[发明专利]一种基于区块链和契约理论的V2G能源交易方法

说明书

本发明设计一种利用区块链、边缘计算和契约理论的网络物理系统中安全高效的V2G能源交易机制。在本文中，我们通过探索区块链，契约理论和边缘计算来提出安全高效的V2G能源交易框架。首先，我们为V2G开发基于联盟区块链的安全能源交易机制。然后，考虑信息不对称情景，提出一种基于契约理论的有效激励机制。社会福利优化问题属于凸（DC）规划的差异范畴，并通过迭代凸凹过程（CCP）算法求解。接下来，边缘计算已被纳入以提高块创建的成功概率。计算资源分配问题被建模为两阶段斯坦伯格博弈，最优策略通过使用后向归纳方法获得。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种物理网络系统中的基于区块链和契约理论的V2G能源交易方法，以实现能源交易的安全高效且最大化社会效益。基于区块链的能源交易机制能很大程度上满足安全性能，边缘计算被应用于保证交易的高效性；基于契约理论的交易机制能更好的激励电动汽车(EV)在信息不对称情况下参与能源交易，从而最大化社会效益。

背景技术

由于网络计算技术的进步，计算及通信的能力正深入嵌入到物理系统的设计中。而物理系统和这些先进计算技术的紧密集成，形成了新一代的工程系统，即为网络物理系统(CPS)。CPS在能源领域的典型应用是智能电网，它采用最新的信息通信和控制技术来优化电网的管理和运行。

然而，间歇性分布式可再生能源和电动汽车(EV)的大规模普及导致了显着的功率波动。为了保持智能电网的可靠和安全运行，必须部署大量的集中式发电机和储能设备，从而导致大量的资本支出和运营支出。另一种选择是利用电动汽车的双向能源交易能力。特别是，可以协调大量电动汽车在非高峰时段吸收过多的能量，并在高峰时段将能量送回电网，这是一个有前途的解决方案。在不部署额外的发电机和存储设备的情况下，消除峰值负荷并降低需求失衡的水平。这种新能源交易模式被称为车辆对电网(V2G)，这对于在能源领域建立一个更安全和更可持续的CPS至关重要。尽管V2G有这些优势，但仍存在诸如缺乏分布式安全机制和有效激励机制等挑战。

在本发明中，我们为了应对上述挑战，我们为CPS开发了一种新的V2G框架，它利用区块链，契约理论和边缘计算来实现安全和高效的能源交易。区块链是一个特定的分布式共享数据库，它允许每笔交易都以可验证和永久的方式进行记录，这对创建分布式、透明和安全的能源交易环境至关重要。边缘计算中的计算资源分布在网络边缘，用来解决联盟区块链中工作证明的难题，使区块链中分布式账本创建，公开审计，并由多个授权节点共享，成本适中。契约理论为解决信息不对称激励问题提供了强有力的工具，并已运用在多个领域。

发明内容

本发明首先给出了基于联盟区块链的安全能源交易机制，然后给出了基于契约理论的V2G能源交易激励机制，最后给出了基于边缘计算的计算任务卸载。其具体实施过程如下：

一、如图1所示，图2显示了基于联盟区块链的V2G安全能源交易，该交易由三个主要实体组成：电动汽车，本地能源聚合器(LEAG)和边缘计算服务提供商(ESP)。每个实体的具体能力和功能详细阐述如下：

电动汽车：具有双向能源交易能力的电动汽车可以扮演不同的角色。一方面，电动汽车可以在高峰时段通过释放电池供电来充当能源生产者。另一方面，它也可以充当能源消费者，通过以更便宜的电力给电池充电，同时帮助在非高峰时间吸收多余的能量。通过合理设计的激励机制，每个电动汽车可以主动调整其充电和放电行为，以最大化其个人收益。详细的激励机制设计方案将在下文说明。