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| 內容簡介： |
本书以区块链支撑的能源互联网信息架构研究与实践为主线，开展区块链技术在能源互联网中的创新应用，以微网、虚拟电厂等为背景，研究以区块链为基础的能源系统相关内容，涉及底层架构、智能合约设计、共识算法应用、调控系统及安全等多方面的内容，*后以Fabric为开发平台，建设了分布式光伏市场化交易系统。
本书可供高等院校理工科研究生、高年级本科生阅读学习，也可供相关专业的工程人员参考使用。
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| 關於作者： |
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周国亮，工学博士、博士后，教授，主要从事能源区块链技术、高性能数据分析、电力大数据、云计算技术等方面的研究应用工作，在能源区块链、电力大数据分析、高性能数据处理、人工智能等方向取得了一定的研究成果。主持或参与多项国家及省部级科技项目，项目成果获得河北省优秀教学成果一等奖1项，保定市科技进步二等奖1项。国网冀北公司科技信息类专业优秀技术人才，发表SCI、EI论文及核心期刊论文20多篇，出版专著一部，申请或授权发明专利8项。
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| 目錄：
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第1章 能源互联网与区块链技术概述
1.1 能源互联网
1.1.1 能源互联网理念
1.1.2 能源互联网关键技术
1.1.3 国网公司相关战略
1.2 区块链技术概述
1.2.1 区块链起源与发展
1.2.2 区块链主要应用领域
1.2.3 区块链核心技术
1.2.4 企业级区块链平台
1.3 区块链与能源互联网
1.3.1 区块链与能源互联网的一致性
1.3.2 区块链在能源互联网中的应用
1.3.3 能源互联网中的区块链类型
1.4 区块链构建能源互联网关键技术
1.4.1 共识机制下的调度策略
1.4.2 自组织自调节的设备管理系统
1.4.3 实现信息安全与抵御网络攻击
1.4.4 全球能源区块链
1.5 国内外发展水平及研究水平综述
1.5.1 区块链应用场景研究
1.5.2 国网公司区块链实践
1.5.3 能源区块链关键技术研究
1.6 主要挑战与问题
1.6.1 效率问题
1.6.2 区块链调控模型
1.6.3 区块链规模庞大及冗余存储
1.6.4 适用能源系统的共识机制
1.6.5 大规模并发特性
1.6.6 政策及监管问题
第2章 能源区块链应用探讨
2.1 区块链 能源耦合分析
2.1.1 区块链 能源可行性
2.1.2 区块链 能源挑战
2.2 能源区块链应用方向分析
2.2.1 应用场景维度
2.2.2 技术特点维度
2.2.3 核心功能角度
2.3 能源区块链项目介绍
2.3.1 电动汽车充电
2.3.2 智能电网
2.3.3 分布式能源交易
2.3.4 多系统协同
2.4 能源区块链模型
第3章 适应能源互联网的区块链高效共识机制
3.1 共识机制概述
3.1.1 概念介绍
3.1.2 共识机制与拜占庭将军问题
3.1.3 发展现状
3.2 主流共识机制分析
3.2.1 最终一致性共识
3.2.2 强一致性共识
3.3 共识机制评价标准
3.4 能源交易平台共识机制设计
3.4.1 设计原则
3.4.2 共识总体流程
3.5 优势分析
第4章 能源互联网信息基础架构设计安全管理策略
4.1 区块链安全概述
4.2 节点安全
4.3 共识机制安全
4.4 智能合约安全
4.5 数据安全
4.6 密钥安全
4.7 泛在电力物联网终端安全
第5章 区块链微网能量管理系统探析与方案设计
5.1 区块链信任特性
5.2 能源区块链概念与基本特征
5.2.1 能源区块链概念
5.2.2 能源区块链特征
5.3 面向微网的能源区块链总体架构
5.3.1 基本理论分析
5.3.2 微网能量管理模型
5.4 算例分析
5.5 小结
第6章 能源区块链中用户侧点对点交易支撑环境研究
6.1 概述
6.2 区块链技术与微网的融合
6.3 基于能源区块链的交易支撑环境
6.3.1 交易主体
6.3.2 共识机制
6.3.3 智能合约
6.3.4 交易模式分析
6.3.5 链式结构设计
6.3.6 监管约束机制
6.4 基于价值、信息、物理维度的交易支撑环境分析
6.4.1 基于价值维度的能源交易分析
6.4.2 基于信息维度的能源交易分析
6.4.3 基于物理维度的能源交易分析
6.5 能源区块链交易支撑环境的效益分析
6.6 小结
第7章 区块链微网分布式下垂控制策略设计
7.1 一致性控制策略
7.2 下垂控制及区块链知识
7.2.1 微网下垂控制
7.2.2 区块链中的智能合约与共识机制
