CN114218332A - 一种基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法 - Google Patents

一种基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法 Download PDF

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CN114218332A CN202210159433.6A CN202210159433A CN114218332A CN 114218332 A CN114218332 A CN 114218332A CN 202210159433 A CN202210159433 A CN 202210159433A CN 114218332 A CN114218332 A CN 114218332A
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Abstract

本发明提供一种基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，属于电力系统技术领域。所述方法包括：构建一个由数据提供者和数据需求者组成的基于区块链技术的智能电网能源计量数据共享系统模型；其中，数据提供者向数据需求者出售电网能源计量数据；根据构建的智能电网能源计量数据共享系统模型，构建基于动态进化博弈理论的数据共享模型，根据构建的数据共享模型，验证数据提供者的进化稳定策略，实现电网能源计量数据的共享。采用本发明，能够实现智能电网中安全、高效的数据共享。

Description

一种基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法
技术领域
本发明涉及电力系统技术领域，特别是指一种基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法。
背景技术
近年来，智能电网是通过应用先进的传感和测量技术、控制方法和决策支持系统技术来实现可靠、安全、经济和高效的目标。在大数据环境下，智能电网中的电能计量装置会产生大量的数据信息。研究人员可以通过准确的测量和计算，对高损耗的电网设备进行处理或更换，降低企业的单位能耗。然而，电网的各种数据信息错综复杂，且由于孤立的微电网和不同的标准，各部门之间的数据一直缺乏有效整合，形成 "数据孤岛"，大量有价值的数据资源无法发挥更大的作用。如何实现能源计量数据（包括但不限于：用电量、事件记录、负荷等数据）的可信共享，是智能电网发展的一个重要挑战。
区块链技术因其去中心化、匿名性和信任等特点，在智能电网背景下引起了越来越多的关注和研究工作。新兴的区块链可以在参与者之间建立稳定的信任体系，分布式账本保证了链上所有数据和操作过程的公开和透明。区块链可以促进安全、可信、去中心化的智能电网生态系统的建立，解决数据共享的问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，能够实现智能电网中安全、高效的数据共享。所述技术方案如下：
本发明实施例提供的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，包括：
构建一个由数据提供者和数据需求者组成的基于区块链技术的智能电网能源计量数据共享系统模型；其中，数据提供者向数据需求者出售电网能源计量数据；
根据构建的智能电网能源计量数据共享系统模型，构建基于动态进化博弈理论的数据共享模型，根据构建的数据共享模型，验证数据提供者的进化稳定策略，实现电网能源计量数据的共享。
进一步地，所述数据提供者包括：供电企业和个人用户；
所述数据需求者包括：高校、院所和政府部门中的一个或多个。
进一步地，所述数据需求者和供电企业作为区块链的强节点，保存着完整的数据和交易记录；
所述个人用户作为区块链的轻度节点，只提供数据，不存储数据和交易记录。
进一步地，所述数据提供者采取的交易策略包括：共享数据和不共享数据；其中，共享数据是指将数据提供给区块链数据共享平台，所有加入共享平台的强节点都可以下载和保存数据；
所述数据需求者采取的交易策略包括：加入共享平台和不加入共享平台。
进一步地，所述根据构建的智能电网能源计量数据共享系统模型，构建基于动态进化博弈理论的数据共享模型，实现电网能源计量数据的共享包括：
建立基于数据价值增长和交易量的数据交易规则，在这个规则下，提出一个分片函数，表示数据价值随着交易量的变化而变化，同时也具备不会随着交易量的增加而迅速增加的特性；其中，交易量为交易的数据量；
根据确定的数据交易规则以及数据提供者和数据需求者之间的博弈，建立带有奖励系数的共享规则；
根据建立的带有奖励系数的共享规则以及动态进化博弈理论，确定描述数据提供者采取不同交易策略的微分方程组，根据构建的数据共享模型，验证数据提供者的进化稳定策略，实现电网能源计量数据的共享。
进一步地，所述分片函数表示为：
Figure 612260DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 908243DEST_PATH_IMAGE002
表示收入；
Figure 380813DEST_PATH_IMAGE003
都表示价值增长率且满足
Figure 930480DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 793394DEST_PATH_IMAGE005
