區塊鏈技術在電網數據信息中傳遞的應用

梁建賓 趙中良 李小萌

(中國電建集團河南省電力勘測設計院有限公司,河南鄭州 450000)

0 引言

目前電網數據的傳遞主要通過單一軟件平臺,如PMS系統、D5000系統、電網GIS系統、營銷業務系統、調度OMS系統等;面對各生產要素部門采用信息管理不同,所搜索信息存在不共享等,信息交互的運行分工不同導致信息相對閉塞等情況,不利于相關部門統計相關數據信息。

智能化信息的發展使數據的反饋與傳遞時間更短,尤其在故障跳閘、故障電網重構方面,如果更快捷計算負荷的分布與轉移、如何通過信息大數據的自動匹配計算及故障信息的預判等,使得未來電網不僅通過信息安全切除、重合,更可通過大數據信息的分析,對未來電網運行的隱患點、負荷曲線、能量監測、電網診斷等功能,實現對電網安全的保障,通過提升供電能力的各項指標,進而使的供電停電次數、時長等降為最小,實現電網的無故障停電時限。

配電物聯網的建設使得配電網末端設備的自動化程度提升,針對設備運行中出現的過流、過壓及其他非正常運行隱患,都可通過智能設備系統反映,通過歷史數據進行故障切除、排查等,大數據信息的使用將電網的安全運行提升了一個階段,但與之而來的信息安全問題成為電網發展的癥結,如果將信息傳遞交互與網絡安全相結合,是本文考慮的重點。

1 區塊鏈技術的應用

目前區塊鏈技術主要應用在數據追溯,如井通科技開發的在新冠防疫行程數據方面的區塊鏈技術應用,螞蟻金服中相互寶處理新冠病毒理賠的區塊鏈應用,倉儲管理的區塊鏈技術應用等。其區塊鏈技術主要通過對信息數據的交互、傳遞,確保數據可查、可追溯、且數據具備分布式存儲等特點,區塊鏈技術的應用從信息鏈條的傳遞,到物品的生產、加工、運輸、安裝再到使用,整個流程都可監控、查詢,區塊鏈技術的發展將信息大數據的傳遞提升到一個新的領域,大數據的使用使得數據的采集、調用留有痕跡,且區塊鏈技術的推廣使用使得數據在防護有所加強。

關于電網方面的區塊鏈成果主要有:《基于能源區塊鏈網絡的微電網經濟調度模型》提出了基于智能合約的多時間尺度微電網經濟調度方法,通過仿真模型給出了區塊鏈技術在微電網系統的信息透明度、數據安全性和存儲安全性的微電網去中心化經濟調度[1];《適用于電力系統凸優化場景的能源區塊鏈底層技術》一文中,指出區塊鏈為解決不同主體間的信任問題提供了新的解決方案,面對現有計算機能力低,運行成本高,功能過于單一等問題,提出了一種凸優化證明共識機制為核心的新型能源化區塊鏈底層技術,解決區塊鏈應用于電力系統復雜優化場景的技術瓶頸[2]。

2 配電網物聯網現狀

配電物聯網是集電力系統應用平臺、數據設備、分布式能源、智能運維為一體的數字化平臺,其重要工作是對設備側進行精確定位,優化臺區、變壓器、線路側的準確分析,故障實時切換,線損及負荷精確計算等;對源端可再生的分布式光伏、風電、沼氣等接入電網優化,提升可再生能源的滲透率,強化電網向智能化、多元化綜合服務發展,同時將新能源、清潔能源并入電網統一調控;電動汽車的發展帶來了充電樁的急劇增加,新增變電容量遠不能滿足充電樁發展需求,如何解決以充電樁為需求負荷的大規模接入與城市建設變電站的矛盾將是發展的要點,同時如何對以充電樁為主的新型負荷進行安全監控及信息考核將是電網安全關注重點;面對電力設備種類及數量的急劇增加,多重維度的電網設備參數使得運維人員無法及時掌握,電網運行設施的頻繁變化及設備信息采集傳遞的多重識別,增加人員活動,且存在錯配情況。

3 區塊鏈技術在配電物聯網應用

區塊鏈技術最重要的身份特征是去中心化、信息可追溯,不可逆轉、可編程及安全可信等。區塊鏈技術的去中心化特征將數據由大量的集中式存儲轉向分布式存儲,利用數據鏈的痕跡權限查詢。如電網公司運維、調度、項目信息立項、更新、維護等,將信息通過數據鏈形式存儲在數據鏈上,且信息的調用、查詢、修改等均可依托數據鏈基點切入,信息的保密及傳遞可有效把控;同時數據可通過移動數據庫的大小將相關數據記錄在不同節點中,進而實現數據的去中心化記錄,其中一個點遺漏或丟失,原始數據仍可追回,查詢。信息可追溯特征主要體現數據從無到有到變型的整體過程,以某電力設備為例,元器件的材質、生產廠家、日期、生產負責人,材料的運輸時間、運貨人,設備的生產時間、負責人,項目設計方、施工方、監理方、業主方,投運時間、操作流程等均記錄,在此場景中,區塊鏈作為可追溯信息媒介,承擔著信息的可查可追溯可記錄全過程。信息不可逆轉、可編程、安全可信等均將信息數據的痕跡留存數據鏈中,對于中間環節的數據調用、修改、完善等,均記錄在冊。為此通過區塊鏈可打造以下應用場景。

