热词 | 再生能源 生产商 区块 区块链 再生 合约 交易 智能合约 日前 能源 | ||
专利类型 | 发明公开 | 法律事件 | 公开; 实质审查; |
专利有效性 | 实质审查 | 当前状态 | 实质审查 |
申请号 | CN202411234133.5 | 申请日 | 2024-09-04 |
公开(公告)号 | CN119168805A | 公开(公告)日 | 2024-12-20 |
申请人 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院); | 申请人类型 | 学校 |
发明人 | 黄祁生; 王玉凯; 时龙; 王喆; 计军平; 何道敬; | 第一发明人 | 黄祁生 |
权利人 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | 权利人类型 | 学校 |
当前权利人 | 哈尔滨工业大学(深圳)(哈尔滨工业大学深圳科技创新研究院) | 当前权利人类型 | 学校 |
省份 | 当前专利权人所在省份:广东省 | 城市 | 当前专利权人所在城市:广东省深圳市 |
具体地址 | 当前专利权人所在详细地址:广东省深圳市南山区桃源街道深圳大学城哈尔滨工业大学校区 | 邮编 | 当前专利权人邮编:518055 |
主IPC国际分类 | G06Q50/06 | 所有IPC国际分类 | G06Q50/06 ; G06Q40/04 ; G06N5/04 ; G06Q20/10 ; G06Q20/38 ; G06F21/64 ; H04L9/00 |
专利引用数量 | 0 | 专利被引用数量 | 0 |
专利权利要求数量 | 8 | 专利文献类型 | A |
专利代理机构 | 北京知艺互联知识产权代理有限公司 | 专利代理人 | 陈艳; |
摘要 | 本 发明 提供了基于 区 块 链 的 可再生 能源 合作博弈日前报量方法,一种在区块链网络中,允许多个 可再生能源 生产商组建联盟并共同决策的合作博弈模型,确保利润分配的公平性和透明性;一种基于市场动态和生产商贡献的联盟博弈 算法 ,通过形成联盟规避部分 风 险,优化资源配置效率的机制。一种通过 智能合约 实现自动化的可再生能源报价与利润分配机制,用户可以根据智能合约 接口 查看分配信息,确保 数据处理 的准确性。一旦利润分配确定,通过智能合约自动执行能源交易和转账并在区块链上记录交易数据的机制。本发明提供了一个去中心化、透明的合作平台,从而提升可再生能源生产商的整体效益和市场运行效率。 | ||
权利要求 | 1.基于区块链的可再生能源合作博弈日前报量方法,其特征在于,包括以下步骤: |
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说明书全文 | 基于区块链的可再生能源合作博弈日前报量方法技术领域背景技术[0002] 随着可再生能源的广泛应用,电力市场中的可再生能源生产商面临着由于能源波动性和不可预测性所带来的战略挑战。在两阶段结算电力市场中,市场参与者通常在日前市场中预测第二天的电力需求或供应,并提交匿名竞标。在实时市场中,市场参与者需要应对电力需求和供应的即时变化,特别是可再生能源发电的随机波动。为了减少因实时市场中偏差而产生的罚款,可再生能源生产商必须谨慎地预测其生产量并确定其日前市场的竞价策略。 [0003] 然而,现有技术通常关注单一生产者在电力市场中的决策和风险管理:在一些系统中,生产者的决策往往是独立的,未考虑如何有效协作以共同优化整体效益;传统模型在多方合作时面临信任问题和数据安全隐患,依赖于中心化管理可能导致数据的不透明和不可信;大多数现有模型未能有效处理可再生能源发电中的不确定性和市场风险,尤其是在实时市场和日前市场的变化中,这可能导致策略不够稳健;传统模型在市场机制设计方面有限,未能有效优化市场运行规则和激励机制,导致市场效率和参与者的积极性不足。此外,许多传统模型未能有效利用资源共享来提高整体效益,忽视了多方资源共享带来的潜在好处。这些问题在现有技术中通常未得到有效解决。 [0004] 缺乏多方协调与合作分析:现有模型通常关注单一生产者的预测和决策,未缺乏对多个生产者之间合作和协调的深入分析,这限制了他们在复杂电力市场中分享信息和资源的能力。 [0005] 信任与数据安全问题:传统模型在多方合作时依赖中心化管理,面临信任问题和数据安全隐患,数据可能不透明且不可信。 [0006] 区块链应用的局限性:现有的区块链应用主要集中在交易记录和合同管理上,未能充分发挥其在收益优化中的潜力。 [0007] 市场机制优化不足:传统模型在市场机制设计方面有限,未能有效优化市场运行规则和激励机制,从而降低了市场效率和生产者的积极性。 [0008] 综上所述,现有技术在可再生能源日前报量市场中的应用存在诸多挑战,包括缺乏对多方合作与协调的支持、信任问题和数据安全隐患、应对不确定性和风险的能力不足、市场机制优化的局限性以及动态调整与策略优化的困难。因此,迫切需要设计新的技术方法来解决这些问题。基于区块链技术和联盟博弈模型的解决方案能够有效应对这些挑战,提供一个去中心化、透明的合作平台,从而提升可再生能源生产商的整体效益和市场运行效率。 发明内容[0009] 本发明的目的在于提供基于区块链的可再生能源合作博弈日前报量方法,提供一个去中心化、透明的合作平台,从而提升可再生能源生产商的整体效益和市场运行效率。 [0010] 为实现上述目的,本发明提供了基于区块链的可再生能源合作博弈日前报量方法,包括以下步骤: [0011] 可再生能源生产商在日前阶段将交易提交到区块链账本中; [0012] 交易提交后,区块链网络中的各个节点将对交易内容进行验证,验证通过的交易将进入待确认区块池,被验证为有效的交易会被出块节点打包成新区块添加到区块链上;新区块中的所有交易记录一旦被打包,交易即视为确认; [0013] 新区块被添加到区块链上时,区块中的所有交易被执行,触发智能合约函数自动形成联盟,为一组可再生能源生产商做出集中决策;同时根据可再生能源生产商的贡献和系统状态,使用事先设定的分配规则计算并分配联盟内的利润; [0014] 智能合约执行完毕后,联盟形成情况及利润分配结果将被记录在区块链上,所有可再生能源生产商和系统参与者可以公开验证和查询结果。 [0015] 优选的,每笔交易包含以下信息:交易ID、生产者ID、发电量概率分布、日前报量、出块收益、出块能源消耗量、智能合约函数地址和签名。 [0016] 优选的,将一组索引为 的可再生能源生产商作为区块链网络的区块节点, 为可再生能源生产商的集合。 [0017] 优选的,新区块被添加到区块链上时,区块中的所有交易被执行,触发智能合约函数自动形成联盟,为一组可再生能源生产商做出集中决策,包括 [0018] 可再生能源生产商集合 的利润函数为: [0019] [0020] 其中, 表示可再生能源生产商实际发电量与日前报量差额的调整价格,在双价格结算模式下,只有导致系统不平衡的生产商才会受到平衡价格πb,因此: [0021] [0022] 式中,ωi表示生产商i的发电量,yi表示生产商i的日前报量,ui表示可再生能源生产商i参与区块链出块的收益,Ei表示出块的能耗, 表示系统的供求状态,τ为 为正的概率, 分别表示联盟 中总的实际发电量,出块收益和能耗、πd表示日前市场均衡价格,πb表示实时市场平衡价格、 表示联盟 的日前报量,是决策变量; [0023] 在实践中,基于电力市场的运作方式有:当sL≥0,系统供大于求时,平衡价格向下调度, 当sL<0,供不应求时,平衡价格向上调度 其中, [0024] 通过求解最优化问题,得到了独立基准下日前联盟报量的最优解: [0025] [0026] 为 的累积分布函数。 [0027] 优选的,使用事先设定的分配规则计算并分配联盟内的利润,包括[0028] 当 时,利润分配如下: [0029] [0030] 当 时,利润分配如下: [0031] [0032] 式中, 分别表示大联盟 中总的实际发电量,出块收益和能耗, 表示大联盟 中的总的日前报量。 [0033] 基于区块链的可再生能源合作博弈日前报量系统,包括 [0034] 输入模块用于可再生能源生产商在日前阶段将交易提交到区块链账本中; [0035] 验证模块用于验证交易的合法性和数据的正确性; [0036] 交易确认模块用于将验证为有效的交易会被区块节点打包成新区块,并添加到区块链上; [0037] 决策模块用于区块中的所有交易被执行,触发智能合约函数自动形成联盟,为一组可再生能源生产商做出集中决策; [0038] 利润分配模块用于根据生产者的贡献和系统状态,使用事先设定的分配规则计算并分配联盟内的利润; [0039] 存储模块用于将联盟形成情况及利润分配结果存储在区块链上; [0040] 查询模块用于所有可再生能源生产商和系统参与者可以公开验证和查询结果。 [0042] 一种存储介质,所述存储介质中存储有计算机可执行指令,所述计算机可执行指令被处理器加载并执行时,实现基于区块链的可再生能源合作博弈日前报量方法的步骤。 [0043] 因此,本发明采用上述的基于区块链的可再生能源合作博弈日前报量方法,将可再生能源生产者作为区块链节点,通过形成合作联盟共享可再生能源容量和实时平衡风险,并通过智能合约自动执行收益分配。区块链技术确保了交易的透明性和不可篡改性,而联盟博弈算法引入了闭式形式的收益分配机制,降低了计算复杂度,保障了联盟的稳定性。本发明不仅优化了生产者的整体收益,还增强了系统的稳定性,降低了不确定性带来的风险,实现了收益最大化与信任度提升的双重效果。 附图说明 [0044] 图1为本发明基于区块链的可再生能源合作博弈日前报量方法的示意图; [0045] 图2为本发明基于区块链的可再生能源合作博弈日前报量系统的示意图。 具体实施方式[0046] 以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。 [0047] 除非另外定义,本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。 [0048] 实施例一 [0049] 本发明提出了一种基于区块链的可再生能源生产者日前报量合作博弈框架,旨在优化生产者的收益分配和风险管理。通过引入区块链技术和博弈论方法,本发明构建了一个去中心化的合作平台,允许生产者以区块链节点的身份参与,通过形成合作联盟共享可再生能源的生产和风险。这种方式实现了去中心化、透明和高效的合作模式,从而最大化生产者的整体收益并有效管理风险。为了实现这一目标,本发明采用了如下的系统框架,如图1所示。 [0050] 一、系统架构描述:本发明的系统架构由参与区块链共识的可再生能源生产商、区块链网络、智能合约三大核心组件构成。系统中的每个生产者节点作为区块链网络中的出块节点,参与到合作博弈框架中。生产者提交可再生能源生产与日前报量信息、接收收益分配结果,并与智能合约进行交互。智能合约负责处理用户提交的信息,形成联盟,并计算最优收益分配方案,并通过区块链网络执行和记录自动分配结果。 [0051] 二、可再生能源生产商: [0052] 可再生能源生产商的具体描述如下: [0053] 功能与职责:可再生能源生产商利用自然资源生成电力,并将其出售给电力市场、公共电网或直接供应给消费者。可再生能源生产商在市场提交可再生能源生产数据至区块链网络,同时作为区块链网络中的节点,参与到区块链的共识机制中。 [0054] 市场参与:可再生能源生产商根据自身的生产计划和市场需求,计算出最优日前报量以及区块链出块收益等交易信息进行日前投标。这些交易信息是区块链智能合约确定联盟最优日前报量的基础。 [0055] 与智能合约的交互:智能合约根据可再生能源生产商提交的报价和生产数据,自动计算和分配收益,并记录所有交易结果。在面临市场不确定性时,可再生能源生产商可以与其他可再生能源生产商组成联盟,共同制定报价策略,优化集体收益。智能合约支持这种合作模式,提高了市场效率。 [0056] 利益分配与反馈:一旦市场交易完成,智能合约将自动计算并分配收益给参与的生产商。可再生能源生产商可以通过区块链系统实时查看交易状态和收益分配结果。智能合约提供的实时反馈机制帮助可再生能源生产商优化生产计划和市场策略。 [0057] 隐私保护与安全:可再生能源生产商的数据在提交到区块链网络之前,使用加密技术进行处理,确保数据的隐私和安全。区块链的去中心化结构降低了对中央机构的依赖,增强了系统的抗攻击能力和数据的不可篡改性。 [0058] 三、区块链网络: [0059] 区块链网络的具体描述如下: [0060] 核心职责:区块链网络作为系统的基础设施,负责运行并维护所有的智能合约和交易数据。它通过分布式节点和共识机制,确保所有数据的透明性和不可篡改性。 [0061] 共识机制:可再生能源生产商作为出块节点共同参与共识过程,验证和记录可再生能源生产商提交的交易数据。这种去中心化的机制不仅增强了系统的安全性,还确保了所有交易的可靠性和透明度。 [0062] 数据存储与共享:每个节点都存储完整的交易记录和智能合约数据,确保了数据的冗余性和长期存储的可靠性。所有交易记录和智能合约执行结果都会被永久保存,便于后续查询和验证。 [0063] 隐私保护与去中心化:区块链网络利用加密技术和共识机制,确保交易数据的安全和隐私。区块链网络的去中心化架构减少了对中央机构的依赖,提升了系统的鲁棒性和可靠性。 [0064] 四、智能合约: [0065] 智能合约的具体描述如下: [0066] 核心职责:智能合约是系统的关键组件,负责处理交易信息、计算收益分配,并将交易结果记录在区块链上。