摘 要： 隨著電力體制改革的深化及分布式能源滲透率的提高，分布式能源在發(fā)電側(cè)售電側(cè)的有效配置面臨著機(jī)遇和挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的集中式電力交易模式存在維護(hù)成本高、處理效率低、資金結(jié)算不及時(shí)等缺點(diǎn)，無(wú)法適應(yīng)高頻小額的分布式能源交易場(chǎng)景。首先，回顧區(qū)塊鏈技術(shù)發(fā)展歷程，深度探究區(qū)塊鏈技術(shù)相關(guān)理論，同時(shí)結(jié)合對(duì)分布式能源發(fā)展?fàn)顩r的分析，總結(jié)了建設(shè)分布式能源交易市場(chǎng)的若干要求；然后，構(gòu)建考慮安全約束的分布式電力交易的機(jī)制與模型；最后，提出基于區(qū)塊鏈的分布式電力交易方法，確保交易的公開(kāi)透明、信息對(duì)稱(chēng)，并設(shè)計(jì)分布式電力多邊交易的智能合約。通過(guò)以太坊區(qū)塊鏈的算例表明，所提出的分布式電力交易方法可實(shí)現(xiàn)潮流的越限修正、電力的多邊交易，便于電力能源的數(shù)字化管理。

0引言 隨著比特幣的發(fā)行普及，區(qū)塊鏈技術(shù)作為比特幣的底層基礎(chǔ)，逐漸為人們所熟知。學(xué)界對(duì)區(qū)塊鏈（ blockchain）概念具有普遍共識(shí)：區(qū)塊鏈技術(shù)是一種公開(kāi)透明的、去中心化的分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息由所有的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)共享，而數(shù)據(jù)的管理方全權(quán)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)更新，同時(shí)數(shù)據(jù)更新過(guò)程也面向所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)公開(kāi)，因此區(qū)塊鏈具有公開(kāi)透明的特性；而去中心化體現(xiàn)在該數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有一個(gè)中央集權(quán)的負(fù)責(zé)人，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)作為用戶(hù)均能訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)并更新數(shù)據(jù)，同時(shí)確保數(shù)據(jù)公開(kāi)，供其他用戶(hù)確認(rèn)新數(shù)據(jù)的安全可靠性[1-2]。 2016 年 2 月，國(guó)家發(fā)改委、能源局和工信部共同發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)" 互聯(lián)網(wǎng)+" 智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》，試圖建立" 一種互聯(lián)網(wǎng)與能源生產(chǎn)、傳輸、存儲(chǔ)、消費(fèi)以及能源市場(chǎng)深度融合的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展新形態(tài)"，實(shí)現(xiàn)" 設(shè)備智能、多能協(xié)同、信息對(duì)稱(chēng)、供需分散、系統(tǒng)扁平、交易開(kāi)放"，而在分布式能源迅猛發(fā)展的時(shí)代，區(qū)塊鏈技術(shù)作為去中心化的交易平臺(tái)，將促進(jìn)各類(lèi)能源、各交易方的協(xié)作，實(shí)現(xiàn)電力市場(chǎng)交易的多元化和可靠管理[3-5]。 目前國(guó)內(nèi)的學(xué)術(shù)界對(duì)基于區(qū)塊鏈的電力交易研究尚處于起步階段。文獻(xiàn) [6] 提出了產(chǎn)消者余量交易的配電網(wǎng)去中心化多邊交易模型，設(shè)計(jì)了可執(zhí)行偏差電量多邊拍賣(mài)的智能合約。文獻(xiàn) [7] 探討了區(qū)塊鏈技術(shù)在大用戶(hù)直購(gòu)電方面的具體應(yīng)用機(jī)制。文獻(xiàn) [8] 提出了基于區(qū)塊鏈的弱中心化電力交易方案及阻塞管理機(jī)制，并具體分析了其交易效率。文獻(xiàn) [9] 分析了區(qū)塊鏈與電力交易的匹配度，建立了基于智能合約的電力市場(chǎng)交易模型。 國(guó)內(nèi)的工業(yè)界方面的相關(guān)應(yīng)用均還處于試點(diǎn)階段。