CN114386990A - 基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理系统及方法 - Google Patents

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张倩宜
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Abstract

本发明涉及一种基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理系统及方法，包括：多个用电端、区块链和智能合约；所述用电端注册为区块链节点，并分配唯一的身份标识信息，其自动向区块链上传所采集的用电数据；所述区块链负责接收、存储并公开展示各用电端上传的用电数据。所述智能合约为部署在区块链上的程序，其获取区块链上用电端上传的用电数据并进行异常检测。

Description

基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理系统及方法
技术领域
本发明属于能源数据异常分析技术领域，涉及一种基于区块链能源数据的用电异常分析系统及方法，尤其是一种基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理系统及方法。
背景技术
区块链是一种去中心化的交易账本，用户可在不需要第三方的情况下进行点对点地交易，交易数据通过加密技术存储在区块中并以链式结构不断增长，并被长期保留。由于独特的链式结构和点对点交易的共识机制，区块链的数据很难被篡改，因此具备防篡改的特性，信息可在区块链中安全地存储、传输和处理。
智能合约是运行在区块链系统上的一段代码，可以在满足预设的特定条件下自动执行预设的操作。智能合约旨在以信息化方式传播、验证或执行合同的计算机协议。其允许在没有第三方的情况下进行可信的、可溯源的、不可逆转的交易。
挖矿，简而言之，即是生成虚拟货币的过程，进行挖矿的用户被称为矿工，成功找到虚拟货币的矿工将获得一定的虚拟货币奖励。然而，挖矿实际是通过解决复杂的数学问题如计算hash值来进行的，这需要性能强大的挖矿机器，这类机器需要全天候运转，能耗极大。目前国家对大型矿场的监管已初见成效，然而仍然存在大量家庭/公司分布式的通过国家电网进行挖矿行为，此类用户数量众多且难以监控。
随着诸如智能电表等物联网设备的广泛应用，电网得以收集大量的用户用电数据。对这些数据的分析可用于用户用电异常行为的检测，帮助能源企业进行能效管理，从而帮助电力公司降低用能成本，优化运营。目前的用户用电异常行为检测主要检测用户窃电等不法行为，且主要为基于机器学习算法的方法。
经检索发现：专利“基于区块链的用户窃电行为检测方法”公开了一种基于区块链的用户窃电行为检测方法，运用了区块链技术进行用户窃电行为检测，然而区块链在该方法中的作用尚缺乏足够的细节阐述，且仅针对用户窃电行为进行检测。专利“一种基于区块链的用电异常检测方法及设备、介质”公开了一种基于区块链的用电异常检测方法，阐述了区块链在窃电行为检测和能源交易方面的作用，然而具体的检测算法并未进行阐述。
综上所述，近年来，比特币、以太币等虚拟货币的繁荣导致以消耗电力产生算力挖矿的行为大行其是，由此导致大量的能源浪费。目前对能源数据的分析多应用在用户用电异常行为检测方面，主要通过机器学习相关算法检测用户窃电等不法行为，然而在用户用电挖矿行为检测方面还欠缺相应的技术。
同时，能源数据异常行为难以合规、可信的共享至监管部门，存在数据孤岛的现象。且现存大量检测用户用电行为的方法依赖于中心化机构的判定，缺乏足够的公开透明性。
现有的用电异常行为检测主要检测用户窃电行为，尚未有对用户挖矿行为进行检测的技术。此外，现有的基于区块链的用电行为异常检测通常在概念层面，尚未在具体算法上进行详细阐述。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理系统及方法，能够解决用户用电挖矿行为的检测与共享问题，通过将能源数据上链，将相应算法写入智能合约，并通过智能合约进行判断，实现用户用电挖矿行为可信检测，进而通过区块链将用户挖矿行为纳入有效监管之下。
本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：
一种基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理系统包括：多个用电端、区块链和智能合约；
所述用电端注册为区块链节点，并分配唯一的身份标识信息，其自动向区块链上传所采集的用电数据；
所述区块链负责接收、存储并公开展示各用电端上传的用电数据。
所述智能合约为部署在区块链上的程序，其获取区块链上用电端上传的用电数据并进行异常检测。
而且，所述用电端是智能电表等设备，能实现采集用户用电数据并自动发布至区块链的功能。
一种基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理方法，包括以下步骤：
步骤1、用电端将一段时间内的用电数据信息以及对应身份标识发布至区块链；
步骤2、智能合约获取区块链上用电端上传的用电数据并进行异常检测，并将异常信息发送至监管合约记录存档；
步骤3、将监管合约存档的结果与监管部门进行对接，实现异常数据的共享管理。
而且，所述步骤2的具体方法为：
智能合约接收到用电端上传的用电数据a1,a2,…,an后，计算平均值指标和方差指标，若计算出的平均值指标数值大于门限或方差指标数值小于门限，则将该用户标记为异常，并将异常信息发送至监管合约记录存档；
所述平均值指标为：
Figure BDA0003442771600000041
其中δ为该类型用户在该时间区域用电峰值的某固定比例；
所述方差指标为：
Figure BDA0003442771600000042
本发明的优点和有益效果：
1、本发明拟引入区块链技术解决用户用电挖矿行为的检测，并对具体算法进行详细阐述以论证其可行性与可操作性，进而实现自动检测用户用电异常行为，并将用户挖矿行为纳入监管之下的目的。
2、本发明在在系统构建步骤中，通过区块链、智能合约和智能电表相结合，能够保证用电数据的真实性，用电异常检测过程的公正公开，不依赖第三方中心化机构。
3、本发明在步骤2智能合约检测方法的设计过程中，通过引入平均值指标和方差指标能对挖矿用户进行精准定位，相比其他检测算法更具有针对性和准确性。
具体实施方式
以下对本发明实施例作进一步详述：
一种基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理系统包括：多个用电端、区块链和智能合约；
所述用电端注册为区块链节点，并分配唯一的身份标识信息，其自动向区块链上传所采集的用电数据；
所述区块链负责接收、存储并公开展示各用电端上传的用电数据。
所述智能合约为部署在区块链上的程序，其获取区块链上用电端上传的用电数据并进行异常检测。
在本实施例中，用电端可以是智能电表等设备，能实现采集用户用电数据并自动发布至区块链的功能。该过程全程保证数据的真实性，不接触任何第三方无法篡改。
一种基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理方法，包括以下步骤：
步骤1.用电端将一段时间内的用电数据信息以及对应身份标识发布至区块链；
其中，用电数据信息应包含用户在待检测时间区域内(如一周内)，各个时间段的用电量。其中各个时间段的长度应为一个小时或更低。
在本实施例中，我们用a1,a2,…,an表示某用电端上传的用电数据，其中ai表示用户在第i个时间段的用电量，i＝1,2,…n。上述数据传到区块链智能合约上进行处理。
步骤2、智能合约获取区块链上用电端上传的用电数据并进行异常检测，并将异常信息发送至监管合约记录存档。
所述步骤2的具体方法为：
智能合约接收到用电端上传的用电数据a1,a2,…,an后，计算平均值指标和方差指标，若计算出的平均值指标数值大于门限或方差指标数值小于门限，则将该用户标记为异常；
所述平均值指标(指标一)为：
Figure BDA0003442771600000061
其中δ为该类型用户在该时间区域用电峰值的某固定比例；
在本实施例中，δ由机构预先通过链下数据经验分析得出，具体的，如果用电端为家庭类型，则δ约为时间段内家庭空调用电量的某固定比例。
如果计算出的指标一数值大于某个门限τ1，则将该用户标记为异常，将信息发送至监管合约记录存档。其中τ1预先通过链下数据经验分析或机器学习得出
其工作原理为，传统的家庭或公司用电量呈现明显的周期性，即一天内在工作时处于高峰，不工作时处于低谷，且处于高峰的时间和处于低谷的时间比约为固定。故合适的选取δ可使正常用户的指标一接近于0。而挖矿用户用电量具有7*24(每周7天，每天24小时均)稳定性，即全天候处于高峰，且其用电量远大于正常用户用电量。以此方式计算出的指标一数值相对较大。
所述方差指标(指标二)为：
Figure BDA0003442771600000062
如果计算出的指标二数值小于某个门限τ2，则将该用户标记为异常，将信息发送至监管合约记录存档。其中τ2预先通过链下数据经验分析或机器学习得出
该项指标主要用于区分挖矿用电与数据中心服务器用电。
其原理为：用于云计算等服务器的用电数据存在明显的波峰波谷性质，方差较大，且所选时间段越短方差效果越明显。而挖矿用电全周期内用电稳定，计算出的指标二数值相对较小。
步骤3、将监管合约存档的结果与监管部门进行对接，实现异常数据的共享管理。
特别的，如果指标一与指标二均不达标则应标记为高概率挖矿用户。且，指标一与指标二数值偏离门限越多可信度越高。监管部门正式确定用电异常用户并进行处理，最终实现区块链能源数据的异常分析与共享管理。
需要强调的是，本发明所述实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (4)

