CN108447183A - 一种带轻钱包的智能电表系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种带轻钱包的智能电表系统，包括：中央处理器、计量模块、区块链轻钱包模块和通讯模块。本发明采用区块链轻钱包模块，解决了现有技术中的电表无法实现点对点电力交易，以及对分布式风电光伏与蓄电池的电量收集、交易和记录以及无法适应能源互联网大数据的需求的问题，实现了分布式发电、蓄电以及电用户的发电量与用电量的双向计量，使分散式智能微电网的电量能够计量、交易和记录，分布式的发电侧与用电侧通过智能电表作为交易收费的依据，使微电网在经济上更为可行。

Description

一种带轻钱包的智能电表系统
技术领域
本发明涉及智能电表和区块链技术领域，具体是涉及一种带轻钱包的智能电表系统。
背景技术
由于电力系统的独特性，从发电输电配电到用电天然形成一张超级巨大的网-电网。一端是燃煤燃气核电水电传统能源和风、光等分布式可再生能源，一端是数百万计的高耗能动力装置、数亿的电力用户和未来的智能家电以及电动汽车。遍布全国各种各样的传感器在每时每刻每分每秒每毫秒微秒都会产生海量实时大数据，就构建了一个庞大的能源互联网。
能源互联网将极大地推动未来分布式能源的发展。在电源侧，随着大量可再生能源装机，电源的随机性波动将对系统造成重大挑战，在负荷侧，由于电力消费结构的变化，以及电动汽车的快速发展，负荷侧的随机性和刚性将不断加剧。加上未来能源产销者建筑的出现，会使得能源的分布式计量和交易成为主流。而目前的中心化的电网控制模式和电网统一收集电表数据的方式在未来将面临巨大挑战。
2009年比特币的出现带来了一种颠覆性的成果--区块链技术，区块链是一个安全的帐簿类数据库，由一个个数据区块组成，使用者可以在这个不断更新升级的平台查找数据，对于金融机构来说，区块链能加快交易处理过程、降低成本、减少中间人、提高市场洞察力，增加业务透明度。
区块链作为加密货币比特币的底层技术，是一个伟大的创新，区块链技术可以用于打击欺诈和非法交易，目前很多行业都开始使用区块链技术，尤其是采用区块链作为工具实现真正的能源互联网技术。区块链可以起到的作用是：第一，基于区块链的数据公正确保信任，公私钥结合的访问权限保护隐私，真正做到私密性，可信计量；第二，区块链防篡改，主体间采用一定的方式配合信任或者强制信任，实现强制信任下泛在交互；第三，区块链和大数据以及人工智能融合构成可信任预言机，签署外部数据，实现虚实交互的自律控制；第四，基于区块链部署的设备间点对点交互式决策，不需要将信任托付于中心化平台代为决策，去中心化从而实现设备民主与分布决策；第五，各主体间基于明确的互动规则进行随机博弈，系统呈现中性良性演化，符合市场化规律和竞争演化的协调性和可进化性。
区块链的作用不仅仅是去中介化。区块链可能颠覆市场及现有价值链，区块链还可能通过释放此前尚未开发的供应创造出新的市场。区块链和能源互联网计量系统的结合，将为未来能源互联网的发展提供可靠的电力交易和计量的技术支持。
轻钱包(SPV)是“Simplified Payment Verification”(简单支付验证)的缩写。中本聪论文简要地提及了这一概念，指出：不运行完全节点也可验证支付，用户只需要保存所有的block header(程序块首部)就可以了。用户虽然不能自己验证交易，但如果能够从区块链的某处找到相符的交易，他就可以知道网络已经认可了这笔交易，而且得到了网络的多少个确认。
按照中本聪的原文，有个细节需要注意，SPV指的是“支付验证”，而不是“交易验证”。这两种验证有很大区别。
“支付验证”则比较简单，只判断用于“支付”的那笔交易是否已经被验证过，并得到了多少的算力保护(多少确认数)。
原理：block header中有三个关键字段，一是prev_block_hash(前一区块的hash值，确保了区块链所记录的交易次序)；二是bits(当前区块的计算难度),三是merkle_root_hash(借助merkle tree算法，确保收录与区块中所有交易的真实性)。
优点：极大地节省存储空间。减轻终端用户的负担。无论未来的交易量有多大，block header的大小始终不变，只有80字节。按照每小时6个的出块速度，每年产出52560个区块。当只保存block header时，每年新增的存储需求约为4兆字节，100年后累计的存储需求仅为400兆，即使用户使用的是最低端的设备，正常情况下也完全能够负载。