智能合约的自动化执行确保了所有操作的公平性、透明性和不可篡改性。 [0067] 交易信息处理:智能合约接收并验证可再生能源生产商提交的交易信息,计算日前市场报量、区块收入和能源消耗等数据。它需要准确处理这些信息,并确保数据的准确性和一致性。 [0068] 联盟形成与收益分配:智能合约还负责管理可再生能源生产商之间的合作联盟,包括验证和合并联盟成员的交易信息。它自动处理联盟的形成,自动计算最优利润分配,确保所有成员按照合约条款分配利润。 [0069] 自动执行:一旦智能合约被部署到区块链网络上,它将自动执行预设的逻辑和操作。这种自动化减少了人为干预,提高了系统的效率和可靠性,确保了合同条款的严格执行。 [0070] 透明性和不可篡改性:智能合约的执行过程完全透明,所有的交易和利润分配记录都会被写入区块链。这保证了系统的公开性和可信性,减少了人为干预和操作错误的可能性。 [0071] 五、日前报量决策模型 [0072] 考虑一组索引为 的可再生能源生产商,同时也作为区块链网络的区块节点。这组可再生能源生产商可以形成一个联盟,共同做出日前报量决策,目标是最大化联盟利润。设 为能源生产商的集合。 [0073] 可再生能源的产量具有不确定性,ωi表示可再生能源生产商i的发电量,ui表示可再生能源生产商i参与区块链出块的收益,Ei表示出块的能耗, 表示系统的供求状态,τ为为正的概率。定义 采用统一定价的双价格不平衡结算方式。在市场清算阶段,均衡价格πs用于购买和出售计划好的电量,而平衡价格πb用于解决实际生产量与计划偏差的电量。可再生能源生产商将个人信息提交到区块链,智能合约自动执行代码形成联盟,为一组可再生能源生产商做出集中决策。可再生能源生产商集合 的利润函数为: [0074] [0075] 其中, 表示可再生能源生产商实际发电量与日前报量差额的调整价格,在双价格结算模式下,只有导致系统不平衡的生产商才会受到平衡价格πb,因此: [0076] [0077] 式中,ωi表示可再生能源生产商i的发电量,ui表示可再生能源生产商i参与区块链出块的收益,Ei表示出块的能耗, 表示系统的供求状态,τ为 为正的概率,分别表示联盟 中总的实际发电量,出块收益和能耗。πd表示日前市场均衡价格,πb表示实时市场平衡价格。 表示联盟 的日前报量,是决策变量。 [0078] 在实践中,基于电力市场的运作方式有:当sL≥0(系统供大于求)时,平衡价格向下调度, 当SL<0(供不应求)时,平衡价格向上调度 其中, [0079] 通过求解最优化问题,得到了独立基准下日前联盟报量的最优解: [0080] [0081] 为 的累积分布函数。 [0082] 在本发明中,针对两种不同的系统状态,分别定义了一个特定的在合作博弈的核心中的利润分配方案,以确保在不同的系统状态下都能得到满足条件的利润分配。 [0083] 当 时,利润分配如下: [0084] [0085] 当 时,利润分配如下: [0086] [0087] 式中, 分别表示大联盟 中总的实际发电量,出块收益和能耗。 表示大联盟 中的总的日前报量。 [0088] 六、智能合约执行步骤 [0089] 本发明提出了一种智能合约执行方案,用于根据可再生能源生产商的贡献和系统状态合理分配联盟利润,从而激励可再生能源生产商持续参与区块生成,并确保系统的正常运行。执行步骤如下: [0090] 交易提交:可再生能源生产商在日前阶段将交易提交到区块链账本中。可再生能源生产商在日前阶段将交易提交到区块链账本。每笔交易包含以下信息:交易ID、生产者ID、发电量概率分布、日前报量量、出块收益、出块能源消耗量、智能合约函数地址和签名。 [0091] 交易验证:交易提交后,区块链网络中的各个节点将对交易内容进行验证,确保交易的合法性和数据的正确性。验证通过的交易将进入待确认区块池。被验证为有效的交易会被出块节点打包成新区块添加到区块链上。 [0092] 区块生成:验证为有效的交易会被出块节点打包成新区块,并添加到区块链上。新区块中的所有交易记录一旦被打包,交易即视为确认。 [0093] 智能合约执行:新区块被添加到区块链上时,区块中的所有交易被执行,触发智能合约函数自动形成联盟。同时根据可再生能源生产商的贡献和系统状态,使用事先设定的分配规则计算并分配联盟内的利润。为了实现自动化的联盟形成和利润分配,智能合约需要精确地按照设计的算法执行。 [0094] 结果记录:智能合约执行完毕后,联盟形成情况及利润分配结果将被记录在区块链上,保证所有可再生能源生产商和系统参与者可以公开验证和查询结果。具体的智能合约算法如算法1所示。 [0095] 表1算法1智能合约算法 [0096] [0097] [0098] [0099] [0100] ∈i=ui+πd(ωi‑Ei) (8) [0101] [0102] ∈i=ui+πd(ωi‑Ei) (10) [0103] 算法1智能合约算法是本系统的核心组件,意义在于为可再生能源生产商提供了一个自动化且公平的利润分配机制,在保证透明度和可信度的同时,最大化了整个联盟的效益。它不仅提高了能源交易系统的效率,还通过去中心化的方式减少了人为干预的必要性。 [0104] 七、反馈与记录 [0105] 智能合约通过反馈机制,向参与者实时提供交易的执行状态和结果。这一机制确保所有参与者对合约的运行过程有清晰的了解,可以随时审查这些记录,减少信息不对称的情况。以下是对这个阶段的详细阐述: [0106] 1.信息处理与记录机制:智能合约会自动记录每次交易或合作决策的信息,包括报量数据、利润分配等关键数据。这些记录不仅包含操作的时间和执行状态,还涉及参与方的身份信息和相关细节。这种记录方式确保了信息的透明性和可追溯性,为后续的审计和管理提供了坚实的基础。 [0107] 2.用户反馈系统:智能合约在接收到可再生能源生产商的输入信息后,实时对其进行处理并生成相应的输出。该输出信息会立即反馈给生产商,使其能够根据智能合约的决策进行下一步操作。这种实时反馈机制确保了生产商在交易或合作中的及时响应,从而优化整体系统的运行效率。 [0108] 3.数据安全存储与备份:智能合约会将每一次交易或合作决策的相关信息记录在区块链上。这些记录不可篡改,保证了整个过程的透明性和可追溯性。这种记录机制不仅为后续审计提供了依据,还增强了各参与方对系统的信任。 [0110] 如图2所示,基于区块链的可再生能源合作博弈日前报量系统,包括[0111] 输入模块用于可再生能源生产商在日前阶段将交易提交到区块链账本中; [0112] 验证模块用于验证交易的合法性和数据的正确性; [0113] 交易确认模块用于将验证为有效的交易会被区块节点打包成新区块,并添加到区块链上; [0114] 决策模块用于区块中的所有交易被执行,触发智能合约函数自动形成联盟,为一组能源生产商做出集中决策; [0115] 利润分配模块用于根据可再生能源生产商的贡献和系统状态,使用事先设定的分配规则计算并分配联盟内的利润; [0116] 存储模块用于将联盟形成情况及利润分配结果存储在区块链上; [0117] 查询模块用于所有可再生能源生产商和系统参与者可以公开验证和查询结果。 [0118] 由于装置部分的实施例与方法部分的实施例相互对应,因此装置部分的实施例请参见方法部分的实施例的描述,这里暂不赘述。 [0119] 本申请还提供了一种存储介质,其上存有计算机程序,该计算机程序被执行时可以实现上述实施例所提供的步骤。该存储介质可以包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(Read‑Only Memory,ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory,RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。 [0120] 本申请还提供了一种电子设备,可以包括存储器和处理器,所述存储器中存有计算机程序,所述处理器调用所述存储器中的计算机程序时,可以实现上述实施例所提供的步骤。当然所述电子设备还可以包括各种网络接口,电源等组件。 [0121] 因此,本发明采用上述基于区块链的可再生能源合作博弈日前报量方法,区块链辅助的合作博弈:本发明将区块链技术引入可再生能源生产商之间的合作博弈模型,形成一个去中心化的、透明的利润分配机制,有效提升了整体市场效率和公平性。公平的利润分配算法:本发明提出了一种基于市场动态和生产商贡献的利润分配算法,能够根据实时市场情况和每个生产商的实际贡献进行利润分配方案,最大化了联盟整体的利润,提高了资源配置的合理性。智能合约驱动的自动化决策:本发明利用智能合约自动执行可再生能源的报价和利润分配决策,确保了数据处理的准确性和流程的高效性,减少了人为干预的可能性和中心化风险。 [0122] 最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。 |