CN111369144A - 一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统及方法，本发明在智慧能源调度系统中引入雾计算和侧链技术，后者用于搭建区块链底层框架，前者在侧链内执行局部数据处理与小规模计算；本发明可提升主链的处理效率，减少故障响应延迟，保证专家库中的规则真实可靠、未被篡改，辅助定责，在技术上更好地落实“三公”调度的要求。

Description

一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统及方法
技术领域
本发明涉及电网管理及区块链技术应用领域，具体涉及一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统及方法。
背景技术
雾计算是针对云计算的概念提出的，可以视为更靠近地面(底层设备)的云计算。
区块链的侧链技术最先提出时是为解决比特币(Bitcoin)交易网络扩展性差的问题。最早出现的侧链是由以太坊(Ethereum)基金会和区块链公司ConsenSys共同开发的BTC-Relay，它允许以太坊上的智能合约在没有任何中介的情况下安全地验证比特币交易，连通了比特币和以太坊两大区块链网络。
现有智慧能源调度系统存在的如下问题：
1)现有的智慧能源调度模式需要将调度所需的各类信息由传感器分别收集并统一上报，由调度中心汇集并处理。虽然在理想情况下这种方式可以获取最准确的信息并做出最佳决策，但随着现代电力系统规模的扩大和量测节点数量的增加，量测数据全部上传在实际系统中难以做到，并且大规模的数据反而会对拖慢调度中心的决策速度。
2)现有的智慧能源调度模式中，调度指令由调度中心做出，不能有效接受外界监管，相关利益方(电厂和用户)也无法获知准确信息；一旦发生调度操作失误，追责方式亦不够可靠，操作记录易被篡改。
发明内容
鉴于此，本发明实施例提供一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统及方法，以至少解决相关技术中存在的信息数量庞杂、信息传递速率慢、调度数据不够透明、事故追责困难的技术问题。
根据本发明实施例的一个方面，提供一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统，包括：一个调度区块链和若干局部区块链两层；
所述局部区块链，用于在侧链上接收底层设备提供的数据源，并通过局部计算中心设置的雾计算功能对所辖区域内底层设备采集的数据进行预处理，得到熟数据；
所述调度区块链，用于接收局部计算中心上传的所述熟数据，并利用智能合约在主链上建立调度决策的专家库，将采集上链的数据经过所述专家库的筛查转化为专家经验的调度决策建议提供给调度中心节点，辅助调度员进行决策；用于将决策以调度指令的形式通过主链传递给所述局部计算中心节点，进而由侧链传递给所述底层设备；用于将所述熟数据存储到主链上的历史数据库中，作为电厂响应指标和电力市场合约履行情况的年度/季度考核依据；用于在调度中心节点上利用大数据技术对所述历史数据库进行数据挖掘，优化新能源和负荷的预测模型。
进一步地，所有调度指令将在主链上完整留存，一旦出现因调度决策错误导致的生产事故，能随时调取调度指令历史，查看调度指令申报、审批、执行的全过程记录。
进一步地，所述调度指令进行信息脱敏后将在主链上公开发布，电力监管机构和所有电厂都能同步获取真实调度信息。
进一步地，所述数据源包括传感器或人工录入的营销数据、电厂数据、运检数据。
进一步地，所述预处理为对采集或上报的原始数据进行筛查过滤、简单计算，从而整合成格式化的精简信息。
进一步地，所述局部计算中心只将事先约定的少量必要熟数据上传至调度中心，减少传送至主链的数据量，提升主链的处理效率。
进一步地，对于局部故障，在所述局部计算中心进行自动判别与决策，就地处理并于其后上报至主链，在主链上的调度中心进行备案处理。
根据本发明实施例的另一个方面，提供一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度方法，该方法在智慧能源调度系统中实现，所述智慧能源调度系统包括一个调度区块链和若干局部区块链两层；所述方法包括：
所述局部区块链在侧链上接收底层设备提供的数据源，并通过局部计算中心设置的雾计算功能对所辖区域内底层设备采集的数据进行预处理，得到熟数据；
所述调度区块链(主链)接收所述熟数据，并利用智能合约在主链上建立调度决策的专家库，将采集上链的数据经过所述专家库的筛查转化为专家经验的调度决策建议提供给调度中心节点，辅助调度员进行决策；将决策以调度指令的形式通过主链传递给所述局部计算中心节点，进而由侧链传递给所述底层设备；将所述熟数据存储到主链上的历史数据库中，作为电厂响应指标和电力市场合约履行情况的年度/季度考核依据；在调度中心节点上利用大数据技术对所述历史数据库进行数据挖掘，优化新能源和负荷的预测模型。
本发明实施例的有益效果如下：