以上介绍的都是中本聪设计的比特币机制定义的轻钱包，现在出现了基于其他数字货币如以太坊及莱特币的轻钱包系统，相信未来会出现更多设计巧妙的轻钱包架构方案。
目前传统智能电表一般是通过IC卡储值实现预交电费的功能，但实时电力交易或点对点的电力交易是目前的电表技术无法实现的，随着区块链技术在能源行业的渗透，用户期待出现一种能够利用区块链技术的电表设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种带轻钱包的智能电表系统，所述智能电表系统采用区块链轻钱包模块，解决了现有技术中的电表无法实现点对点电力交易，以及对分布式风电光伏与蓄电池的电量收集、交易和记录以及无法适应能源互联网大数据的需求的问题。实现了分布式发电、蓄电以及电用户的发电量与用电量的双向计量，使分散式智能微电网的电量能够计量、交易和记录，分布式的发电侧与用电侧通过智能电表作为交易收费的依据，使微电网在经济上更为可行。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种带轻钱包的智能电表系统，包括中央处理器、计量模块、区块链轻钱包模块和通讯模块，所述计量模块与所述中央处理器连接，所述区块链轻钱包模块与所述中央处理器连接，所述通讯模块分别无线或有线连接于所述中央处理器、计量模块、区块链轻钱包模块，其中：
所述中央处理器用于处理、运算智能电表内的数据，并控制数据交换；
所述计量模块用于电量的单向或双向计量；
所述区块链轻钱包模块与所述中央处理器及外部记账节点进行数据交互，用于实现区域内区块链网络内节点之间的点对点电力交易；
所述通讯模块用于实现所述计量模块和区块链轻钱包模块之间的数据传输以及所述区块链网络中的数据传输。
优选的，所述区块链轻钱包模块设置有数据层，所述数据层用于存储以下任意数据之一或数据组合：
电量交易数据，为区块链中与此电表节点相关的点对点电力交易数据；
购售电标识，用于区分购电方和售电方的预定含义的二进制字段；
时间戳，用于记录区块链网络内点对点电力交易发生的时间；
电力交易数字货币钱包数据，利用轻钱包地址和数字货币接收或支付电力交易费用；
所述数据层还用于将与此电表节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中。
优选的，所述购售电标识包括有预定含义的二进制字段；
所述二进制字段以第一设定值代表当前节点为售电方，以第二设定值代表当前节点为购电方。
优选的，所述区块链轻钱包模块包括加密管理单元，采用硬件或软件加密方式对数据进行加密，并用于管理用户的加密信息。
优选的，所述区块链轻钱包模块设有数字货币储值或预存费用功能的模块，用户可以用数字货币预交电费，并存储在所述区块链轻钱包模块中。
优选的，所述区块链轻钱包模块会下载区块头信息，通过点对点向全网节点发出数据请求，从而得到钱包秘钥所对应的所有交易区块信息。
优选的，所述区块链轻钱包模块还用于给予每块所述智能电表一个唯一的ID，以形成所述区块链中的一个唯一ID的节点；
优选的，所述区块链轻钱包模块所对应的区块链网络可以是公有链、联盟链或私有链；
所述私有链或联盟链的全部或部分节点拥有复杂的读写、记账的权限。
优选的，还包括：通讯接口，其与所述中央处理器、计量模块和区块链轻钱包模块连接,用于数据传输。
优选的，所述通讯接口为RS485通讯、RFID射频、蓝牙、WIFI、3G网络、4G网络、5G网络或电力载波中的一种或几种组合。
本发明还包括所述带轻钱包的智能电表系统的工作方法，所述工作方法包括如下具体步骤：
S1电表内的计量模块计量出不同建筑或设备的用电量或发电量，并把这些电量计量数据发送给电表内的中央处理器；
S2中央处理器处理、运算智能电表内的数据，并通过通讯模块与区块链轻钱包模块进行数据交互；
S3区块链轻钱包模块的数据层存储以下任意数据之一或数据组合：电量交易数据、购售电标识、时间戳、电力交易数字货币钱包数据；
S4数据层将智能电表节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中，并下载区块头信息，通过点对点向全网节点发出数据请求，从而得到钱包秘钥所对应的所有交易区块信息；
S5区块链轻钱包模块给予每块所述智能电表一个唯一的ID，以形成所述区块链中的一个唯一ID的节点；
S6区块链轻钱包模块完成区域内区块链网络内节点之间的点对点电力交易，并通过中央处理器和通讯接口将经过该区块链轻钱包模块处理后的数据传输至区块链网络。
本发明在具体工程实践中根据新建或是改造项目拥有两套不同的方案，针对改造项目，在现有常规智能电表(拥有上述中央处理器、计量模块和通讯模块)基础上添加区块链路由器(设有上述区块链轻钱包模块和通讯模块)，实现区块链轻钱包功能；对新建项目，可以直接安装内部集成有上述区块链轻钱包模块的智能电表(该智能电表拥有上述的中央处理器、计量模块和通讯模块)。
进一步的，本发明还包括一种智能电表系统，所述智能电表系统包括常规智能电表和区块链路由器，所述常规智能电表内设有所述中央处理器、计量模块和通讯模块，所述区块链路由器内设有所述区块链轻钱包模块和所述通讯模块。
以及一种拥有上述带轻钱包的智能电表系统的电表，该电表包括集成有区块链轻钱包模块的智能电表，所述集成有区块链轻钱包模块的智能电表还设有所述中央处理器、计量模块和通讯模块。
本发明的有益效果在于：
本发明采用区块链轻钱包模块，解决了现有技术中的电表无法实现点对点电力交易，以及对分布式风电光伏与蓄电池的电量收集、交易和记录以及无法适应能源互联网大数据的需求的问题。实现了分布式发电、蓄电以及电用户的发电量与用电量的双向计量，使分散式智能微电网的电量能够计量、交易和记录，分布式的发电侧与用电侧通过智能电表作为交易收费的依据，使微电网在经济上更为可行。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的带轻钱包的智能电表系统的架构图；
图2为本发明实施例一的区块链电力交易网络架构示意图；
图3为本发明实施例二提供的带轻钱包的智能电表系统的架构图。
附图标记：100、智能电表，101、中央处理器，102、计量模块，103、区块链轻钱包模块，104、通讯接口，105、数字信号模块，106、协议接口模块，107、电源模块，108、显示模块，109、时钟模块，200、区块链网络，300、常规智能电表，400、区块链路由器。
具体实施方式
以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，本实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。
实施例1
请参照图1、图2，本发明提供一种带轻钱包的智能电表系统，包括：包括中央处理器101、计量模块102、区块链轻钱包模块103和通讯模块104。其中：
中央处理器101用于处理、运算智能电表100内的数据，并控制数据交换。
计量模块102与所述中央处理器101连接，用于电量的单向或双向计量；
区块链轻钱包模块103与中央处理器101连接并与中央处理器101进行数据交互；
通讯模块104分别无线或有线连接于中央处理器101、计量模块102、区块链轻钱包模块103，用于实现计量模块102和区块链轻钱包模块103之间的数据传输以及区块链网络200中的数据传输。
本实施例中，所述区块链轻钱包模块103包括加密管理单元，采用硬件或软件加密方式对数据进行加密，并用于管理用户的加密信息。
本实施例中，所述区块链轻钱包模块103带有数字货币储值或预存费用功能，用户可以用数字货币预交电费，并存储在轻钱包模块中。
本实施例中，还包括通讯接口，其与所述中央处理器101、计量模块102和区块链轻钱包模块103连接,用于数据传输。
本实施例中，所述通讯接口为RS485通讯、RFID射频、蓝牙、WIFI、3G网络、4G网络、5G网络或电力载波中的一种或几种组合。但本发明不以此为限制，通讯接口还可以为其他形式。
其中，底层的建筑端的无线通信采用射频无线传输技术，其稳定性、安全性和保密性更加可靠，是保证收费计量系统稳定运行的技术前提。
请参照图2，在本实施例中，该智能电表100还包括数字信号模块105、协议接口模块106、电源模块107、显示模块108和时钟模块109。
其中，数字信号模块105，与中央处理器101连接。
协议接口模块106，与中央处理器101连接。
电源模块107，与中央处理器101连接。
显示模块108，与中央处理器101连接，包括液晶显示屏。但本发明不以此为限制，显示屏还可以为其他类型。
时钟模块109，与中央处理器101连接。