上海鏈昱科技能源有限公司（Energo Labs） 研發(fā)了基于區(qū)塊鏈技術(shù)的微電網(wǎng)內(nèi)清潔能源計(jì)量、登記、管理、交易與結(jié)算的去中心化系統(tǒng)[10]。上海能鏈科技研發(fā)了綠色資產(chǎn)證券化云平臺(tái)，在實(shí)現(xiàn)電力資產(chǎn)生產(chǎn)過(guò)程公開(kāi)透明的同時(shí)，也保證了信批的及時(shí)透明[10]。國(guó)外也有多家公司在探索并實(shí)踐基于區(qū)塊鏈的去中心化電力交易機(jī)制。美國(guó)能源公司 LO3 Energy 與西門(mén)子合作建立了基于 區(qū)塊鏈的電力交互平臺(tái)TransActive Grid，并在布魯克林試點(diǎn)， 可實(shí)現(xiàn)綠色能源的用戶(hù)間直接點(diǎn)對(duì)點(diǎn)交易[11]。美國(guó) NAD Grid 公司基于聯(lián)盟鏈與以太鏈研發(fā)了可幫助用戶(hù)實(shí)現(xiàn)電力交易與優(yōu)選購(gòu)電的雙鏈單幣系統(tǒng) NAD 平臺(tái)，目前該平臺(tái)已在加州、伊利諾伊州試點(diǎn)運(yùn)行[12]。 以上研究著眼于區(qū)塊鏈在分布式電力交易中的應(yīng)用機(jī)制，缺乏具體實(shí)現(xiàn)形式的探究，對(duì)電力交易中的電力潮流等物理約束限制未作出全面考慮。 本文在區(qū)塊鏈技術(shù)的基礎(chǔ)上，依托以太坊和智能合約系統(tǒng)，通過(guò)編程構(gòu)建在電力交易方面的典型運(yùn)用場(chǎng)景，為電力系統(tǒng)融合區(qū)塊鏈技術(shù)做充分的理論分析，為能源區(qū)塊鏈重構(gòu)考慮安全約束下的分布式電力交易提供可行的方案，實(shí)現(xiàn)電力能源的數(shù)字化管理。 1區(qū)塊鏈技術(shù)與分布式能源
0.1區(qū)塊鏈技術(shù)探究 區(qū)塊鏈屬于互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代新興的信息技術(shù)，通過(guò)信用、證據(jù)以及交易記錄跟蹤并分析參與方的行為，適用于任何去中心化的信任網(wǎng)絡(luò)[13]。區(qū)塊鏈的定義有狹義、廣義之分。狹義上，區(qū)塊鏈?zhǔn)且环N將系統(tǒng)中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)區(qū)塊按時(shí)間先后順序以鏈的形式組合成特定數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并以密碼學(xué)原理保證其不可篡改、不可偽造的去中心化共享總賬，能夠安全存儲(chǔ)簡(jiǎn)單的、有時(shí)間先后順序關(guān)系、能在系統(tǒng)內(nèi)驗(yàn)證的數(shù)據(jù)；廣義上，區(qū)塊鏈?zhǔn)抢眉用苕準(zhǔn)絽^(qū)塊結(jié)構(gòu)驗(yàn)證和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，利用分布式節(jié)點(diǎn)共識(shí)算法來(lái)生成和更新數(shù)據(jù)，利用自動(dòng)化腳本代碼（即智能合約）來(lái)編程和操作數(shù)據(jù)的一種全新的去中心化基礎(chǔ)架構(gòu)和分布式計(jì)算范式[14]。 以太坊是可編程的區(qū)塊鏈，提供了一套圖靈完備的腳本語(yǔ)言，因此，開(kāi)發(fā)者可以直接用 C 語(yǔ)言等高級(jí)語(yǔ)言編程，轉(zhuǎn)換成匯編語(yǔ)言，大大降低了區(qū)塊鏈應(yīng)用的開(kāi)發(fā)難度。智能合約是區(qū)塊鏈技術(shù)最重要的部分，極大地?cái)U(kuò)展了區(qū)塊鏈的功能。本質(zhì)上，智能合約是寫(xiě)在區(qū)塊鏈上的一段代碼， 當(dāng)某個(gè)事件觸發(fā)了合約中的條款時(shí)，代碼將自動(dòng)執(zhí)行。因此，智能合約也稱(chēng)為鏈上代碼[15]。 0.2分布式能源的新形勢(shì) 能源工業(yè)是中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。目前中國(guó)持續(xù)推進(jìn)能源的供給側(cè)改革，由傳統(tǒng)的大電源-大電網(wǎng)集中供能模式向著分布式能源、可持續(xù)能源、傳統(tǒng)集中供能融合的方向轉(zhuǎn)變。分布式能源相比傳統(tǒng)能源，有四大明顯的優(yōu)勢(shì)。