CN113572140B - 基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法和设备，所述方法包括以下步骤：以多市场组织的配电主站、监控系统和配电终端设备作为区块链节点，构建配电网运行控制区块链网络；在发生配网故障时，根据故障位置判定参与隔离操作的区块链节点；在所述参与隔离操作的区块链节点间基于可变共识机制方式建立共识通道，以该共识通道作为隔离操作指令执行通道；依据隔离方案和所述隔离操作指令执行通道完成故障隔离操作指令的执行。与现有技术相比，本发明使操作指令传输具有安全可信、过程可追溯、传输效率高等优点。

Description

基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法和设备

技术领域

本发明涉及配电网调控指令的可信传输技术，尤其是涉及一种基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法和设备，属于配电领域的区块链应用。

背景技术

随着新能源、分布式发电、智能微网等快速发展，以及电动汽车、智能家电等多样化用电需求的增长，配电网的网络形态、功能作用正在逐步转变，现代配电网呈现愈加复杂的“多源性”特征。同时配电网的运行管理也由电网公司单组织变为涉及电网公司、分布式能源企业、各类售电商等多市场组织参与的现代配电网管理格局，配电自动化系统涉及的控制终端、计量终端等产权归属多样化。在此情况下，当配电网出现故障时，配电自动化系统可能需要对网内属于不同组织的开关、断路器等终端设备进行操作，以便隔离故障点，尽快恢复无故障网络的供电。不同于单纯组织的系统操作，对多组织属性的开关、断路器等终端设备操作时，首先要解决多组织设备的互联互通和互操作问题，这点可以在设备并网前通过双方或多方协议解决，但存在互通协议多样、协调工作量较大等问题；其次，对故障隔离等操作指令可信度、安全性、可追溯等问题，目前配网自动化系统还欠考虑，尽管生产实践中时有此类问题发生。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种安全可靠、传输效率高的基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法和设备。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法，包括以下步骤：

以多市场组织的配电主站、监控系统和配电终端设备作为区块链节点，构建配电网运行控制区块链网络；

在发生配网故障时，根据故障位置判定参与隔离操作的区块链节点；

在所述参与隔离操作的区块链节点间基于可变共识机制方式建立共识通道，以该共识通道作为隔离操作指令执行通道；

依据隔离方案和所述隔离操作指令执行通道完成故障隔离操作指令的执行。

进一步地，所述多市场组织包括电网公司、分布式能源企业和各类售电商。

进一步地，所述区块链节点为具备数据存储、指令传输与执行和信息共享功能的节点。

进一步地，所述故障位置和隔离方案基于馈线自动化中故障定位判据获得。

进一步地，所述基于可变共识机制方式建立共识通道具体为：

根据参与隔离操作的各区块链节点的信任等级确定当次建立共识通道所采用的共识算法。

进一步地，若参与隔离操作的各区块链节点为同一信任等级，则采用改进的RAFT共识算法；若参与隔离操作的各区块链节点为不同信任等级，则采用实用拜占庭容错算法。

进一步地，所述信任等级依据节点规模和重要性生成。

进一步地，完成故障隔离操作指令的执行后，各区块链节点反馈执行结果，配电主站记录所述执行结果。

本发明第二方面提供一种电子设备，包括：

至少一个处理单元；

至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理单元并且存储用于由所述至少一个处理单元执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理单元执行时，使得所述计算设备执行第一方面公开的基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法。

本发明第三方面提供一种计算机可读存储介质，其上存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被执行时使机器执行第一方面公开的基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法。

本发明通过构建配电网运行控制区块链网络，故障发生时，区块链网络节点依据配网自动化判据完成故障定位、隔离方案制定，应用可变共识机制，在兼顾效率和安全的前提下完成相关操作节点间的共识过程，进而实现故障隔离指令传输和执行。区块链技术的应用，使操作指令的可信度、安全性和可追溯性得到有效保障。

