郭佳程，寧德軍，李泱丞，沈 建

（1.中國(guó)科學(xué)院上海高等研究院，上海 200120；2.中國(guó)科學(xué)院大學(xué)電子電氣與通信工程學(xué)院，北京 100049；3.中南大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410083）

0 概述

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，將風(fēng)電、光伏發(fā)電等分布式能源發(fā)電并入電網(wǎng)系統(tǒng)是必然趨勢(shì)，但是分布式能源容量小且具有間斷性、隨機(jī)性和波動(dòng)性等特點(diǎn)，直接并網(wǎng)使用會(huì)降低能源穩(wěn)定性和利用率［1］。為構(gòu)建集廣泛聚合分布式能源、需求響應(yīng)、分布式儲(chǔ)能等功能于一體的分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)，需對(duì)分布式能源進(jìn)行集中管理和統(tǒng)一調(diào)度，并對(duì)能源供應(yīng)者和消費(fèi)者身份進(jìn)行耦合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)不同供能資源的協(xié)同及分布式能源的消納。然而在構(gòu)建分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)的過程中，由于難以實(shí)現(xiàn)能源信息的公開透明，網(wǎng)絡(luò)中各能源主體間存在信息獲取不對(duì)稱問題，能源調(diào)度規(guī)則、利益分配機(jī)制等信息始終由能源公司掌握，用戶在交易過程中處于弱勢(shì)地位，極大地增加了分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)達(dá)成互信的難度。

區(qū)塊鏈技術(shù)［2］能夠較好地解決分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)主體間的互信問題，基于區(qū)塊鏈技術(shù)建立分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)各參與主體在信息平臺(tái)上的雙向選擇［3］。在共享網(wǎng)絡(luò)中，能源信息被記錄于區(qū)塊鏈賬本中，支持合理的計(jì)量和認(rèn)證，確保共享網(wǎng)絡(luò)面向全部主體公開透明［4］。在交易平臺(tái)中，各參與主體之間的交易過程通過智能合約實(shí)現(xiàn)并對(duì)交易行為加以約束。但是，將區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于分布式能源共享領(lǐng)域依然存在網(wǎng)絡(luò)性能較差、隱私保護(hù)機(jī)制不夠完善、能源調(diào)度效率與透明度不高等問題。

本文在分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)中引入?yún)^(qū)塊鏈技術(shù)中的側(cè)鏈技術(shù)［5］，提出一種可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)，形成由交易鏈與調(diào)度鏈組成的姊妹鏈，并通過硬件終端與物理世界的能源設(shè)施相連接得到三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最終利用三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的透明化運(yùn)行。在能源調(diào)度方面，設(shè)計(jì)一種分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制，為用戶調(diào)度當(dāng)前狀態(tài)下最優(yōu)的儲(chǔ)能站并將其與鏈碼體系相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)能源調(diào)度全過程無人為干擾，以減少能源損耗，提升共享網(wǎng)絡(luò)透明度和整體能源利用率。

1 研究現(xiàn)狀

自2008 年中本聰提出區(qū)塊鏈這一概念以來［2］，區(qū)塊鏈?zhǔn)紫仍诮鹑陬I(lǐng)域取得了重要突破，進(jìn)而向物聯(lián)網(wǎng)、供應(yīng)鏈、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等眾多領(lǐng)域輻射。在能源領(lǐng)域，近年來得益于技術(shù)的成熟和政策的推動(dòng)，國(guó)外出現(xiàn)了眾多將區(qū)塊鏈應(yīng)用于能源領(lǐng)域的探索與研究。利用區(qū)塊鏈對(duì)交易數(shù)據(jù)與交易過程真實(shí)性進(jìn)行保護(hù)是將區(qū)塊鏈應(yīng)用于能源領(lǐng)域的最根本出發(fā)點(diǎn)，因此交易安全、網(wǎng)絡(luò)性能與信息系統(tǒng)安全成為研究的重點(diǎn)。在分布式能源交易方向，澳大利亞Power Ledger 公司構(gòu)建了基于區(qū)塊鏈的太陽(yáng)能電力交易平臺(tái)［6-7］，美國(guó)能源公司LO3 與西門子公司以及區(qū)塊鏈技術(shù)公司ConsenSys 共同合作開發(fā)了名為“布魯克林微電網(wǎng)”的能源區(qū)塊鏈項(xiàng)目［8-9］，能源公司Innogy 和Oxygen Initiative 聯(lián)合推出區(qū)塊鏈EV 充電平臺(tái)Share&Charge［10-11］。在阻塞管理與輔助服務(wù)方向，歐洲輸電系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商TenneT 為提升電網(wǎng)供電穩(wěn)定性，以Hyperledger Fabric 私有鏈為底層架構(gòu)，在德國(guó)以及荷蘭建立了能源區(qū)塊鏈試點(diǎn)項(xiàng)目［12］。在需求響應(yīng)方向，針對(duì)能源生態(tài)系統(tǒng)中需求響應(yīng)時(shí)延大及單一需求被多次重復(fù)響應(yīng)的缺陷，Bittwatt 項(xiàng)目組基于以太坊建立了智能化需求響應(yīng)平臺(tái)［13-14］。在信息系統(tǒng)安全方向，英國(guó)Future Cities Catapult 機(jī)構(gòu)聯(lián)合區(qū)塊鏈平臺(tái)公司Guardtime 開發(fā)了一種無密鑰簽名基礎(chǔ)設(shè)置（Keyless Signature Infrastructure，KSI）的區(qū)塊鏈技術(shù)［15］，該技術(shù)旨在提高電網(wǎng)在面臨網(wǎng)絡(luò)攻擊時(shí)的安全性。

