智能电网区块链技术与能源系统发展

能源与人工智能12（2023）100228审查下一代区块链智能电网：概念框架、关键技术和行业实践回顾谢赫·S放大图片创作者：Uddina，Rahul Joysoyala，Subrata K.Sarkera，S.M.Muyeenb，Md.Firoj Alia，Md.Mehedi Hasana，Sarafat Hussain Abhia，Md.Robiul Islama，Md.HafizAhameda，Md.作者：Manirul Islama，Sajal K.这是马里兰州费萨尔河巴达尔、普兰贡、西纳特、塔斯尼姆a机电一体化工程系，Rajshahi工程技术大学，Rajshahi 6204，孟加拉国b卡塔尔卡塔尔大学电气工程系H I G H L I G H T S• 审 查 SGES 领 域 现 有 BCn 框 架 的 开 发 方面。• 下 一 代 BCn 框 架 的 新 兴 功 能 进 行 了 讨论。• 回顾实时能源领域中BCn框架的当前趋势。• 讨论了SGES中下一代BCn框架的挑战和好处。A R T I C L E I N F O保留字：区块链智能电网能源系统智能合约G R A P H I C A L A B S T R A C TA B标准智能电网能源系统（SGES）的技术进步正在引入可持续框架，以满足第四次工业能源革命的需求。这些框架计划用于在即将到来的未来，以保持能源网络运行优化，能源交易，电网自动化，等等。区块链（BCn）在经历了一段不同的研究历程后发展起来∗ 通讯作者。电子邮件地址：1708014@student.ruet.ac.bd（S.S.Uddin），1708015@student.ruet.ac.bd（R.Joysoyal），subrata@mte.ruet.ac.bd（S.K.Sarker），sm.qu.edu.qa（S.M.Muyeen），firoj@mte.ruet.ac.bd（Md.F.Ali），mehedi@mte.ruet.ac.bd（医学博士）Hasan），abhi@mte.ruet.ac.bd（S.H.Abhi），robiulislamme07@mte.ruet.ac.bd（Md.R.Islam），hafiz@mte.ruet.ac.bd（Md.H.Ahamed），manirul@mte.ruet.ac.bd（Md.M. Islam），sajal.das@mte.ruet.ac.bd（S.K.Das），faisalrahman@mte.ruet.ac.bd（Md.F.R. 巴达尔），prangon@mte.ruet.ac.bd（P。Das），zinattasneem@mte.ruet.ac.bd（Z. Tasneem）。https://doi.org/10.1016/j.egyai.2022.100228接收日期：2022年11月1日;接收日期：2022年12月16日;接受日期：2022年12月22日2022年12月30日在线提供2666-5468/© 2023作者。出版社：Elsevier Ltd这是CC BY许可下的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表能源与AI期刊主页：www.elsevier.com/locate/egyaiS.S. Uddin等人能源与人工智能12（2023）1002282共识机制点对点能源交易电动汽车和微电网分布式能源1. 介绍研究人员想到了它，它在SGES中的集成为实现能源需求的目标铺平了道路。然而，在BCn特征的改进中仍然感兴趣，这可以被视为是对BCn特征的改进。下一代区块链框架。本文展示了下一代BCn框架的技术框架，并探讨了其在执行SGES新兴方面的好处和挑战。该框架为SGES的可持续运营提供了一些高级功能，如智能计量，点对点（P2P）能源交易，自我运营和透明度。本文还从基本特征和基本原理出发，从多个角度对该技术进行了技术解释 包括智能机制、智能存储系统和互操作性。我们还强调了SGES中当前BCn框架的最新进展和局限性。最后，整合的一些挑战 报道了SGES中的下一代BCn技术。这项工作可以为从业者和研究人员在BCn技术和SGES的背景BCn技术涉及的三个参数：区块、将区块连接在一起的链以及参与区块中记录的交易。事实上，交易以宇宙形式合并到区块中，因为BCn网络是包含交易数据的一系列区块[1]。