其一，分布式能源可以相互配合，實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)利用， 利用效率相對(duì)較高；其二，分布式能源可實(shí)現(xiàn)就近消納，電力傳輸損耗相對(duì)較少；其三，目前的分布式能源主要包括天然氣、光伏、生物質(zhì)能、潮汐能等，均為綠色可持續(xù)能源，對(duì)環(huán)境的影響遠(yuǎn)小于煤炭等傳統(tǒng)能源；其四，分布式能源根據(jù)所在地區(qū)的特點(diǎn)可對(duì)能源實(shí)現(xiàn)因地制宜地利用， 從而能有效解決某些偏遠(yuǎn)地區(qū)供能供電問(wèn)題[16-17]。然而，盡管近年來(lái)中國(guó)的分布式能源有了一定的進(jìn)步，但分布式能源市場(chǎng)化交易的發(fā)展還較為緩慢，受到電力市場(chǎng)主體積極性不高、相關(guān)政策不健全、公共服務(wù)落后等因素的制約。 0.3區(qū)塊鏈的解決方案 建設(shè)安全、高效的分布式電力交易市場(chǎng)有很多可能性。分布式電力交易系統(tǒng)具有如下 3 個(gè)特點(diǎn)。 （1））精確測(cè)量。計(jì)算測(cè)量是運(yùn)行多種數(shù)字感知的各種能量系統(tǒng)，是控制的基礎(chǔ)和能量信息的來(lái)源。然而，雖然互聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算測(cè)量能力是準(zhǔn)確的，但仍不能解決數(shù)據(jù)信任的問(wèn)題。 （2））自主控制。為了應(yīng)對(duì)大量分布式本地能源的使用，設(shè)備和系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)本地指令實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率和可靠性。但是， 在現(xiàn)有的自動(dòng)化系統(tǒng)中，不可能確定外部數(shù)據(jù)是否應(yīng)該受信任。如果信任外部數(shù)據(jù)，事故責(zé)任歸屬后的指令執(zhí)行情況未知，則會(huì)影響系統(tǒng)的效率和可靠性。 （3））優(yōu)化決策。在決策過(guò)程中，容易濫用決策權(quán)，損害其他主體利益，因?yàn)榇罅康哪芰恐苯釉诨ヂ?lián)網(wǎng)設(shè)備之間進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的交互作用，導(dǎo)致共識(shí)效率低下，對(duì)死循環(huán)的后果尚無(wú)共識(shí)[18]。 針對(duì)以上特點(diǎn)，學(xué)界對(duì)分布式電力交易系統(tǒng)參與者的組成、系統(tǒng)架構(gòu)以及交易模式提出了許多設(shè)想，大多認(rèn)為可以借鑒輸電側(cè)市場(chǎng)交易經(jīng)驗(yàn)，建立交易中心，采用雙向拍賣(mài)等集中式交易出清方案。但配電系統(tǒng)內(nèi)的分布式電力交易數(shù)量龐大而交易規(guī)模較小，同時(shí)電能產(chǎn)消者對(duì)交易的公平透明、自身隱私保護(hù)具有更高要求。因此， 集中式交易中心的發(fā)展面臨以下 3 個(gè)問(wèn)題：一是大量交易數(shù)據(jù)的涌入給中心機(jī)構(gòu)帶來(lái)了單點(diǎn)故障的風(fēng)險(xiǎn)，威脅分布式電力交易系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行；二是交易中心與產(chǎn)消者之間存在信任問(wèn)題， 難以保證電力交易的公平性、透明性與信息有效性；三是大量產(chǎn)消者的存在導(dǎo)致交易中心運(yùn)行效率低、決策耗時(shí)長(zhǎng)，難以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)運(yùn)行的需求。 區(qū)塊鏈為分布式電力交易系統(tǒng)面臨的技術(shù)問(wèn)題提供了行之有效的解決方案。 （1））從準(zhǔn)確計(jì)量升級(jí)到可信計(jì)量。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存在區(qū)塊鏈上，以確保非篡改公鑰和非對(duì)稱(chēng)加密組合保護(hù)隱私，以此切實(shí)保護(hù)電能產(chǎn)消者的隱私。 （2））從自動(dòng)控制升級(jí)到智能控制。通過(guò)以智能合約形式實(shí)現(xiàn)邏輯功能，生成可信的本地命令，完成控制過(guò)程以處理外部環(huán)境的變化，以此解決交易中心與產(chǎn)消者之間存在的信任問(wèn)題， 防范中心機(jī)構(gòu)的舞弊現(xiàn)象。 （3））從優(yōu)化決策到民主決策。分布式電力設(shè)備之間的本地共識(shí)和區(qū)域間共識(shí)避免了大規(guī)模分布式設(shè)備的復(fù)雜迭代和死循環(huán)，以產(chǎn)生直接的共識(shí)，從而實(shí)現(xiàn)分布式?jīng)Q策，提高交易效率及速度。 （4））從單點(diǎn)控制到多點(diǎn)維護(hù)。電力產(chǎn)消者采用去中心化和去信任的方式集體維護(hù)一個(gè)可靠分布式數(shù)據(jù)庫(kù)，而不再依賴(lài)于中心機(jī)構(gòu)的單點(diǎn)控制，共同維護(hù)分布式電力交易的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 目前對(duì)區(qū)塊鏈在電力交易中應(yīng)用的研究多數(shù)以簡(jiǎn)單的集中撮合交易為主，不支持電力系統(tǒng)含安全約束的電力交易。本文的主要貢獻(xiàn)之一是如何在區(qū)塊鏈上實(shí)現(xiàn)含安全約束的分布式電力交易。另外，目前區(qū)塊鏈的計(jì)算及響應(yīng)速度有限，基于區(qū)塊鏈的大量交易行為很容易造成擁堵。區(qū)塊鏈開(kāi)發(fā)人員目前正在探索對(duì)策，如增加區(qū)塊大小、開(kāi)發(fā)分片（ sharding）、側(cè)鏈（ sidechains）和支付通道（ payment channels）等技術(shù)，來(lái)保證交易的即時(shí)完成。此外本文所述交易機(jī)制只涉及少量節(jié)點(diǎn)，部署在挖礦難度可調(diào)的以太坊私有鏈上， 能有效提高區(qū)塊鏈交易速度。 2分布式電力交易模型及機(jī)制 分布式供電方和用戶(hù)之間存在動(dòng)態(tài)平衡，采用配電網(wǎng)去中心化交易機(jī)制可以使各產(chǎn)消者間靈活交易，消除分布式供電方、用戶(hù)自身實(shí)際出力（或負(fù)荷）與發(fā)用電計(jì)劃的偏差值，最終實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)內(nèi)部的供用電平衡，為能源區(qū)塊鏈重構(gòu)電力交易提供可行方案，實(shí)現(xiàn)電力能源的數(shù)字化管理。 在多邊交易中，分布式供電方和用電方需要發(fā)起買(mǎi)/賣(mài)偏差電量交易請(qǐng)求，以消除實(shí)際發(fā)用電量與計(jì)劃值的偏差。供電方賣(mài)出剩余電量，作為投標(biāo)方。用電方收購(gòu)?fù)稑?biāo)方賣(mài)出的剩余電量。上述場(chǎng)景對(duì)于賣(mài)方市場(chǎng)而言，交易目標(biāo)是售電方以最高價(jià)格出售電能，如果是買(mǎi)方市場(chǎng)，則要求購(gòu)電價(jià)格達(dá)到最小，本文以賣(mài)方市場(chǎng)為例，表示為 如圖 1 所示，本文所設(shè)計(jì)的分布式電力交易平臺(tái)架構(gòu)中，電力資源作為可交易的數(shù)字資產(chǎn)， 在 P2P（ peer-to-peer）交易市場(chǎng)中完成針對(duì)報(bào)價(jià)和數(shù)量的購(gòu)售交易，同時(shí)通過(guò)區(qū)塊鏈完成在電力產(chǎn)消者之間的信息交互和價(jià)值轉(zhuǎn)移。由于無(wú)法及時(shí)獲取未來(lái)時(shí)段電力產(chǎn)消者的準(zhǔn)確電力需求，本文將一天劃分為 48 個(gè)時(shí)段，在每個(gè)時(shí)段交易下一個(gè)時(shí)段的電力資源?？紤]安全約束，基于區(qū)塊鏈的分布式電力交易流程如下。 （1））配電網(wǎng)中各用戶(hù)擬定自身用電量、發(fā)電量計(jì)劃，通過(guò)智能合約提交區(qū)塊鏈，由區(qū)塊鏈礦工將信息寫(xiě)入?yún)^(qū)塊記錄。 （2））當(dāng)某用戶(hù)實(shí)際用電量或發(fā)電量與既定計(jì)劃有偏差時(shí)，該用戶(hù)將通過(guò)智能合約發(fā)起交易， 如果供電過(guò)剩，則請(qǐng)求賣(mài)電；如果耗電過(guò)多， 則請(qǐng)求買(mǎi)電。請(qǐng)求周邊用戶(hù)改變供電量或耗電量計(jì)劃，協(xié)助消除偏差值。 （3））周邊用戶(hù)收到交易請(qǐng)求，計(jì)算配電網(wǎng)供求總偏差值，并根據(jù)總供/用電量偏差值，給出賣(mài)電或買(mǎi)電的報(bào)價(jià)。 （4））區(qū)塊鏈礦工收集所有產(chǎn)消者的報(bào)價(jià)并對(duì)報(bào)價(jià)集合排序，在買(mǎi)方市場(chǎng)中，將供電方的有效報(bào)價(jià)由低至高排序；在賣(mài)方市場(chǎng)，將用電方的有效報(bào)價(jià)由高至低排序。在出清隊(duì)列中按照?qǐng)?bào)價(jià)排序結(jié)果，選擇供電量/用電量交易額度并且選擇輸送線路，直至滿(mǎn)足供電量/用電量平衡約束。 （5））此時(shí)所有產(chǎn)消者可開(kāi)展 P2P交易，該階段可開(kāi)展 3種交易行為。