國(guó)內(nèi)針對(duì)能源區(qū)塊鏈的研究主要為網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)處理性能以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)安全等方面，同時(shí)對(duì)于分布式能源網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式的研究也取得了一定進(jìn)展。文獻(xiàn)［16-18］分別以區(qū)塊鏈為核心架構(gòu)構(gòu)建了能源交易平臺(tái)以及與其相匹配的平臺(tái)運(yùn)行策略，其中文獻(xiàn)［17-18］基于各自平臺(tái)分別提出一種市場(chǎng)模型和競(jìng)價(jià)策略。文獻(xiàn)［19］致力于區(qū)塊鏈與智慧能源在商業(yè)模式上的結(jié)合，提出一種基于區(qū)塊鏈的智慧能源商業(yè)模式。文獻(xiàn)［20-21］關(guān)注能源區(qū)塊鏈中的信息安全問題，文獻(xiàn)［20］設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于區(qū)塊鏈技術(shù)的電力系統(tǒng)信息交換平臺(tái)，文獻(xiàn)［21］提出一種基于區(qū)塊鏈的電子數(shù)據(jù)保全方案。文獻(xiàn)［22］基于區(qū)塊鏈對(duì)能源電力調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的供需規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化。文獻(xiàn)［23］針對(duì)基于區(qū)塊鏈的電力物聯(lián)網(wǎng)中的接入認(rèn)證技術(shù)進(jìn)行研究，提出一種基于區(qū)塊鏈的分布式認(rèn)證模型。文獻(xiàn)［24］對(duì)RAFT 共識(shí)算法進(jìn)行改進(jìn)，提出一種分布式新能源接入下的改進(jìn)型RAFT 算法。

目前，側(cè)鏈技術(shù)多用于解決數(shù)據(jù)壓力與隱私保護(hù)問題。文獻(xiàn)［25］基于供應(yīng)鏈溯源系統(tǒng)，提出一種用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移的側(cè)鏈模型，以解決區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)存儲(chǔ)問題。文獻(xiàn)［26］提出一種基于側(cè)鏈的智慧能源交易模型，該模型利用資金交易與能源調(diào)度分割思想，本文受其啟發(fā)，將該思想融入基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中。

2 基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)

2.1 基本網(wǎng)絡(luò)

在傳統(tǒng)區(qū)塊鏈能源網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，高冗余的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式?jīng)Q定其必須在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量與網(wǎng)絡(luò)整體性能間進(jìn)行取舍，而分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)中主體眾多、交易頻繁，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量提出了更高的要求。此外，能源交易與調(diào)度所產(chǎn)生并依賴的數(shù)據(jù)在很大程度上并不重合。在區(qū)塊鏈公開透明的環(huán)境下，如果直接將上述信息記錄在鏈上，則會(huì)發(fā)生部分主體獲取到與之不相關(guān)信息的情況，產(chǎn)生隱私泄露等問題。本文基于區(qū)塊鏈側(cè)鏈技術(shù)提出一種可信的分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)，其基本網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)Fig.1 Architecture of trusted distributed energy sharing network based on sidechain

在基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)職責(zé)差異將主體分為3 類：

1）能源公司：存在于交易層和調(diào)度層，職責(zé)包括向用戶收取用能費(fèi)用（通證），將通證轉(zhuǎn)化為能源權(quán)益發(fā)放給用戶，調(diào)度下屬儲(chǔ)能站等。

2）儲(chǔ)能站：存在于調(diào)度層和物理層，職責(zé)包括能源權(quán)益與傳輸命令轉(zhuǎn)化，通過物理設(shè)施向用戶輸送能源或接收用戶輸出的能源。

3）用戶：存在于交易層、調(diào)度層和物理層，是共享網(wǎng)絡(luò)所觸達(dá)的終端，職責(zé)包括能源權(quán)益獲取與變現(xiàn)，能源權(quán)益與傳輸命令轉(zhuǎn)化，通過物理設(shè)施接收并使用能源并將富余能源或自生產(chǎn)能源向儲(chǔ)能站輸送。

與主體相對(duì)應(yīng)，在基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)中，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與職責(zé)的差異，將整體網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)成縱向的三層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，由下至上分別為物理層、調(diào)度層、交易層，其中調(diào)度層與交易層通過側(cè)鏈技術(shù)構(gòu)成姊妹鏈，又稱為調(diào)度鏈與交易鏈，兩者通過交易鎖合約進(jìn)行信息傳遞和價(jià)值交換。基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)融合了區(qū)塊鏈側(cè)鏈、鏈碼、通證、復(fù)合式存儲(chǔ)策略等技術(shù)，具有以下特征：

1）高可信與高透明。通過區(qū)塊鏈技術(shù)對(duì)能源公司、儲(chǔ)能站和用戶的實(shí)時(shí)狀態(tài)以及發(fā)生于鏈上的所有交易進(jìn)行記錄，確保交易記錄真實(shí)無篡改且可追溯，保障了能源共享網(wǎng)絡(luò)中信息的可靠性。交易與主體狀態(tài)信息面向鏈上全體節(jié)點(diǎn)透明公開，有助于打破能源公司對(duì)能源數(shù)據(jù)的壟斷，使用戶和能源公司在交易中處于平等地位。通過鏈碼技術(shù)，簡(jiǎn)化業(yè)務(wù)流程，大幅壓縮人工介入的空間，確保交易規(guī)則清晰、交易執(zhí)行過程透明無人為干擾。

