储能设备技术发展，在未来的电网之中，能够提供电能的将不再局限于传统的发电厂，且在公开透明的交易观念下，传统的电力交易模式需要进行改变升级。在未来的配电网交易中，只要能够提供电能的，都可以当作卖方，可以向负荷出售电能，本文采用VCG竞价机制，以保证负荷可以买到经济电能同时保证卖方的利益。

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