1)采用雾计算的局部计算中心节点在网络拓扑中更靠近底层设备，并且其所处理的数据量仅限于少量设备上传的数据，故在处理局部故障时时效性更高。
2)采用雾计算的局部计算中心节点针对其所覆盖的部分终端进行定制与改造，并将计算结果以统一格式上传至调度中心节点所在的调度区块链(主链)，可实现输入异构而输出同构。
3)侧链和主链之间通过局部计算中心节点进行信息交互，但其信息验证、存储的主要过程是在各自链上完成，即使侧链受到攻击和破解，也不会直接威胁到主链的安全性。
4)所有终端数据在各条侧链上经过预处理，将精简整合后的信息传输到主链上，减轻主链数据处理压力，控制主链上的数据总量，提升信息上传效率。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1为本发明实施例提供的基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统架构图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
为便于用户理解本发明，下面对本发明各实施例中涉及的部分术语或名词做出解释：
雾计算，是针对云计算的概念提出的，可以视为更靠近地面(底层设备)的云计算。
侧链技术，是指在不同区块链之间进行信息、数据转移的技术。
图1为本发明实施例提供的基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统架构图，根据本发明实施例的一个方面，提供一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统，系统中包含一条调度区块链(主链)和若干局部区块链(侧链)(简明起见，图中只绘制出一条侧链)，主链依托于调度中心节点及其他与调度中心直接往来的节点(包括各局部计算中心节点、监管机构节点、电厂节点和与电力市场进行信息交互的联络点)，每条侧链则以相对应的一个局部计算中心为据点，向其覆盖的底层设备铺开。
对其具体原理的说明从以下2个方面展开：
1)局部区块链(侧链)：
在靠近终端处设置若干分布式的局部计算中心，作为主链与侧链的接口。在局部计算中心对传感器或人工录入的营销数据、电厂数据、运检数据进行预处理(筛查过滤、简单计算)，只将事先约定的少量必要数据(熟数据)上传至主链，减少传送至主链的数据量，提升主链的处理效率。采用雾计算的局部计算中心节点针对其所覆盖的部分终端进行定制与改造，并将计算结果以统一格式上传至调度中心节点所在的调度区块链(主链)，可实现输入异构而输出同构。
对于局部故障，由底层传感器上报实时感知信息至侧链，并同步至局部计算中心进行自动判别与决策，对于局部故障进行就地处理，并于其后上报至主链，在主链上的调度中心进行备案处理，减少响应延迟。采用雾计算的局部计算中心节点在网络拓扑中更靠近底层设备，并且其所处理的数据量仅限于少量设备上传的数据，故在处理局部故障时时效性更高。
局部计算中心还负责从主链上同步调度指令，传送至侧链，从而传达至本地设备在区块链中接入的节点，同时通过反馈机制监督本地设备执行。
特别地，若各终端设备可以进行改造，具有一定计算能力，则局部计算中心的概念为虚设，指代纳入对应侧链的设备集群，即与侧链的范围重合；可在集群中选取一个或若干个设备成为主链节点，与主链进行交互。否则，应在某一区域单独设置一局部计算中心，作为与各终端平等的节点参与侧链的运行，并将获取的数据在链下或通过链上的智能合约进行预处理，再以主链节点的身份上传熟数据至主链上。
2)调度区块链(主链)：
在主链上利用智能合约建立调度决策的专家库，保证专家库中的规则真实可靠、未被篡改。将采集上链的数据经过所述专家库的筛查转化为专家经验的调度决策建议提供给调度中心节点，辅助调度员进行决策。所有终端数据在各条侧链上经过预处理，将精简整合后的信息传输到主链上，减轻主链数据处理压力，控制主链上的数据总量，提升信息上传效率。侧链和主链之间通过局部计算中心节点进行信息交互，但其信息验证、存储的主要过程是在各自链上完成，即使侧链受到攻击和破解，也不会直接威胁到主链的安全性。
侧链上传的量测数据写入主链上的历史数据库，作为电厂响应指标和电力市场合约履行情况的年度/季度考核依据。
所有调度指令将在链上完整留存，便于日后追溯。一旦出现因调度决策错误导致的生产事故，可随时调取调度指令历史，查看调度指令申报、审批、执行的全过程记录，辅助定责。
调度信息脱敏后在主链上公开发布，电力监管机构和所有电厂都可作为主链节点同步获取真实调度信息，在技术上更好地落实“三公”调度的要求。
调度员参考主链同步至调度中心节点的调度决策建议进行决策，并提交决策指令至主链，由主链将相关指令同步至各局部计算中心节点。
在调度中心节点上利用大数据技术对所述历史数据库进行数据挖掘，优化新能源和负荷的预测模型。
根据本发明实施例的另一个方面，提供一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度方法，该方法在智慧能源调度系统中实现，所述智慧能源调度系统包括一个调度区块链和若干局部区块链两层；所述方法包括：