Figure 955385DEST_PATH_IMAGE006
Figure 954565DEST_PATH_IMAGE007
都表示常数系数；
Figure 675134DEST_PATH_IMAGE008
表示交易量；
Figure 87661DEST_PATH_IMAGE009
都表示交易量阈值。
进一步地，所述根据确定的数据交易规则以及数据提供者和数据需求者之间的博弈，建立带有奖励系数的共享规则包括：
对于数据提供者，若采用共享数据策略进行数据交易，则净收益为
Figure 53343DEST_PATH_IMAGE010
；其中，
Figure 234926DEST_PATH_IMAGE011
为共享收益系数，
Figure 362282DEST_PATH_IMAGE012
为加入共享平台的成本；
对于数据需求者，若加入共享平台，则能够下载并存储所有交易数据，实现资源共享；若不加入共享平台，则只需要购买最感兴趣的数据；
若交易中的数据提供者和数据需求者都加入共享平台，共享平台将给予双方经济奖励
Figure 262105DEST_PATH_IMAGE013
，其中，
Figure 765898DEST_PATH_IMAGE013
表示奖励系数。
进一步地，确定的微分方程组表示为：
Figure 503785DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 864359DEST_PATH_IMAGE015
表示数据提供者采用共享数据策略的预期效用；
Figure 189161DEST_PATH_IMAGE016
示数据提供者采用不共享数据策略的预期效用；
Figure 496646DEST_PATH_IMAGE017
表示数据提供者的平均效用；
Figure 324924DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 121979DEST_PATH_IMAGE019
分别表示总人口
Figure 167033DEST_PATH_IMAGE020
中采取共享数据策略
Figure 340526DEST_PATH_IMAGE021
和不共享数据策略
Figure 288890DEST_PATH_IMAGE022
的比例，
Figure 194529DEST_PATH_IMAGE023
。
进一步地，数据提供者的平均效用
Figure 290661DEST_PATH_IMAGE024
表示为：
Figure 939948DEST_PATH_IMAGE025
。
进一步地，所述根据构建的数据共享模型，验证数据提供者的进化稳定策略包括：
基于确定的微分方程组，验证数据提供者的进化稳定策略。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
本发明实施例中，构建一个由数据提供者和数据需求者组成的基于区块链技术的智能电网能源计量数据共享系统模型；其中，数据提供者向数据需求者出售电网能源计量数据；根据构建的智能电网能源计量数据共享系统模型，构建基于动态进化博弈理论的数据共享模型，根据构建的数据共享模型，验证数据提供者的进化稳定策略，实现电网能源计量数据的共享。这样，能够实现智能电网中安全、高效的数据共享，从而解决现有技术中无法安全、高效地访问共享电网数据的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的智能电网能源计量数据共享系统模型的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的数据价值函数示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，本发明实施例提供了一种基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，包括：
S101，构建一个由数据提供者和数据需求者组成的基于区块链技术的智能电网能源计量数据共享系统模型, 如图2所示；
本实施例中，数据提供者向数据需求者出售电网能源计量数据；通过对电网能源计量数据的有效分析，研究人员可以以最低的成本保证不间断的生产、销售和服务水平，从而提高供电企业的管理水平。先进的数据分析技术可以提高电厂运营活动的生产力和效率，并可以根据企业和客户的需求优化能源。
本实施例中，所述数据提供者包括但不限于：供电企业和个人用户；所述数据需求者包括但不限于：高校、院所和政府部门中的一个或多个。
本实施例中，所述数据需求者和供电企业作为区块链的强节点，保存着完整的数据和交易记录；由于个人用户存储和计算能力较弱，所述个人用户作为区块链的轻度节点，只提供数据，不存储数据和交易记录。
本实施例中，基于区块链的电网能源计量数据交易是在P2P网络上进行的，过程如下：
A1，数据提供者创建一个新的交易，并做出交易指令。
A2，数据提供者将新的电能计量数据记录广播给整个网络。
A3，接收节点记录并验证收到的电能计量数据的完整性。
A4，整个网络中的所有接收节点对区块执行共识算法。
A5，区块在通过共识算法过程后，正式纳入区块链进行存储，所有强节点都保留完整的交易记录。
本实施例中，所述数据提供者采取的交易策略包括：共享数据和不共享数据；其中，共享数据是指将数据提供给区块链数据共享平台，所有加入共享平台的强节点都可以下载和保存数据；所述数据需求者采取的交易策略包括：加入共享平台和不加入共享平台（即：直接购买数据）。本实施例旨在建立一个合适的共享机制，促进数据的互联互通，为企业优化和科学研究提供最基础的数据源，发挥数据的潜在价值。