与现有技术相比，本发明可使操作指令传输具有安全可信、过程可追溯、传输效率高等优点，具体具有以下有益效果：

1、本发明基于区块链技术，可以在故障隔离操作参与方众多的情况下，保证操作指令的加密可靠传输，防止操作指令被篡改，保障配电网故障隔离操作的正确执行，同时还能对每次操作过程进行有效记录和回放，为相关争议提供有效的存证依据。

2、本发明采用仅将故障隔离动作相关的节点建立共识通道，可以大大提高共识效率，进而提高指令传输效率。

3、本发明还采用了可变共识机制的算法，根据区块链节点的信任等级，在兼顾共识效率和信息安全的前提下快速完成相关操作节点的共识过程，进而实现故障隔离指令传输、执行和过程存证。

4、本发明有效解决了不同配电组织间操作指令可信、平等、可追溯等问题，为多组织参与的现代配电网运行与控制提供了一种基于区块链技术的实现方法。

附图说明

图1为本发明建立的配电网运行控制区块链网络示意图；

图2为本发明的流程示意图；

图3为本发明可变共识机制示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图2所示，本实施例提供一种基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法，包括以下步骤：

1)以多市场组织的配电主站、监控系统和配电终端设备作为区块链节点，构建配电网运行控制区块链网络。

如图1所示，采用区块链技术，建立一个由配网主站、分布式能源企业、充电站等多组织参与的现代配电运行操作区块链网络。重要的节点如配电主站、新能源调控中心、集成售电商等可作为区块链主节点加入网络，数量众多的开关站、用户侧控制单元可作为区块链终端加入网络。构建分布式数据库，就地保存所有配网运行数据和操作日志，并基于网络共享数据。链上节点具备数据存储、指令传输与执行、信息共享等功能。该区块链网络拓展性强，数据记录和共享访问效率高，是对配电网进行运行监控和故障处理操作的网络基础。

2)由区块链网络依据故障判据确定故障位置，同时制定隔离方案。

在发生配网故障时，各配电站点(柱上开关、环网柜、配电站等)依据配网自动化判据完成故障定位、隔离方案制定。利用配电节点终端间相互通信的功能，结合各终端自身及相邻终端节点的电压、电流、方向等故障信息，采用馈线自动化中故障定位判据进行故障量计算和故障点定位，最后依据故障定位的推算结果，结合节点间相互校验，自动完成故障隔离方案制定。

3)由隔离方案确定本次故障隔离过程需要操作哪些配电区块链节点对象，如柱上开关、环网柜开关(断路器)、配电站开关等。

4)在所述参与隔离操作的区块链节点间基于可变共识机制方式建立共识通道，以该共识通道作为隔离操作指令执行通道，通道内信息可以互信、共享，在通道内进行故障隔离操作，可保证指令可信、传输可靠和有效存证，保证后续对相关节点开关的隔离操作指令可以不被篡改地可信执行。

现代配电网业务由电网公司、分布式能源企业、各类售电商、大用户等多元市场组织共同参与，这些参与节点众多，且分属不同的法人单位甚至个人，因此信息交互共享时存在敏感内容泄露、非法篡改、虚假报文、恶意攻击等风险。区块链技术具有去中心化、共识机制、信息不可篡改和可追溯性等特点，采用区块链技术的配网控制网络，应用区块链共识机制和信息不可篡改的特点，可有效规避上述信息交互过程中的风险。但对于节点众多的区块链配电控制网络，全节点参与的动态共识效率不高，会严重影响配网故障隔离动作的响应时间，为此本方法依据步骤2)的判断结果，采用仅将故障隔离动作相关的节点建立共识通道，可以大大提高共识效率。

为进一步提高节点共识效率，该方法通过这些节点的信任等级，依节点信任等级自动决定采用何种共识算法进行节点间的共识过程。信任等级依据节点规模和重要性生成，节点间由相互背书确定信任关系。配电网中大多数的终端节点和主站节点属于电网企业，基于对电网内部系统的信任依赖，可以赋予同一个信任等级，而对配电网络中的其他单位的终端节点、甚至个人终端节点，则依节点规模和重要性赋予较低的几个信任级别。

