基于区块链的配电网运行异常管理机制

doi:10.11772/j.issn.1001-9081.2022111665

《计算机应用》唯一官方网站 ›› 2023, Vol. 43 ›› Issue (11): 3504-3509.DOI: 10.11772/j.issn.1001-9081.2022111665

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基于区块链的配电网运行异常管理机制

田洪亮, 葛平(), 宪明杰

东北电力大学电气工程学院，吉林吉林 132012

收稿日期:2022-11-10 修回日期:2023-02-21 接受日期:2023-02-24 发布日期:2023-03-20 出版日期:2023-11-10
通讯作者: 葛平
作者简介:田洪亮（1981—），男，吉林吉林人，副教授，博士，主要研究方向：区块链、电力设备在线监测
葛平（1998—），男，江苏盐城人，硕士研究生，主要研究方向：区块链、数据管理 gepingyjs@163.com
宪明杰（1997—），男，内蒙古呼和浩特人，硕士研究生，主要研究方向：区块链、访问控制。

Distribution network operation exception management mechanism based on blockchain

Hongliang TIAN, Ping GE(), Mingjie XIAN

School of Electrical Engineering，Northeast Electric Power University，Jilin Jilin 132012，China

Received:2022-11-10 Revised:2023-02-21 Accepted:2023-02-24 Online:2023-03-20 Published:2023-11-10
Contact: Ping GE
About author:TIAN Hongliang， born in 1981， Ph. D.， associate professor. His research interests include blockchain， online monitoring of power equipment.
GE Ping， born in 1998， M. S. candidate. His research interests include blockchain， data management.
XIAN Mingjie， born in 1997， M. S. candidate. His research interests include blockchain， access control.

摘要/Abstract

摘要：

为保障配电网稳定运行，运行异常与处理措施的信息交互通常由操作员完成，但这种方式容易受操作员的主观性影响，出现处理措施与运行异常不匹配的情况，并且缺少对交互过程信息安全的保障。因此，提出一种基于区块链的配电网异常管理网络模型——异常管理区块链网络（EMBN），以及一种改进的配电网三道防线模型。首先，根据区块链防篡改和可追溯的特性，构建异常索引区块链（AIB），根据区块中的最新信息寻找合适的措施处理运行异常；其次，构建异常交互区块链（EIB）对运行异常和处理措施的交互过程进行监控，确保处理措施的实施；最后，将EMBN应用于传统配电网的三道防线，并结合智能合约实现配电网的自适应检测和异常应对。仿真结果表明，面对配电网的复杂环境，EMBN可以匹配处理措施与运行异常，不受操作员主观性的影响；相较于传统配电网，EMBN在信息交互的信息安全方面具有一定的优越性。

关键词: 区块链, 配电网, 异常管理, 自适应, 信息安全

Abstract:

The information interaction between operation anomalies and treatments is usually completed by operators to ensure the stable operation of distribution networks， but it is vulnerable to the subjectivity of operators， resulting in the mismatch between treatments and operation anomalies， and the lack of guarantee of information security for the interaction process. Therefore， a blockchain-based network model for distribution network exception management， Exception Management Blockchain Network （EMBN）， was proposed， as well as an improved three-line defense model for distribution network. Firstly， according to the tamper-proof and traceable characteristics of blockchain， an Anomaly Index Blockchain （AIB） was constructed， and appropriate treatments were found to solve operation anomalies based on the latest information in the block. Secondly， an Exception Interact Blockchain （EIB） was constructed to monitor the interaction process of operation anomalies and treatments， and ensure the implementation of treatments. Finally， the EMBN was applied to the three-lines of defense in traditional distribution network， and the intelligent contract was combined to realize adaptive detection and anomaly response of the distribution network. Simulation results show that， facing the complicated distribution network environment， EMBN can match treatments and operation anomalies without the influence by subjectivity of operators； compared with the traditional distribution network， EMBN has the advantage in the information security of information interaction.

Key words: blockchain, distribution network, exception management, adaptive, information security

中图分类号:

TP301.2

田洪亮, 葛平, 宪明杰. 基于区块链的配电网运行异常管理机制[J]. 计算机应用, 2023, 43(11): 3504-3509.

Hongliang TIAN, Ping GE, Mingjie XIAN. Distribution network operation exception management mechanism based on blockchain[J]. Journal of Computer Applications, 2023, 43(11): 3504-3509.