S102，根据构建的智能电网能源计量数据共享系统模型，构建基于动态进化博弈理论的数据共享模型，根据构建的数据共享模型，验证数据提供者的进化稳定策略，实现电网能源计量数据的共享。
本实施例中，进化博弈论认为纳什均衡应该在多次博弈后达成，需要一个动态调整过程，均衡的实现取决于初始状态和路径。因此，数据共享模型需要建立数据交易规则，以达到在进化博弈论下纳什均衡的实现。
本实施例中，根据构建的智能电网能源计量数据共享系统模型，构建基于动态进化博弈理论的数据共享模型，实现电网能源计量数据的共享（S102），具体可以包括以下步骤：
B1，建立基于数据价值增长和交易量的数据交易规则，在这个规则下，提出一个分片函数，表示数据价值随着交易量（具体指：交易的数据量）的变化而变化，同时也具备不会随着交易量的增加而迅速增加的特性；
本实施例中，数据的价值增长与交易量有关，收入取决于交易量，具体的分片函数关系表示为：
Figure 805136DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 380212DEST_PATH_IMAGE002
表示收入；
Figure 963640DEST_PATH_IMAGE003
都表示价值增长率且满足
Figure 151039DEST_PATH_IMAGE004
；
Figure 136312DEST_PATH_IMAGE005
Figure 383754DEST_PATH_IMAGE006
Figure 454478DEST_PATH_IMAGE007
都表示常数系数；
Figure 445568DEST_PATH_IMAGE008
表示交易量；
Figure 285348DEST_PATH_IMAGE009
都表示交易量阈值。
如图3所示，数据的价值增长主要分为三个阶段：
第一阶段的增长率最大，目的是鼓励数据提供者提供更有价值的数据；
第二阶段的价值增长相对平缓，但仍有办法保证数据所有者的盈利；
第三阶段的增长特别缓慢，属于饱和期。
综上所述，收入不会随着交易量的增加而迅速增加，应该是先快后慢，然后趋于饱和。特别是，单笔交易量必须在一个上限之内。例如，共享平台规定，大于阈值
Figure 202226DEST_PATH_IMAGE026
的交易量将不被交易。数据提供者可以将大数据包分割成小数据包进行多次交易，这样可以缓解数据传输带来的带宽压力。此外，请注意，当交易量小于阈值时
Figure 494667DEST_PATH_IMAGE027
，共享平台也会拒绝交易。
本实施例中，构建数据提供者和数据需求者之间的进化博弈模型，根据构建的进化博弈模型可以分析数据提供者的最优稳定策略的条件，可以根据这个条件制定规则，激励数据提供者对数据进行分析。
B2，根据确定的数据交易规则以及数据提供者和数据需求者之间的博弈，建立带有奖励系数的共享规则；
本实施例中，对于数据提供者，若采用共享数据策略进行数据交易，则净收益为
Figure 289448DEST_PATH_IMAGE010
；其中，
Figure 983734DEST_PATH_IMAGE011
为共享收益系数，
Figure 572979DEST_PATH_IMAGE012
为加入共享平台的成本；对于数据需求者，若加入共享平台，则能够下载并存储所有交易数据，实现资源共享；若不加入共享平台，则只需要购买最感兴趣的数据；若交易中的数据提供者和数据需求者都加入共享平台，共享平台将给予双方经济奖励
Figure 618295DEST_PATH_IMAGE013
，其中，
Figure 951187DEST_PATH_IMAGE013
表示奖励系数。在这样的交易规则下，给出数据交易的回报信息如表1所示：
表1 数据交易的回报信息
Figure 499980DEST_PATH_IMAGE029
B3，根据建立的带有奖励系数的共享规则以及动态进化博弈理论，确定描述数据提供者采取不同交易策略的微分方程组，根据构建的数据共享模型，验证数据提供者的进化稳定策略，实现电网能源计量数据的共享；
本实施例中，假设网络中共有
Figure 24240DEST_PATH_IMAGE020
个数据提供者节点，主要研究该
Figure 291274DEST_PATH_IMAGE020
个数据提供者节点之间的进化博弈模型。数据提供者可以采取两种交易策略，
Figure 427857DEST_PATH_IMAGE021
(共享数据策略）和
Figure 831156DEST_PATH_IMAGE022
（不共享数据策略）。假设
Figure 27783DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 782112DEST_PATH_IMAGE019
分别是总人口
Figure 519124DEST_PATH_IMAGE020
中采取策略
Figure 980192DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 410036DEST_PATH_IMAGE022
的比例（
Figure 822301DEST_PATH_IMAGE023
，并假设采取不同交易策略的数据需求比例也是一样的）。假设
Figure 363004DEST_PATH_IMAGE015
是数据提供者采用共享数据策略的预期效用，