①限價(jià)交易：買(mǎi)/賣(mài)方指定成交價(jià)格及電能數(shù)量，出現(xiàn)等于或高于該價(jià)格的賣(mài)方/買(mǎi)方報(bào)價(jià)，則成交，成交價(jià)格為雙方報(bào)價(jià)的平均值；②市價(jià)交易：買(mǎi)/賣(mài)方不設(shè)定價(jià)格但指定數(shù)量，以當(dāng)前市場(chǎng)最優(yōu)賣(mài)/買(mǎi)方報(bào)價(jià)成交；③ 撤單：放棄出售/購(gòu)買(mǎi)電能，清除自身報(bào)價(jià)信息。 所有產(chǎn)消者可查看公布在區(qū)塊鏈上的買(mǎi)賣(mài)雙方投標(biāo)數(shù)量及價(jià)格。若 P2P 市場(chǎng)參與者放棄電力交易，則可選擇撤單，清除自身報(bào)價(jià)信息；若自身下一階段電力需求發(fā)生變化，則可發(fā)布限價(jià)訂單，修改報(bào)價(jià)及數(shù)量，在市場(chǎng)中等待響應(yīng)；若購(gòu)售需求非常急迫，則可發(fā)布市價(jià)訂單，指定成交數(shù)量而不限定價(jià)格，區(qū)塊鏈可為其選擇當(dāng)前市場(chǎng)最優(yōu)報(bào)價(jià)完成交易配對(duì)。 （5））考慮線路裕度對(duì)輸送的限制。首先根據(jù)功率轉(zhuǎn)移分布因子，計(jì)算配電網(wǎng)潮流。若不存在線路裕度越限情況，則通過(guò)安全校核，確定交易結(jié)果；若存在線路裕度越限情況，則未通過(guò)安全校核，調(diào)整潮流，結(jié)合各方報(bào)價(jià)、可供/求電量分析，重新計(jì)算配電網(wǎng)潮流。 （6））經(jīng)過(guò)安全校核，若產(chǎn)消者無(wú)法通過(guò)內(nèi)部交易維持平衡，則系統(tǒng)備用被調(diào)用，以彌補(bǔ)該產(chǎn)消者的偏差。 （7））交易主體之間完成多邊交易結(jié)算，費(fèi)用結(jié)算在區(qū)塊鏈上完成。 （8））配電網(wǎng)中所有用戶(hù)按照電力 P2P交易的結(jié)果調(diào)整自身發(fā)用電，各個(gè)用戶(hù)安裝可運(yùn)行區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)的智能電表，由智能電表檢測(cè)產(chǎn)消者的發(fā)用電情況，并通過(guò)內(nèi)置的通信模塊與區(qū)塊鏈上的智能合約產(chǎn)生數(shù)據(jù)交互，由礦工對(duì)數(shù)據(jù)打包并寫(xiě)入?yún)^(qū)塊鏈，該過(guò)程由智能電表自主完成，無(wú)需電網(wǎng)公司的參與。若分布式發(fā)電方實(shí)際發(fā)電數(shù)量少于交易結(jié)果，則給予一定的經(jīng)濟(jì)處罰，以此維護(hù)配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 對(duì)于一個(gè) n 節(jié)點(diǎn)的配電網(wǎng)絡(luò)樹(shù)圖，其中包含n–1 條線路，可以利用如下方法計(jì)算線路潮流。 （ 1） 對(duì) n– 1 條線路編號(hào) 1~n–1 ，另規(guī)定有n– 1 行 n 列的二維數(shù)組 A。每一行代表一條線路， n 列則表示 n 個(gè)節(jié)點(diǎn)。 （ 2）規(guī)定線路正方向，本文選定從根節(jié)點(diǎn)向葉節(jié)點(diǎn)延伸的方向?yàn)檎较?，即潮流流向?yàn)閺母?jié)點(diǎn)到葉節(jié)點(diǎn)，靠近根節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)為上游；反之為下游。 （ 3）在二維數(shù)組 A 對(duì)應(yīng)行列中填入 0 或 1， 第 i 行第 j 列填入 0 代表第 j 個(gè)節(jié)點(diǎn)處在第 i 條線路的上游， 第 i 行第 j 列填入 1 代表第 j 個(gè)節(jié)點(diǎn)處在第 i 條線路的下游。其中 1≤i≤n–1，1≤j≤n。 （ 4） 創(chuàng)建 n 行 1 列的一維數(shù)組 B， 第 n 行元素代表該節(jié)點(diǎn)計(jì)劃流入的電能，數(shù)值為正表示用電方流入電能，數(shù)值為負(fù)表示供電方供出電能。 （5）將二維數(shù)組 A與一維數(shù)組 B 相乘，得到一個(gè) n– 1行 1列的一維數(shù)組 C，其中每 k（1≤k≤ n–1）行的元素代表第 k 條線路的潮流流向，若為正，則表示從上游到下游；若為負(fù)，表示從下游到上游；若為 0，則該條線路不存在潮流裕度越限隱患。 至此，可以得到無(wú)線路容量裕度下的潮流理論計(jì)算值，比對(duì)線路的安全裕度與潮流理論計(jì)算值，發(fā)現(xiàn)有越限的線路則修正潮流。