CN112367346A - 一种基于区块链的电能供给平台通讯系统及方法 - Google Patents

一种基于区块链的电能供给平台通讯系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于区块链的电能供给平台通讯系统及方法，其系统包括：智能交易平台与站控系统之间的第一通讯；所述智能交易平台与区块链轻节点、充电桩之间的第二通讯；所述站控系统与分布式电能系统之间的第三通讯；所述智能交易平台与区块链之间的第四通讯。

Description

一种基于区块链的电能供给平台通讯系统及方法
技术领域
本发明属于区块链技术与通信领域，尤其涉及一种基于区块链的电能供给平台通讯系统及方法。
背景技术
近年来，随着国家大力推动发展新能源，电动汽车充换电业务展现出良好的势头。但是现有的充电桩一般采用有线或无线网络两种连接方式，有线网络通常布线比较复杂、扩展性差、施工成本高、灵活性差，无线网络需将电动汽车充电桩这一电网内部设备接入移动运营商的移动数据网络，需要支付昂贵的月租和年费，随着充电桩数量的增加费用将越来越大；同时数据的安全性和网络的可靠性都受到移动运营商的限制，不利于设备的安全运行。现有的充电桩硬件接口比较少，充电桩与供能系统中通信接口标准化和通用化程度不高，导致电动汽车充电站系统在通信方面还存在很多的不足，例如系统响应缓慢。
发明内容
有鉴于此，本发明目的在于提供一种基于区块链的电能供给平台通讯系统及方法。
本发明实施例提供了一种基于区块链的电能供给平台通讯系统，包括：智能交易平台与站控系统之间的第一通讯；
所述智能交易平台与区块链轻节点、充电桩之间的第二通讯；
所述站控系统与分布式电能系统之间的第三通讯；
所述智能交易平台与区块链之间的第四通讯。
优选地，所述智能交易平台与所述站控系统之间采用有线网络进行通讯。
优选地，所述智能交易平台与所述区块链轻节点、所述充电桩之间采用无线网络进行通讯。
优选地，所述站控系统与所述分布式电能系统之间通过485接口进行通信。
优选地，所述智能交易平台与所述区块链之间通过数据接口进行通讯。
优选地，所述分布式电能系统包括风电、光伏、电网以及储能。
优选地，还包括：
与所述充电桩连接的第一智能电表；
与所述第一智能电表以及交流母线连接的第二智能电表；
与所述分布式电能系统中的风机和电网交流母线连接的第三智能电表；
与所述分布式电能系统中的光伏和储能连接的第四智能电表。
优选地，所述第一智能电表、所述第二智能电表、所述第四智能电表及第五智能电表分别通过485接口与所述区块链轻节点连接；所述第三智能电表经由交流母线与整流柜连接。
优选地，还包括：
连接在所述整流柜与所述区块链轻节点之间的第五智能电表；
通过有线网络连接在所述充电桩与所述智能交易平台之间的感知模块。
本发明实施例提供了一种基于区块链的电能供给平台通讯方法，包括：
充电桩根据电动汽车的充电要求，向站控系统发出供电请求，站控系统通过第一通讯向智能交易平台提出用电请求，以便站控系统利用第三通讯为所述充电桩分配相应的电能；
充电桩使用所述站控系统分配的相应电能为电动汽车进行充电，并将充电结果利用第三通讯发送给站控系统，站控系统将充电结果利用第一通讯发送给智能交易平台，智能交易平台通过第四通讯将交易结果发送给区块链平台，区块链平台调用智能合约进行充电结算；
充电结算完成后，区块链平台保存所述充电结算结果，同时所述充电桩根据充电结算结果，通知用户刷卡解锁，完成充电操作。
本发明的有益效果在于：本发明采用的无线局域网和有线网络结合的方式构建通信网络，降低运营成本、网络布线的复杂度，提高了网络的可扩展性、灵活性。本发明引入区块链技术及AES数据加密算法保证通信数据的安全性。本发明通信接口统一采用485接口，进一步提高了通信接口的标准化和通用化程度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于区块链的电能供给平台通讯系统的示意图；
图2是本发明实施例提供的基于区块链的电能供给平台通讯系统的示意图；
图3是本发明实施例提供的基于区块链的电能供给平台通讯系统各组成部署图。
具体实施方式
所举实施例是为了更好地对本发明进行说明，但并不是本发明的内容仅局限于所举实施例。所以熟悉本领域的技术人员根据上述发明内容对实施方案进行非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