Figure 944158DEST_PATH_IMAGE016
是数据提供者采用不共享数据策略的预期效用，那么可以得到：
Figure 279324DEST_PATH_IMAGE030
根据得到的
Figure 945929DEST_PATH_IMAGE015
和
Figure 24743DEST_PATH_IMAGE016
，可以计算出数据提供者的平均效用
Figure 460404DEST_PATH_IMAGE017
：
Figure 966472DEST_PATH_IMAGE025
。
本实施例中，根据动态进化博弈理论，可以得到不同交易策略下的数据提供者复制的动态方程/微分方程组（即：数据共享模型）：
Figure 618908DEST_PATH_IMAGE031
就是说，
Figure 501413DEST_PATH_IMAGE033
本实施例中，所述根据构建的数据共享模型，验证数据提供者的进化稳定策略包括：
基于确定的微分方程组，验证数据提供者的进化稳定策略（也可以称为：进化博弈论稳定行为）。
本实施例中，为了得到动态方程的进化稳定策略(ESS)，首先解决其平衡问题，令
Figure 853897DEST_PATH_IMAGE034
，动态方程最多有三个稳定状态，它们是：
Figure 734128DEST_PATH_IMAGE035
论证稳定状态的存在。
关于动态方程的EES，有以下定理：
定理1 对于动态方程，以下结论成立
如果条件
Figure 172063DEST_PATH_IMAGE036
和
Figure 530363DEST_PATH_IMAGE037
满足，那么对于数据提供者来说，不共享数据策略就是EES。
如果条件
Figure 2932DEST_PATH_IMAGE038
和
Figure 788486DEST_PATH_IMAGE039
满足，那么对于数据提供者来说，不共享数据策略就是EES。
证明。可以在任何一点上计算动态方程的雅各布矩阵，如下所示
Figure 713717DEST_PATH_IMAGE040
其中
Figure 374243DEST_PATH_IMAGE042
考虑到雅各布矩阵，可以得到三个稳定状态下的雅各布矩阵如下
Figure 701319DEST_PATH_IMAGE043
Figure 923353DEST_PATH_IMAGE044
Figure 335880DEST_PATH_IMAGE046
为了从数学上证明稳定状态的稳定性，必须证明相应雅各布矩阵的特征值有负实部。需要解决这三个矩阵的特征值。很明显，矩阵
Figure 98299DEST_PATH_IMAGE047
和
Figure 217565DEST_PATH_IMAGE048
分别是上三角和下三角矩阵，所以
Figure 672817DEST_PATH_IMAGE047
的特征值是
Figure 510323DEST_PATH_IMAGE049
和
Figure 76434DEST_PATH_IMAGE050
，而
Figure 548741DEST_PATH_IMAGE048
的特征值是
Figure 174894DEST_PATH_IMAGE051
和
Figure 499697DEST_PATH_IMAGE052
。 此外，成本可以是正的或负的。如果成本是负的，它就是一个变相的激励措施。很明显，定理中的结论是正确的。证明已经完成。
实现数据共享可以使更多的人更充分地利用现有的数据资源，减少重复劳动和相应的成本，如数据收集和数据采集，集中精力开发新的应用和系统优化。
在定理1中，得到了均衡点是EES的充分条件。这个条件涉及三个因素，加入共享平台的成本、共享收益、共享奖励。降低共享成本，增加共享收益和共享奖励是激励数据所有者共享数据的有效途径。此外，区块链技术的引入也充分保证了电网数据共享的安全性、可追溯性等优势。
本发明实施例所述的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，构建一个由数据提供者和数据需求者组成的基于区块链技术的智能电网能源计量数据共享系统模型；其中，数据提供者向数据需求者出售电网能源计量数据；根据构建的智能电网能源计量数据共享系统模型，构建基于动态进化博弈理论的数据共享模型，根据构建的数据共享模型，验证数据提供者的进化稳定策略，实现电网能源计量数据的共享。这样，能够实现智能电网中安全、高效的数据共享，从而解决现有技术中无法安全、高效地访问共享电网数据的问题。
本发明实施例所述的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法可以应用在智能电网数据共享场景中。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，其特征在于，包括：
构建一个由数据提供者和数据需求者组成的基于区块链技术的智能电网能源计量数据共享系统模型；其中，数据提供者向数据需求者出售电网能源计量数据；
根据构建的智能电网能源计量数据共享系统模型，构建基于动态进化博弈理论的数据共享模型，根据构建的数据共享模型，验证数据提供者的进化稳定策略，实现电网能源计量数据的共享。
2.根据权利要求1所述的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，其特征在于，所述数据提供者包括：供电企业和个人用户；
所述数据需求者包括：高校、院所和政府部门中的一个或多个。