設(shè) Pαβ為線路 αβ的潮流數(shù)值，按如下方法描述為：（1）對(duì)于 一 條 正 向 越 限 ， 即 P ＞ 0 的 線 路 而 言 ， P＞ P移除上游的供電方，按照?qǐng)?bào)價(jià)從低到高排序，選擇已加入供電范圍的最高價(jià)投標(biāo)者， 降低其輸出電量，同時(shí)在越限線路下游增加最低價(jià)供電方的輸出電量（若最低價(jià)投標(biāo)者已經(jīng)達(dá)到最大輸出，則選取第二低價(jià)者）。如此往復(fù)循環(huán)，直至目標(biāo)越限線路的潮流達(dá)到安全裕度范圍內(nèi)。（2）對(duì)于一條負(fù)向越限， 即 P＜ 0的線路而言，– Pαβ＞ Pαβ，移除下游的供電方，按照?qǐng)?bào)價(jià)從低到高排序，選擇已加入供電范圍的最高價(jià)投標(biāo)者，降低其輸出電量，同時(shí)在越限線路上游增加最低價(jià)供電方的輸出電量（若最低價(jià)投標(biāo)者已經(jīng)達(dá)到最大輸出，則選取第二低價(jià)者）。如此往復(fù)循環(huán)，直至目標(biāo)越限線路的潮流達(dá)到安全裕度范圍內(nèi)。 對(duì)于一個(gè)正向越限的線路而言，上述方法將減小線路上游某一投標(biāo)者（最高價(jià)為最優(yōu)）的輸出電量，增大下游某一投標(biāo)者（最低價(jià)為最優(yōu)） 的輸出電量，以上步驟均需確保不增加更多的越限支路，否則考察優(yōu)先級(jí)隊(duì)列中下一順位者。這樣的調(diào)整將降低上、下游這兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的線路傳輸功率，最終達(dá)到安全裕度范圍內(nèi)。

3分布式電力交易合約設(shè)計(jì) 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(guò)智能合約中定義的狀態(tài)變量 （ state variables）、結(jié)構(gòu)類(lèi)型（ struct types）、函數(shù)（ functions）、事件（ event）等內(nèi)容實(shí)現(xiàn)具體應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。 本文設(shè)計(jì)的用于電力交易的智能合約按照時(shí)間 順 序 可 以 分 為 4 個(gè) 階 段 ： 交 易 信 息 投 標(biāo) 、P2P 交易、安全校核、交易清算。 買(mǎi)賣(mài)雙方的信息在區(qū)塊鏈智能合約中定義為結(jié)構(gòu)體類(lèi)型，包含：用戶(hù)信息結(jié)構(gòu)體（ struct buyer、struct seller）、地址（ address owner）、報(bào)價(jià)（ uint price）、電量（ int amount）、節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的位置（uint position）。 結(jié)構(gòu)體 Buyer/Seller 通過(guò)映射（ mapping）建立用戶(hù)地址與信息的關(guān)系。 本文針對(duì)分布式電力市場(chǎng)交易流程的 4 個(gè)階段設(shè)計(jì)了不同函數(shù)，具體函數(shù)如下。 3.1電力需求提交階段
3.1.1標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定函數(shù)（Standard） 由區(qū)塊鏈上的成員（包括電網(wǎng)公司、充電站等）在新的交易周期開(kāi)始前調(diào)用，用于設(shè)定/修改市場(chǎng)標(biāo)準(zhǔn)電價(jià)、以太幣和交易平臺(tái)支付貨幣Token 之間的匯率，市場(chǎng)電價(jià)具體數(shù)值一般以地方分時(shí)電價(jià)為準(zhǔn)。以太幣市場(chǎng)價(jià)格波動(dòng)較大，因此本文選擇基于以太坊的 ERC20 Token 作為支付貨幣，通過(guò)區(qū)塊鏈成員在每個(gè)交易周期初期根據(jù)以太幣與人民幣的匯率修正以太幣（單位為 eth， 以太幣與人民幣的匯率在 2018 年 10 月 15 日為1eth≈1 349 元）與 Token 的匯率，將充電站交易平臺(tái)內(nèi) Token 的價(jià)格錨定在 1 元=100 Token，平抑以太幣的價(jià)格波動(dòng)。
