基于区块链的电动汽车能源安全交易方案研究

作     者：徐惠新 

作者单位：曲阜师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李光顺

授予年度：2024年

学科分类：12[管理学] 1201[管理学-管理科学与工程(可授管理学、工学学位)] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

主      题：能源交易 区块链 隐私保护 安全 电动汽车 

摘      要：环境污染和化石燃料短缺成为全球面临的严重问题,电动汽车因其低碳环保的优点,在世界范围内得到了大力的发展和支持。然而,随着电动汽车规模的扩大,其续航能力较弱的特点也被不断放大,电动汽车充电的随机性和分散性对电力系统的安全稳定造成冲击。除此之外,电动汽车用户的自利性使得交易公平和用户隐私受到挑战。针对这些问题,本文以电动汽车为研究对象,综合考虑电网稳定性和交易安全性,在不同电网负荷下,提出电动汽车能源安全交易方案。在此基础上,提出基于信誉机制的电价制定方案限制用户恶意行为,激励双方诚实交易。引导电动汽车根据当下电网的负荷情况进行合理的充电行为,满足自身能源需求和电力系统调度需求。本文的具体研究内容如下: (1)针对电网负荷处于谷值时段电动汽车的充电调度问题,以公共充电站和充电电动汽车为研究对象,提出了充电站对电动汽车的能源安全交易方案。首先,提出了一个基于区块链的系统架构,利用智能合约自动执行车辆的交易请求、认证和支付过程,确保交易信息的安全性。在此基础上,制定信誉评估机制评估充电站可信度,综合考虑充电站的距离、空闲情况、充电时间和信誉成本等,将充电站选择策略建模为一个决策优化问题。仿真结果表明,交易方案选定充电站的过程能在保证安全的基础上平衡各充电站压力,且交易双方的空间开销等方面有较大改进。 (2)针对电网负荷处于峰值时车对车的充电调度问题,以供电电动汽车和充电电动汽车为研究对象,提出了车对车的能源安全交易方案。首先提出了基于区块链的能源交易框架,描述了车辆的注册、认证以及交易过程,并利用智能合约自动执行,确保交易信息的安全性和用户隐私性。在此基础上,提出了基于信誉机制的匹配和定价策略,制定信誉评估机制评估车辆行为,并利用贝叶斯博弈定价,使得制定的价格达到纳什均衡。仿真结果表明,交易方案能识别出恶意车辆,提高车辆交易的匹配成功率,获得较高的用户满意度,且开销在可接受范围内。 (3)针对电动汽车无序充电可能导致的电网负荷波动大和社会福利不均等问题,以充电电动汽车、供电电动汽车和充电站为研究对象,提出了电动汽车交易选择方案,利用区块链和数字签名等确保交易信息的安全性。首先,根据电网的负荷状态和电动汽车充电需求,为充电电动汽车选择最佳的交易对象,使得总负荷变动最小化。除此之外,提出一个交易量制定方案,通过优化能源交易量,使得社会福利最大化。仿真结果表明,根据选定的交易对象和交易量进行交易,能够减少负荷波动情况,最大化社会福利,相较于其他方案提升了效率。