本实施例的带轻钱包的智能电表系统的组成部件包括但不限于上述各部件，还包括常规电表的必要组成部件。
本实施例的智能电表系统在运行时，通过所述区块链轻钱包模块103的数据层存储以下任意数据之一或数据组合：
电量交易数据，为区块链中与智能电表节点相关的点对点电力交易数据；
购售电标识，为区分购电方和售电方的预定含义的二进制字段；
时间戳，为记录区块链网络内点对点电力交易发生的时间；
电力交易数字货币钱包数据，利用轻钱包地址和数字货币接收或支付电力交易费用；
其中，所述购售电标识指的是有预定含义的二进制字段；
所述二进制字段以第一设定值代表当前节点为售电方，以第二设定值代表当前节点为购电方。
本实施例的智能电表系统在运行时，所述数据层将智能电表节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中。并会下载区块头信息，通过点对点向全网节点发出数据请求，从而得到钱包秘钥所对应的所有交易区块信息。
本实施例的智能电表系统在运行时，所述区块链轻钱包模块103完成区域内区块链网络内节点之间的点对点电力交易，并通过中央处理器101和通讯接口将经过该区块链轻钱包模块103处理后的数据传输至区块链网络200。
本实施例的智能电表系统在运行时，所述区块链轻钱包模块103还会给予每块所述智能电表100一个唯一的ID，以形成所述区块链中的一个唯一ID的节点。
本实施例的智能电表系统在运行时，数字信号模块105收集计量模块102的数字信号或模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号。
本实施例的智能电表系统在运行时，协议接口模块106管理通讯协议接口和接收外部输入的数据。
本实施例的智能电表系统在运行时，电源模块107为智能电表100提供工作电源。
本实施例的智能电表系统在运行时，显示模块108显示相关数据。
本实施例的智能电表系统在运行时，时钟模块109为中央处理器101提供运行时钟。
实施例2
请参照图3，本实施例与实施例1的不同之处在于，在本实施例中，智能电表100还包括定位模块，其与中央处理器101连接，用于对智能电表100进行地理位置的定位。
本实施例的智能电表系统在运行时，通过定位模块对智能电表100进行地理位置的定位，以得到区块链节点的地理位置信息，实现了整个智能电网的地理位置信息化，从而为区块链点对点自动电力交易的最佳合理化打下基础，即区块链智能合约中可以约定在报价相同的情况下，优先促成两个地理位置距离最近的节点之间达成电力交易，这样的电力传输成本和损耗最低。
本实施例中，定位模块采用GIS地理信息定位芯片。
本实施例中的智能电表100的其他结构、组成以及连接关系与实施例一相同，在此不再赘述。
实施例3
本实施例为一种智能电表系统，包括常规智能电表300，所述常规智能电表300内设有所述中央处理器101、计量模块102和通讯模块104，还包括区块链路由器400，所述区块链路由400内设有所述区块链轻钱包模块103和所述通讯模块104。
本实施例中，所述智能电表系统的各个模块的功能和运行方式与实施例1相同。
实施例4
本实施例为一种拥有如实施例1所述的带轻钱包的智能电表系统的电表，该电表包括智能电表100，所述智能电表100设有所述中央处理器101、计量模块102和通讯模块104，所述智能电表100内还集成有所述区块链轻钱包模块103。
本实施例中，所述电表的各个模块的功能和运行方式与实施例1相同。
对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，作出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种带轻钱包的智能电表系统，其特征在于，包括中央处理器(101)、计量模块(102)、区块链轻钱包模块(103)和通讯模块(104)，所述计量模块(102)与所述中央处理器(101)连接，所述区块链轻钱包模块(103)与所述中央处理器(101)连接，所述通讯模块(104)分别无线或有线连接于所述中央处理器(101)、计量模块(102)、区块链轻钱包模块(103)，其中：
所述中央处理器(101)用于处理、运算智能电表(100)内的数据，并控制数据交换；
所述计量模块(102)用于电量的单向或双向计量；
所述区块链轻钱包模块(103)与所述中央处理器(101)及外部记账节点进行数据交互，用于实现区域内区块链网络(200)内节点之间的点对点电力交易；