图1是本发明实施例提供的一种基于区块链的电能供给平台通讯系统的示意图，如图1所示，包括：
智能交易平台与站控系统之间的第一通讯；
所述智能交易平台与区块链轻节点、充电桩之间的第二通讯；
所述站控系统与分布式电能系统之间的第三通讯；
所述智能交易平台与区块链之间的第四通讯。
其中，所述智能交易平台与所述站控系统之间采用有线网络进行通讯；所述智能交易平台与所述区块链轻节点、所述充电桩之间采用无线网络进行通讯；所述站控系统与所述分布式电能系统之间通过485接口进行通信；所述智能交易平台与所述区块链之间通过数据接口进行通讯。
具体地说，所述分布式电能系统包括风电、光伏、电网以及储能。
本发明实施例还包括：与所述充电桩连接的第一智能电表；与所述第一智能电表以及交流母线连接的第二智能电表；与所述分布式电能系统中的风机和电网交流母线连接的第三智能电表；与所述分布式电能系统中的光伏和储能连接的第四智能电表。其中，所述第一智能电表、所述第二智能电表、所述第四智能电表及第五智能电表分别通过485接口与所述区块链轻节点连接；所述第三智能电表经由交流母线与整流柜连接。
本发明实施例还包括：连接在所述整流柜与所述区块链轻节点之间的第五智能电表；通过有线网络连接在所述充电桩与所述智能交易平台之间的感知模块。
本发明实施例提供了一种基于区块链的电能供给平台通讯方法，包括：
充电桩根据电动汽车的充电要求，向站控系统发出供电请求，站控系统通过第一通讯向智能交易平台提出用电请求，以便站控系统利用第三通讯为所述充电桩分配相应的电能；
充电桩使用所述站控系统分配的相应电能为电动汽车进行充电，并将充电结果利用第三通讯发送给站控系统，站控系统将充电结果利用第一通讯发送给智能交易平台，智能交易平台通过第四通讯将交易结果发送给区块链平台，区块链平台调用智能合约进行充电结算；
充电结算完成后，区块链平台保存所述充电结算结果，同时所述充电桩根据充电结算结果，通知用户刷卡解锁，完成充电操作。
图2是本发明实施例提供的基于区块链的电能供给平台通讯系统的示意图，如图2所示，包括充电桩、站控系统、智能交易平台、区块链、智能电表、分布式能源，所述充电桩，用于根据电动汽车的充电要求，向站控系统发出供电请求；使用所述站控系统分配的相应电能为电动汽车进行充电，并将充电结果发送给站控系统；以及根据站控系统的充电结算结果，通知用户刷卡解锁，完成充电操作；所述站控系统，用于根据分布式电能系统的供电能力为所述充电桩分配相应的电能；并对充电桩发送的充电结果进行充电结算；所述智能交易平台，用于在每个交易周期开始之前，接收作为用电方的充电桩以及作为供电方的电网、光伏和风电提交的包括电量、功率和价格的交易请求，并汇总所有交易方的交易请求；根据站控系统的充电结算结果发送给区块链，以便区块链平台保存所述充电结算结果；所述区块链，用于根据交易请求，利用智能合约进行交易撮合，保存交易撮合结果并下发给各交易方。
本发明实施例所述的第三智能电表，用于记录风电发电量的剩余电量及电网发电量的剩余电量；所述第四智能电表，用于记录光伏发电量的剩余电量及储能的剩余电量。
其中，所述站控系统判断风电发电量和光伏发电量的剩余电量是否满足充电负荷需求；若判断风电发电量和光伏发电量的剩余电量均满足充电负荷需求时，则优先向充电桩供应风电电能；若判断风电发电量和光伏发电量的剩余电量不能满足充电负荷需求时，向充电桩供应电网电能或储能电能。
本发明实施例还包括所述站控系统按每个交易周期确定的交易撮合结果及分布式电能系统的供电能力，向所述充电桩分配相应的电能，包括：根据每个交易周期确定的交易撮合结果，判断风电发电量和光伏发电量的剩余电量是否满足充电负荷需求；若判断风电发电量和光伏发电量的剩余电量均满足充电负荷需求时，则优先向充电桩供应风电电能；若判断风电发电量和光伏发电量的剩余电量不能满足充电负荷需求时，向充电桩供应电网电能。
其中，按以下方式确定所述交易撮合结果：在每个交易周期开始之前，用电方的充电桩以及包括电网、光伏和风电的供电方的作为交易方，向云平台提交包括电量、功率和价格的交易请求；云平台汇总所有交易方的交易请求，访问区块链上的智能合约进行交易撮合，保存交易撮合结果并下发给各交易方。
具体地说，所述充电结算结果还经由云平台发送给区块链平台，以便区块链平台保存所述充电结算结果。
其中，站控系统根据实时采集的光伏控制模块及储能控制模块的电量数据，判断风电供电或光伏供电的能力能否满足充电负荷需求。