3.1 數據的交互調用

數據的交互調用在于將數據進行整體查詢,將各平臺通過自動搜索功能匯集、分析,給出合理成果,該條信息通過區塊鏈數據鏈記錄,同時將調用數據的平臺信息、時間、成果、使用人等記錄在數據鏈中,該條信息上鏈以后將與鏈上所有用戶記錄并確認。數據交互調用的方式將供電公司系統內各大信息平臺數據進行資源共享,將數據的相互調用、查詢記錄在冊,同時將數據的成果共享,可達到在此應用場景條件下,數據最新、安全可靠、使用可查等功能,從而實現平臺資源共享。

流程圖1中區塊的核準主要有調用者身份的核準、調用成果的核準、調用場景的核準及調用時間的記錄等,通過多維度區塊核準,最終生產區塊數據,并將數據永久記錄。

圖1 區塊鏈數據生成流程圖Fig.1 Blockchain data generation flow chart

3.2 數據的權限加密

數據的權限如果為去中心化數字賬號,其通過區塊鏈鏈上數據節點,開通查詢相關鏈上數據層級信息,此處設置不論賬號歸屬權限,僅通過數據鏈上權限執行,無身份識別代碼、無行政級別保密代碼,僅通過去中心化的數據節點有條件通過權限查詢內容,此處可加入區塊鏈技術的分層分片原理,根據區塊鏈技術發展分析,區塊鏈上數據傳遞主要通過POW(工作量證明)、POS(權益證明)、DPOS(授權權益證明)、BFT(拜占庭容錯性)、DeFi(去中心化金融)等技術傳遞,區塊鏈上數據的傳輸使得數據在傳遞過程中形成特有的加密機制,通過特有的通道記錄數據的內容、數據使用者及數據存儲等。在能源系統行業,已有眾多學者分析了區塊鏈技術在虛擬電廠[3]、儲能[4]、電動汽車[5]、大用戶直購電[6]等方面的應用,且區塊鏈技術形成的能源交易機制可有效提升交易安全性,同時降低交易成本。

3.3 數據的資源共享

區塊鏈技術將由不穩定因素轉化為可查因素,將現有的數據資源由保密加成轉變成系統內可查可利用可搜集等情況。由于電網系統平臺的封閉性、設計院資料的獨享性,造成電網各部門之間、各設計院之間、電網與設計院之間資源不通暢,數據更新不及時等情況,其主要考慮數據的安全性、數據資料的保密性等,據此,電網數據的傳遞及最新的資源不能達到共享、共同服務電網企業發展,在此基礎上,提出了基于區塊鏈技術的數據資源共享平臺,將促進和兌現電網系統的整體發展,可通過區塊鏈數據的加密權限對數據的使用、采納、利用及數據的交互形成獨特的數據包,將數據的利用通過區塊鏈的高效處理、點對點的廣播交易,可提高數據交換側的用戶互動,提高用戶參與數據交互的形式。

此種數據共享不僅體現在單一數據平臺側,也可體現在能源的多項選擇側。區塊鏈中數據的可追溯性可將新能源及常規能源等通過電力交易平臺、電力消納系統參與到以區塊鏈為主的系統中,通過眾多用戶參與的方式,提升用電服務質量、提高各產業用電比例,尤其涉及新能源發電上網側,可提供新能源占比利用率及降低企業用電成本,提升全產業“電”能化。

數據資源的共享,不僅僅是將數據應用到需求的領域行業,也是數據通過區塊鏈技術將數據的安全性、保密性提升起來,進而引導電力企業在信息化、智能化方面轉化。

3.4 數據的永久存儲

區塊鏈的去中心化應用將數據信息發布、撮合、結算通過分布式記賬的方式記錄在數據鏈上,該存儲功能不因數據鏈節點的遺忘而缺失,它依托去中心化的存儲特性,將類似電子合同、物資采購、設計方案、施工工藝、竣工驗收等記錄在區塊鏈上,從而避免因中心化的突發情況導致數據不可恢復的損失。區塊鏈的主要特點就是可以從其他節點獲取同步數據,保證數據的安全存儲,可提升數據在整個網絡、整個系統的問題性[7]。區塊鏈中數據一旦記錄,所有的信息如配電網設備、材料等均可查、可驗證其真實性,在驗收和審計過程中均可查詢,且考慮到配電網工程設計、施工、采購的終身責任制,區塊鏈技術在電網中的應用將對電網的相關數據起到保密永存的作用。

4 結語

區塊鏈技術的優勢將加快配電物聯網的發展,通過區塊鏈技術的信息傳遞、數據信息加密、數據的永久存儲,將提升電網辦公的數字化交互程度。

(1)區塊鏈數據將對各平臺數據開展統一搜集、調用、記錄、存檔等,大數據的信息處理將數據的實時性與安全性統一,區塊鏈起到了數據媒介的支撐。(2)區塊鏈將電網建設中的各個環節永久記錄,對電網的安全運行、故障排查、隱患處理起到了保駕護航作用。(3)區塊鏈技術與配電網的數據進行融合,將區塊鏈技術應用于平臺場景,通過各種信息的調用機理,形成一套有痕跡、可追可查的平臺數據鏈,將電網的權限、資源、數據信息交互傳遞,提升配電物聯的智能化建設。