CN110716977A - 一种基于区块链的能源数据链接方法、及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于区块链的能源数据链接方法，其采用Modbus串行通信协议，其中，服务端作为Modbus主站设备运行，能源采集器作为Modbus从站设备运行；区块链上的任一节点对应设置能源采集器。本发明还提供了相应的装置，其通过ModbusRTU通讯协议，实现区块链上任一节点能源数据的采集和监控；安装容易，兼容性强，具有较强容错率。

Description

一种基于区块链的能源数据链接方法、及装置

技术领域

本发明涉及新能源领域和区块链技术领域，具体涉及一种基于区块链的能源数据链接方法、及装置。

背景技术

传统电力系统中，主要由火电、水电等发电，在传统能源供应日趋紧张，环境保护压力加大的背景下，新能源成为全世界的重要能源战略。光伏、风力、再生能源等一批新能源技术愈发成熟，伴随市场规模的不断壮大，分散个体产能用户随之增加，新能源市场交易已成为市场需求。

但是由于现有的能源结算模式采用的为单一的中心化管理方式，其难以针对用电情况、以及新能源的推广促进做出相应的改善，以使交易和结算过程更快捷；从而阻碍了新能源市场的推动。

在区块链技术快速发展和日趋成熟的环境下，将能源数据写入区块链的节点上，实现去中心化管理成为可能；并且使用物联网技术可以大幅度降低通讯成本和人力，尤其在新能源普及率越来越高当下，新能源汽车等交通工具更加频繁，伴随着5G的到来，能源数据物联上传的已成为技术市场刚需。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种基于区块链的能源数据链接方法、及装置，其安装容易，兼容性强，具有较强容错率。

为了实现上述目的，本发明的一方面，提供了一种基于区块链的能源数据链接方法，其采用Modbus串行通信协议，其中，

服务端作为Modbus主站设备运行，能源采集器作为Modbus从站设备运行；区块链上的任一节点对应设置能源采集器。

根据本发明另一具体实施方式，主站设备和从站设备通过ModbusRTU格式或ModbusTcp格式进行配置，物理层通讯方式采用串口RS485或以太网；根据接收到的主站设备发送来的报文请求，子站设备响应发送报文，将当前发生变化的寄存器地址及寄存器码值打包发送给主站设备。

根据本发明又一具体实施方式，从站设备发送报文的方式为心跳包方式，一个心跳包包括一个字符串；字符串的数据位为8位，停止位为1位，校验方式为无校验。

根据本发明又一具体实施方式，寄存器码值包括峰平谷系数信息、用户等级信息、发电类型信息、用户类型信息。

根据本发明又一具体实施方式，方法包括如下步骤：

S1、主站设备根据现场应用来确定从站设备的寄存器分布，

S2、从站设备发送心跳包报文；

S3、主站设备根据需要确定从站设备的变化数据寄存器范围，并确定功能码，写入发送报文所配置的寄存器；

S4、主站设备接收来自从站设备的变化数据报文，解析该信息中包含的寄存器码值及地址，并做出相应处理。

根据本发明再一具体实施方式，步骤S1之前还包括如下步骤：

S00、对主站和从站设备进行格式配置；

S01、主站设备完成初始化后，进行从站设备数据的轮询。

本发明的另一方面，提供了一种基于区块链的能源数据链接装置，其包括：

RTU，RTU包括依次通信连接的数据采集通讯模块、主控制器和上位通讯处理模块；数据采集通讯模块与若干组能源采集器通信连接，主控制器包括若干个与若干组能源采集器一一对应的Modbus地址表，上位通讯处理模块与监控上位机通信连接。

根据本发明另一具体实施方式，装置还包括Modbus网关，Modbus网关包括ModbusRTU透传、ModbusASCII透传、ModbusRTU与ModbusTCP的协议相互转换、Modbus轮询和串口主动查询。

根据本发明另一具体实施方式，监控上位机包括透传云服务器和透传云管理系统，能源数据上传至透传云，透传云管理系统用于对从站设备、串口参数进行配置和管理。

根据本发明又一具体实施方式，监控上位机还包括用户端，用户端为APP或微信小程序。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本发明采用串行通讯协议，安装容易，兼容性强，较强容错率；