图3是本发明实施例提供的基于区块链的电能供给平台通讯系统进行说明，1—智能交易平台，2—局域网络，3—站控系统，4—风机，5—电网，6—光伏，7—储能，8—感知模块，9—充电桩1，10—充电桩2，11—充电桩3，12—充电桩4，13—数据采集/控制，14—监听CAN总线，15—风机出线接智能电表，16—电网出线接智能电表，17—与充电桩1连接的智能电表，18—与充电桩2连接的智能电表，19—与充电桩3连接的智能电表，20—与充电桩12连接的智能电表，21—26—区块链轻节点，27—交流母线，28—整流柜，29—与整流柜连接的智能电表，30—与光伏连接的智能电表，31—与储能连接的智能电表，32—与储能连接的智能电表，33—充电桩第二出线端连接的电表，34—充电桩第二出线端连接的电表，35—40—区块链轻节点，41—直流母线，42—智能交易平台与区块链的专用数据接口，43—区块链。其中，图3中各种线条的表示如下：
——有线网络
-------无线网络
-·-·-·-·-CAN
........................485
Figure BDA0002682884970000053
交流电
Figure BDA0002682884970000061
直流电
本发明采用无线局域网和有线网络结合的方式构建通信网络，以降低运营成本、网络布线的复杂度，提高网络的可扩展性、灵活性。同时本发明还引入区块链技术及AES数据加密算法保证通讯数据的安全性。
本发明中的通讯主要包含智能交易平台与站控系统之间的通讯，区块链、充电桩与智能交易平台之间的通讯以及站控系统与电网、风电、光伏、储能站之间的通讯。其中智能交易平台与站控系统之间采用JAVA开发的104规约进行通讯，区块链与智能交易平台之间设有专门的数据接口通讯，所有充电桩的进线前增加2个智能电表(2根进线)，区块链轻节点通过485接口与智能电表通信，区块链轻节点通过无线开关与智能交易平台和站控系统相连的有线网络连接。
从TCU与充电桩通信的CAN总线上设有感知模块，用于监听数据并接入与智能交易平台连接的有线网络。
风机和电网出线后的交流电增加1个智能电表，通过智能电表的交流电经过交流母线进入整流柜，由整流柜出来的直流电再加装1个智能电表，智能电表通过485接口与区块链轻节点连接，区块链轻节点通过无线开关与智能交易平台和站控系统相连的有线网络连接。
储能设备出线后增加2个智能电表(2根出线)，光伏设备出线后增加1个智能电表，智能电表通过485接口与区块链轻节点连接，区块链轻节点通过无线开关与智能交易平台和站控系统相连的有线网络连接。
站控系统与风机、电网、光伏、储能设备通过485接口直接通信。
智能交易平台部署于云端，站控系统与风机、电网、光伏、储能设备、充电桩、区块链轻节点都分别处于不同的局域网中，智能交易平台通过有线网络与局域网中的模块连接。
区块链轻节点又名绿证模块，是基于ARM的微型计算设备，用于代理分布式能源或充电桩，采集代理设备的实时数据并参与微网电能交易和绿色能源交易积分交易。
上述通讯系统及方法中数据存储接口规则为所有数据传输接口均采用HTTP(S)接口，每个接口的URL均采用如下格式定义：http(s)://[域名]/evcs/v[版本号]/[接口名称]
①域名：第三方业务平台运营商所属域名。
②版本号：代表接口版本号，不同的版本地址对应相应版本代码。系统升级期间，新旧版本可同时存在，待所有接入方都切换到新接口，旧接口即可下线。从而达到平滑升级的目的。
③接口名称：所请求/调用接口的名称。
为保证各接口的功能明确清晰，每个URL只允许对应一种功能。
接口调用规范为所有接口均使用HTTP(S)/POST方式传输参数，传输过程中应包含消息头和消息主体两部分。
1)消息头规范
消息头一般需包含内容类型，内容类型(Content-Type)字段用于标识请求中的消息主体的编码方式，本标准中所规范的信息交换内容均采用JSON的方式，参数信息采用utf-8编码，因此需要配置消息头中的Content-Type为application/json；charset＝utf-8。
消息头中还需要配置HTTP OAuth认证：OAuth对于Http来说，就是放在Authorization header中的不是用户名密码，而是一个access_token，因此请求需要配置headers中的Authorization：Bearer access_token
外部调用开放平台的接口，需要将访问的token放到headers中。
请求Headers：
Authorization:[Bearer access_token]