图/表 12

图1 EMBN结构示意图

Fig. 1 Schematic diagram of EMBN structure

图2 AIB的数据结构

Fig. 2 Data structure of AIB

表1 AICA的权值

Tab. 1 Weights of AICA

特征项	权重	权值
节点度（c）	$w c$	0.8
介数中心性（d）	$w d$	0.5
平均路径长度（l）	$w l$	0.4

表1 AICA的权值

Tab. 1 Weights of AICA

特征项	权重	权值
节点度（c）	$w c$	0.8
介数中心性（d）	$w d$	0.5
平均路径长度（l）	$w l$	0.4

图3 EIB的数据结构

Fig. 3 Data structure of EIB

表2 EICA的权值

Tab. 2 Weights of EICA

特征项	权重	权值
恢复供电时间（e）	$w e$	0.8
负荷损失（s）	$w s$	0.6
措施实施成本（f）	$w f$	0.4

表2 EICA的权值

Tab. 2 Weights of EICA

特征项	权重	权值
恢复供电时间（e）	$w e$	0.8
负荷损失（s）	$w s$	0.6
措施实施成本（f）	$w f$	0.4

图4 改进的三道防线模型

Fig. 4 Improved three-line defense model

图5 EMBN运行过程

Fig. 5 Operation process of EMBN

表3 处理措施有限集

Tab. 3 Finite set of treatments

处理措施	措施代号	MS	O	G
加强接地	$H 1$	0.2	0.5	0.4
安排清扫	$P 1, P 2$	0.5，0.8	1.0~1.5，2.0~2.5	0.3，0.8
安装补偿装置	$Z 1$	0.4	0.5	0.2
更换导线	$R 1$	0.9	4.0~6.0	0.6

表3 处理措施有限集

Tab. 3 Finite set of treatments

处理措施	措施代号	MS	O	G
加强接地	$H 1$	0.2	0.5	0.4
安排清扫	$P 1, P 2$	0.5，0.8	1.0~1.5，2.0~2.5	0.3，0.8
安装补偿装置	$Z 1$	0.4	0.5	0.2
更换导线	$R 1$	0.9	4.0~6.0	0.6

表4 处理措施相关信息

Tab. 4 Information about treatments

应对措施	相关信息
加强接地	降低避雷器的接地电阻，使得电流可以迅速流过
安排清扫	$P 1$ 表示普通区域的常规清扫； $P 2$ 表示重污染区和异常节点相邻线路的清扫
安装补偿装置	通过安装自动跟踪补偿消弧装置抑制弧光接地过电压，同时增强防雷性能
更换导线	针对输送功率的增加，更换截面积较大的导线，或加装复导线

表4 处理措施相关信息

Tab. 4 Information about treatments

应对措施	相关信息
加强接地	降低避雷器的接地电阻，使得电流可以迅速流过
安排清扫	$P 1$ 表示普通区域的常规清扫； $P 2$ 表示重污染区和异常节点相邻线路的清扫
安装补偿装置	通过安装自动跟踪补偿消弧装置抑制弧光接地过电压，同时增强防雷性能
更换导线	针对输送功率的增加，更换截面积较大的导线，或加装复导线

表5 案例的EMBN仿真结果

Tab. 5 EMBN simulation results of cases

选择的措施代号	处理措施
$H 1, P 2$	加强接地、安排清扫
$P 2, Z 1$	安排清扫、安装补偿装置

表5 案例的EMBN仿真结果

Tab. 5 EMBN simulation results of cases

选择的措施代号	处理措施
$H 1, P 2$	加强接地、安排清扫
$P 2, Z 1$	安排清扫、安装补偿装置

图6 不同网络规模和区块记录数据大小下区块链的信息交互延迟

Fig. 6 Delay of blockchain during information interaction under different sizes of network and different sizes of data in block record

图7 传统配电网和EMBN中信息交互过程被成功攻击的概率

Fig. 7 Probability of successful attack during information interaction in traditional distribution network and EMBN

