CN111915133A - 一种区块链加权共识的电网调控操作方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种区块链加权共识的电网调控操作方法和系统，将预先确定的电网调控参与者作为节点，构建电力系统调控操作区块链网络；若链上操作指令涉及特定加权节点则进行加权共识计算，确定leader节点；若链上操作指令只涉及一般节点则进行普通共识计算；系统达成共识后，即可执行链上操作命令。本发明采用加权共识方法缩短共识达成的时间，完成区块链操作网络节点信任关系确认后，即可进行实时调控操作，该方式在保证电网运行安全的前提下，可有效提高调控操作的执行效率。
Description
技术领域
本发明属于区块链应用技术，具体涉及一种区块链加权共识的电网调控操作方法和系统。
背景技术
区块链技术自2008年由中本聪提出以来，不长的时间里已演化了三个阶段。以比特币网络为代表的区块链1.0技术应用，展示了区块链技术在共识、加密等方面的优点；以以太坊为代表的区块链2.0技术，展示了其在智能合约方面的应用特色，使其应用扩大到金融、保险等领域；以超级账本技术为代表的区块链3.0，首次将区块链技术引入到分布式联盟账本，使其应用场景向物联网、控制网、交易网等多领域渗透。
在电力系统领域，传统的遥控（调）操作需要执行指令预置、信息返校、对象执行三个步骤，总体操作执行时间较长，执行过程中还可能出现返校超时、执行不成功等错误。为此，采用区块链共识机制，使各操作节点安全互信，可省去调控操作信息返校过程，从而提高调控操作执行效率，但对于节点数较多的区块链操作网络，由于常用共识算法的复杂性，难以满足调控操作实时性要求，成为区块链技术应用的一个难点。
发明内容
本发明旨在解决现有技术中的共识算法难以满足调控操作实时性要求，提出一种区块链加权共识的电网调控操作方法。
为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案。
一方面，本发明提供了一种区块链加权共识的电网调控操作方法，包括以下步骤：
将电网调控参与者作为节点，构建电力系统调控操作区块链网络；选定区块链网络中的加权节点和一般节点；若链上操作指令涉及加权节点则进行加权共识计算，确定leader节点；若链上操作指令只涉及一般节点，则进行普通共识计算；完成参与节点共识后，执行调控操作区块链网络链上的各项操作指令。
进一步地，所述电网调控参与者包括电网调度端、变电站、发电厂和分布式电源等。
进一步地，链上操作命令包括链上实时操作命令，所述链上实时操作命令一定有加权节点参与。
进一步地，所述加权节点包括调度中心节点和调控主站节点。
进一步地，加权节点加权共识算法包括：采用基于消息传递模型的paxos共识算法，并在进行背书策略配置时，将操控网络中的加权节点增加加权系数设置。
再进一步地，加权节点确定leader节点的具体方法包括：对链上节点进行背书策略配置时，考虑全网节点数、交易相关节点数的数量，为各节点的背书投票设置加权属性，将加权节点设定高于阈值的加权值并通过共识计算成为leader节点。
第二方面，本发明提供了一种区块链加权共识的电网调控操作系统，包括：
区块链构建模块，用于将电网调控参与者作为节点，构建电力系统调控操作区块链网络，选定区块链网络中的加权节点和一般节点；
加权共识计算模块，用于判断若链上操作指令涉及加权节点则进行加权共识计算，确定leader节点；若链上操作指令只涉及一般节点则不进行加权设置，通过一般共识计算来确定leader节点；
操作命令执行模块，用于完成参与节点共识后，执行调控操作区块链网络链上的各项操作指令。
有益技术效果：
本发明公开一种区块链加权共识的电网调控操作方法和系统，将调度端及相关操作对象组成调控操作区块链网络；对于指令参与节点间通过基于加权共识的算法建立信任关系并确定leader节点，保证快速共识及操作过程的实时性；以此为基础，遥控（调）操作在完成区块链操作网络节点信任关系确认后，即可对开关、变压器等进行实时操作，该方式在保证电网运行安全的前提下，可有效提高调控操作的执行效率。
附图说明
图1为本发明具体实施例调控操作区块链网络结构示意图；
图2为本发明具体实施例调控操作指令传输流程图；
图3为本发明具体实施例调控操作区块链网络加权共识示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
