CN113300467A - 基于泛在电力物联网的电力监控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于泛在电力物联网的电力监控方法，应用于基于泛在电力物联网的电力监控系统；系统包括：网络单元、监控中心和复数个数据采集设备；所述监控方法将所有的数据采集设备均作为单独的节点，并根据所有节点使用区块链共识机制建立区块链，节点实时获取当前母线的电力运行数据，监控中心根据查询请求得到对应的电力运行数据。本发明所述的一种基于泛在电力物联网的电力监控方法，解决了现有技术存在的电力运行数据存储困难易丢失和数据传输安全性低的问题。

Description

基于泛在电力物联网的电力监控方法
技术领域
本发明涉及电力系统领域，尤其涉及一种基于泛在电力物联网的电力监控方法。
背景技术
本文涉及到的泛在电力物联网(UEIOT：Ubiquitous Electric Internet ofThings)，泛在物联是指无论在何时何地，人和物之间都可以产生信息的互联和交互。而泛在电力物联网是指电力用户及其设备、电网企业及其设备、发电企业及其设备、供应商及其设备、以及人和物的信息互联和交互。基于此，泛在电力物联网可形成巨大的能源生态体系。利用生态体系内的共享数据及相关的大数据等技术，可搭建多功能的共享平台。循环渐进，可形成良性循环的生态发展模式，持续为整个行业和社会创造更多的发展机遇。
电力运行数据是电力系统正常运行的判断依据，对于电力系统进行监控，需要采集发电、变电、配电以及输电环节的电力运行数据进行分析和存储，但是随着电力系统的发展，需要采集和存储的电力运行数据十分庞大，对其进行存储困难，一旦数据丢失便会造成严重的后果；并且现有技术中一般采用的机制是每个数据采集设备单独向监控中心发送数据进行存储，容易造成短时间的处理数据量过大，导致后台程序崩溃，进而发生数据丢失，数据存储的可靠性低，并且数据传输过程中容易导致数据泄露，安全性低。
发明内容
针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于泛在电力物联网的电力监控方法，用于解决现有技术存在的电力运行数据存储困难易丢失和数据传输安全性低的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种基于泛在电力物联网的电力监控方法，应用于基于泛在电力物联网的电力监控系统；所述基于泛在电力物联网的电力监控系统包括：网络单元、监控中心和复数个数据采集设备；所述监控中心通过所述网络单元分别与各所述数据采集设备通信连接，且所述监控中心通过所述网络单元连接外部的云数据存储平台和数据查询设备；所述数据采集设备均分别与电力系统的母线电性连接，且各所述数据采集设备之间通信连接；包括步骤：
S1：将所有的所述数据采集设备作为单独的节点，并根据所有所述节点使用区块链共识机制建立区块链，所述节点包括查询节点、采集节点和共识节点；
S2：将所述区块链所有的所述节点均作为采集节点，当前的所述采集节点实时获取当前所述母线的电力运行数据，判断当前电力运行数据是否异常，若是则向所述监控中心发送警报信息，并将所述电力运行数据共享至其它的所述节点，否则直接将所述电力运行数据共享至其它的所述节点；
S3：所述共识节点将接收到的所述电力运行数据进行加密并生成区块，根据所述区块更新所述区块链；
S4：所述监控中心接收用户的查询请求，对用户进行身份验证，验证通过后，所述监控中心广播所述查询请求；
S5：所述查询节点接收所述查询请求，对所述区块链上所有所述区块进行解密，并根据所述查询请求进行匹配，得到并返回对应的所述电力运行数据。
优选地，所述数据采集设备为微机保护装置，所述数据采集设备分别设置于输电线路的母线的二次侧处、发电站的母线的二次侧处或变电站的母线的二次侧处；
每一所述数据采集设备包括微处理器、存储模块、模拟量输入回路、开关输出回路和通讯模块；所述微处理器分别与所述存储模块、所述模拟量输入回路、所述开关输出回路和所述通讯模块通信连接；所述模拟量输入回路与所述电力系统的母线电性连接；所述开关输出回路与所述电力系统的保护装置通信连接；所述通讯模块与所述网络单元通信连接；各所述数据采集设备的所述通讯模块之间相互通信连接。
优选地，所述数据采集设备还包括与所述微处理器通信连接的温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、摄像头、定位器和红外线传感器；