Content-Type:application/json；charset＝utf-8
Access_token生成规则：
MD5Util.MD5Bit16(operatorId+DateUtils.getDate("yyyyMMddHHmmss"))；
2)消息主体
消息主体是信息交换过程中的具体内容，一般由应用标识(appId)、凭证(token)、参数内容(data)、时间戳(timestamp)和数字签名(sig)组成，具体说明及举例参见表1。
表1消息主体内容表
Figure BDA0002682884970000071
Figure BDA0002682884970000081
参数签名采用HMAC-MD5算法，采用MD5作为散列函数，通过密钥(appSecret)对整个消息主体进行加密，然后采用Md5信息摘要的方式形成新的密文。
HMAC-MD5算法
HMAC(K，M)＝H(K⊕opad∣H(K⊕ipad∣M))
其中:K是密钥(appSecret)，长度可为64字节，若小于该长度，在密钥后面用“0”补齐。
M是消息内容；
H是散列函数；
opad和Ipad分别是由若干个0x5c和0x36组成的字符串；
⊕表示异或运算；
∣表示连接操作。
其中数据传输接口中的data字段可为数组型的JSON格式，数据发送方可通过该字段实现批量数据的传输。
返回参数规则：数据传输接口的返回参数包括两个部分：ret,msg。
11)ret:必填字段，返回编码参考表2。
12)msg:可选字段，当ret！＝0是存在，表示具体错误信息。
13)采用utf-8编码，JSON格式。
14)举例：
{‘ret’:4001,
‘msg’:‘Invalid signature’,}
表2返回参数编码表
Figure BDA0002682884970000091
上述通讯系统及方法中包含数据的加密处理：智能一体化平台接入充电运营服务平台进行业务交互前，需要分配应用标识(appId)、应用密钥(appSecret)和消息密钥(dataSecret)。
21)应用标识(appId):双方约定，作为第三方业务平台的唯一标示。
22)应用秘钥(appSecret):可采用32H、48H和64H，由0-F字符组成，为签名的加密密钥，获得请求中参数签名(sig)。
23)消息密钥(dataSecret):用于对所有接口中data信息进行加密。
数据加密规则为消息发送方需要对data字段中涉及交易及隐私等数据利用消息密钥(dataSecret)进行加密，加密算法宜使用AES加密。
消息接收方收到消息之后，根据消息密钥(dataSecret)对消息体中的data数据进行解密，校验参数合法性等后续业务处理。
数据加/解密方法：数据传输的加密使用对称加密算法AES加密，AES算法的密钥长度、分组长度和轮数的关系如表3所示。
表3Key-Block-Round关系
Figure BDA0002682884970000092
Figure BDA0002682884970000101
对于AES加密和解密变换，AES算法使用的轮函数由4个不同的以字节为基本单位的变换复合而成，该过程由四个不同的阶段组成：
31)S盒变换，用一个S盒完成分组中的按字节代替；
32)行移位变换，一个简单的置换；
33)列混淆变换，一个利用在域GF(28)上的算术性的代替；
34)轮密钥加变换，一个利用当前分组和扩展密钥的一个部分进行按位异或。
AES对数据的加密过程是通过把输入的明文和密钥由轮函数经Nr轮迭代来实现的，结尾轮与前Nr-1轮不同。前Nr-1轮依次进行S盒变换、行移位变换、列混淆变换和轮密钥加变换；结尾轮与前Nr-1轮相比去掉了列混淆变换。
解密过程与加密过程相反，通过把输入的密文和密钥由轮函数经Nr轮迭代来实现的，结尾轮与前Nr-1轮不同。前Nr-1轮依次进行逆行移位变换、逆S盒变换、轮密钥加变换和逆列混淆变换；结尾轮与前Nr-1轮相比去掉了逆列混淆变换。
上述通讯系统及方法中包含错误传输机制：同步处理错误：对于每条传入参数，其处理结果必须反馈给服务调用方。如果传入5条数据，2条处理失败，3条处理成功，在返回参数中，也必须为5条数据，并分别标明是否成功，以及需要详细注明失败原因。
异步处理错误：对于每条传入参数，其处理结果必须反馈给服务调用方。处理失败信息需要详细注明失败原因。对于对象被锁等原因造成的操作不成功，建议采用多次尝试策略。