7.3 系统架构
7.4 下垂控制中的频率和电压调整
7.4.1 频率和电压控制策略
7.4.2 频率和电压偏差计算过程
7.5 下垂控制中的有功及无功功率分配
7.6 区域自治能源系统
7.6.1 社区能源自治系统架构
7.6.2 社区能源自治系统工作流程
7.6.3 利用DPoSPBFT的分布式共识调度机制
7.7 小结
第8章 雷电网络在电动汽车充电交易中的技术
8.1 电动汽车与区块链
8.2 区块链技术
8.2.1 区块链交易的基本特征
8.2.2 区块链交易的关键支撑技术
8.3 状态通道技术雷电网络
8.3.1 技术原理
8.3.2 与闪电网络的对比
8.3.3 雷电网络中的智能合约
8.3.4 中介转账机制
8.4 雷电网络在充电桩共享经济中的应用方案
8.4.1 方案框架
8.4.2 使用流程
8.4.3 用户与充电桩的链下交易流程
8.5 算例分析
8.5.1 用户账户设置
8.5.2 雷电网络的应用实例
8.5.3 交易记录
8.5.4 交易性能分析
第9章 支持电动汽车充放电交易的能源区块链系统设计
9.1 背景描述
9.2 电动汽车充放电交易场景分析
9.2.1 传统能源交易分析
9.2.2 融合区块链的交易分析
9.3 电动汽车充放电交易系统架构
9.3.1 区块链层
9.3.2 扩展层
9.3.3 应用层
9.3.4 表现层
9.4 算例分析
9.5 效益分析
9.5.1 交易成本分析
9.5.2 能效分析
第10章 区块链环境下虚拟电厂分布式调度策略研究
10.1 区块链与虚拟电厂
10.1.1 虚拟电厂
10.1.2 可行性分析
10.2 区块链与虚拟电厂调度
10.3 虚拟电厂调度与区块链共识机制
10.3.1 VPP分布式调度模型
10.3.2 联盟链中的共识机制
10.4 区块链与多智能体技术
10.5 区块链分布式调度模型
10.6 分布式调度策略执行过程
10.6.1 链上数据
10.6.2 分布式调度执行过程
10.7 实验验证
10.8 小结
第11章 区块链能源互联网交易平台设计
11.1 Fabric项目
11.1.1 Fabric简介
11.1.2 Fabric架构分析
11.1.3 Fabric交易流程
11.1.4 Fabric网络拓扑结构
11.1.5 Fabric中的加密技术
11.2 能源互联网应用场景选择
11.2.1 分布式能源交易场景
11.2.2 分布式能源交易与区块链匹配分析
11.3 基于区块链的分布式能源交易概述
11.3.1 业务主要功能分析
11.3.2 架构设计
11.4 系统用户账户管理设计
11.4.1 用户角色管理
11.4.2 用户登录及注册
11.4.3 代码实现
11.5 能源资产数字化设计
11.5.1 能源数据采集
11.5.2 能源数据传输
11.5.3 能源数据上链
11.5.4 代码实现
11.6 系统交易结算流程设计
11.6.1 交易结算目标
11.6.2 交易结算原则
11.6.3 交易流程设计
11.6.4 结算流程设计
11.6.5 智能合约设置
11.7 系统API设置
11.7.1 API通用标准
11.7.2 区块链信息接口
第12章 原型系统介绍与测试情况
12.1 系统介绍
12.1.1 原型系统概述
12.1.2 原型系统配置
12.1.3 原型系统界面展示
12.2 测试环境
12.3 测试内容
12.3.1 测试功能列表
12.3.2 质量指标分析
12.3.3 缺陷类型构成分析
12.3.4 测试方法
12.4 测试结果
参考文献
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| 內容試閱：
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区块链技术是以比特币为代表的数字加密货币体系的核心支撑技术，具有高度透明、去中心化、去信任、集体维护、匿名等特性，能够通过运用数据加密、时间戳、分布式共识和经济激励等手段，在节点无须互相信任的分布式系统中实现基于去中心化信用的点对点交易、协调与协作，从而为解决中心化机构普遍存在的高成本、低效率和数据存储不安全等问题提供了解决方案。区块链技术是下一代互联网的核心技术之一，有望像互联网一样彻底重塑人类社会活动形态，并实现从目前的信息互联网向价值互联网的转变。
能源互联网是未来能源系统的重要形式之一，将在较大范围内实现清洁能源的优化配置，助力能源转型。区块链和能源互联网在理念上具有很强的一致性，两者都要求建立在智能设备物联网的基础上，都强调去中心化、自治性、市场化、智能化等特性。区块链技术能够在能源互联网时代促进多形式能源、各参与主体的协同，促进信息与物理系统的进一步融合，实现交易的多元化和低成本化，成为能源互联网信息架构的核心部分。利用区块链技术在能源互联网海量主体之间建立可信、自主、自动、安全的能源交易，完成需求和消费双方的自动匹配，构建自组织、自调节、自管理的能源自治系统，有助于提高能源效率、降低管理成本，实现能源的数字化精准管理，保障能源互联网高效运行。