2）提升網(wǎng)絡(luò)性能并加強(qiáng)隱私保護(hù)。通過側(cè)鏈技術(shù)，將交易數(shù)據(jù)與調(diào)度數(shù)據(jù)進(jìn)行拆分：一方面降低了單個(gè)節(jié)點(diǎn)需要維護(hù)的賬本數(shù)據(jù)量和針對(duì)單個(gè)節(jié)點(diǎn)的無價(jià)值信息比例，減輕了單條鏈上的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壓力，一定程度上彌補(bǔ)了區(qū)塊鏈在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方面的短板，提升網(wǎng)絡(luò)整體性能；另一方面將資產(chǎn)與能源儲(chǔ)備信息相互隔離，也隔絕了部分主體接觸無關(guān)數(shù)據(jù)的途徑（如調(diào)度層儲(chǔ)能站節(jié)點(diǎn)無法獲得與資金相關(guān)的交易信息），加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)隱私保護(hù)。

3）實(shí)現(xiàn)能源供需主體的耦合?；趥?cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)對(duì)能源供給者與消費(fèi)者主體身份進(jìn)行耦合，即各主體既能購(gòu)買和使用能源，又能通過售賣剩余或自產(chǎn)能源賺取相應(yīng)的能源權(quán)益轉(zhuǎn)換為資產(chǎn)，以減少能源網(wǎng)絡(luò)中的能源浪費(fèi)，實(shí)現(xiàn)能源利用率最大化。

2.2 三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系

三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系是針對(duì)基于側(cè)鏈的可信分布式共享網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的鏈碼體系，通過建立一套跨越三層網(wǎng)絡(luò)的鏈碼體系，實(shí)現(xiàn)鏈上主體間無人工介入環(huán)境下的條件-響應(yīng)式工作協(xié)同。該鏈碼體系定義了基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)中通證交易、能源調(diào)度、能源命令響應(yīng)等行為的邏輯規(guī)則，重點(diǎn)關(guān)注交易鏈與調(diào)度鏈間狀態(tài)的一致性，基于簡(jiǎn)化支付確認(rèn)（Simplified Payment Verification，SPV）［27］模式設(shè)計(jì)的交易鎖合約應(yīng)用于跨越姊妹鏈間的一致性通信，能有效防止因信息傳遞過程中的時(shí)間延遲而導(dǎo)致的一致性問題發(fā)生。圖2 為三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系，與交易層與調(diào)度層的姊妹鏈結(jié)構(gòu)相對(duì)應(yīng)，“Transaction”與“Schedule”分別為部署于交易鏈和調(diào)度鏈的鏈碼，兩者均包含Initialization、Transaction、Token、Query、DB、Apps 模塊，Schedule鏈碼額外包含Algorithm 模塊。三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系由能源供給和能源收購(gòu)兩套規(guī)則組成，如圖3 和圖4 所示。

圖2 三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系Fig.2 Three-layer network cooperative work chaincode system

圖3 三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系的能源供給規(guī)則Fig.3 Energy supply rules of three-layer network cooperative work chaincode system

圖4 三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系的能源收購(gòu)規(guī)則Fig.4 Energy acquisition rules of three-layer network cooperative work chaincode system

三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系的能源供給規(guī)則具體步驟如下：

S1：交易鏈用戶向能源公司發(fā)送能源購(gòu)買申請(qǐng)并支付一定數(shù)額的通證。

S2：交易鏈能源公司執(zhí)行交易鎖合約，將用戶支付的通證轉(zhuǎn)換為調(diào)度鏈上的能源權(quán)益。

S3：調(diào)度鏈能源公司將轉(zhuǎn)換的能源權(quán)益分配給用戶。

S4：調(diào)度鏈執(zhí)行分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制選擇合適的儲(chǔ)能站，向儲(chǔ)能站發(fā)送供能申請(qǐng)并支付能源權(quán)益。

S5：調(diào)度鏈儲(chǔ)能站向物理層終端發(fā)送供能命令。

S6：物理層儲(chǔ)能站向用戶供能。

S7：調(diào)度鏈在周期結(jié)算時(shí)，儲(chǔ)能站將全部能源權(quán)益支付給能源公司。

S8：調(diào)度鏈用戶和能源公司根據(jù)需要執(zhí)行交易鎖合約，將能源權(quán)益轉(zhuǎn)換為交易鏈上的通證。

三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系的能源收購(gòu)規(guī)則具體步驟如下：

S1：交易鏈在周期結(jié)算完成后，能源公司根據(jù)需求擴(kuò)充調(diào)度鏈的能源權(quán)益儲(chǔ)備，執(zhí)行交易鎖合約，將通證轉(zhuǎn)換為調(diào)度鏈上的能源權(quán)益。

S2：物理層用戶向能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制分配的儲(chǔ)能站輸送剩余或自產(chǎn)能源。

S3：調(diào)度鏈儲(chǔ)能站核實(shí)數(shù)據(jù)。

S4：調(diào)度鏈向用戶支付相應(yīng)數(shù)額的能源權(quán)益。

S5：調(diào)度鏈用戶和能源公司根據(jù)需要執(zhí)行交易鎖合約，將能源權(quán)益轉(zhuǎn)換為交易鏈上的通證。

能源供給的步驟S2 與S8 以及能源收購(gòu)的步驟S5 使用了基于SPV 模式的交易鎖合約。該合約的作用是保證交易鏈和調(diào)度鏈資產(chǎn)的一致性。交易鎖合約由通證轉(zhuǎn)換能源權(quán)益規(guī)則和能源權(quán)益轉(zhuǎn)換通證規(guī)則組成，兩者在步驟上相互對(duì)應(yīng)，在此以通證轉(zhuǎn)換能源權(quán)益為例對(duì)交易鎖合約的具體規(guī)則進(jìn)行說明，如圖5 所示。

