北极星智能电网在线讯:摘要：售电市场放开后,参与交易的主体数量、类型、业务类别逐渐增多。为应对完全竞争市场条件下多实体参与的辅助服务市场交易安全可信问题,提出了基于区块链技术的解决方案。首先阐明了区块链技术基本原理,剖析了区块链技术在辅助服务市场中应用的关键性技术,分别从工作量证明、共识记账、智能合约、业务交互、密钥管理等方面提出了具体实施方案。同时,还结合辅助服务中涉及资金流监管、智能合约业务的应用需求,提出了辅助服务系统从集中式管理向分布式智能管理的发展思路。最后,从商业模式、协议兼容性、安全信息快速处理、资源耗费等方面分析了区块链技术在我国目前电力辅助服务市场中应用的局限性,并提出相应建议。
关键词 : 电力辅助服务; 自动需求响应; 区块链; 安全交易;
0 引言
区块链技术对于传统行业的冲击近期引起了人们的关注。区块链技术的发展已经经历了3代：区块链1.0主要涉及货币转移、汇兑和支付系统相关的货币;区块链2.0涉及资产、股权、债券等合约;区块链3.0则表示超越货币、金融以外的其他应用,如科教文卫等诸多领域[1-2]。目前在我国,已有相关学者开展了区块链技术相关应用研究[3-6],除金融领域外相对较少。文献[7]还给出了区块链技术在能源互联网中多能源系统协同以及碳排放权认证的应用设想。
在某些电力市场较为成熟的发达国家,已将辅助服务作为一种商品,通过市场竞价的方式进行供给。我国根据电力系统的实际情况,将辅助服务分为基本型辅助服务、有偿型辅助服务,其中基本型辅助服务是所有发电商义务提供的,而对于有偿型辅助服务则可以进行交易。区块链技术采用分布式总账的记账方式,不仅可以解决电力辅助服务市场中的记假账、记错账问题,还可以建立一套完整的可追溯交易体系,为每一笔参与交易的资金(如：专项资金补贴、合同违约罚款等)的结算进行监管。在“互联网+智慧能源”时代,若仍然采用完全中心化的集中管控手段,将很难实现低成本、大规模参与用户交互[8]。在传统的电力市场条件下,辅助服务主要由电力部门的发电侧承担,但近年来关于需求侧资源提供辅助服务的研究成果出现[9-11],甚至包括快速响应服务[12]。根据国外的实施案例,需求侧资源一旦签订辅助服务合同或者投标竞价合同,若执行失败则会受到相应的惩罚[13-14] 。
考虑到商业化辅助服务市场运行过程中涉及到众多交互对象和资金流操作,采用区块链技术恰好可以通过低成本技术保障参与用户的交易合法、安全、有效性,本文提出一种区块链技术在辅助服务中的应用设想,并从共识记账、智能合约、业务交互等方面对区块链技术应用方式进行分析。最后,针对区块链技术及电力辅助服务市场的发展现状,给出目前区块链的应用局限性分析。
1 区块链工作原理
区块链属于互联网时代新兴的信息技术,采用去中心化的协作机制,以通过信用、证据以及交易记录跟踪并分析参与方的行为,保障所有的交易和数据是可信的。区块链概念的提出者中本聪本人已经证明了在非法算力不足50%时,区块链上的交易信息是不可伪造、不可修改的[15]。图1给出了交易节点作为使用者身份下载及矿工更新公共总账链条的方式,所有参与节点均会参与交易的认证并通过加密算法保障交易真实可信。只要非法用户数不过半,则真实的链条一定是最长的。交易过程中一旦出现有用户恶意篡改数据,会立即被链条的上下游区块监测到异常,后续所有的交易数据会自动链接到合法的区块上,短链则成为非法链条。
由于具有可信可用的前端,在电力辅助服务交易过程中,最为直接的应用就是在费用的支付上。而且,通过简单、低成本的公众监督方式,还可以对专项补贴资金以及合同罚款的使用进行监督。具体监督的过程是通过标准算法将原始记录编码为64位的哈希码(该代码与原始记录一一对应且无法反推),并打上时间戳放入区块链,形成历史证据。表1给出了区块链中的区块数据结构。
图1 区块链公共总账管理方式
Fig. 1 Public general ledger management with blockchain
表1 区块结构说明
Tab. 1 Illustration for the block structure
区块链低成本的技术架构可以规范辅助服务市场的行业发展,公正、客观地保障交易进行且可以追溯历史,同时也可以避免为利益所左右。交易链条创建后,矿工在链条的尾端继续创建新的区块,并更新累计计算难度。只有当交易链中的所有区块与交易均合法,并且从创世区块可达时,该交易链才完整有效,否则将成为短链。虽然区块链中任何一个节点到达创世区块的路径是唯一确定的,但是从创世区块出来的路径却不唯一,即使链条末端2个块具有很短的创建时间差,区块链也会为其创建分叉区块。当交易客户端选择更长的区块链时,短链中的有效交易块均转移到交易序列池中,从而保障原始有效的交易不受损伤[16]。
2 电力辅助服务领域的区块链应用关键技术
2.1 辅助服务领域应用需求分析
国内电力市场无论在地域规模、机组数量、负荷分布范围、用户数量均与其他国家有所不同,若采用中心化管理方法不仅耗资巨大,而且不同地域省网在试点和具体实施过程中的市场机制也存在差异,从而为统一规则的制定和监管带来困难。在信任脆弱、主体间关系错综复杂的条件下,区块链作为低成本的无中心化共识方案,可以为辅助服务市场交易进行公证,建立服务购买者、服务供应商之间交易的场外注册机制,达成辅助服务市场中各参与实体之间的分区局部共识,在实现分布式决策的同时兼顾效率。以区块链低成本信任传递为手段,可以实现辅助服务市场中不同能源主体、系统之间的能量流、信息流、资金流的可信管理。
