区块链技术与电力交易融合应用

山西电力交易中心有限公司 史超

1 区块链技术

区域链是一种用于互联网操作平台开发的新型技术，以分布式账本存储数据为主要应用，为用户提供了便利条件。区块链技术存在以下优势，可以满足电力交易平台建设需求。

1.1 安全性和可靠性

在已经开发的各类电力交易公链或联盟链上均引入了工作量证明机制，为其配备了加密型算法和哈希值。如果想篡改或生成虚假交易信息，需要耗费较大的运算能力重新计算散列。在电力市场化交易范围逐步扩大的形势下，区域链的应用使得交易信息的可溯源性和安全可靠性得到进一步保障。

1.2 去中心化可信的履约环境

区块链是一个共享式账本，是由多个网络节点留下的副本，其应用协议达成共识后，运算力最强的节点获得记录交易信息的概率越大，拥有记账权的节点将交易信息同步给网络中所有节点，所有节点共同维护交易信息的一致性，可以省去第三方机构背书，提高市场主体沟通效率，降低成本。

1.3 购电侧自动需求响应

摒弃了传统交易模式，为用户提供智能化电力交易服务。在实际应用中引入智能化理念，建立智能合约，将购售电信息、结算规则等约束写入智能合约，并自动触发执行，满足电力交易强物理执行需求，同步实现电费结算和支付。

2 基于区块链的电力交易应用设计研究分析

2.1 基于电力交易的智能合约设计

通过创建网络节点，构建电力市场交易联盟链，形成电力交易网络体系结构，在此结构基础上，设计交易智能合约。

发电企业、电力用户和售电公司申报购售电量和电价，将申报数据等购售电信息以代码形式写入智能合约，并将电网企业发布的机组检修计划等边界信息和购售电费结算公示模型用计算机代码一同编译为智能合约。当合约中交易事项发生时，触发智能合约自动执行响应，并将电量结算依据、电费支付信息等存储在区块链上，市场主体核对无误后完成支付。利用区块链自动共享的信息方式和不可篡改的特性，简化交易结算数据记录和存储环节，规避失误操作。通过智能合约将结算业务结构化，实现交易结算和清算支付一体化，提高结算效率。

2.2 区块链技术的大用户直购电交易框架设计

传统的电力交易市场，对中心数据库维护要求较高，并且需要频繁地与第三方机构核对。在数据传输过程中容易受到其他因素干扰，可能出现数据被篡改或者丢失的情况，导致数据信息安全性降低，出现信息不对称情况[1]。针对此问题，利用区块链技术构建直购电交易平台，提高交易平台信任度，采用分布式存储，实现透明化交易，为用户提供便利服务。大用户直购电交易框架设计如图1所示。

由图1可知，电力交易平台由生产消费者、一般消费者、生产者、公共维护等多部分组成，通过登记发行、计费介质、买卖交易、电费收缴、补贴发放、支付清算等6个环节完成购电交易。

图1 大用户直购电交易框架设计

2.2.1 登记发行

电力登记发行具有较高的实时性，可以将其看作期货登记发行。通过构建多元化交易体系，形成数字资产，与实际商品相同，采用同样的方法购买电力，建立交易体系，为未来电力使用提前作好准备[2]。

2.2.2 计费介质

计费介质是区块链购电交易平台的核心部分，作为建立交易的中间物质，属于虚拟货币，根据交易需求，设置特定的计费介质，实现价值的转移，为各行业各提供购电交易服务。

2.2.3 买卖交易

该平台支持线上电力买卖交易，为用户创造了便利条件。在建立电力交易过程中，买家和卖家信息都被记录到此平台，便于用户查询。如果购电过程中出现问题，可以通过查找信息咨询电力交易情况，不会出现单方面的毁约或不负责任情况。

2.2.4 电费收缴

采用多元化交易体系收缴电费，无须人工上门收费，根据用户所处区域不同，按照区域分布情况划分，形成多个模块，采取智能合约方式收缴电费，降低了电费收缴复杂度，为用户创造了便利条件[3]。

2.2.5 补贴发放

为了鼓励用户在此平台上消费，政府出资为消费者发放补贴，对于初次使用者给予折扣或者现金红包方式补贴，在进入平台首页中领取。针对老用户，在每年固定月份为客户发放补贴的基础上，以购电赠送优惠券方式进行发放，在下一次购电时可以使用。

2.2.6 支付清算

为了确保购电信息时效性及单笔结算数据清晰，本平台添加了支付清算功能，每当用户结束一笔交易时，更新此次购电交易，清算后开启下一次支付服务。

2.3 区块链技术的分布式发电市场交易体系设计

我国电力供需复杂多变，其区域性、时段性、季节性特点较为突出，容易受到气候、电煤供应、来水来风等不确定性因素影响。以山西为例，分布式发电企业范围广、数量多，综合考虑环境保护、电网消纳能力有限，传统的大电网集中式结算的设计理念是通过计量采集装置进行电量采集，通过交易平台结算系统处理电费结算业务，存在结算业务流程长、响应不及时等问题，与当下分布式发电迅猛发展的趋势不能匹配。