圖5 基于SPV 的交易鎖合約規(guī)則Fig.5 Transaction lock contract rules based on SPV

基于SPV 模式的交易鎖合約規(guī)則具體步驟如下：

S1：交易鏈主體發(fā)起交易鎖交易，將一定數(shù)額的通證發(fā)至隨機(jī)指定的交易鎖地址進(jìn)行鎖定。

S2：交易鏈將交易鎖交易寫入鏈上，并經(jīng)過若干區(qū)塊（一般為6 個(gè)）對(duì)其進(jìn)行確認(rèn)，等待交易鎖交易被確認(rèn)后，按照交易鎖合約內(nèi)置的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)將交易鎖交易信息打包為數(shù)據(jù)包發(fā)送至調(diào)度鏈。

S3：調(diào)度鏈接收數(shù)據(jù)包，并按照數(shù)據(jù)包內(nèi)的區(qū)塊路徑驗(yàn)證交易鏈對(duì)應(yīng)區(qū)塊上的交易鎖交易信息是否與數(shù)據(jù)包信息一致。

S4：調(diào)度鏈驗(yàn)證通過后執(zhí)行解鎖指令，按照通證與能源權(quán)益的兌換比例將原先存于調(diào)度鏈某一交易鎖地址內(nèi)的能源權(quán)益解鎖發(fā)送至主體在調(diào)度層的錢包內(nèi)，等待調(diào)度鏈將交易鎖交易寫入鏈上，并經(jīng)過若干區(qū)塊（一般為6 個(gè)）對(duì)其進(jìn)行確認(rèn)，通證轉(zhuǎn)換能源權(quán)益完畢。

在能源權(quán)益轉(zhuǎn)換通證時(shí)，反向執(zhí)行上述規(guī)則，即先在調(diào)度鏈鎖定能源權(quán)益，再在交易鏈解鎖相應(yīng)比例的通證即可。

交易鎖合約保證了同一價(jià)值的資產(chǎn)，同一時(shí)間內(nèi)只能在一條鏈上流通，先鎖定再解鎖的機(jī)制也杜絕了因?yàn)橥ㄐ叛舆t而導(dǎo)致的雙花問題發(fā)生，確保了整個(gè)能源共享網(wǎng)絡(luò)中價(jià)值的整體一致性。

三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行之初即寫入?yún)^(qū)塊鏈中，任何對(duì)鏈碼規(guī)則的更改都將在區(qū)塊鏈上留下完整記錄，以確保鏈碼體系在規(guī)則層面的透明。在執(zhí)行過程中，無論是能源供應(yīng)還是能源收購(gòu)都完全由事先部署的鏈碼體系控制，可操作空間僅限于交易鏈和調(diào)度鏈中的錢包賬戶，同時(shí)每一筆交易都將記錄在其發(fā)生的區(qū)塊鏈側(cè)鏈上，無法被篡改或偽造且不可抵賴，以確保鏈碼體系在執(zhí)行層面的透明。綜上，三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系的部署大幅度加強(qiáng)了基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)的透明性，使其在規(guī)則和執(zhí)行層面真實(shí)可信。

3 分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制

能源在傳輸和存儲(chǔ)的過程中，由于天氣、海拔、溫度、距離、設(shè)備老化等原因會(huì)產(chǎn)生一定程度的損耗，降低能源利用率，這一現(xiàn)象在分布式能源網(wǎng)絡(luò)中尤為明顯。此外，雖然能源調(diào)度規(guī)則可以通過上鏈的方式向網(wǎng)絡(luò)中所有主體公開，但在規(guī)則執(zhí)行的過程中依舊存在人為介入的情況，這將削弱能源調(diào)度的透明度，降低能源共享網(wǎng)絡(luò)的整體可信度。

本文在基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，提出一種分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制，其目的是通過宏觀調(diào)度，為用戶分配合適的儲(chǔ)能站進(jìn)行能源供給或收購(gòu)，以降低能源損耗，提升能源共享網(wǎng)絡(luò)中能源的整體利用率，并且通過鏈碼技術(shù)實(shí)現(xiàn)能源調(diào)度全過程的透明化。分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制由能源供給和能源收購(gòu)兩部分組成，機(jī)制流程如圖6 和圖7 所示，其中，E表示儲(chǔ)能站剩余能源量，n和m表示用戶數(shù)，X表示儲(chǔ)能站供給能源的次數(shù)，x表示用戶接收能源的次數(shù)，S表示儲(chǔ)能站剩余儲(chǔ)能空間，Y表示儲(chǔ)能站接收能源的次數(shù)，y表示用戶出售能源的次數(shù)。

能源供給和能源收購(gòu)分為以下兩階段：

1）儲(chǔ)能站分配。能源公司根據(jù)儲(chǔ)能站列表為用戶分配儲(chǔ)能站，儲(chǔ)能站列表執(zhí)行局部被動(dòng)更新策略，即能源公司不主動(dòng)大范圍更新儲(chǔ)能站列表，而是當(dāng)儲(chǔ)能站狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，由儲(chǔ)能站向能源公司發(fā)出通知，能源公司更新該儲(chǔ)能站的狀態(tài)（available/unavailable）。與全局性質(zhì)的更新相比，局部被動(dòng)更新策略在保證儲(chǔ)能站列表實(shí)時(shí)準(zhǔn)確的同時(shí)，減少了無狀態(tài)變化的儲(chǔ)能站與能源公司間不必要的狀態(tài)詢問通信，壓縮了數(shù)據(jù)量，減輕了能源共享網(wǎng)絡(luò)的通信和存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)。