3.1.2交易信息投標(biāo) 本階段包含買(mǎi)方預(yù)報(bào)價(jià)函數(shù)（ BuyerAmount） 和賣(mài)方預(yù)報(bào)價(jià)函數(shù)（SellerAmount）。各個(gè)用戶(hù)通過(guò)預(yù)報(bào)價(jià)函數(shù)提交交易，將用戶(hù)欲購(gòu)/售電量存入positionToamount[_position] 之中，與用戶(hù)在電力網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)位置映射確定。在提交報(bào)價(jià)申請(qǐng)的同時(shí)需要提交一定的保證金。 用戶(hù)提交的保證金主要用途有： （ 1）用于P2P 交易市場(chǎng)中，產(chǎn)消者之間電費(fèi)的支付結(jié)算； （ 2）用于交割時(shí)段，產(chǎn)消者發(fā)用電量的保證。若生產(chǎn)者產(chǎn)出電能不符合交易時(shí)段結(jié)果，則保證金扣除。 3.2電力 P2P交易階段 3.2.1報(bào)價(jià)排序 本階段包括報(bào)價(jià)投標(biāo)函數(shù)（ blindBid）、報(bào)價(jià)排序函數(shù)（revealBid）和成交函數(shù)（bidSuccess）。 各個(gè)用戶(hù)若想購(gòu)/售電能，為了保證投標(biāo)過(guò)程的安全公平，用戶(hù)調(diào)用 blindBid 開(kāi)展報(bào)價(jià)，該函數(shù)利用哈希函數(shù)將報(bào)價(jià)與自設(shè)字符串加密形成字符串。隨后用戶(hù)將調(diào)用 revealBid，提交 blindBid 中輸入的報(bào)價(jià)、字符串以及欲購(gòu)數(shù)量，由區(qū)塊鏈核準(zhǔn)，若和先前加密形成字符串一致，則投標(biāo)成功并揭露報(bào)價(jià)，同時(shí)完成買(mǎi)/賣(mài)報(bào)價(jià)集合的排序；反之則用戶(hù)投標(biāo)失敗并喪失保證金。
3.1.1P2P交易 本階段包括限價(jià)交易函數(shù)、市價(jià)交易函數(shù)以及撤單函數(shù)。 （1））限價(jià)交易函數(shù)（LimitOrder）。若購(gòu)/售方?jīng)Q定修改自身報(bào)價(jià)或者數(shù)量，可調(diào)用該函數(shù)修改報(bào)價(jià)、數(shù)量并向區(qū)塊鏈發(fā)布限價(jià)訂單。限價(jià)訂單發(fā)布之后， 在 P2P交易結(jié)束之前，該訂單可被其他產(chǎn)消者響應(yīng)，并以限價(jià)訂單設(shè)定的價(jià)格成交相應(yīng)數(shù)量，直到成交數(shù)量達(dá)到限價(jià)訂單設(shè)定數(shù)量時(shí)交易終止。訂單響應(yīng)后，礦工將通過(guò)智能合約函數(shù)運(yùn)算完成交易結(jié)算轉(zhuǎn)賬，并修改交易雙方交割時(shí)段充電權(quán)。 （2））市價(jià)交易函數(shù)（MarketOrder）。若購(gòu)/售方?jīng)Q定按照當(dāng)前市場(chǎng)最優(yōu)價(jià)成交，則調(diào)用該函數(shù)，輸入自身計(jì)劃成交數(shù)量，由礦工執(zhí)行智能合約函數(shù)邏輯，按照市場(chǎng)最優(yōu)價(jià)為其匹配交易， 直到滿(mǎn)足計(jì)劃成交數(shù)量或者匹配完全、報(bào)價(jià)隊(duì)列清空，交易終止。礦工同時(shí)完成結(jié)算轉(zhuǎn)賬并修改成交雙方充電權(quán)，最后將所有相關(guān)信息在區(qū)塊鏈上更新。 （3））撤單函數(shù)（DeleteOrder）。若購(gòu)/售方?jīng)Q定退出交易市場(chǎng)，可調(diào)用該函數(shù)，清空自身報(bào)價(jià)隊(duì)列中的報(bào)價(jià)信息。 3.1安全校核及修正 本階段包括安全校核函數(shù)（ securityCheck）及潮流修正函數(shù)（modify）。 通過(guò) security Check 函數(shù)，得到無(wú)線路容量裕度下的潮流理論計(jì)算值，將其與線路容量裕度對(duì)比，反饋是否越限。隨后調(diào)用 modify 函數(shù)對(duì)各條線路修正潮流，同時(shí)修正各中標(biāo)用戶(hù)可購(gòu)/ 售電量。 3.2交易清算 本階段包括交易結(jié)算函數(shù)（ transSettlement）， 用戶(hù)通過(guò)該函數(shù)完成交易轉(zhuǎn)賬，由區(qū)塊鏈確認(rèn)結(jié)果，未支付的用戶(hù)將無(wú)法取回保證金。 實(shí)際上，目前以太坊智能合約還存在無(wú)法主動(dòng)執(zhí)行、安全性較差等問(wèn)題。因此本文在智能合約中添加了區(qū)塊鏈行業(yè)開(kāi)發(fā)中最常用的 safemath 庫(kù)，防止數(shù)值計(jì)算溢出等安全問(wèn)題，并使用函數(shù)修飾符限制相關(guān)函數(shù)操作權(quán)限，防止惡意調(diào)用等安全問(wèn)題。