2、串行网关技术，将一个区块链内的节点能源设备全部物联化，保证节点间的数据通讯；

3、能源数据通过透传云技术，实现数据上公有云端，并通过心跳包技术，保障数据同步性。

下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。

附图说明

图1是实施例1的基于区块链的能源数据链接方法的框架示意图；

图2是实施例1的基于区块链的能源数据链接方法的功能码域参照表；

图3是实施例1的基于区块链的能源数据链接方法的报文读数据格式参照表；

图4是实施例1的基于区块链的能源数据链接方法的寄存器参照表；

图5是实施例1的基于区块链的能源数据链接方法的报文写数据格式参照表；

图6是实施例1的基于区块链的能源数据链接方法的Modbus网关工作示意图。

具体实施方式

实施例1

本实施例的一方面，提供了一种基于区块链的能源数据链接方法，如图1-6所示，其采用Modbus串行通信协议，其中，服务端作为Modbus主站设备运行，能源采集器作为Modbus从站设备运行；区块链上的任一节点对应设置能源采集器。

区块链的节点包括：产能节点、用能节点和储能节点；其中产能节点为个体新能源产能用户，同为商户，其生产新能源，并将新能源通过物联网传输的方式传输至储能节点；用能节点为需要使用新能源的用户，需要使用新能源供电时，发送用能请求；储能节点为国家电网，接收产能节点传送的新能源；并根据用能节点的用能需求通过物联网传输的方式发送新能源至用户节点；每个产能节点、每个用能节点、以及储能节点均拥有一个钱包地址，用于接收和发送区块链网络中的代币；产能节点根据预设的商户交易合约，与区块链网络中的储能节点执行交易和结算；用能节点根据预设的用户交易合约，与区块链网络中的储能节点执行交易和结算；本实施例中的产能节点在需要用电的时候也可成为用能节点，根据用户交易合约与储能节点执行交易和结算。产能节点、用能节点、以及储能节点之间通过区块链网络进行交易和结算，能够方便用能节点的用户操作和使用，方便产能节点的电能输出和交易结算，方便储能节点的工作人员管理和结算，提高产能端和用能端之间的交易效率、以及公平与透明度。区块链网络相当于一个信息通道的角色，包含涉及能源交易的所有角色：产能节点、用能节点、以及储能节点。使得每一个节点的用户都能追踪每一度的来源和消耗，进一步地包括该电能来自哪里，在什么应用小号和什么时候消耗，全局共享账本，账本数据更全面、准确和清晰。

每一个节点对应一个从站设备；主站设备和从站设备通过ModbusRTU格式或ModbusTcp格式进行配置，物理层通讯方式采用串口RS485或以太网；根据接收到的主站设备发送来的报文请求，子站设备响应发送报文，将当前发生变化的寄存器地址及寄存器码值打包发送给主站设备。

从站设备发送报文的方式为心跳包方式，一个心跳包包括一个字符串；字符串的数据位为8位，停止位为1位，校验方式为无校验。

寄存器码值包括峰平谷系数信息、用户等级信息、发电类型信息、用户类型信息。区块链网络中需要将能源数据根据结算方法换算成结算数据；其采用线性结算方法进行结算，公式如下：

其中，Q，为代币值；

i，为第i个能源表；

FR，为正反向参数，FR为-1,0,1，用于区分产能节点和用能节点；

CP，为结算周期末的读表数据；

PP，为上一结算周期末的读表数据；

MP，为综合倍率，能源表转换参数，(本期示数-上期示数)*综合倍率＝能源用量，即：(CP-PP)*MP；

SC，为用户结算系数，根据用户等级或者优惠政策给予用户的优惠和折扣区分结算；便于不同的用户享受不同的优惠和折扣。

TC，为发电类型系数，根据新能源的发电类型区分结算，包括传统电网发电、新能源发电；例如传统电网发电是1，新能源是50％；有利于根据推广政策推广新能源发电。

EC，为用户类型，根据市场应用层区分结算，包括：民用、商用、工业用电、农业用电；

VC，为峰平谷系数，将每一天的时间根据用能高峰和用能低谷进行区分结算；可分为例如四个时段，峰时段：8:00～11:00、18:00～21:00；平1时段：6:00～8:00、11:00～13:00、15:00～18:00、21:00～22:00；平2时段：13:00～15:00；谷时段：22:00～6:00；不同的时段采用不同的系数值结算，有利于合理控制用电高峰的用电情况。

AC，为动态常数，默认为0，通常为差值常量，即与供电局的结算差值，将这一因素合理考虑进去。

通过线性的结算方法，将用户结算系数、发电类型系数、用户类型、峰平谷系数考虑进去，使得，该结算公式适用于不同的结算情况，根据结算情况进行系数调整，便于优惠折扣和新能源扶持政策的推广、促进。本实施例通过将峰平谷系数信息、用户等级信息、发电类型信息、用户类型信息写入寄存器；使得读取寄存器码值后，能够直接分析处理结算，快速获得结算结果。参见图4，正向代表用户向国家电网(储能节点)输出电能，反向代表国家电网(储能节点)向用户输出电能，供用户使用；功尖、功峰、功平、功谷分别代表峰平谷系数的四种时间段，用于对不同的时间段进行不同系数的电能结算，根据实际应用需求，可增加或减少时间段，根据时间段对应地设置寄存器码值；同理地，还可以定义更多的寄存器，分别用于定义用户结算系数，发电类型系数，用户类型系数，以便读取寄存器码值后，直接按照线性结算公式结算。