2）能源傳輸。儲(chǔ)能站與用戶建立連接，實(shí)際執(zhí)行能源供給或收購(gòu)的命令。值得注意的是，儲(chǔ)能站與用戶的連接并不是長(zhǎng)期不變的，其執(zhí)行延遲主動(dòng)更新策略，即當(dāng)儲(chǔ)能站儲(chǔ)能量及剩余儲(chǔ)能空間充足時(shí)，每傳輸k個(gè)單位能源，用戶就主動(dòng)斷開與儲(chǔ)能站的連接，回到儲(chǔ)能站分配階段，由能源公司根據(jù)當(dāng)時(shí)最新的儲(chǔ)能站列表重新分配儲(chǔ)能站。該策略既減少了當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)更優(yōu)的available 儲(chǔ)能站時(shí)用戶長(zhǎng)期無法與當(dāng)前儲(chǔ)能站斷開連接而轉(zhuǎn)為與更優(yōu)儲(chǔ)能站建立連接產(chǎn)生的不必要損耗，又由于用戶必須傳輸k個(gè)單位能源才能更換儲(chǔ)能站，因此杜絕了網(wǎng)絡(luò)劇烈變動(dòng)而導(dǎo)致的頻繁更換儲(chǔ)能站這一情況的發(fā)生。通過對(duì)參數(shù)k的設(shè)定，能夠在能源損耗與通信成本間建立動(dòng)態(tài)平衡。

圖6 分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制的能源供給流程Fig.6 Energy supply flow of distributed energy dynamic scheduling mechanism

圖7 分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制的能源收購(gòu)流程Fig.7 Energy acquisition flow of distributed energy dynamic scheduling mechanism

應(yīng)用分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制能夠使用戶在絕大部分時(shí)間內(nèi)與最優(yōu)儲(chǔ)能站建立連接并傳輸能源，有效減少分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)中的能源損耗。與三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系類似，分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制通過與鏈碼技術(shù)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)基于區(qū)塊鏈的條件式自執(zhí)行。一方面，最大限度降低能源調(diào)度過程中的人為干擾，確保能源調(diào)度在執(zhí)行層面的透明性；另一方面，對(duì)調(diào)度規(guī)則和調(diào)度行為進(jìn)行記錄并將數(shù)據(jù)記入?yún)^(qū)塊鏈，確保能源調(diào)度在規(guī)則和數(shù)據(jù)層面的透明性。綜上，通過分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制能夠較好地提升網(wǎng)絡(luò)透明度和整體能源利用率。

4 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

4.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

本文針對(duì)三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系和分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制設(shè)計(jì)三組實(shí)驗(yàn)，分別驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和鏈碼體系的有效性與安全性以及動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制的合理性與高效性，以證明本文提出的基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)合理可行、安全可信且能實(shí)現(xiàn)提升能源利用率的目標(biāo)。

4.2 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

本文在Hyperledger Fabric［28］聯(lián)盟鏈環(huán)境下搭建實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)并編寫鏈碼體系和算法，同時(shí)利用如表1所示的軟硬件環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)流程，本文設(shè)定在固定時(shí)間內(nèi)向每個(gè)用戶供給的能源量固定，如在單位時(shí)間1（如1 min）內(nèi)向用戶1 供給的能源量為1 個(gè)單位。

表1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境的軟硬件配置Table 1 Software and hardware configuration of experimental environment

4.3 實(shí)驗(yàn)步驟

實(shí)驗(yàn)1三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系跨鏈價(jià)值交換驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1）在鏈碼體系中設(shè)置觀察點(diǎn)。

2）在基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行鏈碼體系，分別執(zhí)行：購(gòu)買能源權(quán)益；能源權(quán)益轉(zhuǎn)換為通證，觀察預(yù)設(shè)的觀察點(diǎn)是否給出正確反饋。

3）查詢區(qū)塊鏈交易記錄，驗(yàn)證步驟2 中的操作是否被真實(shí)記錄。

實(shí)驗(yàn)2三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系能源傳輸驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1）在鏈碼體系中設(shè)置觀察點(diǎn)。

2）預(yù)設(shè)儲(chǔ)能站列表并按照算法規(guī)則預(yù)先手動(dòng)推算能源傳輸過程。

3）在基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行鏈碼體系，分別執(zhí)行：能源供給；能源收購(gòu)，觀察預(yù)設(shè)的觀察點(diǎn)是否給出正確反饋。

4）對(duì)比實(shí)際能源傳輸過程與步驟2 中推算的能源傳輸過程是否一致。

5）查詢區(qū)塊鏈交易記錄，驗(yàn)證步驟3 中的操作是否被真實(shí)記錄。

實(shí)驗(yàn)3多用戶條件下能源損耗率對(duì)比實(shí)驗(yàn)，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：

1）預(yù)設(shè)儲(chǔ)能站列表。

2）制定多用戶的用能腳本。

3）在基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下按照步驟1 中的腳本模擬用戶進(jìn)行能源交易。

4）待步驟3 運(yùn)行完畢后，統(tǒng)計(jì)網(wǎng)絡(luò)中的整體能源使用量和能源損耗率。

5）移除分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制，采用隨機(jī)選擇儲(chǔ)能站的方法，反復(fù)執(zhí)行步驟3 和步驟4 達(dá)到預(yù)設(shè)次數(shù)后，對(duì)能源使用量和能源損耗率取均值。

