基于区块链技术的用户电量结算技术研究

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(深圳供电局有限公司，518001； 深圳市康拓普信息技术有限公司，518034，)

0 引言

自2008年区块链技术诞生以来，社会越来越受到人们的关注。在块链技术方案中没有中央服务器。每个块链软件的计算设备是块链网络中的对等节点之一。不需要在节点之间建立信任关系[1]。系统中的任意多个节点用于通过密码学算法计算和记录一段时间内的所有信息的数据。数据块(Qu Kuai)和由数据块生成的指纹(哈希)用于链接下一个数据块和检查，通过集体验证和维护来建立可靠的数据库[2]。

利用区块链技术构建的分布式账本， 将交易中心提供的结算依据数据、营销部门提供的用户用电数据保存在区块链共享账本上， 从而打通从支付计划、记账、付款、结算、清分到核算、纰漏、分析、预测的各个财务业务处理环节， 实现购电费、售电公司服务费的安全、高效结算， 提高财务数据的透明度和可审计性[3]。利用区块链自动共享、不可篡改的记录保管方式， 简化数据记录、存储环节， 规避因人为操作造成的错误。

1 区块链技术概述

1.1 区块链定义

区块链是一个分散的、分散的、分布式的数据库系统，它由区块链网络中的所有节点维护[4]。它由一系列基于密码方法的数据块组成，每一块都是区块链中的一个块。根据生产时间的顺序，将区块连接在一起以形成数据链[5]。

1.2 区块链现状

经过近几年的发展和实践，对块链技术的理解越来越深入，许多领域都在以Bitcoin块链为基础进行进一步的改进。目前，分块链已经从比特币的完全集中化发展成为公共块状链，发展了侧链附于公共链和非集中化的民营链[6]。公共区块链(公共区块链)是块链的初始形式，是一个完全分散的中央存储数据库。任何人都可以访问公共块链上的数据和交换值，并通过密码技术保证信任机制的建立。侧链(侧链)是公用块链的延伸。它是在公用闭塞链的基础上发展起来的一项新技术。它可以实现公共块链的值与多块链中其他书籍的值之间的传递[7]。在使用公共块链支持来证明信用的同时，侧链技术可以支持更复杂的数据结构和操作。

私有区块链(private block chain)是公共区块链更进一步的变形，参与节点仅仅是用户本身，数据的访问和使用是由权限严格管理的。砌块链技术处于理论阶段，需要进行实践[8]。国内外对块链接技术的投入和使用已逐步扩大，但尚未得到充分应用的结果。从发展的角度来看，块链接技术还处于理论阶段，未来的技术改造还需要很长时间的实践。

2 区块链记账技术

2.1 区块链架构与关键技术

本节以Bitcoin和Ethernet块链架构为例，详细描述了块链接技术的基础架构、基本原理和核心技术[9]。比特币和以太工作坊是2种有代表性的块链技术应用，一是区块链技术的起源，二是区块链的应用，另一方面是区块链技术在市场上的使用类似于数字货币。比特币和以太网的基础结构如图1所示。虚线显示了以太网和比特币之间的区别，如图1所示。

图1 比特币和以太坊的基础架构

2.2 分布式记账本

使用分布式簿记代替块链是区分窄块链和广义块链技术。前者是一个分布式帐簿，一个顺序链式数据结构，后者是一个完整的系统框架，具有数学证明[10]。窄区块链结构如图2所示。

链式结构：除了创建块外，所有块通过包含上块的散列值形成块链。同时，由于时间戳，块链有时也被排序。在较长的时间块之后链接的块越多，修改块的成本就越高[11]。在这里，通过使用图像比喻，块链就像地壳一样，它越下降，时间越长，越稳定，它就越不稳定。

当块链被添加到新的块中时，存在很小的“分叉”概率，也就是说，同时挖掘出2个所需的块[12]。“分叉”的解决方案是延长时间，等待下一个块生成，并选择最长的分支链添加到主链。“分叉”的概率很小，多个分岔的概率是可以忽略的，“分叉”只是一个短状态，而最后的块链是唯一的最长链。生成块：每个块链都有一个特殊的头块，不管哪个块被跟踪，最终都会到达头块[13]，即创世区块。

3 跨区域用户电量结算

3.1 发电权交易

中国的发电交易以来，国家电力监管委员会颁布2008发电交易监管暂行办法的实施，并已在多个省市推广全国。发电权交易在节能降耗中的作用也迎合了当前国家对环境保护的关注趋势。2015年3月，中央委员会对中国共产党和国务院出台一些对电力体制改革的进一步深化评论([ 2015 ]9号)，指出了需要完善跨省、跨境电商的交易机制推进跨境电力市场交易[14]。在优化资源配置和新能源消耗方面，将进行跨境发电交易。更重要的是扮演更重要的角色。因此，发电交易是电力行业实现发电资源优化配置和节能减排的重要市场手段，在改革的大环境中应引起高度重视。电力系统。

图2 分布式记账模型

在传统的发电交易中，交易是在电力交易组织中进行的，具有操作维护成本高、交易信息存储不安全等缺点[15]。近年来，新的块链技术可以解决这些问题。块链本质上是与密码方法相关联的数据块串，每个数据块包含关于一段时间内所有比特币交易的信息，以验证其信息的有效性和真实性，并生成下一个块。在分块链中，每一个事务都是可追踪的，难以篡改，具有集中性和安全性的特点。

3.2 电量结算问题

由于各省区电价水平差异较大，国家批复的省区间交易价格也各不相同，因此跨省区交易电量结算办法将直接影响到交易各方的经济利益，成为跨省区电力交易相关各方所关注的焦点问题。从当前来看，制定一套公平、科学、合理的跨省区交易结算办法已经成为交易各方的共同需要。