区块的生成发生在参与者确认导致交易的状态变化 这些区块按时间顺序连接到先前的区块，以建立一个同步的记录链，以类似于图1所示的事件或“ 区 块 链 ” 。1.一、BCn是一种分散和分布式账本技术，从“比特币：P2P光伏现金系统”发展而来虽然它主要是为加密货币开发的，但是，由于其扩展功能，它迅速而广泛地扩展。区块链1.0设定了数字货币交易的新起点。智能合约（SC）和代币系统没有在多种货币之间相互操作的功能。早期出现的BCn框架的过度挖掘和可扩展性促使开发人员扩展了BCn远距离货币的想法。这些变化导致了第二个版本的出现BCn即基于SC伴随PoW共识机制的以太坊[3]。然而，这些版本出现的问题是，它们很难保证可扩展性，因为基于PoW的共识机制需要很长时间才能确认任何交易。通过在BCn中引入Hyperledger和EOS.IO，建立了对去中心化应用程序的融合[4]。为了实现BCn的去中心化应用，考虑并成功应用了治理、健康、供应链、物联网和智慧城市等多个研究领域。 在当前一代的BCn中，它不仅限于加密货币和数字资产领域，而且还用于分散式应用程序（DApps），例如基于Web的应用程序VPN，聊天，货币服务，系统安全等，[5]的文件。然而，它产生了错误修复的问题，这使得缺乏业务或其他技术相关平台的设施。因此，可持续应用的整合，即，支持AI和云计算的BCn是BCn 4.0技术的关键方面[6]。等服务与SC一样，分布式数据库和公共账本是BCn 4.0技术的主要扩展功能。使用SC的唯一目的是以消除增加每秒交易的基于纸张的合同。它使不同平台的集成能够在同一个保护伞下一起执行工作。在图中报告了具有其扩展功能的不同版本的BCn技术的总结。二、这个扩展功能鼓励研究人员考虑在该地区实施可持续能源交易的BCn智能电网能源系统（SGES）在这个技术时代，BCn在不同领域的使用正变得越来越流行，因为它具有革命性的功能，称为“智能合约”。SC只是在整个BCn网络中共享的可执行代码，在完成某些预定义的任务后触发。它使BCn中的节点之间的事务自动化，区块链（BCn）是在不久的将来实现整个世界能源可持续性有也保证了交易的有效性。由于该技术提供了透明性、不变性、安全性的固有特性，命名法������一L���2一个���6一���一���L���一LLAA4区块链智能电网能源系统分布式能源电力车辆分配系统操作员先进的计量基础设施分散式账本技术工作量中间人点对点去中心化应用委托权益证明第六代公钥基础设施物联网电子医疗增强现实虚拟现实虚拟专用网络每秒交易实用拜占庭容错人工智能智能合约光伏分布式发电安全信息交换网关仪表数据管理系统内桥接机制分布式账本智能电表可再生能源椭圆曲线数字签名算法应用编程接口第四次工业革命S.S. Uddin等人能源与人工智能12（2023）1002283Fig. 1. 区块链的一般结构图二、具有 扩 展 功 能 的 不同版本的BCn技术的 演 变 。由于涉及任何第三方、可听性和弹性，它现在是所有潜在行业的首选技术，如银行[7]、医疗[8]、教育[9]、物联网实施[10]、能源[11]等。在能源领域，它可以通过电力交易、管理电网自动化/配电网络以及将异构能源与SGES集成来促进SGES。SGES基本上是一种将智能能源发电[12]、配电和输电系统等三个实体整合在一个框架中的技术[13]。 该系统的主要目的是通过减少依赖性来促进P2P能源交易[14]。在中央电网和/或单一权力机构上。 同时，SGES在分布式发电中的特点解决了电力远距离传输的损耗和电能质量下降的问题。与传统电网系统相比，它具有使用智能电表的能源交易[15]、分布式发电、可再生能源的整合、消费者和生产者之间的双向通信系统[16]、碳排放收缩等特征。不仅基于“智能合约”的能源交易设施，而且BCn及其许多其他功能也促进了许多其他操作 对于SGES，例如网格的自动化，数据的安全性， 消费者和产消者的自主权，能源领域的BCn框架的开发必须经历一个漫长的旅程，从单一的基于加密货币的算法到现阶段的出现，如图所示。3.第三章。虽然现有版本的BCn在能源部门很受欢迎，但是，这项技术仍然存在一些问题在功耗、每次交易验证和块生成的时间、间接集中化、缺乏异构性[17]、互操作性[18]等的情况下，这些问题在主流应用（如可持续SGES）中实现BCn技术时产生了额外的挑战。这些挑战是SGES的可用性、完整性、机密性、身份验证、授权、不可逆性、审计和问责制[19]。