所述通讯模块(104)用于实现所述计量模块(102)和区块链轻钱包模块(103)之间的数据传输以及所述区块链网络(200)中的数据传输。
2.根据权利要求1所述的带轻钱包的智能电表系统，其特征在于，所述区块链轻钱包模块(103)设置有数据层，所述数据层用于存储以下任意数据之一或数据组合：
电量交易数据，为区块链中与此电表节点相关的点对点电力交易数据；
购售电标识，用于区分购电方和售电方的预定含义的二进制字段；
时间戳，用于记录区块链网络内点对点电力交易发生的时间；
电力交易数字货币钱包数据，利用轻钱包地址和数字货币接收或支付电力交易费用；
所述数据层还用于将与此电表节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中。
3.根据权利要求2所述的带轻钱包的智能电表系统，其特征在于，所述购售电标识包括有预定含义的二进制字段；
所述二进制字段以第一设定值代表当前节点为售电方，以第二设定值代表当前节点为购电方。
4.根据权利要求1所述的带轻钱包的智能电表系统，其特征在于，所述区块链轻钱包模块(103)包括加密管理单元，采用硬件或软件加密方式对数据进行加密，并用于管理用户的加密信息。
5.根据权利要求1所述的带轻钱包的智能电表系统，其特征在于，所述区块链轻钱包模块(103)设有数字货币储值或预存费用功能的模块，用户可以用数字货币预交电费，并存储在所述区块链轻钱包模块(103)中。
6.根据权利要求1所述的带轻钱包的智能电表系统，其特征在于，所述区块链轻钱包模块(103)下载区块头信息，通过点对点向全网节点发出数据请求，从而得到钱包秘钥所对应的所有交易区块信息。
7.根据权利要求1所述的带轻钱包的智能电表系统，其特征在于，所述区块链轻钱包模块(103)还用于给予每块所述智能电表(100)一个唯一的ID，以形成所述区块链中的一个唯一ID的节点。
8.根据权利要求1所述的带轻钱包的智能电表系统，其特征在于，所述区块链轻钱包模块(103)所对应的区块链网络可以是公有链、联盟链或私有链；
所述私有链或联盟链的全部或部分节点拥有复杂的读写、记账的权限。
9.根据权利要求1所述的带轻钱包的智能电表系统，其特征在于，还包括：通讯接口，其与所述中央处理器(101)、计量模块(102)和区块链轻钱包模块(103)连接,用于数据传输。
10.根据权利要求9所述的带轻钱包的智能电表系统，其特征在于，所述通讯接口为RS485通讯、RFID射频、蓝牙、WIFI、3G网络、4G网络、5G网络或电力载波中的一种或几种组合。
11.一种智能电表系统，其特征在于，包括常规智能电表(300)和区块链路由器(400)，所述常规智能电表(300)内设有中央处理器(101)、计量模块(102)和通讯模块(104)，所述区块链路由器(400)内设有区块链轻钱包模块(103)和通讯模块(104)。
12.一种拥有如权利要求1～10任一所述的带轻钱包的智能电表系统的电表，其特征在于，包括集成有所述区块链轻钱包模块(103)的智能电表(100)，所述集成有区块链轻钱包模块(103)的智能电表(100)还设有所述中央处理器(101)、计量模块(102)和通讯模块(104)。
13.一种如权利要求1～10任一所述的带轻钱包的智能电表系统的工作方法，其特征在于，包括如下具体步骤：
S1电表内的计量模块计量出不同建筑或设备的用电量或发电量，并把这些电量计量数据发送给电表内的中央处理器；
S2中央处理器处理、运算智能电表内的数据，并通过通讯模块与区块链轻钱包模块进行数据交互；
S3区块链轻钱包模块的数据层存储以下任意数据之一或数据组合：电量交易数据、购售电标识、时间戳、电力交易数字货币钱包数据；
S4数据层将智能电表节点发生的购售电交易数据加盖时间戳，形成数据区块并不可篡改的记录在区块链中，并下载区块头信息，通过点对点向全网节点发出数据请求，从而得到钱包秘钥所对应的所有交易区块信息；
S5区块链轻钱包模块给予每块所述智能电表一个唯一的ID，以形成所述区块链中的一个唯一ID的节点；
S6区块链轻钱包模块完成区域内区块链网络内节点之间的点对点电力交易，并通过中央处理器和通讯接口将经过该区块链轻钱包模块处理后的数据传输至区块链网络。
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