支撑能源系统优化问题求解与验证的区块链共识方法技术方案

本发明专利技术涉及一种支撑能源系统优化问题求解与验证的区块链共识方法，包括：基于联盟链全体共识节点，选取主代表与若干从代表参与能源系统优化；根据选取的主代表，对能源系统优化模型进行求解，并将最优解传输至从代表；从代表采用交叉通信机制对最优解进行验证，并向全体区块链成员广播转发验证通过的最优解，全体区块链成员检查从共识节点处接收到的解，并选取共识节点发送量大于50％的解执行。与现有技术相比，本发明专利技术具有保证区块链的高容错性，降低主代表计算复杂度，提高主代表计算资源利用率与计算效率等优点。用率与计算效率等优点。用率与计算效率等优点。

【技术实现步骤摘要】
支撑能源系统优化问题求解与验证的区块链共识方法


[0001]本专利技术涉及区块链
，尤其是涉及一种支撑能源系统优化问题求解与验证的区块链共识方法。

技术介绍

[0002]随着电力系统与冷、热、气、交通、水、碳等系统的耦合程度逐渐加深，电力系统优化的边界逐渐扩大。区块链去中心化、公开透明的特性可以解决能源系统优化时中心化机构缺失、市场主体间难以互信的难题。共识算法决定了共识节点的行为模式，影响着区块链的运行方式。现有共识算法下，区块链只被用于进行简单的逻辑运算或作为数据传输与存储的介质。然而能源系统的优化调度是包含大量物理约束的复杂优化问题，现有共识算法下求解复杂优化问题时需要将优化问题写入智能合约，由大量共识节点调用智能合约求解优化问题。这种方式存在严重问题：共识节点通常要求解复杂数学难题，在能源系统优化场景下同时肩负求解并验证大规模优化问题的计算任务，冗余的计算导致大量计算资源被浪费，区块链的运行时间显著增加。
[0003]现有集中式优化或分解协调优化方法应用于能源系统优化场景时，由于优化相关参数由中心化机构掌握，调度结果的最优性无法被其他市场主体检验，导致无法监督中心化机构的潜在作恶行为，解决市场主体间的信任问题。而传统区块链作协调级或基于区块链的优化方法中，由于各节点需要同时求解优化问题与复杂数学难题，导致区块链运行能耗高，吞吐量低，难以实际应用于能源系统优化场景。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种支撑能源系统优化问题求解与验证的区块链共识方法，该方法能够在保证区块链高容错性的前提下降低区块链共识节点的计算复杂度，节约计算资源，降低区块链运行能耗。
[0005]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006]支撑能源系统优化问题求解与验证的区块链共识方法，该方法包括：
[0007]基于联盟链全体共识节点，选取主代表与若干从代表参与能源系统优化；
[0008]根据选取的主代表，对能源系统优化模型进行求解，并将最优解传输至从代表；
[0009]从代表采用交叉通信机制对最优解进行验证，并向全体区块链成员广播转发验证通过的最优解，全体区块链成员检查从共识节点处接收到的解，并选取共识节点发送量大于50％的解执行。
[0010]进一步地，根据工作量证明、权益证明或随机投票的方式，从参与能源系统优化的全体节点中选取1个主代表与若干从代表参与能源系统优化。具体步骤包括：
[0011]基于主代表与从代表选取函数，根据工作量证明、权益证明或随机投票的方式，从参与能源系统优化的全体节点中选取1个主代表与若干从代表参与能源系统优化，选取的主代表用以求解能源系统优化模型，并将最优解发送给其余从代表供其检验，选取的从代
表用以检验其他代表转发的解的最优性并转发最优解；
[0012]在每轮共识结束后，利用黑名单管理函数对诚信记录黑名单进行更新，将作恶节点记录到黑名单内；在主代表与从代表选取函数选举产生代表后，调用黑名单管理函数，查询代表是否在黑名单内，若代表在黑名单内，则终止其代表权并调用主代表与从代表选取函数选取新代表进行替代，重复上述过程直至所有代表均不在黑名单内，完成选取主代表与若干从代表工作。
[0013]进一步地，根据选取的主代表，对能源系统优化模型进行求解的具体内容为：
[0014]主代表调用能源系统优化模型求解函数求解数学优化模型，能源系统优化模型求解函数基于如下形式的数学问题求解能源系统优化：
[0015][0016]式中，N为跨能源系统数量；X
i
为决策变量，具体为各能源系统的可调节变量，n为决策变量的个数；f
j
(X
i
)为能源系统目标函数；g(X
i
)为能源系统优化等式约束；h(X
i
)为能源系统优化不等式约束；能源系统优化模型求解函数通过调用专业非线性求解器对上述非凸优化模型进行求解。优选地，各能源系统的可调节变量包括但不限于各能源系统的节点电力潮流、节点电压、节点气压或节点水温；所述能源系统目标函数为各能源系统的用能成本。所述能源系统优化等式约束包括但不限于各种能源系统中的基尔霍夫方程和能量平衡方程；所述能源系统优化不等式约束包括但不限于网络上下限约束和参数上下限约束。所述专业非线性求解器包括但不限于IPOPT、Baron或CONOPT。
[0017]进一步地，采用最优解传输函数将能源系统优化模型求解函数计算得到的优化结果传输至其他从代表，最优解传输函数首先将包含决策变量X