如图3所示，本实施例中采用两种共识算法，一种是实用拜占庭容错算法，该算法将网络中所有欺骗者节点、通信故障节点定义为拜占庭节点，正常工作的节点定义为非拜占庭节点，算法通过识别拜占庭节点，实现非拜占庭节点的共识。另一种共识算法是改进的RAFT算法(具体可采用现有算法，如专利CN109660367B公开的改进RAFT算法)，它是在全非拜占庭节点前提下达成共识的强一致协议，共识速度较快。作为现代配电网控制系统，网络节点由多个各方组织形成，有出现拜占庭节点的可能，同时基于配电网操作实时性的要求，也需要较快的共识速度来配合。因此，本发明采纳这两种共识算法的长处，依据参与共识节点的信任级别自动选择共识算法，当节点中包含属于不同组织的操作对象时采用拜占庭共识算法，当共识节点都属于同一组织(如电网公司)时采用较为简洁的RAFT共识算法，以便兼顾构建操作安全和效率两方面性能。

5)在节点共识完成后，本次隔离操作的相关节点建立指令传输通道，采用时间戳技术保证操作指令内容不可篡改，采用不对称加密算法保证信息传输安全和准确送达指定对象并进行故障隔离操作，完成隔离指令的执行。

通道中通常应包括配电主站节点、故障隔离操作对象节点及参与故障量计算、判别的节点。指令执行通道建立后，依据隔离方案，可由主站节点将隔离操作指令按顺序发送到相关开关节点，完成故障隔离操作指令的执行。该故障隔离指令的执行过程基于区块链技术，在链上进行信息传输，通过区块链的技术手段，保证在有多种利益组织参与操作的情况下，操作指令能可靠执行而不会被篡改。

6)完成故障隔离操作指令的执行后，各区块链节点反馈执行结果，隔离操作的结果可被配电主站等操作相关方及时记录存证，以便进行历史操作过程追溯。

上述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是但不限于电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。

实施例2

本实施例提供一种电子设备，包括至少一个处理单元和至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理单元并且存储用于由所述至少一个处理单元执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理单元执行时，使得所述计算设备执行如实施例1公开的基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法。

以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法，其特征在于，包括以下步骤：

以多市场组织的配电主站、监控系统和配电终端设备作为区块链节点，构建配电网运行控制区块链网络；

在发生配网故障时，根据故障位置判定参与隔离操作的区块链节点；

在所述参与隔离操作的区块链节点间基于可变共识机制方式建立共识通道，以该共识通道作为隔离操作指令执行通道；

依据隔离方案和所述隔离操作指令执行通道完成故障隔离操作指令的执行；

所述故障位置和隔离方案基于馈线自动化中故障定位判据获得；

所述基于可变共识机制方式建立共识通道具体为：

根据参与隔离操作的各区块链节点的信任等级确定当次建立共识通道所采用的共识算法；

若参与隔离操作的各区块链节点为同一信任等级，则采用改进的RAFT共识算法；若参与隔离操作的各区块链节点为不同信任等级，则采用实用拜占庭容错算法；

所述信任等级依据节点规模和重要性生成。

2.根据权利要求1所述的基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法，其特征在于，所述多市场组织包括电网公司、分布式能源企业和各类售电商。

3.根据权利要求1所述的基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法，其特征在于，所述区块链节点为具备数据存储、指令传输与执行和信息共享功能的节点。

4.根据权利要求1所述的基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法，其特征在于，完成故障隔离操作指令的执行后，各区块链节点反馈执行结果，配电主站记录所述执行结果。

5.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理单元；

至少一个存储器，所述至少一个存储器被耦合到所述至少一个处理单元并且存储用于由所述至少一个处理单元执行的指令，所述指令当由所述至少一个处理单元执行时，使得所述电子设备执行根据权利要求1至4任一项所述的基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法。

6.一种计算机可读存储介质，其上存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被执行时使机器执行根据权利要求1至4中任一项所述的基于可变共识机制的配网故障隔离指令传输方法。