本实施例中的方法包括如下步骤：

S1、主站设备根据现场应用来确定从站设备的寄存器分布，

S2、从站设备发送心跳包报文；

S3、主站设备根据需要确定从站设备的变化数据寄存器范围，并确定功能码，写入发送报文所配置的寄存器；

S4、主站设备接收来自从站设备的变化数据报文，解析该信息中包含的寄存器码值及地址，并做出相应处理。从站设备以心跳包的方式发送数据报文，主站设备接收报文请求后，根据报文请求确定所需的寄存器地址，在Modbus轮询时，读取到对应的寄存器地址时，接收相应的寄存器地址的报文，并分析处理。

步骤S1之前还包括如下步骤：

S00、对主站和从站设备进行格式配置；

S01、主站设备完成初始化后，进行从站设备数据的轮询。

通过Modbus轮询，对数据进行实时监控，提高容错率，保障运行稳定。

本实施例的所有RS485回路通信遵照主/从方式，主是指的是主站设备，即服务端，从是指从站设备，即所有能源采集器硬件。在这种方式下，数据信息和报文资料在单个主站和最多32个从站(监控设备)之间传递；主站将初始化和控制所有在RS485通信回路上传递的信息；RS485环路上的通信都以"心跳包"方式发生。一个报文就是一个字符串(每个字符串8位)，一个报文中最多可含255个字节。组成这个报文的字节构成标准异步串行资料，并按8位资料位，1位停止位，无校验位的方式传递。串行数据流由类似于RS232C中使用的设备产生。

每个Modbus报文均由以下部分组成：地址域、功能码域、数据域、校验域。其中地址域指的是：Modbus的从站地址域长度为一个字节，包含报文传送的从站地址。有效的从站地址范围从1～247。从站如果接收到一帧从站地址域信息与自身地址相符合的报文时，应当执行报文中所包含的命令。从站所响应的报文中该域为自身地址。因为显示模块将可以和任何地址的控制器连接通讯，在显示模块发送的请求帧中地址域为对应序列，比如1。

功能码域指的是：Modbus报文中功能域长度为一个字节，用以通知从站应当执行何操作。从站响应报文中应当包含主站所请求操作的相同功能域字节。有关设备的功能码参照图1所示的表格进行。

数据域指的是：Modbus数据域长度不定，依据其具体功能而定。Modbus数据域采用"BIGINDIAN"模式，即是高位字节在前，低位字节在后。

校验域指的是：Modbus-RTU模式采用16位CRC校验。发送设备应当对报文中的每一个资料都进行CRC16计算，最后结果存放入检验域中。接收设备也应当对报文中的每一个资料(除校验域以外)进行CRC16计算，将结果域校验域进行比较。只有相同的报文才可以被接受。

在RS485网络上传送报文需要遵循以下时间的原则：主站请求报文结束到从站响应报文开始之间的时间最小为0毫秒，最大为250毫秒，典型值为60毫秒；从站响应报文结束到主站下一请求报文开始之间的时间典型值为100毫秒；报文中相邻两个字节之间的最大时间依据通讯波特率不同而不同，一般来说最大字节时间为3倍的字节发送时间。

Modbus支持两种功能码，兼容标准的Modbus协议16位资料模式，也就说传输任何测量值最大为65535。

通讯报文部分主要描述了继电器控制的命令，设备的读数据报文及响应报文的格式，设备写数据报文及响应报文的格式。

读寄存器是由主站机发送的报文请求设备响应所有有效的寄存器,保留寄存器中。报文读数据格式如图3所示。其中寄存器码值参照如图4所示。使用功能码04读取。采用04功能码读取时，以4字节整型上送，将报文值除以100对应实际值(其中：序号中的电能值等于寄存器的值需除以10000)。例如：设备地址为1，以4字节整型格式读取第1块表所有信息为：01040000001A71C1。

写寄存器报文格式是：主机->设备，而响应格式是：设备->主机。其中设备写入的寄存器从第一个寄存器开始一定是连续的。写数据寄存器格式图5所示。其中每字节8位二进制码，传输时加上一个起始位(0)、一个偶校验位和一个停止位(1)共11位。其传输序列如图1。D0是字节的最低有效位，D7是字节的最高有效位。先传低位，后传高位。

在发送帧信息之前，先发送0-4个字节FEH，以唤醒接收方。传输次序所有数据项均先传送低位字节，后传送高位传输响应每次通信都是由主站按信息帧地址域选择的从站发出请求命令帧开始，被请求的从站根据命令帧中控制码的要求作出响应。

