區塊鏈技術在配網調度工作臺的應用研究

云南電網有限責任公司迪慶供電局 和曉鳳

區塊鏈技術可以提供可信、可追溯和防篡改的數據存儲模式。本文針對調度系統中常用的配網調度工作臺功能的數據類型和特點，通過提升區塊鏈的存儲可擴展性，將區塊鏈技術應用于配網調度工作，把工作過程中的數據上鏈保存，確保所有調度信息的完整性、連續性和一致性，使調度工作過程透明化，保證數據不能被篡改，工作記錄隨時可追溯和可查驗，有效促進傳統調度運行模式向綜合、智能和可信轉型，提升協同工作效率，保障電網運行安全。

區塊鏈（Blockchain）是一種由多方共同維護，使用密碼學保證傳輸和訪問安全，能夠實現數據一致存儲、難以篡改、防止抵賴的記賬技術，也稱為分布式賬本技術（Distributed Ledger Technology）。區塊鏈憑借其獨有的信任建立機制，正在改變諸多行業的應用場景和運行規則，是未來發展數字經濟、構建新型信任體系不可或缺的技術之一。而目前，配網調度工作過程中產生的數據采用傳統的數據庫方式存儲，存在數據被篡改和責任難以有效落實的隱患。通過本文的研究，結合配網調度數據的特點，改進區塊鏈的存儲性能，以使區塊鏈技術能夠與配網調度工作進行有效融合應用，有效解決當前存在的問題。

1 區塊鏈技術

區塊鏈技術被稱為是徹底改變業務乃至機構運作方式的重大突破性技術。同時，就像云計算、大數據、物聯網等新一代信息技術一樣，區塊鏈技術并不是單一信息技術，而是依托于現有技術，加以獨創性的組合及創新，從而實現以前未實現的功能。

而隨著區塊鏈算法和應用程序的不斷發展，區塊鏈正在廣泛應用于金融服務、信用調查、供應鏈和物聯網，能源領域也成為了一個新的研究熱點。將區塊鏈應用于配網調度工作，充分利用其去中心化、分布式信任、防篡改、強時序、可追溯和可驗證的特點，在實現數據共享的前提下，打破信任障礙，有效提高數據和信息的安全性，并確保所有調度信息的完整性、連續性和一致性，使調度工作過程透明化，保證數據不能被篡改，工作記錄隨時可追溯和可查驗。

2 配網調度工作模式分析

現階段的配網調度系統的人機操作仍以傳統的鼠標、鍵盤方式為主，對于比較復雜的操作需要調度人員不斷點擊、查詢才能觸發，操作非常繁瑣。隨著電力系統規模的不斷擴大，調度人員需要監控更多的調度信息，他們的日常工作強度也隨之增加，復雜的操作方式在較大程度上導致調度人員處理突發事故的能力隨之減弱。

目前，調度人員在工作過程中，主要使用的系統功能模塊為調度工作臺。調度工作臺主要由停電檢修、保供電、風險管控、工作備忘和交接班日志等構成，具體如圖1所示。

圖1 配網調度工作臺功能構成圖

調度人員在工作過程中，需要進行大量的電話溝通和指令下達操作，每進行一次通話，就需要在調度工作臺中進行相應的事件記錄。而通話錄音和事件記錄成為了日后業務質檢和事故、故障排查的重要依據。但是，目前采用的傳統數據庫存儲方式，容易出現調度日志信息被篡改，信息的真實性和可追溯性得不到保障，這為日后的抽檢、排查工作埋下了隱患。為此，需要通過區塊鏈技術的加持，充分利用區塊鏈防篡改、強時序、可追溯和可驗證的特點來解決這一問題。