这些挑战在支持BCn技术的SGES中的出现，通过在现有功能的上下文中合并修订，启动了对下一代BCn的考虑。新一代BCn技术可能具有新的共识机制、智能存储管理系统、增强的互操作性和异构性、链间智能合约算法等特点，本文从改进的共识机制、数据管理技术、改进的SC算法等方面阐述了新一代BCn技术应用于SGES的技术框架。S.S. Uddin等人能源与人工智能12（2023）1002284图3.第三章。区 块 链 技 术 在 能 源 领 域 的 应用和改进时间轴。表1文献综述[20参考调查现有BCn框架为下一代业务连续性研究SGES探索SGES整合挑战未来方向Yapa等人[20]我的天啊[21]第22话：我的世界，我的世界[23][24]第二十四话✗ ✗✓ ✓✗ ✗哈桑哈尼[25][26] 第 27 届 中 国 国 际 纺 织品博览会[28]1.1. 动机和贡献根据表1中的重要调查，可以认识到，在SGES中，BCn有许多范围和应用。BCn技术在SGES中的作用是促进许多高级功能，然而，这些功能的缺乏阻碍了可扩展性，可用性，安全性和其他问题。其中许多显示了在SGES中实施BCn框架时可能出现的其他挑战。然而，这些研究并没有集中在目前的BCn技术的发展，即使在BCn 5.0。作为 在目前的情况下，系统中存在许多漏洞，并且有必要研究这些缺陷，以便通过改进目前的BCN技术来解决它们。它将为SGES提供更高的可扩展性，数据可用性，高安全性，成本效率，互操作性等。本研究的贡献包括：• 调查现有BCn框架的问题：在本文中，我们发现了以前和当前版本的区块链的缺陷，并调查了出现的问题在当前执行的管理基于BCN的SGES的技术中。• 开发下一代业务核心网技术框架：我们通过开发下一代业务核心网技术框架，探索当前业务核心网框架主要问题的可能解决方案。 这是通过启用智能协商机制和智能存储系统以及增强BCn环境中的互操作性能力来• 研究了SGES中BCn的发展趋势：本文对SGES的特点和技术进行了简要的介绍。该研究明确了BCn技术在SGES中的发展趋势。此外，我们还调查了一些领先机构的项目，这些机构在不同时期致力于整合BCn和能源部门，并提到了它们在这一领域的跨度• 探索下一代BCn在SGES中的好处：简要讨论了使用当前BCn技术促进SGES的障碍。此外，我们强调了在SGES中实施下一代BCn框架的重要性和好处。• 集成挑战和未来方向：与其他具有非常高潜力的技术一样，在集成下一代BCn和SGES技术时出现了一些挑战。解决这些挑战的范围使未来的方向朝着下一个层次的研究机会的工作。第二部分简要介绍了BCN技术的基本原理、特点和技术策略。在这里，我们提到了BCn技术的工作原理，BCn技术的基本特征，BCn的技术政策，BCn的核心技术，最后是BCn技术的一些基本应用。 在第3节中，SGES和不同的前景，其实施与BCn网络进行了讨论。一方面，BCn促进了常规SGES。对 另一方面，也存在一些差距。这里提到了这些差距，而在第4节中讨论了未来BCn框架的解决方案。未来的框架及其附加功能也在第4节中讨论。此外，在第4节中，我们提到了使用SGES实现BCn的障碍。由于存在这些障碍，下一节将介绍未来解决方案的方向和相关工作。2. 区块链：基础、特征和技术区块链主要是为比特币和以太坊等加密货币的交易而开发的。然而，由于BCn技术的扩展特性，其应用在各种应用中迅速传播。S.S. Uddin等人能源与人工智能12（2023）1002285见图4。 区块链技术执行完整交易的工作机制。部门[29]。使用BCn技术的事务是通过在消费者请求时启用四个安全步骤来进行的 如 图四、第一步，称为广播层，将交易信息传递给连接到链的所有节点。在实际的交易过程中，节点可以进行交易，因此超过51%的节点接收到该信息。当一个节点得到不准确的数据并声明交易信息不正确时，该节点将丢弃该消息并不广播它。在BCn操作的下一个过程中，“挖掘”的想法出现在前面，使整个BCn网络能够基于赚取额外代币的意图执行操作。在这里，矿工是那些作为审计员工作并验证比特币交易是否有效的人。现在，BCn网络通过启用共识机制验证的已完成交易来创建区块，并且该过程发生在通过第三操作层时。由于交易的记录不会立即作为纯文本放置在区块中，因此哈希函数和Merkle树被认为在区块形成过程中处理它们[30]。在最后一层，每个交易的证据都被保存，这意味着它不能被随机更改。 因此，它通过块的有序连接来创建链式结构 其维护相关联的已完成交易的信息和记录。