区块链技术的出现和发展为新能源的接入与消纳提供了新的技术思路。以分布式电源结算业务为应用场景，引入区块链技术和智能合约构建联盟链，以交易事件驱动和智能合约自动执行来实现电费结算业务高效运行。在确保参与市场化交易的主体之间结算过程安全、可信的同时，有效简化结算业务环节，提高业务执行效率。分布式发电具有独立分散的特点，而区块链的去中心化架构特性正好与之相契合，特别是在合同签订、注册信息的存证、交易和结算过程等关键业务中，可以更好地融合应用。

区块链的分布式发电市场化交易子系统业务架构示意图如图2所示。

图2 区块链的分布式发电市场化交易子系统业务架构示意图

从图2可以看出，该业务架构主要包括11 大功能模块：支撑分布式发电市场化的交易管理、市场注册、合同管理、信息发布、结算成分管理及适应分布式发电的电力电量平衡需求、GIS 辅助分析、市场信息统计需求、服务窗口管理需求、市场信息公示网站、区域权限管理。

市场成员注册管理、合同管理、交易管理、结算管理等4 个模块的相关微服务将通过区块链网关与区块链平台进行数据交互。接口层为其他业务系统提供标准接口，通过接口可以调用4 个功能模块的相关微服务，使用区块链网关，将所有微服务与区块链平台各项集成的功能集中到网关中，如图3所示。该区块链平台具有节点管理、系统管理、平台状态等基本功能。

图3 微服务与区块链网关

2.3.1 节点管理

通过CA 认证授权实现联盟链节点准入。当一个新节点请求加入联盟链时，需将自己的公钥和身份标识信息发送给证书签证机构（CA 机构），CA机构根据身份信息颁发证书，作为加入联盟链的许可认证。同时设置加入该联盟链所需的硬件条件，当新节点申请加入联盟链时，对该节点的存储性能、计算性能等指标进行审核判断，符合条件才能加入该联盟链成为有效节点。

2.3.2 系统管理

系统管理模块是监控运维后台服务。监控运维中的密钥管理、系统监控，通过Web实现。系统管理、区块链日志，通过脚本实现。支持智能合约编译、部署、加载。

2.3.3 平台状态

系统管理模块将提供系统状态控制的相关Web服务，包括系统鸟瞰、区块信息、应用信息、交易信息、系统监控（CPU、内存、硬盘）等。

3 区块链效率制约因素和安全风险

目前，区块链技术在安全性开发这个方向还不是很成熟，虽然采用了隐私保护机制、加密算法等安全技术，通过信息加密处理，提高电力交易安全性。但是随着科学技术的不断发展，密码学、数学、计算机技术相继出现，对技术的非对称加密机制造成了严重影响，引发了安全风险[4]。需要注意的主要是以下几点。一是更新维护智能合约时，各个节点数据透明公开，对用户安全造成严重威胁，容易引发安全风险。二是信息安全性较低，虽然采取了加密技术，但是分布式节点容易遭受攻击，节点账本信息泄露的可能性较高，同样引发安全性风险的可能性较高。三是由于区块链不够成熟，在实际应用中容易受到不同因素影响，降低了区块链效率。区块链膨胀问题的制约。区块链的应用，对数据备份完整性要求较高，在增加区块链长度的过程中，因数据量的增加，成本随之增加，并且加大了数据查询检索难度。区块链每秒能够处理的交易笔数有限，因而限制交易运行效率，当交易量需求较大时，无法满足交易频率要求。区块链交易时间较长，需要耗费大量时间确认交易，阻碍了高频交易发展，对于一些时间比较敏感的交易应用只能选择其他介质。

综上所述，虽然区块链具有较好的发展前景，是电交易不缺少的一部分，但是由于其自身存在较多制约因素，对其正常使用造成了制约，阻碍了发展速度。在科学快速发展的时代背景下，一些新的交易技术相继而出，很有可能代替区块链。因此，需要从应用制约和安全风险控制两个方面继续完善，使得区块链技术成为电力交易应用开发不可代替的核心技术，以此促进区块链技术发展。

4 结语

以区块链技术为核心，通过分析此项技术的优势，初步确定其在电力交易平台开发中应用较为合理。而后利用区块链技术设计智能合约，构建大用户直购电交易框架，形成电力交易平台体系架构。以区块链效率制约因素和安全风险作为技术开发平台改进研究突破口，提出改进思路。