i
与各约束对应的拉格朗日乘子的优化结果打包，随后在文件后附上表明优化结果来源的签名，最后将带有签名的文件转发至所有从代表以供其验证解的最优性。
[0018]进一步地，从代表采用交叉通信机制对最优解进行验证的具体内容为：
[0019]基于最优性验证函数，从代表对包含决策变量X
i
与各约束对应的拉格朗日乘子的优化结果验证其是否满足KKT条件和二阶充分性条件；若满足，且从代表从未接收过对应的最优解，则调用交叉通信函数，将自己的签名附在最优解后传播至从未给文件签名的共识节点；若不满足，则不转发解至其他共识节点。
[0020]进一步地，向全体区块链成员广播转发验证通过的最优解的具体内容为：
[0021]基于最优解广播函数，根据共识节点接收的解的数量、签名情况进行对应的广播操作；当交叉通信环节结束后，能源系统优化进入广播最优解的阶段；
[0022]在广播最优解的阶段，各代表调用最优解广播函数判断是否广播最优解；当共识节点从未接收过最优解时，判断主代表未传播过最优解，最优解广播函数申请更换主代表并发起新一轮共识；当共识节点接收过一个最优解时，判断不存在作恶行为，最优解广播函数向全体区块链成员广播最优解；当共识节点接收过一个最优解与不少于一个错误解时，判断存在恶意节点，最优解广播函数向全体区块链成员广播最优解，并申请调用黑名单管理函数更新黑名单，将错误解带有的签名对应的共识节点拉黑；当共识节点接收过不少于
两个最优解时，判断原问题存在多解，则最优解广播函数在最优解中选取一个最优解并向全体区块链成员广播。
[0023]本专利技术提供的支撑能源系统优化问题求解与验证的区块链共识方法，相较于现有技术至少包括如下有益效果：
[0024]1)本专利技术方法将传统共识算法中求解无意义、高耗能的数学难题过程替换为优化模型求解过程，降低主代表计算复杂度，提高了主代表计算资源利用率与计算效率，适用于能源系统优化场景；
[0025]2)基于优化问题的求解复杂、验证简单的数学特性，利用最优性条件判断解的最优性，降低了从代表验证主代表发送的解的最优性的计算复杂度，提高了共识从代表计算效率；
[0026]3)通过设计验证阶段共识节点间低冗余交叉通信机制，抑制了恶意市场主体通过拒发、错发或发送不一致信息的方式破坏优化，保证了区块链的高容错性。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.支撑能源系统优化问题求解与验证的区块链共识方法，其特征在于，包括：基于联盟链全体共识节点，选取主代表与若干从代表参与能源系统优化；根据选取的主代表，对能源系统优化模型进行求解，并将最优解传输至从代表；从代表采用交叉通信机制对最优解进行验证，并向全体区块链成员广播转发验证通过的最优解，全体区块链成员检查从共识节点处接收到的解，并选取共识节点发送量大于50％的解执行。2.根据权利要求1所述的支撑能源系统优化问题求解与验证的区块链共识方法，其特征在于，根据工作量证明、权益证明或随机投票的方式，从参与能源系统优化的全体节点中选取1个主代表与若干从代表参与能源系统优化。3.根据权利要求2所述的支撑能源系统优化问题求解与验证的区块链共识方法，其特征在于，根据工作量证明、权益证明或随机投票的方式，从参与能源系统优化的全体节点中选取一个主代表与若干从代表参与能源系统优化的具体步骤包括：基于主代表与从代表选取函数，根据工作量证明、权益证明或随机投票的方式，从参与能源系统优化的全体节点中选取一个主代表与若干从代表参与能源系统优化，选取的主代表用以求解能源系统优化模型，并将最优解发送给其余从代表供其检验，选取的从代表用以检验其他代表转发的解的最优性并转发最优解；在每轮共识结束后，利用黑名单管理函数对诚信记录黑名单进行更新，将作恶节点记录到黑名单内；在主代表与从代表选取函数选举产生代表后，调用黑名单管理函数，查询代表是否在黑名单内，若代表在黑名单内，则终止其代表权并调用主代表与从代表选取函数选取新代表进行替代，重复查询过程直至所有代表均不在黑名单内，完成选取主代表与若干从代表工作。4.根据权利要求3所述的支撑能源系统优化问题求解与验证的区块链共识方法，其特征在于，根据选取的主代表，对能源系统优化模型进行求解的具体内容为：主代表调用能源系统优化模型求解函数求解数学优化模型，能源系统优化模型求解函数基于如下形式的数学问题求解能源系统优化：s.t.g(X
i
)＝0,i∈[0,n]，h(X
i
)≤0,i∈[0,n]式中，N为跨能源系统数量；X
i
为决策变量，具体为各能源系统的可调节变量，n为决策变量的个数；f
i
(X
i
)为能源系统目标函数；g(X
i
)为能源系统优化等式约束；h(X
i
)为能源系统优化不等式约束；能源系统优化模型求解函数通过调用专业非线性求解器对非凸优化的能源系统优化模型进行求解。5.根据权利要求4所述的支撑能源系统优化问...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈思捷，米翰宁，平健，严正，沈泽宇，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：