2.1. 区块链技术BCn网络的扩展功能在世界各地对这种聚光灯技术产生了复杂的感觉，其功能无疑有助于增强全球经济地形。BCn网络的特点是去中心化。匿名性、可信性、数据存储的可靠性、透明度、民主和更高的安全性[31]。 在实践中，集中式可控网络中的数据管理对于提供数据的可信性和透明度来说是高风险的。然而，BCn技术的去中心化性质使得处理真实世界的数据变得更加容易，具有更高的可信度，透明度和安全性。在去中心化的分布式账本系统中，客户端或用户的匿名性是以非常依赖的方式维护的有两个密钥，分别称为私钥和公钥。在这些密钥的帮助下，私有数据保持私有，只有需要被任何人看到的数据或信息才保持公开。接受BCn技术的另一个指标是它的可信度[32]，因为任何特定的人或中央机构都不是负责这里。整个系统基于之前制定的智能合约、共识算法等运行，这些都是无法操纵的[22]。更具体地说，用户之间的交易是由高度安全的计算机网络控制和维护的，而不是任何中央组织或机构。此外，BCn技术可以显示存储数据的可靠性[33]。在传统的或通用的分布式数据存储系统中，中央权限将数据分成若干部分。然而，在BCn的情况下，每个节点单独保存数据，并将其存储为网络中的个人或组织。每个块可以存储为交易记录列出的数据。新的区块也会在区块创建过程中获取所有交易信息此外，BCn网络的交易操作以透明的方式进行，信息的更新需要来自所有连接节点的认证。没有一个中央机构对交易负责。它没有任何集中控制中心，因此每个节点都可以拥有相同的权力和责任[34]，这意味着民主，即，每个节点可以成为监管者，这是BCn网络的本质2.2. 区块链技术政策区块链是一种新兴的面向技术的系统，它承载着许多不同的技术，如数据存储系统、对称加密技术和共识机制。以下部分全面概述了BCn网络中使用2.2.1. 非对称加密算法在BCn技术中，考虑非对称加密技术用于安全要求和所有权验证，如图5所示。这种加密技术可以提供比其他技术更高的安全性，因为它可以通过启用公钥和私钥来启动安全约束。 这两个密钥之间的联系是公钥是从私钥生成的。在此之后，公钥用于生成开放散列值，最终生成钱包地址[35]。非对称加密的整个过程是通过一个复杂的算法来维护的，该算法定义了算法的效率、可靠性和强度。 然而，随着算法变得复杂，过程或系统逐渐变慢。S.S. Uddin等人能源与人工智能12（2023）1002286图五. 非对称加密算法用于BCn安全技术。2.2.2. 分布式数据存储图六、 用于BC 节 点 中 数据同步的 Me r k l e 树 的 结 构 。因为它们在逻辑上是简单的相反，图灵完备它可以独立存储每个交易数据，然后在所有节点之间分发和同步，以保持真实性和透明度。数据同步由称为Merkle树的方法维护，如图6所示。它基本上是一种二叉树，具有不同的节点，称为根节点，中间节点和叶节点。叶节点包含从中间节点生成的散列值，并将其发送到根节点中的散列值。只要根节点是已知的，篡改任何节点的哈希值是相当困难的，因为哈希值与根节点不匹配。因此，这种结构可以平滑地维护大量生成的数据并保持透明度[36]。2.2.3. 智能合约智能合约（SC）层用于以代码的形式为BCn网络创建业务条款、条件和逻辑，如图所示。7.第一次会议。它操作条件的触发，并执行由条款、条件和逻辑自动设置的规则来完成每一笔交易。触发条件的值越高，智能合约就越强[37]。这种操作或价值的主要对象当数据在触发条件和执行规则后被链接时，任何人都很难修改它。目前，供应链的广泛使用使得如何识别风险最小化，并创造价值变得非常具有挑战性。SC有两种类型，称为图灵完全和非图灵完全。非图灵完备SC的安全性较低SC适应性强，应用广泛，因为它们能够处理复杂类型的逻辑业务问题，例如限制循环操作或操作的递归[38]。2.2.4. 数据存储结构在BCn中，所有区块或节点都是地理分布的，每个节点都拥有整个网络中分布式账本的副本。在创建一个新区块时，它由所有其交易存在或添加到分类账的节点进行验证，并且分类账在所有连接的节点之间同步。一个块由两个主要部分组成：块头和块体。报头被 用于与前一个块链接以保持前一个交易数据的有效性，而主体部分用于通过称为Merkle树的特殊数据结构存储所有真实的交易记录[39，40]。结构如图所示。62.2.5. 网络协议BCn网络中的每个计算机/节点在同一网络下彼此链接，而不存在任何特殊节点。 这一特性由对等（P2P）协议保证。 