所述局部区块链在侧链上接收底层设备提供的数据源，并通过局部计算中心设置的雾计算功能对所辖区域内底层设备采集的数据进行预处理，得到熟数据；
所述调度区块链(主链)接收所述熟数据，并利用智能合约在主链上建立调度决策的专家库，将采集上链的数据经过所述专家库的筛查转化为专家经验的调度决策建议提供给调度中心节点，辅助调度员进行决策；将决策以调度指令的形式通过主链传递给所述局部计算中心节点，进而由侧链传递给所述底层设备；将所述熟数据存储到主链上的历史数据库中，作为电厂响应指标和电力市场合约履行情况的年度/季度考核依据；在调度中心节点上利用大数据技术对所述历史数据库进行数据挖掘，优化新能源和负荷的预测模型。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统，其特征在于，包括：
一个调度区块链和若干局部区块链；
所述局部区块链，用于在侧链上接收底层设备提供的数据源，并通过局部计算中心设置的雾计算功能对所辖区域内底层设备采集的数据进行预处理，得到熟数据；
所述调度区块链，用于接收局部计算中心上传的所述熟数据，并利用智能合约在主链上建立调度决策的专家库，将采集上链的数据经过所述专家库的筛查转化为专家经验的调度决策建议提供给调度中心节点，辅助调度员进行决策；用于将决策以调度指令的形式通过主链传递给所述局部计算中心节点，进而由侧链传递给所述底层设备；用于将所述熟数据存储到主链上的历史数据库中，作为电厂响应指标和电力市场合约履行情况的年度/季度考核依据；用于在调度中心节点上利用大数据技术对所述历史数据库进行数据挖掘，优化新能源和负荷的预测模型。
2.根据权利要求1所述的一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统，其特征在于，所有调度指令将在主链上完整留存，一旦出现因调度决策错误导致的生产事故，能随时调取调度指令历史，查看调度指令申报、审批、执行的全过程记录。
3.根据权利要求1所述的一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统，其特征在于，所述调度指令进行信息脱敏后将在主链上公开发布，电力监管机构和所有电厂都能同步获取真实调度信息。
4.根据权利要求1所述的一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统，其特征在于，所述数据源包括传感器或人工录入的营销数据、电厂数据、运检数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统，其特征在于，所述预处理为对采集或上报的原始数据进行筛查过滤、简单计算，从而整合成格式化的精简信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统，其特征在于，所述局部计算中心只将事先约定的少量必要熟数据上传至调度中心，减少传送至主链的数据量，提升主链的处理效率。
7.根据权利要求1所述的一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度系统，其特征在于，对于局部故障，在所述局部计算中心进行自动判别与决策，就地处理并于其后上报至主链，在主链上的调度中心进行备案处理。
8.一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度方法，其特征在于，该方法在智慧能源调度系统中实现，所述智慧能源调度系统包括一个调度区块链和若干局部区块链；所述方法包括：
所述局部区块链在侧链上接收底层设备提供的数据源，并通过局部计算中心设置的雾计算功能对所辖区域内底层设备采集的数据进行预处理，得到熟数据；
所述调度区块链(主链)接收所述熟数据，并利用智能合约在主链上建立调度决策的专家库，将采集上链的数据经过所述专家库的筛查转化为专家经验的调度决策建议提供给调度中心节点，辅助调度员进行决策；将决策以调度指令的形式通过主链传递给所述局部计算中心节点，进而由侧链传递给所述底层设备；将所述熟数据存储到主链上的历史数据库中，作为电厂响应指标和电力市场合约履行情况的年度/季度考核依据；在调度中心节点上利用大数据技术对所述历史数据库进行数据挖掘，优化新能源和负荷的预测模型。
9.根据权利要求8所述的一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度方法，其特征在于，所有调度指令将在主链上完整留存，一旦出现因调度决策错误导致的生产事故，能随时调取调度指令历史，查看调度指令申报、审批、执行的全过程记录。
10.根据权利要求8所述的一种基于雾计算与区块链的智慧能源调度方法，其特征在于，所述调度指令进行信息脱敏后将在主链上公开发布，电力监管机构和所有电厂都能同步获取真实调度信息。
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