服务提供方和调用方，都需要详细记录出错信息，方便错误排查。
上述通讯系统及方法中包含错误处理机制：A系统将数据传递给B系统的过程中，一旦发生错误，B系统应将详细的错误信息返回给A系统。如果是数据传输错误，则会进行一定次数的数据重传。如果是数据本身的错误，则ESS系统返回的错误信息应明确告知用户数据错误的具体原因，以便用户确定应回退至哪个节点，以及如何进行数据修改。B系统一旦正确接收并能正确处理A系统传递的数据，则应该用最新的数据覆盖此前传输的数据。在B系统向A系统传递数据的过程中，A系统同样应该返回详细的错误信息，建议B系统采取相同的错误处理机制，以保证两端数据传输的正确性和可靠性。
服务双方要保证业务操作的事务性，即，对一批数据操作，如有一条出错，服务提供方需要进行业务操作回滚，回到操作前状态；服务消费者再次调用服务时，需要重传出错的数据。
区块链主要解决交易的信任和安全问题，因此区块链针对这个问题提出了四个技术：
(1)分布式账本，即交易记账由分布在不同地方的多个节点共同完成，而且每一个节点都记录的是完整的账目，因此它们都可以参与监督交易合法性，同时也可以共同为其作证。
(2)非对称加密和授权技术，存储在区块链上的交易信息是公开的，但是账户身份信息是高度加密的，只有在数据拥有者授权的情况下才能访问到，从而保证了数据的安全和个人的隐私。
(3)共识机制，即所有记账节点之间通过达成共识，去认定一个记录的有效性，这既是认定的手段，也是防止篡改的手段。
(4)智能合约，智能合约是基于这些可信的不可篡改的数据，可以自动化的执行一些预先定义好的规则和条款。
本发明的有益效果在于：采用无线局域网和有线网络结合的方式构建通信网络，降低运营成本、网络布线的复杂度，提高了网络的可扩展性、灵活性。引入区块链技术及AES数据加密算法保证通讯数据的安全性。通信接口统一采用485接口，进一步提高了通信接口的标准化和通用化程度。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种基于区块链的电能供给平台通讯系统，其特征在于，包括：
智能交易平台与站控系统之间的第一通讯；
所述智能交易平台与区块链轻节点、充电桩之间的第二通讯；
所述站控系统与分布式电能系统之间的第三通讯；
所述智能交易平台与区块链之间的第四通讯。
2.根据权利要求1所述的通讯系统，其特征在于，所述智能交易平台与所述站控系统之间采用有线网络进行通讯。
3.根据权利要求1所述的通讯系统，其特征在于，所述智能交易平台与所述区块链轻节点、所述充电桩之间采用无线网络进行通讯。
4.根据权利要求1所述的通讯系统，其特征在于，所述站控系统与所述分布式电能系统之间通过485接口进行通信。
5.根据权利要求4所述的通讯系统，其特征在于，所述智能交易平台与所述区块链之间通过数据接口进行通讯。
6.根据权利要求4所述的通讯系统，其特征在于，所述分布式电能系统包括风电、光伏、电网以及储能。
7.根据权利要求6所述的通讯系统，其特征在于，还包括：
与所述充电桩连接的第一智能电表；
与所述充第一智能电表以及交流母线连接的第二智能电表；
与所述分布式电能系统中的风机和电网交流母线连接的第三智能电表；
与所述分布式电能系统中的光伏和储能连接的第四智能电表。
8.根据权利要求7所述的通讯系统，其特征在于，所述第一智能电表、所述第二智能电表、所述第四智能电表及第五智能电表分别通过485接口与所述区块链轻节点连接；所述第三智能电表经由交流母线与整流柜连接。
9.根据权利要求7所述的通讯系统，其特征在于，还包括：
连接在所述整流柜与所述区块链轻节点之间的第五智能电表；
通过有线网络连接在所述充电桩与所述智能交易平台之间的感知模块。
10.一种基于区块链的电能供给平台通讯方法，其特征在于，包括：
充电桩根据电动汽车的充电要求，向站控系统发出供电请求，站控系统通过第一通讯向智能交易平台提出用电请求，以便站控系统利用第三通讯为所述充电桩分配相应的电能；
充电桩使用所述站控系统分配的相应电能为电动汽车进行充电，并将充电结果利用第三通讯发送给站控系统，站控系统将充电结果利用第一通讯发送给智能交易平台，智能交易平台通过第四通讯将交易结果发送给区块链平台，区块链平台调用智能合约进行充电结算；
充电结算完成后，区块链平台保存所述充电结算结果，同时所述充电桩根据充电结算结果，通知用户刷卡解锁，完成充电操作。
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