隨著智能合約技術(shù)的進(jìn)一步完善和發(fā)展，基于以太坊智能合約的充電權(quán)多邊交易方法也會(huì)隨之完善和改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)安全性和高效性的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。 4算例分析 為驗(yàn)證本文所述機(jī)制的有效性，本節(jié)在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下將考慮安全約束下的多邊電力交易智能合約發(fā)布在以太坊私有鏈，模擬配網(wǎng)環(huán)境進(jìn)行測(cè)試。其中配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)采用改進(jìn)的 IEEE 33 節(jié)點(diǎn)配電系統(tǒng)。該配電系統(tǒng)中包含 9 個(gè)電力產(chǎn)消者，如圖 2所示。 以買(mǎi)方市場(chǎng)為例，其中設(shè)定分布式供電（賣(mài)電）方為 1、2、10、22、24、28 號(hào)節(jié)點(diǎn)，用電（買(mǎi)電）方為 3、6、20 號(hào)節(jié)點(diǎn)，本文選擇基于以太坊的 ERC20 Toke n 作為結(jié)算貨幣，單位為token。由于以太坊區(qū)塊鏈本身計(jì)算性能有限，本算例只考慮電力系統(tǒng)有功功率平衡問(wèn)題。報(bào)價(jià)與電量如表 1 所示，無(wú)線路容量約束條件下的結(jié)算如表 2、3所示。 由以上可知，在不考慮線路傳輸裕度的情況下，由報(bào)價(jià)低的售電投標(biāo)節(jié)點(diǎn)優(yōu)先供電，由報(bào)價(jià)最低的 1、24、10 向 3、6、20 節(jié)點(diǎn)售電，節(jié)點(diǎn)1 和 24 出售完全部的電量，節(jié)點(diǎn) 10 出售 0.71 kW·h 的電量滿(mǎn)足購(gòu)電用戶(hù)的總需求，此時(shí)買(mǎi)賣(mài)雙方所購(gòu)售下個(gè)周期的電量均為 13.27 kW·h，可滿(mǎn)足電量平衡，進(jìn)而可滿(mǎn)足配電網(wǎng)功率平衡。成交單價(jià)按照式（4）計(jì)算為 195 token/(kW·h)。配電網(wǎng)各支路傳輸容量裕度如表 4所示。 由表 4 及表 2 可知，線路 1—2 、3—2 4 存在潮流越限情況，需要修正。按照文中第 2 節(jié)潮流修正機(jī)制及第 3節(jié)智能合約功能對(duì)線路潮流修正，智能合約計(jì)算結(jié)果及 Matpower計(jì)算結(jié)果如表 5 所示，潮流修正后電力交易結(jié)算情況如表 6 所示。 由以上可知，在考慮線路傳輸裕度的情況下，節(jié)點(diǎn)售電數(shù)量受到線路裕度限制，修正潮流越限情況后， 1節(jié)點(diǎn)及 24節(jié)點(diǎn)分別出售 4.2kW·h、1.27 kW·h 電能，未能完全出售投標(biāo)數(shù)量；10 節(jié)點(diǎn)出售了更多的電量，達(dá)到 1.23 kW·h； 22 節(jié)點(diǎn)和28 節(jié)點(diǎn)作為新的出售方，分別出售 2.96 kW·h、 3.61 kW·h 電能。此時(shí)買(mǎi)賣(mài)雙方所購(gòu)售下個(gè)周期的電量均為 13.27 kW·h，可滿(mǎn)足電量平衡，進(jìn)而滿(mǎn)足配電網(wǎng)功率平衡。 通過(guò)在以太坊私有鏈上的仿真表明：（1）潮流越限情況下，成功實(shí)現(xiàn)了售電方的傳輸電能自調(diào)整；（ 2）用戶(hù)可在以太坊區(qū)塊鏈上使用以太坊代幣 Token 完成電力交易，該過(guò)程公開(kāi)透明， 結(jié)算由智能合約自動(dòng)完成，保證了安全性； （ 3）考慮安全約束下基于區(qū)塊鏈的分布式電力交易智能合約可順利完成交易投標(biāo)、報(bào)價(jià)排序、安全校核及修正、交易清算等功能。 5結(jié)語(yǔ) 本文設(shè)計(jì)了" 多買(mǎi)多賣(mài)，分布式電能交易" 去中心化的交易模型與機(jī)制，在以太坊區(qū)塊鏈上，依托智能合約實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)去中心化電能多邊交易流程，并引入配電網(wǎng)的潮流約束限制條件，將理論進(jìn)一步貼合實(shí)際應(yīng)用。 區(qū)塊鏈在分布式電力多邊交易中的運(yùn)用值得深入研究，后續(xù)可能的方向包括：基于區(qū)塊鏈的分布式電力多邊交易最優(yōu)規(guī)模研究，適用于分布式電力交易的區(qū)塊鏈共識(shí)機(jī)制設(shè)計(jì)等。