根據對配網調度工作臺工作流程和相關數據結構的分析，主要存在以下特點：

（1）事務通知模塊為具體的發文和工作通知，其數據包括常規的文本和文檔附件。

（2）運行資料為日常線路、站變臺賬信息，包括關聯的excel文件等。

（3）其余功能模塊包括的信息都是結構化的字段，但部分字段的文本描述過長、過大。

根據上述特點，在采用區塊鏈技術時，需要特別注意區塊鏈存儲可擴展性方面的性能要求，以滿足結構化、非結構化數據存儲的需要。

3 區塊鏈與配網調度工作臺的應用融合

區塊鏈技術的產生，給配網調度工作中的數據可信存儲和可追溯提供了一條新的技術路徑。通過采用分布式共識機制、鏈式區塊結構、非對稱加密算法等技術可實現配網調度工作中數據的可溯源以及信息難以篡改等特點，保障責任可信追溯到人。

但是，區塊鏈存儲可擴展性問題，提高了區塊鏈設備的門檻，成為了區塊鏈應用落地的瓶頸，傳統的區塊鏈存儲結構不適合存儲數據包過大或者非結構化的文件，因此，要將區塊鏈與配網調度工作進行有效的融合應用，必須解決區塊鏈存儲可擴展性問題。

為了有效解決上述問題，本文采用鏈下存儲的模式。鏈下存儲是一種將區塊體中數據內容從原區塊體轉移到鏈下存儲系統，區塊鏈體中僅存儲指向這些數據的“指針”和其他非數據信息，以解決區塊鏈存儲可擴性問題的方法。

在實際應用中，鏈下存儲采用IPFS（星際文件系統）。IPFS是一種點對點分布式文件系統。數據或者文件存儲到IPFS后，將生成一個hash地址，該hash地址既可以作為訪問文件的索引地址，又可以檢驗文件內容是否被篡改。

后臺服務作為鏈接客戶端、IPFS及區塊鏈的服務部件，利用區塊鏈+分布式存儲的方式實現調度數據上鏈，主要涉及數據存儲及數據查詢兩部分邏輯。

數據存儲實現流程如下：

（1）調度系統通過http方式以特定數據格式（Json）向后臺服務發送數據。

后臺服務會記錄每一個連接發來的數據數目，并更新其數據文件指紋，當達到預設值時，進行打包操作，并使用流的方式向IPFS發送數據。

（2）數據塊存儲在IPFS上，然后返回存儲地址。

（3）后臺服務將先前計算的文件指紋與IPFS文件存儲地址組合且生成新的一條上鏈數據，然后通過區塊鏈的共識機制完成數據上鏈。

（4）數據上鏈成功后向服務端返回本次存儲交易的Hash值。

區塊鏈區塊構成示意圖如圖2所示。

圖2 區塊構成示意圖

區塊頭主要由時間戳，前序區塊hash、數據類型標識構成，區塊體存儲IPFS中數據映射信息，具體數據則存在IPFS中，區塊體主要由客戶端ID、數據日期、IPFS文件hash地址、文件指紋構成。

在數據上鏈存儲后，在使用過程需要對鏈上的數據進行查詢交互，數據查詢實現流程如下：

（1）業務系統通過唯一ID值和日期等內容查詢相關信息，通過http方式向服務后臺請求數據。

（2）后臺將會自動啟動智能合約的查詢函數，執行相應的查詢方法。

（3）智能合約將匹配正確的數據（包含IPFS文件存儲地址以及文件指紋）返回。

（4）后臺通過返回數據中的IPFS文件存儲地址去查詢IPFS網絡，并返回匹配的整個數據塊。

（5）IPFS根據Hash地址返回對應的整個數據塊的文件信息，隨后在服務端可以進行對文件的驗證，以檢驗存儲數據是否被篡改。

結語：本文提出了區塊鏈技術在配網調度領域的應用探索，圍繞配網調度數據存儲的問題和區塊鏈存儲的瓶頸，通過采用IPFS的鏈下存儲模式，在有效提升區塊林存儲性能的同時，又能有效保障數據不被篡改和可追溯，實現了區塊鏈與配網調度的有效融合應用，推動配網調度業務全過程環節的智能化、數字化轉型的同時，為區塊鏈技術在電網調度領域的實用化實踐奠定堅實的基礎。