3.根据权利要求2所述的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，其特征在于，所述数据需求者和供电企业作为区块链的强节点，保存着完整的数据和交易记录；
所述个人用户作为区块链的轻度节点，只提供数据，不存储数据和交易记录。
4.根据权利要求1所述的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，其特征在于，所述数据提供者采取的交易策略包括：共享数据和不共享数据；其中，共享数据是指将数据提供给区块链数据共享平台，所有加入共享平台的强节点能够下载和保存数据；
所述数据需求者采取的交易策略包括：加入共享平台和不加入共享平台。
5.根据权利要求4所述的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，其特征在于，所述根据构建的智能电网能源计量数据共享系统模型，构建基于动态进化博弈理论的数据共享模型，实现电网能源计量数据的共享包括：
建立基于数据价值增长和交易量的数据交易规则，在这个规则下，提出一个分片函数，表示数据价值随着交易量的变化而变化，同时也具备不会随着交易量的增加而迅速增加的特性；其中，交易量为交易的数据量；
根据确定的数据交易规则以及数据提供者和数据需求者之间的博弈，建立带有奖励系数的共享规则；
根据建立的带有奖励系数的共享规则以及动态进化博弈理论，确定描述数据提供者采取不同交易策略的微分方程组，根据构建的数据共享模型，验证数据提供者的进化稳定策略，实现电网能源计量数据的共享。
6.根据权利要求5所述的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，其特征在于，所述分片函数表示为：
Figure 582318DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 499458DEST_PATH_IMAGE002
表示收入；
Figure 279195DEST_PATH_IMAGE003
都表示价值增长率且满足
Figure 985989DEST_PATH_IMAGE004
;
Figure 800361DEST_PATH_IMAGE005
Figure 685140DEST_PATH_IMAGE006
Figure 952174DEST_PATH_IMAGE007
都表示常数系数；
Figure 151074DEST_PATH_IMAGE008
表示交易量；
Figure 633002DEST_PATH_IMAGE009
都表示交易量阈值。
7.根据权利要求6所述的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，其特征在于，所述根据确定的数据交易规则以及数据提供者和数据需求者之间的博弈，建立带有奖励系数的共享规则包括：
对于数据提供者，若采用共享数据策略进行数据交易，则净收益为
Figure 626366DEST_PATH_IMAGE010
；其中，
Figure 443012DEST_PATH_IMAGE011
为共享收益系数，
Figure 180024DEST_PATH_IMAGE012
为加入共享平台的成本；
对于数据需求者，若加入共享平台，则能够下载并存储所有交易数据，实现资源共享；若不加入共享平台，则只需要购买最感兴趣的数据；
若交易中的数据提供者和数据需求者都加入共享平台，共享平台将给予双方经济奖励
Figure 703409DEST_PATH_IMAGE013
，其中，
Figure 444838DEST_PATH_IMAGE013
表示奖励系数。
8.根据权利要求7所述的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，其特征在于，确定的微分方程组表示为：
Figure 686463DEST_PATH_IMAGE014
其中，
Figure 23904DEST_PATH_IMAGE015
表示数据提供者采用共享数据策略的预期效用；
Figure 667375DEST_PATH_IMAGE016
示数据提供者采用不共享数据策略的预期效用；
Figure 2541DEST_PATH_IMAGE017
表示数据提供者的平均效用；
Figure 544512DEST_PATH_IMAGE018
和
Figure 623327DEST_PATH_IMAGE019
分别表示总人口
Figure 183621DEST_PATH_IMAGE020
中采取共享数据策略
Figure 955268DEST_PATH_IMAGE021
和不共享数据策略
Figure 217491DEST_PATH_IMAGE022
的比例，
Figure 99996DEST_PATH_IMAGE023
。
9.根据权利要求8所述的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，其特征在于，数据提供者的平均效用
Figure 452480DEST_PATH_IMAGE024
表示为：
Figure 457345DEST_PATH_IMAGE026
。
10.根据权利要求8所述的基于区块链技术的智能电网电能计量数据共享方法，其特征在于，所述根据构建的数据共享模型，验证数据提供者的进化稳定策略包括：
基于确定的微分方程组，验证数据提供者的进化稳定策略。
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