下面结合附图对本发明的应用过程作详细的描述。
实施例一、本实施例提供了一种区块链加权共识的电网调控操作方法，包括将电网调控参与者作为节点，构建电力系统调控操作区块链网络，选定区块链网络中的加权节点和一般节点；若链上操作指令涉及加权节点则进行加权共识计算，确定leader节点；若链上操作指令只涉及一般节点（也称为普通节点）则可不进行加权设置，通过一般共识计算来确定leader节点；节点共识完成后，执行电网链上操作命令。
如图1所示，本实施例采用区块链技术，建立一个电网调控操作的区块链网络。将参与电网调控操作的调度主站、变电站监控、发电厂监控、分布式电源等系统作为节点构成调控区块链网络，各个节点间相互链接构建而成的调控操作系统。节点间通过共识机制保证参与者身份可信。该网络是区块链加权共识的电网调控操作方法的网络基础，部署时考虑了电网各系统的通信方式、规约、接口形式和安全规定，以便于试点和推广。可选地，链上节点具备数据存储、命令传输与执行、信息共享等功能。
如图2所示，基于图1所示的调控操作区块链网络，调度端操作员将操作指令（即链上操作命令）发送到调度前置机，然后接入调控操作区块链网络。本实施例中操作指令涉及实时电网调度操作，涉及到厂站端监控主机（即加权节点），由于网络采用加权共识算法和时间戳技术保证操作指令来源实时、可信及内容不可篡改；通过加权共识计算，确定厂站端监控主机为leader节点，厂站端监控主机通过数据通信网关机接入区块链网络，接收调度端的操作指令，并通过执行终端完成遥控、遥调等电网调度操作的执行。
共识算法创造了一种通过技术背书而非中心化信用机构来进行可信认证的方法。但在实际应用过程中，如果调控操作区块链网络中节点较多，常用的POW、PBTF等共识算法具有一定复杂性，导致共识速度难以满足调控操作实时性需求。为提高共识速度，满足操作实时性要求。本发明采用基于消息传递模型的paxos共识算法，并在进行背书策略配置时，将操控网络中的节点增添加权系数（权重）设置，以便提高可信度，提升共识效率。对调度中心、调控主站等重要节点，在背书中设置加权系数后作为加权节点参与区块链网络共识计算，而变电站、开关站等一般节点，不在背书中设置加权，仅作为普通节点参加共识计算。
包含加权节点的共识过程称为加权共识，不含加权节点的共识过程为普通共识。具体对链上节点的chaincode进行背书策略配置时，可考虑全网节点数、交易相关节点数的数量，为各节点的背书投票设置加权属性，将调度中心、调控主站等重要节点赋予较高（高于设定阈值）加权并通过共识计算成为leader节点，以便有效管控系统操控命令的执行，同时也能实现区块链网络分布存储和全网信息共享的目的。对区块链网络中仅包含普通节点的一些共识过程，如节点间信息共享或交易等应用，不会涉及实时调控操作，采用常规共识算法即可（如图3所述）。本发明提供的区块链加权共识的算法可降低近一倍的共识计算复杂度，起到提高容错率、缩短共识达成时间的作用。本实施例中区块链操控网络节点按重要性配置共识加权，所有参与节点进行具备加权特性的共识计算，其中加权节点的共识甚至可直接确认，这样有效降低共识机制的复杂度，提高容错率，缩短共识达成时间。
实施例二、基于实施例一的基础上，本实施例提供了一种区块链加权共识的电网调控操作方法。在“可信”的区块链网络中，为保证通信指令的传输安全且不可篡改，本实施例中，链上操作命令传输采用基于非对称加密算法和时间戳的传输机制，保证信息安全性。非对称加密算法在加密和解密过程中使用非对称的密码，即使用公钥加密，通过私钥解密，保证信息的加密传输和安全解密；时间戳技术可区分事件的先后顺序，对以区块形式存在的操作数据进行随机散列操作即加盖时间戳，该时间戳证实了特定的数据必然在某个时刻是存在的，亦即保证了网络中通信信息的不可篡改。
本实施例中基于“可信”的区块链调控操作网络，操作指令可安全地、不可篡改地完成下达到操作对象，实现命令发出到执行一步完成，使遥控（调）操作需要执行的指令预置、信息返校、对象执行等三个步骤得到简化。加权共识算法的应用，还简化了调度系统的身份认证、数字签名等机制，并且调度操作员站、调度SCADA、调度前置机、安全证书管理系统等均可融入调控操作区块链管理系统。
本实施例构建加权共识的电网调控操作区块链，实现可信、安全、高效的遥控（调）操作，有效地简化了调控操作流程，提高了电网调度执行效率。本方法通过加权共识算法建立各节点间的互信，基于非对称加密算法和时间戳的传输机制，保证信息传输的安全性，具有数据轻量化、网络拓展性强等特点。