由于没有中央权威机构或服务器，网络自然不会受到攻击，并容忍任何类型的欺诈[41]。在BCn技术的网络协议中没有特殊处理的节点。所有节点对算法保持相同的态度，从网络中获得相同的服务。因此，通过攻击某些特定节点，S.S. Uddin等人能源与人工智能12（2023）1002287见图7。 智能合约模型。攻击者对整个网络的影响很小或根本没有影响。不同的区块链系统可以根据其网络协议开发和采用不同的P2P协议[42，43]。2.2.6. 分布式账本分布式账本（DL）是一种用于存储分散化交易的数据的技术，并且允许数据在众多节点可用的网络上共享、同步和复制。这样的节点可以代表一些人、物理位置或任何组织。与典型的分布式存储系统相比，DL技术有两个不同的属性[44]。首先，在互联网数据高速增长的现代世界中，任何中央组织都很难管理它们。随着数据规模的增长，复杂性也在大幅增加，这降低了集中式的可靠性。在这种情况下，分散式/DL可以处理所有这些压力，并有效地保持较低的负载，复杂性和成本。 同样，一般的分布式数据存储系统具有将数据划分为几个部分并存储它们的中央权限。然而，DL技术实现了一种方式，其中BCn网络的每个节点作为个人或组织单独保存数据存储[45]。2.2.7. 加密算法基于分布式账本的BCn网络在更大程度上提供了隐私的安全性。为此，它广泛使用现代化的信息安全，包括对称和非对称加密[46]，数字证书和哈希算法[47]。术语这种哈希算法的原理是将一段数据转换成一个固定长度的字符串，以防止未经授权的访问。一种名为“数据特征”的特征提取技术2.3. 区块链网络中使用的核心技术2.3.1. 共识机制适用协商一致机制的原因 解决与BCn网络相关的分布式账本系统中可能出现的一致性问题。 该算法通过确定提案的发起节点和所有节点达成协议的途径来解决问题。它包括使用以下机制。(i) 工作量证明机制（PoW）：该技术之外的关键概念是制作一个额外的新块和节点来处理加密难题[49]，称为PoW问题，不易解码，但易于验证。当问题解决后，它会被挂接到新的区块上，并通过网络进行广播，以验证新的区块，简称为挖矿。(ii) 权益证明机制（POS）：在PoS中，通过“验证”消除了“挖掘”的概念它可以降低节点的挖掘难度。 该机制随机选择赋值器来生成块。与PoW算法相比，PoS不仅具有时间效率，而且具有能量效率(iii) 委托权益证明机制（DPoS）：它是PoS的修改形式，其中每个节点可以通过投票将交易的验证委托给另一个节点[51]。因此，这是一个遵循代议制民主做法的选举共识机制。(iv) 实用拜占庭容错机制（PBFT）：该算法能够承受某些不诚实节点的拜占庭故障，并且可以依赖于可信节点[52]。查找故障的步骤的详细说明可参见[53]。基于不同共识机制的BCn技术的采用百分比表示在表2中。3. 智能电网能源系统（SGES）中的区块链：框架和趋势3.1. SGES的基本技术智能电网能源系统（SGES）是指将智能能源发电、配电和输电系统等三个实体纳入单个框架的概念[66]。它是一个集成系统，通过双向网络安全通信技术集成信息，并将计算智能应用于能源系统的整个过程，即，从发电点到电力终端消费者[67]。光伏（PV）系统和风力发电场以及必要的控制技术集成到电网中，如图所示。8，提高了不间断电源的可靠性，并增强了极端事件期间和之后的系统弹性。近年来，SGES已成为一项备受关注的能源技术，由于其扩展功能，没有人可以贬低SGES在能源经济领域的影响，这些功能将在下一节中解释S.S. Uddin等人能源与人工智能12（2023）1002288能源领域的区块链用例。授权证明（PoA）[56] 13%物联网、智能设备、自动化资产管理11%能源网（基于以太坊）[57] 10%已用时间证明[58] 3%计量、计费安全9% Tendermint [59] 7%联邦拜占庭协议[60] 2%网格管理8% Interbit [61] 2%容量证明（Proof of Capacity，缩写为ECAP）[62] 2%绿色证书碳交易7%无钥匙签名基础设施[63] 2%（KSI）基于循环赛的[64] 2%电动汽车7% Qtum [65] 2%其他8%一般目的倡议财团6%其他16%3.1.1. 使用智能电表进行智能电表（SMR）[68]是SGES技术的一个显著特征，被认为是测量能源生产、分配、传输和消耗信息的可靠设备[69]。它集成了一个带有数字仪表的通信系统，用于实时监控消耗的能量[70]。通过SMR读数，消费者可以根据他们的预算管理他们的电力消耗[71]。对于供应商、分销商和消费者来说，SMR充当公共联系点，并在SMR和公用事业服务器之间建立安全连接，因为它可以影响交易和计费数据。当多个利益相关者参与交易过程时，交易报告应由可靠的第三方维护，这可以通过在SMR支持的能源交易中应用BCn技术3.1.2. 分布式电源SGES高度依赖分布式发电（DGn）[72]，在发电系统中产生分散的现场电力。 大量发电厂的建立造成了一些不可避免的后果，即， 的影响环境 改变输电线路和配电系统。随着电力需求的快速增长，电力生产系统的现有网络由于传输大量电力而失去效率。 因此，传统方法增加了现有网络的复杂性。为了满足配电系统中的客户需求，例如低费用，可靠性，数据安全性以及SGES组件的深入诊断，DGn驱动的智能能源系统是强制性的[73]。这有助于降低运营成本 并提高发电系统的效率、可靠性和安全性[74]。3.1.3. 控制系统要包含RESSGES中的DGn技术使用可再生能源（RES），如光伏（PV）系统或风力发电场，以产生电力[75]。由于SGES集成了多个RES作为驱动电源，因此也被称为绿色电网[76]。在SGES技术中集成各种可再生能源系统的目的是减少对环境的二氧化碳排放[77]，并确保在极端事件期间和之后为消费者提供可靠的电力供应[78]。然而，RES的随机性质产生了SGES技术的不良性能，这可以通过集成适当的控制系统来解决[79]。使用控制技术的目的是在RES的可变性质上提供SGES的可靠性能 [78]。3.1.4. 双向通信系统SGES系统对于经销商和客户来说都变得毫不费力，因为它使用双向通信系统[80]。在双向通信系统中，消费者得到所消耗的能量的价格的警报，并且能量的消耗以及由分配器产生的电力的量被告知所消耗的电力的价格[81]。通信信道例如以太网和以太网被用作对于CPC接口的安全问题，已经产生并引入了IEE C37.118 [82]和安全信息交换网关（SIEGATE）[27]。3.1.5. 自动愈合能力由于SGES是一种用于生成和分发数据的技术，并且具有很高的数据安全性和鲁棒性 不确定性[83] SGES [84]的自愈能力（SHC）是一种独特的功能，通过表征意外系统状态（如故障、电流溢出和故障恢复能力[85]）使整个系统稳定。3.1.6. 数据管理系统智能电表的信息管理系统是高级计量基础设施（AMI）的必要组成部分[86]。一个名为整个管理系统与现场局域网连接，现场局域网在变压器、配电器、智能电子设备和传感器等多个现场设备之间建立不可穿透的连接方面发挥着至关重要的作用。基于不同领域的用例采用BCn技术的情况如表2所示。3.2. SGES中BCn技术的发展趋势BCn技术是一种基于加密货币的分散式数字交易系统，具有不变性，匿名性，透明性和可靠性。这是面对如图9所示的SGES的现有挑战的示例性解决方案。SGES在非集中式框架中包括几个电力交易，提供了实施BCn技术的趋势。3.2.1. 点对点（P2P）能源交易这是一个典型的解决方案，以确保个人消费者的能源交易的安全连接。原生微网格中消费者和产消者（生产者+消费者）之间的P2P交易通过分布式框架来执行。所有交易都以透明和不可变的方式记录给所有参与者，每个节点都携带最新副本[88]。此外，用户验证和数据的安全性通过密码图形加密得到保证[89]。生物碳氮技术的应用增加了可利用资源的利用，减少了对环境的不利影响。基于BCn网络的P2P能源交易提供了对所交换信息的认证，以及在未知方之间进行不可追踪的安全交易的能力。同样，BCn中的智能合约通过关闭配电系统运营商（DSO）的角色扮演来提供自治的能量交换过程。表2根据适用的共识机制使用的案例协商一致机制按活动领域分列的活动领域根据BCn平台使用的案例平台百分比工作量证明（PoW）[49] 55%PBFT [53] 15%去中心化能源交易33%加密货币、代币投资19%以太坊[54] 50%超级账本[55] 11%S.S. Uddin等人能源与人工智能12（2023）1002289图8.第八条。 智能电网能源系统的 结 构 ， 说明其能源来源，必要性和特点。3.2.2. DER的即插即用接口BCn可用于促进可再生能源生产项目，为消费者和生产者提供优势。在这里，无需任何第三方干预的实时能源定价可以通过实施动态智能合约来实现，该智能合约提供了DER的完美集成。同样，BCn网络的伪匿名特征公开了用户的身份及其位置，这确保了欺诈活动的预防[20]。 此外，在BCn平台上部署智能合约有助于同步分布式优化算法以获得全局能量最优值[90]。3.2.3. 微电网BCn技术具有为SGES中的每个利益相关者提供优势的前景[91]。产消者可能必须制定一项能源交易规则。如果他们履行协议，他们将获得奖励，否则他们将不得不因违反协议而受到惩罚[20]。通过将BCn集成到工作流程中，可以监控产消者协议、完美的支付处理、透明的信息存储、记录所产生的能源量和防止欺诈。 微网[92]3.2.4. 需求侧集成（DSI）当BCn向DSO提供灵活性服务时，可以通过应用DER实现供需的实时平衡该技术通过其安全性，透明度和不可更改的数据记录能力提供了能量平衡，以防止插入可疑数据。所有参与者都将能够看到几个能源利益相关者的电网互动。通过这种方式， 的功率可以由BCn实现，取决于半透明负载调度系统此外，自治智能合约精确地指定了每个消费者的能源消耗概况[94]。同时，它可以授权一个计划来奖励那些利用可再生能源生产资源来满足他们需求的消费者。3.2.5. 电网自动化通过集成BCn技术，可以强调网格的自动化过程，尽管AMI在促进它方面发挥了重要作用。在传统网格中发生的主要事务是适应BCn的根本原因[88]。因此，消除了对第三方的需求，从而在很大程度上减少了处理延迟和相关成本膨胀造成的延迟[103]。BCn还提供了与交易相关的所有信息的统一，这减少了数据处理时间，否则，网络攻击的脆弱性可能会增加[104]。通过BCn的应用，发电机组可以直接与消费者通信，执行自治的能量交易，这消除了第三方的必要性[88]。 此外，SCc可用于实现财务结算，而BCn用于记录交易信息[105]。用于诊断的能量和数据的使用以防篡改和分布式的形式计算和存储。这将用于需求响应的计费、管理和监控[106]。3.2.6. 网管分布BCn可以应用于模拟未来的电网框架。模拟记录可以用来克服网络瓶颈时网格的局限性。 DLT用于广播网格资源的可用性和弹性，而BCn技术确保传输网络的安全性和清晰性[107]。S.S. Uddin等人能源与人工智能12（2023）10022810见图9。 区块链技术赋能的智能电网能源系统。表3智能电网能源系统中BCn网络发展趋势综述必要性说明BCn调节输出分散框架[95]可再生能源、电动汽车和电池存储系统可以通过一个中央实体进行低自由度的调节和维护BCn的工作机制是去中心化和信任因子 被密码学开放式结构[96]完成电网互联必要性的一方可以交换能量和信息。P2P传输[97]能量和信息的交换是在一个消费者和生产消费者之间没有任何第三方的干预。自操作[98] RES，能量存储系统需要集成，获得一个自治的网格框架，这样就可以消除中央机构的参与。互联[99]消费者可以变成生产者，所以它有能力彼此连接即，网络和消费者。公共BCn对所有参与者开放，每个参与者都有一个副本。私有BCn允许特定节点访问信息。发起BCn在两个节点之间执行事务，而不需要任何中央权威机构来建立信任。智能合约包含一系列指导原则，一旦规则得到满足，就使用所有参与者的共识技术进行预授权。所有参与者的节点之间可以进行交易。共享数据库[28]自治电网的运行需要实时的能量数据交换。在BCn中，事务以时间顺序的形式完成，并分布在允许的节点之间。透明[100]交易的问责制以及安全性和保持了信息的不变性平等[20] SGES为所有利益相关者创造了一个公平的竞争环境。BCn通过DLT提供具有不变性的透明度BCn验证用户身份并集成任何受信任的利益相关者。治理的失败[101]不能允许单一所有者，必须防止单点故障。BCn的操作是在具有分布式授权的自治性质下执行的，以确保完整性和安全性。[102]第一百零二话包括各种容量的异构能源在BCn中采用加密特性以确保安全性。在没有中间人参与的情况下，在不信任的各方之间进行交易。S.S. Uddin等人能源与人工智能12（2023）100228113.2.7. 能源数据监管通过集成基于BCN的平台，提供了安全性和可扩展性的数据声明的聚合和交换。 可以通过利用BCn平台来实现对聚合数据的管理，这可以防止敏感信息的非法交易[108]。为了建立利益相关者之间的信任和数据的实时流通，由于其扩展功能，BCn可能是一个很好的选择[109]。BCn提供了在防篡改和分散式分类账中记录所有交易的架构[110]。因此，消除了对中央权力机构的依赖。BCn的安全功能有助于从真正的信息源获取清晰且未经更改的数据。表3中报告了智能电网能量系统中的BCn网络的趋势的总结。3.3. 区块链在实时能源领域的应用最近，涉及能源和公用事业公司的公司已经启动了几个基于BCn技术的项目。BCn平台主要用于安全和透明的能源交易，如使用安全加密算法的P2P交易，分布式共识机制等。它还可以实现电网维护，碳排放跟踪，贡献RE证书，令牌方法，物联网集成等。[111].这些范围在理论上仍然是可能的，但正在进行的项目到目前为止还不够成熟，无法实现所有这些。但许多模拟和测试正在进行，以确保项目的可行性，稳定性和可靠性。 其中一些项目在这里解释。表4显示了在能源应用中使用BCn3.3.1. PowerLedger（澳大利亚）PowerLedger是一家澳大利亚公司，在EcoChain的基础上开展了多个项目; EcoChain是一个建立于2016年至2017年的私人BCn系统。该公司在澳大利亚西部的Busselton开发并展示了第一个基于BCn技术的P2P能源交易项目[112]。它实现了电力单位（千瓦时）和电力定价系统之间的互操作性。这促进了许多应用程序，如EV，碳排放跟踪等，其中包括一个分散的网络，用于越来越多的用户，该网络基于修改后的以太坊BCn联盟开发的双令牌生态系统。这些代币是POWR和Sparkz [111]。POWR致力于PoW共识机制，Sparkz致力于BCn技术的PoS共识机制。主持人和参与者需要POWR代币来使用平台，另一个代币Sparkz用于交易。网络中的最终用户不需要POWR代币。 他们只需要将他们的法定货币转换为Sparkz并进行交易。但是，要为客户生成所需数量的Sparkz，必须系统中有足够数量的POWR代币PowerLedger使用两个层，公共和私有。公共层允许使用BCn的以太坊与具有其他令牌系统的其他网格建立链接。第二层是能源贸易--实体之间的相互作用仅包括在该特定链中。最近，PowerLedger从基于以太坊的BCn转向了Solana， 更有效率。Solana没有使用PoW共识机制，而是使用PoH（历史证明）和PoS。它更快，每秒超过5万笔交易的交易率 非 常 高 ， 创 建 一 个 新 区 块 需 要 400 ms [113] 。为 了 推 广 REPoewerLedger的使用，在印度[114]，泰国[115]，北美[112]和许多其他国家开展了多个项目。3.3.2. LO3能源：布鲁克林微电网（美国）Transactive Grid由LO3 Energy、Centrica、Prossys和Siemens组成，并运行一个基于BCn的P2P能源交易平台，名为Brooklyn Microgrid（BMGD）[78]。这是2016年4月启动的一个试点项目，旨在提供能源的实时计量数据。本地生成到本地MG [88]。他们通过MG wire在消费者和生产者之间进行P2P交易[105]。它不仅在美国实施，而且在日本能源市场也积极运作。首先，它是一个基于以太坊的私有BCn系统，虽然它有可能对每个人开放，以使用来自RES的能量，但这个平台特别适合于BCn在SG中的应用。一个新的项目，火用也是由LO3能源开发通过减少能量损失来更有效地管理电网[116]云。它将提供自动响应过载，短路和实时计量的功能。ERC20标准智能合约和XRG代币在以太坊上使用他们的令牌系统被确定为提供有关网络的外部和内部条件，能源消耗和生产以及所生产能源的所有权的信息[117]。3.3.3. Tennet（荷兰和德国）2017年，TSO（传输系统运营商）由TenneT与德国和德国电力公司共同合作，为欧洲电力公司提供服务。TenneT与IBM、Venderbron等公司联合开发了一个系统来管理荷兰和德国两国之间的电网。这是一项使分散能源能够管理电网的倡议。根据欧洲标准化[112]，这种倡议也可能促进未来的智能电网通信技术3.3.4. MotionWrek（德国）MotionWrek是一家成立于2017年的能源公司。它基本上是一家总部位于德国的公司，致力于在共享和绿色电力以及BCn等数字技术的基础上构建电动汽车解决方案。它主要用于管理EV充电能量交易。他们的第一个项目是 首先，他们希望在区域范围内将这些发动机连接起来，相互帮助，然后与同一平台上的大公司合作，以提高充电设施的可扩展性[127]。通过Share Charge应用程序，充电点运营商将充电基础设施与需要为其电动汽车充电的用户连接起来。它主要提供电动汽车充电网络、开放式移动系统和漫