6）對(duì)比步驟4 和步驟5 中的能源使用量和能源損耗率。

7）設(shè)定不同儲(chǔ)能站列表和用戶規(guī)模，多次執(zhí)行步驟1～步驟6，以獲得在不同環(huán)境下能源損耗的對(duì)比情況。

4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

實(shí)驗(yàn)1購(gòu)買能源權(quán)益和能源權(quán)益向通證轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。在購(gòu)買能源權(quán)益實(shí)驗(yàn)中，transaction 表示交易鏈，schedule 表示調(diào)度鏈，如圖8 中①所示，通證與能源權(quán)益的轉(zhuǎn)換比為1。該實(shí)驗(yàn)首先分別獲取用戶在交易層與調(diào)度層以及能源公司在交易層的錢包初始情況，如圖8 中②所示，用戶在交易層擁有1 000 枚通證，在調(diào)度層的能源權(quán)益為0，能源公司在交易層擁有1 000 枚通證?，F(xiàn)用戶通過交易鏈向能源公司支付73 枚通證以換取73 個(gè)單位的能源權(quán)益，如圖8中③所示。圖8 中④與⑤分別為交易鎖合約在交易層執(zhí)行鎖定和在調(diào)度層執(zhí)行解鎖命令。執(zhí)行完成后再次獲取用戶在交易層與調(diào)度層以及能源公司在交易層的錢包情況，如圖8 中⑥所示，用戶在交易層擁有的通證數(shù)量已減少73 枚，目前為927 枚，在調(diào)度層的能源權(quán)益為73 個(gè)單位，能源公司在交易層擁有的通證數(shù)量依舊為1 000 枚并未增加，其原因是用戶支付的73 枚通證已通過交易鎖合約發(fā)送至交易鎖地址進(jìn)行鎖定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期。

圖8 購(gòu)買能源權(quán)益實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.8 Experimental results of purchasing energy rights

能源權(quán)益向通證轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證用戶將20 個(gè)單位的能源權(quán)益轉(zhuǎn)換為20 枚通證，在圖9 中，①為交易層與調(diào)度層中用戶錢包的初始狀態(tài)，②為轉(zhuǎn)換命令，③與④分別為鎖定與解鎖命令，⑤為轉(zhuǎn)換完成后用戶錢包的最終狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期。

圖9 能源權(quán)益向通證轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)結(jié)果1Fig.9 Experimental results 1 of energy rights conversion to general certificate

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證能源公司將300 個(gè)單位的能源權(quán)益轉(zhuǎn)換為300 枚通證，在圖10 中，①為交易層與調(diào)度層中能源公司錢包的初始狀態(tài)，②為轉(zhuǎn)換命令，③與④分別為鎖定與解鎖命令，⑤為轉(zhuǎn)換完成后能源公司錢包的最終狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期。

圖10 能源權(quán)益向通證轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)結(jié)果2Fig.10 Experimental results 2 of energy rights conversion to general certificate

圖11 和圖12 展示了交易鏈和調(diào)度鏈在實(shí)驗(yàn)1中產(chǎn)生的交易記錄。兩條鏈上的記錄相互印證且符合實(shí)驗(yàn)過程，說明區(qū)塊鏈對(duì)交易的記錄真實(shí)有效。

圖11 實(shí)驗(yàn)1 交易鏈記錄Fig.11 Transaction chain record of experiment 1

圖12 實(shí)驗(yàn)1 調(diào)度鏈記錄Fig.12 Scheduling chain record of experiment 1

圖13 為在與側(cè)鏈結(jié)構(gòu)相對(duì)的單鏈結(jié)構(gòu)上同時(shí)執(zhí)行資金交易和能源調(diào)度的對(duì)比實(shí)驗(yàn)的交易記錄?？梢钥闯?，在單鏈結(jié)構(gòu)中，資金交易和能源調(diào)度的交易記錄混雜在一起，且儲(chǔ)能站a 能額外獲得用戶與能源公司的資金交易信息，能源公司也能了解用戶與儲(chǔ)能站a 之間的能源調(diào)度情況。而在圖11 和圖12 的姊妹鏈結(jié)構(gòu)中，兩條鏈上只存有發(fā)生于本鏈的交易記錄，一條鏈上的主體無法獲取到另一條鏈上的交易記錄，同時(shí)各條鏈上的記錄邏輯清晰，在總數(shù)據(jù)量基本不變的前提下，各條鏈上的數(shù)據(jù)壓力較小，說明側(cè)鏈較好地實(shí)現(xiàn)了提升網(wǎng)絡(luò)性能及保護(hù)主體隱私的目標(biāo)。通過實(shí)驗(yàn)1，驗(yàn)證了基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)和三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系跨鏈交易模塊的有效性與安全性。

圖13 實(shí)驗(yàn)1 單鏈對(duì)比Fig.13 Single chain comparison of experiment 1

實(shí)驗(yàn)2能源供給和能源收購(gòu)實(shí)驗(yàn)。在能源供給實(shí)驗(yàn)中的初始化儲(chǔ)能站列表如表2 所示，其列出了用戶和儲(chǔ)能站間傳輸能源的損耗率，其中：∞表示用戶與儲(chǔ)能站間無有效線路，不可傳輸能源；available/unavailable 表示儲(chǔ)能站儲(chǔ)能是否充足且符合供能要求。實(shí)驗(yàn)2 中的兩個(gè)子實(shí)驗(yàn)均設(shè)定單次連接的供能/收能上限k=10。用戶1 申請(qǐng)供能和申請(qǐng)用能過程如圖14、圖15 所示。

表2 能源供給實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)能站列表1Table 2 Energy supply experimental storage station list 1

圖14 能源供給實(shí)驗(yàn)結(jié)果1Fig.14 Energy supply experimental results 1

圖15 能源供給實(shí)驗(yàn)結(jié)果2Fig.15 Energy supply experimental results 2

如圖16 所示，按照分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制，選定儲(chǔ)能站b 為用戶1 供能，儲(chǔ)能站b 核對(duì)自身儲(chǔ)能信息儲(chǔ)能量為20個(gè)單位（大于4個(gè)單位），儲(chǔ)能站b可供能。