所述通讯模块包括第一网卡和第二网卡；所述第一网卡和所述第二网卡分别与对应的所述微处理器通信连接并与所述网络单元通信连接；各所述第一网卡之间通信连接；各所述第二网卡之间通信连接。
优选地，所述网络单元包括复数个结构相同的网络模块；各所述网络模块之间相互通信连接；每一所述网络模块分别与所述监控中心和各所述数据采集设备通信连接；每一所述网络模块连接所述云数据存储平台和所述数据查询设备；
所述网络模块包括相互通信连接的主网络交换机和副网络交换机；所述主网络交换机分别与所述监控中心和所述云数据存储平台通信连接；各所述主网络交换机之间通信连接；所述副网络交换机与所述数据查询设备通信连接；各所述副网络交换机之间通信连接。
优选地，所述步骤S1中，所述区块链中每个所述节点平均分配一个对应的时间片，当前所述节点实时获取当前所述母线的所述电力运行数据时为采集节点；当前节点在自己的时间片内接收到其它的所述节点共享的所述电力运行数据，则当前所述节点转化为所述共识节点；所述监控中心接收到所述查询请求，对用户进行身份验证，验证通过后，向所有所述节点广播所述查询请求，当前所述节点在自己的时间片内接收到所述查询请求，则当前所述节点转化为所述查询节点；
所述区块链共识机制的具体步骤为：
S11：遍历所有所述节点，所述节点在对应的时间片内将所述电力运行数据生成所述区块，并将所述区块发送至其它的所述节点；
S12：判断其它的所述节点是否在发送所述电力运行数据的所述节点对应的时间片内接收到该节点发送的所述区块，若是则将该节点发送的所述区块加入链中，并结束本次共识，否则放弃该节点发送的所述区块，并进入步骤S13；
S13：将本次未共识的所述电力运行数据和该节点在下一次时间片内进行共识的所述电力运行数据进行合并生成所述区块，并将所述区块发送至其它的所述节点，并返回步骤S12。
优选地，所述步骤S2中，所述电力运行数据包括当前所述节点的身份数据、电流数据、电压数据、功率数据、频率数据、电度数据、温度数据、湿度数据、烟雾数据和保护装置动作量。
优选地，所述步骤S3中，所述共识节点使用ElGamal算法和Shamir算法将接收到的所述电力运行数据进行加密，具体步骤为：
S31：所述监控中心向所有所述节点广播公钥；
S32：所述共识节点根据公钥使用ElGamal算法对所述电力运行数据进行加密，得到加密后电力运行数据及其对应的私钥，并将所述加密后电力运行数据生成所述区块；
S33：所述共识节点使用Shamir算法将所述私钥秘密分享生成若干份额，并将若干所述份额分享至其它的所述节点。
优选地，所述步骤S3中，所述区块内部包括当前所述区块的哈希值、前一个所述区块的区块头哈希值、当前所述区块的区块签名、时间戳、数据地址和对应的所述加密后电力运行数据。
优选地，所述步骤S5中，所述查询节点对所述区块链上所有所述区块进行解密的具体步骤为：
S51：所述查询节点与其它的所述节点交换所述私钥的份额生成所述私钥；
S52：所述查询节点根据所述私钥对所有所述区块内的所述加密后电力运行数据进行解密，得到所有的解密后电力运行数据。
本发明由于采用了以上技术方案，使其具有以下有益效果：
本发明提出了应用分时间片生成区块实现共识的区块链数据存储，在数据采集设备内部用区块链存储电力运行数据，免除了中心存储设备，降低了设备复杂程度与运维难度，避免了数据丢失，同时在时间片内使用单一节点向监控中心发送电力运行数据，避免了短时间的处理数据量过大，导致后台程序崩溃，进而发生数据丢失，对传输数据进行加密，提高了安全性。
附图说明
图1为本发明实施例的基于泛在电力物联网的电力监控系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的数据采集设备的结构示意图；
图3为本发明实施例的网络单元的结构示意图；
图4为本发明实施例的基于泛在电力物联网的电力监控方法的流程图。
具体实施方式
下面根据附图图1～图4，给出本发明的较佳实施例，并予以详细描述，使能更好地理解本发明的功能、特点。
请参阅图1～图4，本发明实施例一的一种基于泛在电力物联网的电力监控方法，应用于基于泛在电力物联网的电力监控系统；基于泛在电力物联网的电力监控系统包括：包括：网络单元、监控中心和复数个数据采集设备；监控中心通过网络单元分别与各数据采集设备通信连接，且监控中心通过网络单元连接外部的云数据存储平台和数据查询设备；数据采集设备均分别与电力系统的母线电性连接，且各数据采集设备之间通信连接。
本实施例采用物联网技术，外部的云数据存储平台用于存储数据，外部的数据查询设备在线查询电力运行数据，数据采集设备用于采集电力系统各处的电力运行数据，各个数据采集设备之间相互通信连接，形成区块链，将采集的电力运行数据进行相互备份并存储至区块链中，避免了中心存储模式导致的数据丢失，监控中心用于监控整个电力系统的正常运行以及数据显示，并向数据查询设备提供数据查询功能，提高了监控系统的实用性，数据查询设备为移动端设备或PC端设备，网络单元用于实现整个监控系统的数据传输，同时由单个数据采集设备进行整个电力系统的电力运行数据的传输，避免了多个大体量数据传输，提高了数据传输效率。
作为优选，数据采集设备为微机保护装置，数据采集设备分别设置于输电线路的母线的二次侧处、发电站的母线的二次侧处或变电站的母线的二次侧处。微机保护装置是由高集成度、总线不出芯片单片机、高精度电流电压互感器、高绝缘强度出口中间继电器、高可靠开关电源模块等部件组成，可以满足各种类型变变电站的各种设备的各种保护要求，这就给变电站设计及计算机联网提供了很大方便，用于采集输电线路、发电站以及变电站等位置的电力运行数据，实现了电力系统的监控，提高了实用性。
请参阅图1和图2，每一数据采集设备包括微处理器、存储模块、模拟量输入回路、开关输出回路和通讯模块；微处理器分别与存储模块、模拟量输入回路、开关输出回路和通讯模块通信连接；模拟量输入回路与电力系统的母线电性连接；开关输出回路与电力系统的保护装置通信连接；通讯模块与网络单元通信连接；各数据采集设备的通讯模块之间相互通信连接。
模拟量输入回路将模拟输入量转换为所需的数字量，包括辅助变换器(即电压形成器)、低通滤波器(ALF)、采样/保持器(S/H)、多路开关(MPX)以及模/数(A/D)变换器等功能器件，包括变换器、压频变换器(VFC)、计数器等器件；开关量输出回路完成各种保护的出口跳闸、信号显示、打印、报警、外部触点输入及人机对话等功能，由多种输入/输出接口芯片(PIO或PIA)、光电隔离器、有触点中间继电器等组成，用于实现各项保护装置的控制；微处理器将模拟量输入回路采集的电力系统的电力运行数据进行分析和处理，在采集到异常的电力运行数据时，通过微处理器控制电力系统中的保护装置动作，实现断路等操作。
作为优选，数据采集设备还包括与微处理器通信连接的温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、摄像头、定位器和红外线传感器。
温度传感器和湿度传感器用于获取数据采集设备处的线路温度和环境湿度，烟雾传感器用于判断线路是否过热产生火焰，定位器用于采集该处的经纬度信息，摄像头和红外线传感器采集现场的环境情况，为后期检修人员进行检修提供准确位置，也便于后期监控中心数据可视化。
通讯模块包括第一网卡和第二网卡；第一网卡和第二网卡分别与对应的微处理器通信连接并与网络单元通信连接；各第一网卡之间通信连接；各第二网卡之间通信连接。
第一网卡作为微处理器和网络单元的第一网络通道，第二网卡作为第二网络通道，互相作为备份，在第一网络通道发生故障时，立即采用第二网络通道，保证了电力运行数据向监控中心发送的可靠性，避免了数据丢失，第一网卡作为与其它的数据采集设备进行数据共享的第一数据发送通道，第二网卡作为与其它的数据采集设备进行数据共享的第二数据发送通道，在第一数据发送通道发生故障时，立即采用第二数据发送通道，保证了各数据采集设备的电力运行数据相互备份的可靠性。
请参阅图1和图3，网络单元包括复数个结构相同的网络模块；各网络模块之间相互通信连接；每一网络模块分别与监控中心和各数据采集设备通信连接；每一网络模块连接云数据存储平台和数据查询设备。
网络模块包括相互通信连接的主网络交换机和副网络交换机；主网络交换机分别与监控中心和云数据存储平台通信连接；各主网络交换机之间通信连接；副网络交换机与数据查询设备通信连接；各副网络交换机之间通信连接。
在监控系统中，由单个数据采集设备将整个电力系统的电力运行数据发送至监控系统，则确保数据的传输是重中之重，本实施例中，采用交换机作为网络中数据传输的中间设备，并行的网络模块相互作为备用，在单个主网络交换机发生故障时，立即采用备用的主网络交换机，保证了电力运行数据传输的可靠性。
本实施例采用多主网络交换机与副网络交换机结构，微处理器配置双网卡，并由两块网卡同时联网，网络中的多主网络交换机配置虚拟路由器冗余协议VRRP，可在一台失效时自动启用另一台，同时使用实时流协议RSTP避免网络中环路的产生，在副网络交换机互为备份的情况下，保证不出现网络风暴，此网络方案实现了连接网络的多链路，网络单点故障时可以自动恢复网络的连通。
请参阅图1～图4，本发明实施例一的一种基于泛在电力物联网的电力监控方法，包括步骤：
S1：将所有的数据采集设备作为单独的节点，并根据所有节点使用区块链共识机制建立区块链，节点包括查询节点、采集节点和共识节点；
区块链是一个存储在各个节点的公开账本，这个帐本由区块链的各个节点共同维护，依靠数学方法保证数据不可伪造与篡改，节点把记录交易信息、本节点签名和上一个区块的头信息一同记录在区块体中，然后节点计算区块体的哈希值以得到区块头，通过这种方法，不同的区块连接在一起，区块链集成与应用了分布式存储、点对点传输、共识机制、签名和哈希算法等技术，具有去中心化、集体维护、安全可信等重要特性；区块链的共识机制是区块链网络中实现不同节点之间建立信任、获取权益的算法，区块链使用各种共识机制使得分散的节点高效地对区块数据的有效性达成一致，区块链的共识机制应用于分布式存储领域，可以安全高效地保证各个节点的存储完整一致；
区块链中每个节点平均分配一个对应的时间片，当前节点实时获取当前母线的电力运行数据时为采集节点；当前节点在自己的时间片内接收到其它的节点共享的电力运行数据，则当前节点转化为共识节点；监控中心接收到查询请求，对用户进行身份验证，验证通过后，向所有节点广播查询请求，当前节点在自己的时间片内接收到查询请求，则当前节点转化为查询节点；
区块链的共识机制是区块链网络中实现不同节点之间建立信任、获取权益的算法，区块链使用各种共识机制使得分散的节点高效地对区块数据的有效性达成一致，区块链的共识机制应用于分布式存储领域，可以安全高效地保证各个节点的存储完整一致，区块链共识机制的具体步骤为：
S11：遍历所有节点，节点在对应的时间片内将电力运行数据生成区块，并将区块发送至其它的节点；
S12：判断其它的节点是否在发送电力运行数据的节点对应的时间片内接收到该节点发送的区块，若是则将该节点发送的区块加入链中，并结束本次共识，否则放弃该节点发送的区块，并进入步骤S13；
S13：将本次未共识的电力运行数据和该节点在下一次时间片内进行共识的电力运行数据进行合并生成区块，并将区块发送至其它的节点，并返回步骤S12。
S2：将区块链所有的节点均作为采集节点，当前的采集节点实时获取当前母线的电力运行数据，判断当前电力运行数据是否异常，若是则向监控中心发送警报信息，并将电力运行数据共享至其它的节点，否则直接将电力运行数据共享至其它的节点；
电力运行数据包括当前节点的身份数据、电流数据、电压数据、功率数据、频率数据、电度数据、温度数据、湿度数据、烟雾数据和保护装置动作量。在本实施例中还包括现场视频数据流，保护装置动作量为与微机保护装置连接的各项保护装置是否动作的数字量，用于查看保护装置的工作状态；
S3：共识节点将接收到的电力运行数据进行加密并生成区块，根据区块更新区块链；
在电力运行数据的每次采集和上传的过程中，调用星际文件系统IPFS采用哈希加密算法将接收到的电力运行数据进行加密，对所有电力运行数据进行哈希映射并且增加时间戳，提高恶意第三方对数据进行篡改的难度，有效保证电力运行数据的不可篡改，为电力运行数据监控提供可靠的支持，进一步使得共识节点在时间维度上进行数据的存储管理，同时所有电力运行数据将通过哈希映射对电力运行数据进行自检测可以及时发现异常数据，以此减弱被攻击篡改的风险，实现各个节点电力运行数据的安全共享；
IPFS是一个点对点可寻址的分布式数据库，其底层也使用了区块链的底层技术，因此保证了存储在该区块链中的数据几乎不可以被篡改，此外，IPFS还可以存储较大的数据，解决大数据不适合直接存储到区块链网络中的问题；共识节点将电力运行数据存储到IPFS中，会得到一个唯一Hash值，通过该Hash值可以在IPFS中查询到所对应的电力运行数据；
区块内部包括当前区块的哈希值、前一个区块的区块头哈希值、当前区块的区块签名、时间戳、数据地址和对应的加密后电力运行数据。
S4：监控中心接收用户的查询请求，对用户进行身份验证，验证通过后，监控中心广播查询请求；
对用户进行身份验证的具体方法为：用户使用数据查询设备通过网络单元连接监控中心，输入用户信息和目标数据采集设备或全网数据采集设备的身份信息生成对应的查询请求，并与云数据存储平台中预存的用户信息进行对比，匹配成功后验证通过，用户拥有查看目标数据采集设备或全网数据采集设备的权限；
