區塊鏈技術在配網調度工作臺的應用分析

王正卿

（廣東電網有限責任公司東莞供電局，廣東 東莞 523000）

0 引 言

配網建設和運行涉及內容非常復雜，在進行數據庫分析和處理時容易出現數據連續性、一致性以及完整性問題，導致配網建設和運行效益大打折扣。區塊鏈技術能夠在分布式賬本基礎上實現數據可信、可追溯以及防篡改的安全存儲模式，達到了配網建設和運行數據的綜合化、智能化、科學化管理，已經成為新時期配網調度工作中不可或缺的關鍵技術。

1 區塊鏈技術的基本原理

20世紀末，Stuart Haber在深入分析密碼安全需求后提出，可通過區塊劃分實現密碼安全鏈的構建，以實現各單元的相對獨立和保護。21世紀初期，國外學者在廣義的Hashcash算法基礎上根據比特幣網絡形成了區塊分布式賬本，區塊鏈技術逐步被人們認可。從整體角度而言，區塊鏈技術是在分布式數據存儲、密碼學原理以及數學算法等基礎上形成的數據庫維護技術方案，其數據結構涉及兩大部分，如表1所示[1]。

表1 區塊鏈的數據結構

在上述區塊鏈中，某一節點依照信息明文形成信息摘要，按照Hashcash算法對所提出的請求進行函數映射，在私鑰加密基礎上生成電子簽名。生成上述信息后，由系統中的區塊鏈逐步對信息進行驗證，通過公鑰解密獲取信息明文和電子簽名中的關鍵信息。對該信息進行驗證，符合要求的可存儲到新的區塊中，按照算法順序形成關聯的鏈狀結構。此時，區塊鏈中的各個區塊均首尾銜接，若其中一個區塊被惡意篡改，則其后區塊的值都會發生改變。利用這一性質可以快速印證區塊數據，從根本上提升了分布式數據存儲和數據分析的可靠性、穩定性以及有效性[2]。

2 基于區塊鏈的配網調度工作臺構建

2.1 調度模式

配網調度工作臺主要包括用電分析、調度管理以及安全管理等，可通過事件記錄快速生成調度痕跡和排查依據，對配網運維和管理具有至關重要的意義，具體見圖1。

圖1 配網調度工作臺架構

基于區塊鏈的配網調度工作臺應在調度區塊主結構基礎上形成合理的節點劃分，如對以上功能進行歸類，形成計算中心節點、監管中心節點以及信息中心節點等。每條區塊鏈均依照中心為據點，逐步向外拓展。

本文重點分析調度信息中心節點區塊的構建，設置過程中應先在主鏈基礎上利用智能合約形成專家決策體系，按照運行規約和專家決策等形成完整的專家庫，作為信息校驗的主要參考依據。然后，在專家庫基礎上按照時間節點鏈接區塊數據，包括用戶用電數據、運行資料以及調度命令等，在動態數據庫基礎上完成調度數據的集成和整合。這樣有助于在后續配網調度管理工作過程中快速分析管理行為的科學性、有效性與可靠性，確定配網事故的主要原因，以便于輔助定責。

區塊鏈設計的過程中各項信息均需按照區塊頭及區塊主體的特征分別處理，形成完整的信息體，以便于存儲和調用。除區塊鏈上完整存儲外，若信息脫敏后還可以依照區塊鏈中的數據關系面向指定部門發布，使其能夠實現配網調度信息的實時共享和配網調度管理的協同操作，從根本上改善配網調度工作質量。

2.2 存儲設計

上述工作過程中配網調度需進行全面分析和記錄，尤其是調度通話和任務分配過程中，必須實現自動錄音和存儲，這樣才能夠在日后的質檢和事故排查過程中形成有效參考依據。其他模塊則主要通過文檔資料和Excel文件等形式進行數據傳輸或信息存儲[3]。

根據配網調度工作臺架構及存儲類型，在區塊鏈設計的過程中要以存儲可拓展性為核心內容，圍繞調度工作臺中各類功能需求和存儲格式等形成結構化或非結構化數據存儲類型，即鏈下存儲模式。

2.2.1 基本原理

鏈下存儲模式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數據存儲模式[4]。上述過程可以通過指針關系實現區塊對應，從而避免由數據類型不一致導致的無法鏈接問題。

2.2.2 主要流程

本次基于區塊鏈的配網調度工作臺設計時利用星際文件系統（Inter-Planetary File System，IPFS）進行文件存儲[5]。該系統采用點對點分布式存儲模式，在將數據存儲到指定位置的同時，還根據數據信息生成對應的hash地址。此時，用戶可以根據hash地址直接訪問所需數據文件，或利用hash地址進行區塊鏈驗證，檢驗數據文件的可靠性和有效性。若一旦出現數據篡改，則區塊鏈出現明顯錯誤告警。hash地址驗證無問題后，IPFS系統按照既定指標將分布式存儲的數據形成區塊，在區塊鏈基礎上進行調度數據上鏈。

配網調度工作臺通過http方式發送所需存儲的數據。數據格式類型設定為可被識別的JSON格式，各項數據均識別后，系統會逐一打包，達到預設值后向IPFS系統中發送。數據流傳輸到IPFS系統中后，在指定位置存儲，同時生成hash地址。存儲完畢后，指針重新返回發送地址，繼續進行數據發送。后臺服務器將打包信息和IPFS系統中的存儲數據一一對應組合，形成新的區塊鏈數據，然后在區塊鏈的共識機制基礎上進行鏈接。

上述操作過程中打包信息主要包括文件指紋、數據日期以及hash地址等，根據所處理的客戶端信息形成完整的客戶端ID區塊數據。按照區塊體中的數據類型，格式設置時區塊頭為時間，區塊主體為數據類型標識、hash地址以及文件指紋等。

2.3 查詢設計

信息中心設計的過程中需根據數據存儲和數據查詢兩部分合理開展，分別實現數據存儲和區塊鏈接。尤其是在調度工作臺識別上述區塊信息時，應直接通過時間戳依次查找對應區塊主體，然后再按照內容中的各項信息進行匹配與識別，如表2所示。

表2 數據查詢操作流

3 結 論

區塊鏈技術中的信息校驗和監測分析功能保證了數據傳輸過程中的可靠性、準確性以及有效性。將其運用到配網調度工作臺中，可以從根本上改善配網調度信息質量，降低由數據不匹配和數據失真等導致的嚴重調度事故。與此同時，利用區塊鏈技術還能夠實現調度管理信息的整合，在區塊結構基礎上完成多項信息的對應打包，以便于后續管理過程中的綜合分析和輔助追責，全面提升了配網調度管理的安全效益和經濟效益，達到了雙管齊下的效果。