圖16 能源供給實(shí)驗(yàn)結(jié)果3Fig.16 Energy supply experimental results 3

用戶1 與儲(chǔ)能站b 建立連接，儲(chǔ)能站b 為其供能。在達(dá)到單次供能上限后，用戶1 與儲(chǔ)能站b 斷開連接，重新申請(qǐng)供能。此時(shí)儲(chǔ)能站列表如表3 所示，可以看出儲(chǔ)能站列表并未改變。用戶1 申請(qǐng)供能如圖17 所示。

表3 能源供給實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)能站列表2Table 3 Energy supply experimental storage station list 2

圖17 能源供給實(shí)驗(yàn)結(jié)果4Fig.17 Energy supply experimental results 4

如圖18 所示，按照分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制，選定儲(chǔ)能站b 為用戶1 供能，儲(chǔ)能站b 核對(duì)自身儲(chǔ)能信息儲(chǔ)能量為10個(gè)單位（大于4個(gè)單位），儲(chǔ)能站b可供能。

圖18 能源供給實(shí)驗(yàn)結(jié)果5Fig.18 Energy supply experimental results 5

用戶1 與儲(chǔ)能站b 建立連接，儲(chǔ)能站b 為其供能。當(dāng)供能量達(dá)4 個(gè)單位后，儲(chǔ)能站b 不再符合供能要求，儲(chǔ)能站b 與所有用戶斷開連接，用戶1 重新申請(qǐng)供能。此時(shí)儲(chǔ)能站列表如表4 所示，可以看出，此時(shí)儲(chǔ)能站b 的狀態(tài)已更新為unavailable，而此時(shí)儲(chǔ)能站a 通過儲(chǔ)能已符合供能要求，因此狀態(tài)更新為available，恢復(fù)供能。能源供給實(shí)驗(yàn)完畢，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期。

表4 能源供給實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)能站列表3Table 4 Energy supply experimental storage station list 3

在能源收購(gòu)實(shí)驗(yàn)中的初始化儲(chǔ)能站列表如表5所示，設(shè)定儲(chǔ)能站a 的儲(chǔ)能上限為20 個(gè)單位。用戶3申請(qǐng)能源收購(gòu)過程如圖19、圖20 所示。

表5 能源收購(gòu)實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)能站列表1Table 5 Energy acquisition experimental energy storage station list 1

圖19 能源收購(gòu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果1Fig.19 Energy acquisition experimental results 1

圖20 能源收購(gòu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果2Fig.20 Energy acquisition experimental results 2

如圖21 所示，按照分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制，選定儲(chǔ)能站a 為用戶3 供能，儲(chǔ)能站a 核對(duì)自身空余的儲(chǔ)能空間為15 個(gè)單位，儲(chǔ)能站a 可收能。

圖21 能源收購(gòu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果3Fig.21 Energy acquisition experimental results 3

用戶3 與儲(chǔ)能站a 建立連接，儲(chǔ)能站a 收購(gòu)用戶3的能源。在達(dá)到單次供能上限后，用戶1 與儲(chǔ)能站b斷開連接，重新申請(qǐng)供能，此時(shí)儲(chǔ)能站列表如表6 所示，可以看出儲(chǔ)能站列表并未改變。如圖22 所示，按照分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制，選定儲(chǔ)能站a 為用戶3 供能，儲(chǔ)能站a 核對(duì)自身空余的儲(chǔ)能空間為5 個(gè)單位，儲(chǔ)能站a 可收能。

表6 能源收購(gòu)實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)能站列表2Table 6 Energy acquisition experimental energy storage station list 2

圖22 能源收購(gòu)實(shí)驗(yàn)結(jié)果4Fig.22 Energy acquisition experimental results 4

當(dāng)收能量達(dá)3 個(gè)單位后，儲(chǔ)能站a 的儲(chǔ)能空間已滿，不再符合收能要求，儲(chǔ)能站a 與所有用戶斷開連接，用戶3 重新申請(qǐng)能源收購(gòu)，此時(shí)儲(chǔ)能站列表如表7 所示?？梢钥闯觯藭r(shí)儲(chǔ)能站a 的狀態(tài)已更新為unavailable。與此同時(shí)，儲(chǔ)能站c 的儲(chǔ)能量也達(dá)到上限，狀態(tài)更新為unavailable。能源收購(gòu)實(shí)驗(yàn)完畢，實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合預(yù)期。

表7 能源收購(gòu)實(shí)驗(yàn)儲(chǔ)能站列表3Table 7 Energy acquisition experimental energy storage station list 3

圖23 展示了實(shí)驗(yàn)2 中調(diào)度鏈產(chǎn)生的交易記錄。實(shí)驗(yàn)2 中用戶1 與儲(chǔ)能站b 交易14 次，用戶3 與儲(chǔ)能站a 交易13 次，與調(diào)度鏈中的交易記錄吻合，說明區(qū)塊鏈對(duì)交易的記錄真實(shí)有效。

圖23 實(shí)驗(yàn)2 調(diào)度鏈記錄Fig.23 Scheduling chain record of experiment 2

通過實(shí)驗(yàn)2，驗(yàn)證了基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)以及三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系能源傳輸模塊的有效性與安全性。

實(shí)驗(yàn)3以網(wǎng)絡(luò)規(guī)模為基準(zhǔn)設(shè)計(jì)5 輪實(shí)驗(yàn)，每輪實(shí)驗(yàn)的用戶數(shù)和儲(chǔ)能站數(shù)固定，儲(chǔ)能站列表各不相同，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，各儲(chǔ)能站列表中的最大線路損耗率也逐漸擴(kuò)大，符合能源損耗與距離正相關(guān)的實(shí)際情況。每輪實(shí)驗(yàn)中用戶使用能源供給/能源收購(gòu)服務(wù)的行為按照每輪實(shí)驗(yàn)的腳本進(jìn)行，不同輪次實(shí)驗(yàn)?zāi)_本各不相同，相同輪次中使用調(diào)度算法與隨機(jī)選擇儲(chǔ)能站的腳本相同。