本书以区块链支撑的能源互联网信息架构研究与实践为主线，开展能源区块链技术的研究与实践，系统完整地论述了区块链与能源互联网相关的研究和系统开发，涉及底层架构、智能合约设计、共识算法应用、调控系统及安全等多个方面内容。研究了基于开源技术的能源区块链模型，实现能源从源头生产、接入、运输到终端使用的可追溯、精确管理和结算，通过能源数据信息的智能采集、自动传输、分布存储、高效处理和安全共享，确保数据的真实可靠、不可篡改。传统区块链共识机制效率低下，难以应对未来能源互联网数以亿计的海量设备管理和频繁的交易模式，应研究适应能源互联网特性的区块链共识算法。基于联盟链，实现设置区块链节点准入机制，采取身份认证措施保证节点安全可信。实现公私钥结合的非对称加密保护隐私，确保数据不可篡改，实现数据读写范围和权限的设置。
本书从能源交易种类、能源传输和消纳等方面考虑，选取微网为研究场景，分析了区块链技术和微网的可融合性，给出能源区块链的定义和模型。利用区块链扩容技术闪电网络和多链结构，对能源区块链的区块链层进行优化，解决区块链交易速度慢
、数据结构混乱等问题，并通过相应的实验进行对比分析，使之达到商业应用的需求；在此基础上搭建了能源区块链多层交易模型，按功能将能源区块链分为用户层、共识层、合约层、交易层、监管层，并对每层进行详细的设计，达到了协调交易价格、减少交易成本、提高交易效率等目的。根据能源区块链多层交易模型，从价值、信息、物理3个维度对用户侧能源交易系统进行设计说明。选取以太坊作为底层开发环境，采用Solidity作为智能合约语言，进行能源区块链交易系统Web端搭建及应用展示。
下垂控制策略常用于微网分布式运行模式，但会导致系统频率、电压偏离额定值，需要微网内各分布式电源共识消除偏差，并进一步实现变化负荷的有功、无功功率在分布式电源间的按比例分配。区块链是分布式、去中心化的软件架构，与微网的分散、协同、自治特性相吻合，每个节点地位平等并通过共识机制自动自发地共同维护，可以作为微网下垂控制系统的基础平台。首先，在分布式电源间建立通信链路，保证点对点可靠通信； 其次，利用共识机制快速计算一致性变量，包括频率和电压补偿量、可调量比例等；最后，利用智能合约自动执行下垂控制策略，保证频率和电压运行在合理区间，同时实现有功、无功功率的按比例分配。此结构不需要集中式的控制中心，具有一定容错能力和较高的安全等级，适用于分布式运行的微网。
本书深入研究了充电桩与区块链技术结合的方式，针对目前电动汽车与充电桩存在的问题，提出结合区块链技术搭建电动汽车充电桩共享平台，创建一个弱中心、不可篡改、交易透明、去信任的交易环境，保证交易的透明性、可靠性以及安全性。使用智能合约技术完成价值转移以及充放电控制等逻辑操作。根据以太坊智能合约的开发要求设计满足充电交易的智能合约，设计了4层架构，每层架构拥有不同的功能，各层相互组合，形成充电桩共享平台。研究了如何利用雷电网络对区块链的吞吐量进行扩容
及扩容方法下的交易形式，形成一个完整的交易流程，以达到商业的需求，并通过对雷电网络的应用分析，得出其吞吐量和交易成本的变化情况。
完全分散型虚拟电厂没有中心化机构，支持分布式能源的自由接入，是未来虚拟电厂的主流模式之一。本书基于分散型虚拟电厂与区块链在去中心化、点对点交互和分散协同等方面的一致性，提出利用区块链共识机制实现虚拟电厂分布式调度，结合等耗量微增准则，将微增量特征作为一致性变量，实现虚拟电厂的最优经济调度。虚拟电厂中每个分布式能源作为区块链的一个节点，拥有全网关键数据的完整备份，当负荷发生变化后，利用PBFT共识算法，每个节点独立计算各个机组的新功率，并将新功率数据上链存储，同时保持微增量特征全局一致性，实现负荷在机组间的合理分配。
本书的研究工作得到了国网冀北电力有限公司科技项目（基于区块链的能源互联网信息基础架构关键技术研究，No.520184170002）、中央高校基本科研业务费专项资金资助（2020MS119）的资助。本书由国网冀北电力有限公司技能培训中心周国亮教授统稿，吕凛杰、赵明星、张晓东、王红旭、石盼、孙玉宝等参与了编写工作，国网冀北电力有限公司信通分公司邢宁哲、来骥为项目提供指导，华北电力大学复杂能源系统智能计算教育部工程研究中心李刚副教授参编了第5~10章内容并对全书进行了审阅，国网冀北廊坊供电公司张立鹏为项目应用和测试提供了环境，远光软件股份有限公司镇华、向智宇、刘亚建负责项目设计及实现。
本书引用了多位学者的研究文献，如果没有各位学者研究成果的帮助和启发，我们很难完成本书的写作，感谢本书引用中所涉及的各位学者专家。感谢阅读此书的每一位读者，是你们的阅读才使我们的工作有意义！由于学术水平、工程经验有限，对所研究内容把握能力还存在不足和欠缺，书中错误和不足之处在所难免，恳请各位专家和读者批评指正。
周国亮
2020年4月
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