3.3 区块链解决方案

由于块链技术的出现，智能合同正从理论知识向实际应用转变。与之相关的以太网项目的开发使智能合同的应用更加方便，使得交易能够在特定的触发条件下自动执行，解决了双方之间的信任问题。利用这些优势，分块链技术被广泛应用于金融领域的积木链证券交易平台等领域，应用于资产管理领域的知识产权保护，将块链技术应用于新的审计公平。在数据识别领域的设计，并将块链技术应用于电力领域。发电权交易可以保证数据的安全性，简化发电权交易的管理。

4 区块链分布式电量记账技术

4.1 区块链与电力交易结算的匹配度分析

从电改9号文相关内容以及国外的改革经验来看，市场的开放不可能一步到位，必然要经过一个过渡期才会进入全面推广。因此，未来电力交易市场化改革将是一个逐步推进的过程，很长一段时间内会存在多种业务模式并存的局面，包含输配售一体、输配一体售电分开、输配分离等模式，如图3所示。

图3 电费结算业务模式

输配售一体的业务模式相对传统;输配一体售电分开模式中，允许电源与售电公司协商定价，结算主体为电网公司，需要根据市场用户的销售收入和电源结算购电费，与售电公司结算服务费，与政府结算政府基金，与管制用户结算交叉补贴等等;输配分离模式的结算主体为配售电公司，通过与市场用户协商定价结算销售收入，通过与电源协商定价结算购电费，与电网公司结算输配电服务费，与政府结算政府基金等等。由此可见，市场化结算模式在市场成员、交易合同和交易品种等方面对应用和系统提了新的要求：市场成员增多、交易品种逐步发展，要求结算系统能够灵活拓展，根据电能计量系统提供的有效电能数据，现场交易和实时交易中的电价数据、运行评估系统中记录的检查数据、相关数据(包括电价)，电力市场运行、电能结算、电费结算等应实行电价、计量点等规定[16]。

块链共享、可信性和可追溯性的特点使其在结算、结算等领域具有明显的优势。使其在清、结算等领域具备显著的优势。运行在区块链上的智能合约能将合同规则代码化，并构造一个去中心化的可信履约环境。区块链与电力市场交易结算的匹配度分析如下：

(1) 区块链是一个共享式的公共账本，可打通不同的系统，从而提升沟通效率，降低成本;

(2) 区块链实现交易的时候，基于区块链网络的共识机制实际上可以同时实现清算和结算，提高清算、结算的效率;

(3) 区块链能完整记录每一笔历史交易记录，并且可追溯，更能可靠地登记各种信息，具有高审计性[12];

(4) 利用区块链的智能合约[13]，能将原有的繁琐、耗时长、业务手续繁杂的清算用计算机代码的方式保存在区块链上，自动触发执行，使得结算过程变得简单、结构化，能减少清算过程中的摩擦;同时将原有的电子表格存储方式以及手动记录的操作方式变为分布式、不对称加密的账本，通过自动共享不可篡改的交易记录提高透明度和可审计性。

4.2 智能合约

未来的电力市场包括电厂、售电公司、电网、用户、交易中心等交易主体，在区块链上这些交易主体之间可以自由地定制交易智能合约，在合约中写入购售电交易的清算、结算规则;利用会员制身份管理判断交易双方的市场身份，并匹配对应的智能合约;用户通过区块链平台自定义智能合约，实现高效率的电费清算、结算。如图4所示。

图4 基于智能合约的电力市场交易模型

将购售电交易电费结算模型用计算机代码表示为智能合约，并事先写入到区块链的分布式网络体系中;当合同发生时，智能合同将被触发，相应的合同条款将自动执行。会员制服务负责管理网络上的身份识别、隐私与机密。在合约发生前，会员制身份管理首先识别交易双方的市场身份，并匹配对应的智能合约;同时，会员机制也保证未授权的第三方不能获悉有关身份、交易模式、交易内容等机密信息。

4.3 区块链记账局限性

区块链技术还处于发展的初期阶段，存在许多问题。

(1) 效率问题

分布占数据量。分布式簿记记录从出生到当前时间节点的整个块链网络的所有事务记录。在保证区块链数据不被篡改的同时，也带来了存储和同步的问题。(2) 中央集权问题已被证明是不平等的。

理论上，每个节点在区块链网络中被同等对待，但是为了获得采矿的经济回报，硬件竞争开始导致节点之间的不等价性(使用挖掘机器的节点自然比CPU节点更容易挖掘)。

(3) 隐私和安全问题

虽然区块链技术使用了与密码相关的技术，但它具有很高的安全性，但是整个区块链网络在隐私和安全方面仍然有一个薄弱环节。

(4) 公共链、联盟链和私人链存在的问题

根据区块链网络的集中程度不同，划分了不同应用场景下的3种区块链：允许任何节点加入区块链网络，允许授权节点加入网络;所有网络中的节点都被掌握在一家公司或机构手中。

5 总结

本文系统地介绍了区块链技术的原理、技术及应用。区块链技术的基本理论和技术研究还处于起步阶段，虽然许多商业产品采用区块链技术已经出现，但缺乏理论研究。

(1) 分区块链的智能化合同和集散化在发电交易中的应用、分区块链技术的集中化、自动执行和高安全性为解决交易摩擦提供了重要途径。

(2) 将区块链技术引入发电交易和其他电力交易中还存在许多问题。相关法律法规体系必须进一步完善;分区块链技术本身计算能力较弱，响应速度慢，缺乏解决方案和技术措施来应对故障。