S5：查询节点接收查询请求，监控中心对查询请求进行哈希计算得到查询数据值，查询请求包括需要查询的数据采集设备的身份以及对应的时间范围等，并根据查询数据值遍历所有区块中电力运行数据哈希值进行匹配，需要查询的数据采集设备的身份匹配电力运行数据中数据采集设备的身份数据，需要查询的时间范围匹配区块中时间戳，得到并返回对应的电力运行数据哈希值，此时调用IPFS查询电力运行数据哈希值所对应的电力运行数据，并根据查询用户的需求在数据查询设备上进行显示。
本发明实施例二的一种基于泛在电力物联网的电力监控方法，其过程与实施例一基本相同，其区别在于：基于泛在电力物联网的电力监控系统中，在网络信号弱的偏远地区，数据采集设备的通讯模块为无限数据发射模块，无限数据发射模块的发射端设置于数据采集设备处，接收端设置于监控中心，保证了长远距离的数据发送。
基于泛在电力物联网的电力监控方法中，共识节点使用ElGamal算法和Shamir算法将接收到的电力运行数据进行加密，具体步骤为：
S31：监控中心向所有节点广播公钥；
S32：共识节点根据公钥使用ElGamal算法对电力运行数据进行加密，加密公式为Q＝(hkpv)modq，得到加密后电力运行数据Q，及其对应的私钥r，公开的参数是g和q，公钥是h，为减小计算数据的大小，p取10以内的素数，并将加密后电力运行数据生成区块；
S33：共识节点使用Shamir算法将私钥秘密分享生成若干份额，并将若干份额分享至其它的节点。
步骤S5中，查询节点对区块链上所有区块进行解密的具体步骤为：
S51：查询节点与其它的节点交换私钥的份额生成私钥；
S52：查询节点根据私钥对所有区块内的加密后电力运行数据进行解密，得到所有的解密后电力运行数据。
本发明提出了应用分时间片生成区块实现共识的区块链数据存储，在数据采集设备内部用区块链存储电力运行数据，免除了中心存储设备，降低了设备复杂程度与运维难度，避免了数据丢失，同时在时间片内使用单一节点向监控中心发送电力运行数据，避免了短时间的处理数据量过大，导致后台程序崩溃，进而发生数据丢失，提高了传输效率。
以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种基于泛在电力物联网的电力监控方法，其特征在于，应用于基于泛在电力物联网的电力监控系统；所述基于泛在电力物联网的电力监控系统包括：网络单元、监控中心和复数个数据采集设备；所述监控中心通过所述网络单元分别与各所述数据采集设备通信连接，且所述监控中心通过所述网络单元连接外部的云数据存储平台和数据查询设备；所述数据采集设备均分别与电力系统的母线电性连接，且各所述数据采集设备之间通信连接；包括步骤：
S1：将所有的所述数据采集设备作为单独的节点，并根据所有所述节点使用区块链共识机制建立区块链，所述节点包括查询节点、采集节点和共识节点；
S2：将所述区块链所有的所述节点均作为采集节点，当前的所述采集节点实时获取当前所述母线的电力运行数据，判断当前电力运行数据是否异常，若是则向所述监控中心发送警报信息，并将所述电力运行数据共享至其它的所述节点，否则直接将所述电力运行数据共享至其它的所述节点；
S3：所述共识节点将接收到的所述电力运行数据进行加密并生成区块，根据所述区块更新所述区块链；
S4：所述监控中心接收用户的查询请求，对用户进行身份验证，验证通过后，所述监控中心广播所述查询请求；
S5：所述查询节点接收所述查询请求，对所述区块链上所有所述区块进行解密，并根据所述查询请求进行匹配，得到并返回对应的所述电力运行数据。
2.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的电力监控方法，其特征在于，所述数据采集设备为微机保护装置，所述数据采集设备分别设置于输电线路的母线的二次侧处、发电站的母线的二次侧处或变电站的母线的二次侧处；
每一所述数据采集设备包括微处理器、存储模块、模拟量输入回路、开关输出回路和通讯模块；所述微处理器分别与所述存储模块、所述模拟量输入回路、所述开关输出回路和所述通讯模块通信连接；所述模拟量输入回路与所述电力系统的母线电性连接；所述开关输出回路与所述电力系统的保护装置通信连接；所述通讯模块与所述网络单元通信连接；各所述数据采集设备的所述通讯模块之间相互通信连接。
3.根据权利要求2所述的基于泛在电力物联网的电力监控方法，其特征在于，所述数据采集设备还包括与所述微处理器通信连接的温度传感器、湿度传感器、烟雾传感器、摄像头、定位器和红外线传感器；
所述通讯模块包括第一网卡和第二网卡；所述第一网卡和所述第二网卡分别与对应的所述微处理器通信连接并与所述网络单元通信连接；各所述第一网卡之间通信连接；各所述第二网卡之间通信连接。
4.根据权利要求1所述的基于泛在电力物联网的电力监控方法，其特征在于，所述网络单元包括复数个结构相同的网络模块；各所述网络模块之间相互通信连接；每一所述网络模块分别与所述监控中心和各所述数据采集设备通信连接；每一所述网络模块连接所述云数据存储平台和所述数据查询设备；
所述网络模块包括相互通信连接的主网络交换机和副网络交换机；所述主网络交换机分别与所述监控中心和所述云数据存储平台通信连接；各所述主网络交换机之间通信连接；所述副网络交换机与所述数据查询设备通信连接；各所述副网络交换机之间通信连接。
5.根据权利要求1～4任一项所述的基于泛在电力物联网的电力监控方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述区块链中每个所述节点平均分配一个对应的时间片，当前所述节点实时获取当前所述母线的所述电力运行数据时为采集节点；当前节点在自己的时间片内接收到其它的所述节点共享的所述电力运行数据，则当前所述节点转化为所述共识节点；所述监控中心接收到所述查询请求，对用户进行身份验证，验证通过后，向所有所述节点广播所述查询请求，当前所述节点在自己的时间片内接收到所述查询请求，则当前所述节点转化为所述查询节点；
所述区块链共识机制的具体步骤为：
S11：遍历所有所述节点，所述节点在对应的时间片内将所述电力运行数据生成所述区块，并将所述区块发送至其它的所述节点；
S12：判断其它的所述节点是否在发送所述电力运行数据的所述节点对应的时间片内接收到该节点发送的所述区块，若是则将该节点发送的所述区块加入链中，并结束本次共识，否则放弃该节点发送的所述区块，并进入步骤S13；
S13：将本次未共识的所述电力运行数据和该节点在下一次时间片内进行共识的所述电力运行数据进行合并生成所述区块，并将所述区块发送至其它的所述节点，并返回步骤S12。
6.根据权利要求5所述的基于泛在电力物联网的电力监控方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述电力运行数据包括当前所述节点的身份数据、电流数据、电压数据、功率数据、频率数据、电度数据、温度数据、湿度数据、烟雾数据和保护装置动作量。
7.根据权利要求5所述的基于泛在电力物联网的电力监控方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述共识节点使用ElGamal算法和Shamir算法将接收到的所述电力运行数据进行加密，具体步骤为：
S31：所述监控中心向所有所述节点广播公钥；
S32：所述共识节点根据公钥使用ElGamal算法对所述电力运行数据进行加密，得到加密后电力运行数据及其对应的私钥，并将所述加密后电力运行数据生成所述区块；
S33：所述共识节点使用Shamir算法将所述私钥秘密分享生成若干份额，并将若干所述份额分享至其它的所述节点。
8.根据权利要求7所述的基于泛在电力物联网的电力监控方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述区块内部包括当前所述区块的哈希值、前一个所述区块的区块头哈希值、当前所述区块的区块签名、时间戳、数据地址和对应的所述加密后电力运行数据。
9.根据权利要求8所述的基于泛在电力物联网的电力监控方法，其特征在于，所述步骤S5中，所述查询节点对所述区块链上所有所述区块进行解密的具体步骤为：
S51：所述查询节点与其它的所述节点交换所述私钥的份额生成所述私钥；
S52：所述查询节点根据所述私钥对所有所述区块内的所述加密后电力运行数据进行解密，得到所有的解密后电力运行数据。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114565325A (zh) * 2022-04-28 2022-05-31 睿至科技集团有限公司 一种电力物联网的大数据分析方法及系统
CN116546054A (zh) * 2023-05-30 2023-08-04 中国南方电网有限责任公司 去中心强韧性电力系统实时动态监测网络装置
CN117149580A (zh) * 2023-10-09 2023-12-01 深圳市拓普泰克技术股份有限公司 一种基于区块链的智能电力监控系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108566436A (zh) * 2018-05-28 2018-09-21 上海交通大学 一种基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法
