区块链技术在电网数据信息中传递的应用

梁建宾 赵中良 李小萌

(中国电建集团河南省电力勘测设计院有限公司,河南郑州 450000)

0 引言

目前电网数据的传递主要通过单一软件平台,如PMS系统、D5000系统、电网GIS系统、营销业务系统、调度OMS系统等;面对各生产要素部门采用信息管理不同,所搜索信息存在不共享等,信息交互的运行分工不同导致信息相对闭塞等情况,不利于相关部门统计相关数据信息。

智能化信息的发展使数据的反馈与传递时间更短,尤其在故障跳闸、故障电网重构方面,如果更快捷计算负荷的分布与转移、如何通过信息大数据的自动匹配计算及故障信息的预判等,使得未来电网不仅通过信息安全切除、重合,更可通过大数据信息的分析,对未来电网运行的隐患点、负荷曲线、能量监测、电网诊断等功能,实现对电网安全的保障,通过提升供电能力的各项指标,进而使的供电停电次数、时长等降为最小,实现电网的无故障停电时限。

配电物联网的建设使得配电网末端设备的自动化程度提升,针对设备运行中出现的过流、过压及其他非正常运行隐患,都可通过智能设备系统反映,通过历史数据进行故障切除、排查等,大数据信息的使用将电网的安全运行提升了一个阶段,但与之而来的信息安全问题成为电网发展的症结,如果将信息传递交互与网络安全相结合,是本文考虑的重点。

1 区块链技术的应用

目前区块链技术主要应用在数据追溯,如井通科技开发的在新冠防疫行程数据方面的区块链技术应用,蚂蚁金服中相互宝处理新冠病毒理赔的区块链应用,仓储管理的区块链技术应用等。其区块链技术主要通过对信息数据的交互、传递,确保数据可查、可追溯、且数据具备分布式存储等特点,区块链技术的应用从信息链条的传递,到物品的生产、加工、运输、安装再到使用,整个流程都可监控、查询,区块链技术的发展将信息大数据的传递提升到一个新的领域,大数据的使用使得数据的采集、调用留有痕迹,且区块链技术的推广使用使得数据在防护有所加强。

关于电网方面的区块链成果主要有:《基于能源区块链网络的微电网经济调度模型》提出了基于智能合约的多时间尺度微电网经济调度方法,通过仿真模型给出了区块链技术在微电网系统的信息透明度、数据安全性和存储安全性的微电网去中心化经济调度[1];《适用于电力系统凸优化场景的能源区块链底层技术》一文中,指出区块链为解决不同主体间的信任问题提供了新的解决方案,面对现有计算机能力低,运行成本高,功能过于单一等问题,提出了一种凸优化证明共识机制为核心的新型能源化区块链底层技术,解决区块链应用于电力系统复杂优化场景的技术瓶颈[2]。

2 配电网物联网现状

配电物联网是集电力系统应用平台、数据设备、分布式能源、智能运维为一体的数字化平台,其重要工作是对设备侧进行精确定位,优化台区、变压器、线路侧的准确分析,故障实时切换,线损及负荷精确计算等;对源端可再生的分布式光伏、风电、沼气等接入电网优化,提升可再生能源的渗透率,强化电网向智能化、多元化综合服务发展,同时将新能源、清洁能源并入电网统一调控;电动汽车的发展带来了充电桩的急剧增加,新增变电容量远不能满足充电桩发展需求,如何解决以充电桩为需求负荷的大规模接入与城市建设变电站的矛盾将是发展的要点,同时如何对以充电桩为主的新型负荷进行安全监控及信息考核将是电网安全关注重点;面对电力设备种类及数量的急剧增加,多重维度的电网设备参数使得运维人员无法及时掌握,电网运行设施的频繁变化及设备信息采集传递的多重识别,增加人员活动,且存在错配情况。

3 区块链技术在配电物联网应用

区块链技术最重要的身份特征是去中心化、信息可追溯,不可逆转、可编程及安全可信等。区块链技术的去中心化特征将数据由大量的集中式存储转向分布式存储,利用数据链的痕迹权限查询。如电网公司运维、调度、项目信息立项、更新、维护等,将信息通过数据链形式存储在数据链上,且信息的调用、查询、修改等均可依托数据链基点切入,信息的保密及传递可有效把控;同时数据可通过移动数据库的大小将相关数据记录在不同节点中,进而实现数据的去中心化记录,其中一个点遗漏或丢失,原始数据仍可追回,查询。信息可追溯特征主要体现数据从无到有到变型的整体过程,以某电力设备为例,元器件的材质、生产厂家、日期、生产负责人,材料的运输时间、运货人,设备的生产时间、负责人,项目设计方、施工方、监理方、业主方,投运时间、操作流程等均记录,在此场景中,区块链作为可追溯信息媒介,承担着信息的可查可追溯可记录全过程。信息不可逆转、可编程、安全可信等均将信息数据的痕迹留存数据链中,对于中间环节的数据调用、修改、完善等,均记录在册。为此通过区块链可打造以下应用场景。

3.1 数据的交互调用

数据的交互调用在于将数据进行整体查询,将各平台通过自动搜索功能汇集、分析,给出合理成果,该条信息通过区块链数据链记录,同时将调用数据的平台信息、时间、成果、使用人等记录在数据链中,该条信息上链以后将与链上所有用户记录并确认。数据交互调用的方式将供电公司系统内各大信息平台数据进行资源共享,将数据的相互调用、查询记录在册,同时将数据的成果共享,可达到在此应用场景条件下,数据最新、安全可靠、使用可查等功能,从而实现平台资源共享。

流程图1中区块的核准主要有调用者身份的核准、调用成果的核准、调用场景的核准及调用时间的记录等,通过多维度区块核准,最终生产区块数据,并将数据永久记录。

图1 区块链数据生成流程图Fig.1 Blockchain data generation flow chart

3.2 数据的权限加密

数据的权限如果为去中心化数字账号,其通过区块链链上数据节点,开通查询相关链上数据层级信息,此处设置不论账号归属权限,仅通过数据链上权限执行,无身份识别代码、无行政级别保密代码,仅通过去中心化的数据节点有条件通过权限查询内容,此处可加入区块链技术的分层分片原理,根据区块链技术发展分析,区块链上数据传递主要通过POW(工作量证明)、POS(权益证明)、DPOS(授权权益证明)、BFT(拜占庭容错性)、DeFi(去中心化金融)等技术传递,区块链上数据的传输使得数据在传递过程中形成特有的加密机制,通过特有的通道记录数据的内容、数据使用者及数据存储等。在能源系统行业,已有众多学者分析了区块链技术在虚拟电厂[3]、储能[4]、电动汽车[5]、大用户直购电[6]等方面的应用,且区块链技术形成的能源交易机制可有效提升交易安全性,同时降低交易成本。

3.3 数据的资源共享

区块链技术将由不稳定因素转化为可查因素,将现有的数据资源由保密加成转变成系统内可查可利用可搜集等情况。由于电网系统平台的封闭性、设计院资料的独享性,造成电网各部门之间、各设计院之间、电网与设计院之间资源不通畅,数据更新不及时等情况,其主要考虑数据的安全性、数据资料的保密性等,据此,电网数据的传递及最新的资源不能达到共享、共同服务电网企业发展,在此基础上,提出了基于区块链技术的数据资源共享平台,将促进和兑现电网系统的整体发展,可通过区块链数据的加密权限对数据的使用、采纳、利用及数据的交互形成独特的数据包,将数据的利用通过区块链的高效处理、点对点的广播交易,可提高数据交换侧的用户互动,提高用户参与数据交互的形式。

此种数据共享不仅体现在单一数据平台侧,也可体现在能源的多项选择侧。区块链中数据的可追溯性可将新能源及常规能源等通过电力交易平台、电力消纳系统参与到以区块链为主的系统中,通过众多用户参与的方式,提升用电服务质量、提高各产业用电比例,尤其涉及新能源发电上网侧,可提供新能源占比利用率及降低企业用电成本,提升全产业“电”能化。

数据资源的共享,不仅仅是将数据应用到需求的领域行业,也是数据通过区块链技术将数据的安全性、保密性提升起来,进而引导电力企业在信息化、智能化方面转化。

3.4 数据的永久存储

区块链的去中心化应用将数据信息发布、撮合、结算通过分布式记账的方式记录在数据链上,该存储功能不因数据链节点的遗忘而缺失,它依托去中心化的存储特性,将类似电子合同、物资采购、设计方案、施工工艺、竣工验收等记录在区块链上,从而避免因中心化的突发情况导致数据不可恢复的损失。区块链的主要特点就是可以从其他节点获取同步数据,保证数据的安全存储,可提升数据在整个网络、整个系统的问题性[7]。区块链中数据一旦记录,所有的信息如配电网设备、材料等均可查、可验证其真实性,在验收和审计过程中均可查询,且考虑到配电网工程设计、施工、采购的终身责任制,区块链技术在电网中的应用将对电网的相关数据起到保密永存的作用。

4 结语

区块链技术的优势将加快配电物联网的发展,通过区块链技术的信息传递、数据信息加密、数据的永久存储,将提升电网办公的数字化交互程度。

(1)区块链数据将对各平台数据开展统一搜集、调用、记录、存档等,大数据的信息处理将数据的实时性与安全性统一,区块链起到了数据媒介的支撑。(2)区块链将电网建设中的各个环节永久记录,对电网的安全运行、故障排查、隐患处理起到了保驾护航作用。(3)区块链技术与配电网的数据进行融合,将区块链技术应用于平台场景,通过各种信息的调用机理,形成一套有痕迹、可追可查的平台数据链,将电网的权限、资源、数据信息交互传递,提升配电物联的智能化建设。