實(shí)驗(yàn)使用Python 語(yǔ)言的Simpy 庫(kù)，對(duì)于每組實(shí)驗(yàn)設(shè)定用戶的到達(dá)服從特定泊松分布并設(shè)定對(duì)應(yīng)數(shù)目的儲(chǔ)能站，每個(gè)電站的基礎(chǔ)儲(chǔ)能量服從均值為40 個(gè)單位的正態(tài)分布，假設(shè)用戶與儲(chǔ)能站之間的損耗服從特定正態(tài)分布。每組實(shí)驗(yàn)中每名用戶請(qǐng)求的電量數(shù)目服從均值為10 個(gè)單位的正態(tài)分布，電站與用戶之間進(jìn)行電量交換的時(shí)間服從均值為60 s 的正態(tài)分布。在具有使用能源收購(gòu)服務(wù)的用戶實(shí)驗(yàn)中，售電量服從均值為5 個(gè)單位的正態(tài)分布，售電用戶與電站進(jìn)行電量交換的時(shí)間均值為30 s 的正態(tài)分布。從表8 可以看出，在相同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，使用調(diào)度機(jī)制選擇儲(chǔ)能站的能源損耗率約為隨機(jī)選擇儲(chǔ)能站的能源損耗率的60%～80%，并且隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與復(fù)雜度的提升，該數(shù)據(jù)逐步減小，說明本文提出的分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制在基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的效果較好，且當(dāng)處于規(guī)模大和線路復(fù)雜的分布式網(wǎng)絡(luò)時(shí)效果將進(jìn)一步提升。

本文所有實(shí)驗(yàn)中的主要時(shí)延在于兩條側(cè)鏈間進(jìn)行代幣與能源權(quán)益的價(jià)值轉(zhuǎn)移以及各節(jié)點(diǎn)形成共識(shí)生成區(qū)塊所需的時(shí)間，而前者的主要時(shí)延在于執(zhí)行交易鎖合約對(duì)代幣或能源權(quán)益進(jìn)行鎖定或解鎖的行為寫入?yún)^(qū)塊鏈中并被證實(shí)有效所需的時(shí)間，即自鎖定或解鎖行為產(chǎn)生起生成6 個(gè)區(qū)塊的時(shí)間，其本質(zhì)上也是各節(jié)點(diǎn)形成共識(shí)生成區(qū)塊所需的時(shí)間。與以太坊等公有鏈采用PoW 等共識(shí)機(jī)制不同，本文實(shí)驗(yàn)在Hyperledger Fabric 聯(lián)盟鏈網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下采用Raft 共識(shí)機(jī)制，區(qū)塊生成時(shí)間能夠達(dá)到秒級(jí)，并且支持人為設(shè)置單區(qū)塊交易數(shù)量上限和最大出塊間隔，實(shí)驗(yàn)設(shè)置的單區(qū)塊交易數(shù)量上限為10 條，最大出塊間隔為1 s，因此鎖定或解鎖行為被證實(shí)有效的時(shí)延約為6 s，側(cè)鏈間一次完整的價(jià)值轉(zhuǎn)移操作的時(shí)延約為10 s。Hyperledger Fabric 吞吐量可達(dá)1 000 transaction/s以上，在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境下能達(dá)到300 transaction/s～500 transaction/s。經(jīng)過測(cè)算，本文實(shí)驗(yàn)環(huán)境下的區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)能夠滿足200 名用戶的實(shí)時(shí)用電需求且整體運(yùn)行時(shí)間在可接受范圍內(nèi)。在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)整體性能受硬件條件、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模等因素的影響較大，與實(shí)驗(yàn)環(huán)境相比存在一定的差異。

表8 分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 8 Experimental results of distributed energy dynamic scheduling mechanism

綜上，三組實(shí)驗(yàn)分別驗(yàn)證了基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系的有效性與安全性，以及分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制的合理性與有效性。通過實(shí)驗(yàn)可以得出，基于側(cè)鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)具有較高的有效性與安全性，能夠?qū)崿F(xiàn)交易公正透明、減輕數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壓力、非相關(guān)信息分離的隱私保護(hù)和主體供需身份耦合等目標(biāo)，并且在提升網(wǎng)絡(luò)整體能源利用率方面也有較好的性能表現(xiàn)。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)中隱私保護(hù)和能源調(diào)度等問題，本文提出一種基于區(qū)塊鏈的可信分布式能源共享網(wǎng)絡(luò)，以區(qū)塊鏈中的側(cè)鏈技術(shù)為基礎(chǔ)構(gòu)建三層基本網(wǎng)絡(luò)，并設(shè)計(jì)應(yīng)用于該網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系和分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度機(jī)制，通過三組實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的合理性、有效性與安全性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三層網(wǎng)絡(luò)協(xié)同工作鏈碼體系實(shí)現(xiàn)了分布式能源網(wǎng)絡(luò)中主體間的可信交易，并且在減輕數(shù)據(jù)存儲(chǔ)壓力、保護(hù)交易隱私以及提升能源利用率等方面均有較好的性能表現(xiàn)。下一步將對(duì)交易鎖合約及調(diào)度層鏈碼體系進(jìn)行優(yōu)化，并結(jié)合前沿能源調(diào)度算法設(shè)計(jì)真實(shí)環(huán)境下的分布式能源動(dòng)態(tài)調(diào)度算法。