CN108632293A (zh) * 2018-05-16 2018-10-09 山东建筑大学 基于区块链技术的建筑设备物联网系统与方法
US20190089155A1 (en) * 2017-09-20 2019-03-21 Hepu Technology Development (Beijing) Co., Ltd. Energy Internet Router
CN109922162A (zh) * 2019-04-26 2019-06-21 山东建筑大学 一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法
CN110084480A (zh) * 2019-03-29 2019-08-02 南京星链高科技发展有限公司 一种基于区块链的农产品溯源方法
CN112098718A (zh) * 2020-09-07 2020-12-18 紫光云(南京)数字技术有限公司 一种基于物联网与区块链的电力管理系统
CN112214544A (zh) * 2020-08-28 2021-01-12 国网江西省电力有限公司信息通信分公司 基于许可区块链的泛在电力物联网边缘数据安全存储方法
CN112738753A (zh) * 2020-12-25 2021-04-30 广西大学行健文理学院 基于5g和云存储技术的配电监控系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20190089155A1 (en) * 2017-09-20 2019-03-21 Hepu Technology Development (Beijing) Co., Ltd. Energy Internet Router
CN108632293A (zh) * 2018-05-16 2018-10-09 山东建筑大学 基于区块链技术的建筑设备物联网系统与方法
CN108566436A (zh) * 2018-05-28 2018-09-21 上海交通大学 一种基于区块链的分布式电力设备信息采集系统和方法
CN110084480A (zh) * 2019-03-29 2019-08-02 南京星链高科技发展有限公司 一种基于区块链的农产品溯源方法
CN109922162A (zh) * 2019-04-26 2019-06-21 山东建筑大学 一种基于区块链的扁平化建筑设备物联网监控系统及方法
CN112214544A (zh) * 2020-08-28 2021-01-12 国网江西省电力有限公司信息通信分公司 基于许可区块链的泛在电力物联网边缘数据安全存储方法
CN112098718A (zh) * 2020-09-07 2020-12-18 紫光云(南京)数字技术有限公司 一种基于物联网与区块链的电力管理系统
CN112738753A (zh) * 2020-12-25 2021-04-30 广西大学行健文理学院 基于5g和云存储技术的配电监控系统

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
江秀臣 等: "区块链在电力设备泛在物联网应用的关键技术及方案", 《高电压技术》 *
陶峥嵘: "关于组播业务冗余扩散技术的研究", 《电子技术》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114565325A (zh) * 2022-04-28 2022-05-31 睿至科技集团有限公司 一种电力物联网的大数据分析方法及系统
CN116546054A (zh) * 2023-05-30 2023-08-04 中国南方电网有限责任公司 去中心强韧性电力系统实时动态监测网络装置
CN116546054B (zh) * 2023-05-30 2024-05-10 中国南方电网有限责任公司 去中心强韧性电力系统实时动态监测网络装置
CN117149580A (zh) * 2023-10-09 2023-12-01 深圳市拓普泰克技术股份有限公司 一种基于区块链的智能电力监控系统
CN117149580B (zh) * 2023-10-09 2024-06-25 深圳市拓普泰克技术股份有限公司 一种基于区块链的智能电力监控系统

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