收到命令帧后的响应延时Td:20ms≤Td≤500ms。字节之间停顿时间Tb:Tb≤500ms。

差错控制中字节校验为偶校验，帧校验为纵向信息校验和，按收方无论检测到偶校验出错或纵向信息校验和出错，均放该信息帧，不予响应。

初始数率：1200bps

标准数率：300，600，1200，2400，4800，9600bps。而在1200bps时，Z＝0。修改速率时特征字Z仅在一个二进制位为1时有效。

传输速率的变更，首先由主站以初始速率向从站发变更速率请求，从站以初始速率发确认应答帧或否认应答帧。收到从站确认帧后，双方以确认的新的速率进行以后的通信，并在通信结束后恢复到初始速率；若在500ms内未建立起通信链路，则双方均恢复到初始速率。每次通信中只允许改变一次通信速率。其中：最大传输速率受光电头或费率装置关学借口的限制，也受费率装置数据处理单元中工作时钟频率的限制。

本实施例的另一方面，提供了一种基于区块链的能源数据链接装置，其包括：RTU，RTU包括依次通信连接的数据采集通讯模块、主控制器和上位通讯处理模块；数据采集通讯模块与若干组能源采集器通信连接，主控制器包括若干个与若干组能源采集器一一对应的Modbus地址表，上位通讯处理模块与监控上位机通信连接。

装置还包括Modbus网关，Modbus网关包括ModbusRTU透传、ModbusASCII透传、ModbusRTU与ModbusTCP的协议相互转换、Modbus轮询和串口主动查询。通过Modbus网关设置，实现Modbus串口协议到Modbus网络协议的转换。

监控上位机包括透传云服务器和透传云管理系统，能源数据上传至透传云，透传云管理系统用于对从站设备、串口参数进行配置和管理。通过透传云实现设备与设备、设备与上位机之间相互通信和透传数据，接入设备几乎不需做修改便可接入实现远程透传数据。能源数据可以兼容NB-IOT、LoRa、WiFi、以太网和GPRS等多种通讯模式。

监控上位机还包括用户端，用户端为APP或微信小程序；用户通过用户端可方便地查看能源数据和操作发送用电需求，也方便被第三方公司调用。

虽然本发明以较佳实施例揭露如上，但并非用以限定本发明实施的范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的发明范围内，当可作些许的改进，即凡是依照本发明所做的同等改进，应为本发明的范围所涵盖。

Claims (10)

1.一种基于区块链的能源数据链接方法，其特征在于，所述方法采用Modbus串行通信协议，其中，

服务端作为Modbus主站设备运行，能源采集器作为Modbus从站设备运行；区块链上的任一节点对应设置能源采集器。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，主站设备和从站设备通过ModbusRTU格式或ModbusTcp格式进行配置，物理层通讯方式采用串口RS485或以太网；根据接收到的主站设备发送来的报文请求，子站设备响应发送报文，将当前发生变化的寄存器地址及寄存器码值打包发送给主站设备。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述从站设备发送报文的方式为心跳包方式，一个所述心跳包包括一个字符串；所述字符串的数据位为8位，停止位为1位，校验方式为无校验。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述寄存器码值包括峰平谷系数信息、用户等级信息、发电类型信息、用户类型信息。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

S1、主站设备根据现场应用来确定从站设备的寄存器分布，

S2、从站设备发送心跳包报文；

S3、主站设备根据需要确定从站设备的变化数据寄存器范围，并确定功能码，写入发送报文所配置的寄存器；

S4、主站设备接收来自从站设备的变化数据报文，解析该信息中包含的寄存器码值及地址，并做出相应处理。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括如下步骤：

S00、对主站和从站设备进行格式配置；

S01、主站设备完成初始化后，进行从站设备数据的轮询。

7.一种基于区块链的能源数据链接装置，其特征在于，所述装置包括：

RTU，所述RTU包括依次通信连接的数据采集通讯模块、主控制器和上位通讯处理模块；所述数据采集通讯模块与若干组能源采集器通信连接，所述主控制器包括若干个与所述若干组能源采集器一一对应的Modbus地址表，所述上位通讯处理模块与监控上位机通信连接。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括Modbus网关，所述Modbus网关包括ModbusRTU透传、ModbusASCII透传、ModbusRTU与ModbusTCP的协议相互转换、Modbus轮询和串口主动查询。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述监控上位机包括透传云服务器和透传云管理系统，能源数据上传至透传云，所述透传云管理系统用于对从站设备、串口参数进行配置和管理。

10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述监控上位机还包括用户端，所述用户端为APP或微信小程序。

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