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基于区块链共识机制的能源互联网协同优化研究

王莉鑫  
【摘要】:随着能源互联网的不断建设和发展,分布式可再生能源在能源系统中起着越来越重要的作用。而分布式可再生能源具有间歇不稳定性、不可预测性,这对多能源系统的融合提出了更高的要求。为了充分利用可再生能源,实现其在多能源系统中的灵活流动是一种重要手段,这和能源互联网的分布式特性是相通的。区块链是具有强分布式特性的新兴技术,具有普适性的底层框架,可为能源互联网协同优化提供技术支撑,实现能源互联网的深刻变革。本文以区块链技术在能源互联网协同优化中的应用为研究背景,从能源供应侧、传输侧及需求侧三个不同层面分析了能源互联网优化目标及研究现状,指出能源互联网协同优化中存在难以鉴别多元数据真伪及多能源主体信誉等问题。为了解决上述问题,考虑能源互联网的实际应用不宜使用虚拟货币及多能源主体角色种类的多样化,通过对比分析多种共识机制的适用范围及性能,给出一种基于拜占庭容错算法(PBFT)的多能源交互主体共识方法,将多能源主体角色分成能源监管主体和多能源主体两类,能源监管主体在能源区块链网络中具有最高权限,负责区块的生成,在主体互不信任和主体不诚实的情况下,多能源交互主体均可达成有效共识。同时为了满足微网、电动汽车等应用可以实现自主共识,在上述共识机制的基础上,提出一种基于能源对等主体下拜占庭容错算法(E-PBFT)的多能源交互主体共识方法,使多种能源角色在能源区块链网络中均具有同等地位,均可提出并生成能源区块,在能源区块链网络去中心化的情况下也可实现多能源交互主体有效共识。本文模拟了一个由4个多能源主体构成的区块链网络,实验测试结果表明在存在不诚实多能源主体的情况下,两种多能源交互主体共识机制均可保证多能源交互主体间的有效共识,保证多元能源数据不可篡改。在上述实验基础上,使多能源主体数量逐渐增加到100并进行实验,结果表明多能源主体处理单请求的平均共识时间随着主体数量的增多而增加。另外,在多能源主体数量固定的情况下使请求数量从4开始逐渐增加到100,测试两种共识方法的吞吐量,实验结果表明多能源交互主体间达成共识的平均时间随着请求并发数量的增多而缓慢增加,可保证较高的并发性。


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