区块链背景下能源互联网信息基础架构研究与实践

作者: 周国亮 , 李刚 , 吕凛杰 , 赵明星

出版社: 清华大学出版社

出版时间: 2020-06

版次: 1

ISBN: 9787302543121

定价: 79.00

装帧: 其他

开本: 16开

纸张: 胶版纸

分类: 计算机与互联网

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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。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。

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DPoSPBFT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
内容简介:
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。
作者简介:
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。
目录:
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DPoSPBFT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

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