实施例三、基于实施例一或实施例二的基础上，本实施例提供了一种区块链加权共识的电网调控操作方法。本实施例中在构建电网调控操作的区块链网络之后，还包括构建分布式数据库，就地保存所有运行数据和操作日志，共享数据。该网络拓展性强，数据记录和共享访问效率高，是基于区块链技术的新型调控操作网络。调控操作区块链网络中的节点运用共识算法来建立信任，保证节点的身份及传递的信息真实可信，这种由众多节点组成的“可信”网络，为电网调控操作的安全、正确提供了保障。若接收的链上操作命令涉及加权节点则通过进行加权共识计算，确定leader节点。通过选举leader并由leader节点负责管理日志复制来实现多副本的一致性。leader负责接收客户端的请求，将日志复制到其他节点并告知其他节点何时应用这些日志是安全的。同时网络中的各节点还充分利用本地计算和存储资源，记录运行日志，存储运行数据，通过区块链网络实现对分布式调控信息数据库中数据的全网共享，可为电网故障分析和回溯提供详实的依据。
本发明中操作指令从发出到执行一步完成，有效提高了效率，简化了调度系统的身份认证、数字签名等过程。同时各节点通过区块链网络的分布式数据库，还可实现运行日志和数据共享，为电网功率预测、用户需求响应、故障分析处理、新能源平滑消纳等调度拓展功能提供数据资源。在节点信任关系确立的前提下，遥控（调）操作可以一步完成对开关、变压器等调控操作，省去对象节点返校信息的操作过程。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (10)
1.一种区块链加权共识的电网调控操作方法，其特征在于，包括以下步骤：
将电网调控参与者作为节点，构建电力系统调控操作区块链网络，选定区块链网络中的加权节点和一般节点；若链上操作命令有加权节点参与，则通过加权共识计算建立节点共识和确定leader节点；若链上操作命令只有一般节点参与，则进行普通共识计算；完成参与节点共识后，执行调控操作区块链网络链上的各项操作指令。
2.根据权利要求1所述的一种区块链加权共识的电网调控操作方法，其特征在于，所述电网调控参与者包括电网调度端、变电站、发电厂和分布式电源。
3.根据权利要求1所述的一种区块链加权共识的电网调控操作方法，其特征在于，链上操作命令包括链上实时操作命令，所述链上实时操作命令一定有加权节点参与。
4.根据权利要求1所述的一种区块链加权共识的电网调控操作方法，其特征在于，所述加权节点包括调度中心节点和调控主站节点。
5.根据权利要求1所述的一种区块链加权共识的电网调控操作方法，其特征在于加权节点加权公式计算具体采用以下方法：
采用基于消息传递模型的paxos共识算法，并在进行背书策略配置时，将操控网络中的加权节点增加加权系数设置。
6.根据权利要求5所述的一种区块链加权共识的电网调控操作方法，其特征在于，加权节点确定leader节点的具体方法包括：对链上节点进行背书策略配置时，根据全网节点数、交易相关节点数的数量，为各节点的背书投票设置加权属性，将加权节点设定高于阈值的加权值并通过共识计算成为leader节点。
7.根据权利要求1所述的一种区块链加权共识的电网调控操作方法，其特征在于，采用基于非对称加密算法和时间戳的传输机制传输链上操作指令。
8.根据权利要求1所述的一种区块链加权共识的电网调控操作方法，其特征在于，leader节点负责管理日志复制来实现多副本的一致性。
9.根据权利要求1所述的一种区块链加权共识的电网调控操作方法，其特征在于，leader节点负责接收客户端的请求，将日志复制到其他节点并告知其他节点何时应用这些日志是安全的。
10.一种区块链加权共识的电网调控操作系统，其特征在于，包括：
区块链构建模块，用于将预先确定的电网调控参与者作为节点，选定区块链网络中的加权节点和一般节点，构建电力系统调控操作区块链网络；
加权共识计算模块，用于判断若链上操作指令涉及加权节点则进行加权共识计算，确定leader节点；若链上操作指令只涉及普通节点则不进行加权设置，通过一般共识计算来确定leader节点；
操作指令执行模块，用于完成参与节点共识形成后，执行电网调控操作区块链网络链上的各项操作指令。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201110 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |