[发明专利]基于GPS/北斗定位的自组织区块链网络

说明书

本发明是基于GPS/北斗定位的自组织区块链网络，用于点对点的能源管理与设备监测。区块终端安装在用户的采集接口上，初始化后成为一个节点，各节点的地理位置和区块ID通过无线信号上传服务器。多个节点按照地理位置接近的原则组成私有链，链内各节点定期采集用户的能源生产/消耗数据，负责分布记账和形成共识。每个私有链包含至少一个中立节点，多个私有链由中立节点连接起来，组成跨地区和全球的公有链。本发明实现电网的平衡供需与去中心自治，为组建点对点的能源交易网络奠定基础。分布式能源社区是本发明的一个重要的实施例，解决分布式能源并网和监测的难题。

(一)技术领域

本发明是基于GPS/北斗定位的自组织区块链网络，用于点对点的能源管理与设备监测。本发明以硬件模块定义区块，每个硬件对应一个节点，安装在用户的采集接口上，多个节点按照地理位置接近的原则组成私有链。私有链的节点分为供给节点、需求节点、中立节点三种类型，各节点定期采集用户的能源报表数据，负责分布记账和形成共识。多个私有链由中立节点相互关联形成公有链，建立更大范围的区块链网络，为组建点对点的能源交易网络奠定基础。

(二)背景技术

随着风能、太阳能等分布式能源技术的发展，电力来源日益多元化，接入越来越多的分布式能源和实现点对点供电，成为电网面临的一大挑战。分布式能源系统的生产是典型的无中心、多节点状况，发电量和输出波动较大，难以套用现有管理模式。另一方面，分布式能源强调就地消化，希望在小范围内自发自用，避免远距离配送。根据地理位置把供给节点与需求节点组成网络，就近实现电力消费，可降低对电网的干扰，减轻电网的运营压力。

区块链是多个记录着各种信息的区块连接起来组成的一个链条，每个区块代表一个节点，记载着权属、时间、账单等信息，由于账本分布在每个节点中，且修改需要标记时间戳，要非法变更这么多账本，成功的概率极低。由此可见，区块链是一种不可更改的分布式数据库，数据单独放在每个节点中，且存储的信息是一致的，少量损坏不会导致信息丢失，去中心化机制取消了认证中心的背书，由各节点的分布式账本确认数据的真实性。

区块链与能源的结合是目前的技术难点，电网应用还没有成功的实例。首先计算能力不足，多节点共同记账效率低下，无法承担高频交易。其次电气设计要求供电点靠近负荷中心，尽量减少传输损耗，点对点网络必须遵循就近原则，区块链的海量节点是全球性的，无法精细划分，能源网络有名无实，无法自组织形成有效的地区网络。

风能、太阳能等绿色能源与燃煤电力不同，绿色能源可以转换为碳配额，出售给碳排放机构，要求电网为不同来源的电力标记属性。区块链的节点ID是二进制编码，很容易标记属性，实现快速的碳配额转换与交易。去中心化的机制确保了记账的准确性，有效消除电网与供给节点的记录偏差，达成生产量与消费量的共识。

注意到上述问题，本发明提出一种基于地理位置的自组织区块链网络，每个节点安装一个区块终端，通过无线信号与服务器建立无线连接。每个区块终端都预先写入ID编码，不可修改。区块终端初始化时，地理位置和区块ID都通过无线信号上传服务器，服务器根据各节点的地理位置，依据设定的地域范围或地理距离组织私有链。每个私有链包含地域接近的多个节点，只在这个私有链内分布记账和形成共识，减少计算能力需求。各地区会形成多个私有链，这些私有链由中立节点相互关联形成公有链，电网公司和监控部门都是典型的中立节点。公有链的记账与共识由中立节点实现，私有链无须重复记账，不再需要海量节点同步，大大减少计算能力需求。本发明能够解决分布式能源并网和监测的难题，提高区块间的交易效率，是区块链技术在电网中的创新应用，显著提高电网的管理水平。

(三)发明内容

现有的区块链技术中，节点是全球分布，没有基于地理位置组织的需要。能源供需网络都是地区性的，理论上说，每个地区供需基本平衡，尽量减少能源的远距离配送，是最合理的网络。要实现区域网络的自组织，需要各节点自动识别地理位置，连接服务器在后台做位置配对。配对规则是地域接近，一定范围的节点组成一个区域网络，所有的节点分属不同的区域网络。