1.一种基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理系统，其特征在于：包括：多个用电端、区块链和智能合约；
所述用电端注册为区块链节点，并分配唯一的身份标识信息，其自动向区块链上传所采集的用电数据；
所述区块链负责接收、存储并公开展示各用电端上传的用电数据。
所述智能合约为部署在区块链上的程序，其获取区块链上用电端上传的用电数据并进行异常检测。
2.根据权利要求1所述的一种基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理系统，其特征在于：所述用电端是智能电表等设备，能实现采集用户用电数据并自动发布至区块链的功能。
3.一种基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、用电端将一段时间内的用电数据信息以及对应身份标识发布至区块链；
步骤2、智能合约获取区块链上用电端上传的用电数据并进行异常检测，并将异常信息发送至监管合约记录存档；
步骤3、将监管合约存档的结果与监管部门进行对接，实现异常数据的共享管理。
4.根据权利要求3所述的一种基于区块链能源数据用电异常分析与共享管理方法，其特征在于：所述步骤2的具体方法为：
智能合约接收到用电端上传的用电数据a1,a2,…,an后，计算平均值指标和方差指标，若计算出的平均值指标数值大于门限或方差指标数值小于门限，则将该用户标记为异常，并将异常信息发送至监管合约记录存档；
所述平均值指标为：
Figure FDA0003442771590000021
其中δ为该类型用户在该时间区域用电峰值的某固定比例；
所述方差指标为：
Figure FDA0003442771590000022
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