参考文献 19

1	鲍兴川，彭林. 智能配电网通信多信道调度策略［J］.计算机应用，2018，38（5）：1476-1480. 10.11772/j.issn.1001-9081.2017102444
	BAO X C， PENG L. Multi-channel scheduling strategy in smart distribution network［J］. Journal of Computer Applications， 2018， 38（5）： 1476-1480. 10.11772/j.issn.1001-9081.2017102444
2	刘康先.提升供电可靠性的智能配电网全域自愈技术研究［J］.电工技术，2022（9）：63-65.
	LIU K X. Research on the whole-area self-healing technology of smart distribution network to improve power supply reliability［J］. Electric Engineering， 2022（9）： 63-65.
3	郭庆来，辛蜀骏，孙宏斌，等.电力系统信息物理融合建模与综合安全评估：驱动力与研究构想［J］.中国电机工程学报，2016，36（6）：1481-1489. 10.13334/j.0258-8013.pcsee.2016.06.003
	GUO Q L， XIN S J， SUN H B， et al. Power system cyber-physical modelling and security assessment： motivation and ideas［J］. Proceedings of the CSEE， 2016， 36（6）： 1481-1489. 10.13334/j.0258-8013.pcsee.2016.06.003
4	韦延方，王志杰，王鹏，等.基于限流电抗电压的柔性直流配电网故障保护方法［J］.高电压技术，2022，48（12）：5068-5079.
	WEI Y F， WANG Z J， WANG P， et al. Protection method for flexible DC distribution network faults based on current limiting reactance voltage［J］. High Voltage Engineering， 2022， 48（12）： 5068-5079.
5	张筱慧，潘永超，张璐，等.考虑综合能源聚合商与配电公司利益均衡的配电网故障恢复方法［J］.电力自动化设备，2023，43（3）：38-45.
	ZHANG X H， PAN Y C， ZHANG L， et al. Distribution network fault recovery method considering balance of interests between integrated energy aggregators and power distribution company［J］. Electric Power Automation Equipment， 2023， 43（3）：38-45.
6	叶欣智，尚磊，董旭柱，等.面向配电网故障处置的知识图谱研究与应用［J］.电网技术，2022，46（10）：3739-3749.
	YE X Z， SHANG L， DONG X Z， et al. Knowledge graph for distribution network fault handling［J］. Power System Technology， 2022， 46（10）： 3739-3749.
7	潘思宇，刘宝柱.面向配电网故障快速处理的边缘计算单元优化配置方法［J］.电力建设，2022，43（3）：31-41. 10.12204/j.issn.1000-7229.2022.03.004
	PAN S Y， LIU B Z. Optimal configuration method of edge computing units for rapid faults processing in distribution network［J］. Electric Power Construction， 2022， 43（3）： 31-41. 10.12204/j.issn.1000-7229.2022.03.004
8	NAKAMOTO S. Bitcoin： a peer-to-peer electronic cash system［EB/OL］. ［2022-09-10］.. 10.2139/ssrn.3977007
9	龚钢军，张桐，魏沛芳，等.基于区块链的能源互联网智能交易与协同调度体系研究［J］.中国电机工程学报，2019，39（5）：1278-1289.
	GONG G J， ZHANG T， WEI P F， et al. Research on intelligent trading and cooperative scheduling system of energy internet based on blockchain［J］. Proceedings of the CSEE， 2019， 39（5）： 1278-1289.
10	张玲，陈思捷，严正，等.基于区块链共识机制的多区域最优潮流分布式算法［J］.中国电机工程学报，2020，40（20）：6433-6441. 10.13334/j.0258-8013.pcsee.192009
	ZHANG L， CHEN S J， YAN Z， et al. Distributed multi-area optimal power flow algorithm based on blockchain consensus mechanism［J］. Proceedings of the CSEE， 2020， 40（20）： 6433-6441. 10.13334/j.0258-8013.pcsee.192009
11	LIANG G， WELLER S R， LUO F， et al. Distributed blockchain-based data protection framework for modern power systems against cyber attacks［J］. IEEE Transactions on Smart Grid， 2019， 10（3）： 3162-3173. 10.1109/tsg.2018.2819663
12	穆程刚，丁涛，鞠畅，等.基于区块链社群思维的电力系统调频模型［J］.中国电机工程学报，2022，42（4）：1375-1387.
	MU C G， DING T， JU C， et al. Power system frequency regulation model based on blockchain community thinking［J］. Proceedings of the CSEE， 2022， 42（4）： 1375-1387.
13	佘维，胡跃，杨晓宇，等.基于能源区块链网络的虚拟电厂运行与调度模型［J］.中国电机工程学报，2017，37（13）：3729-3736.
	SHE W， HU Y， YANG X Y， et al. Virtual power plant operation and scheduling model based on energy blockchain network［J］. Proceedings of the CSEE， 2017， 37（13）： 3729-3736.
14	WATANABE H， FUJIMURA S， NAKADAIRA A， et al. Blockchain contract： securing a blockchain applied to smart contracts［C］// Proceedings of the 2016 IEEE International Conference on Consumer Electronics. Piscataway： IEEE， 2016： 467-468. 10.1109/icce.2016.7430693
15	颜拥，赵俊华，文福拴，等.能源系统中的区块链：概念、应用与展望［J］.电力建设，2017，38（2）：12-20. 10.3969/j.issn.1000-7229.2017.02.002
	YAN Y， ZHAO J H， WEN F S， et al. Blockchain in energy systems： concept， application and prospect［J］. Electric Power Construction， 2017， 38（2）： 12-20. 10.3969/j.issn.1000-7229.2017.02.002
16	陈超洋，周勇，池明，等.基于复杂网络理论的大电网脆弱性研究综述［J］.控制与决策，2022， 37（4）：782-798.
	CHEN C Y， ZHOU Y， CHI M， et al. Review of large power grid vulnerability based on complex network theory［J］. Control and Decision， 2022， 37（4）： 782-798.
17	黄志球，史文超，李晓明，等.计及分布式电源的配电网节点脆弱性分析［J］.工业安全与环保，2019，45（6）：34-39. 10.3969/j.issn.1001-425X.2019.06.008
	HUANG Z Q， SHI W C， LI X M， et al. Vulnerability analysis of distribution network nodes considering distributed generation［J］. Industrial Safety and Environmental Protection， 2019， 45（6）： 34-39. 10.3969/j.issn.1001-425X.2019.06.008
18	薛禹胜.时空协调的大停电防御框架：（一）从孤立防线到综合防御［J］.电力系统自动化，2006，30（1）：8-16.
	XUE Y S. Space-time cooperative framework for defending blackouts part Ⅰ from isolated defense lines to coordinated defending［J］. Automation of Electric Power Systems， 2006， 30（1）： 8-16.
19	沈翔宇，罗博航，陈思捷，等.能源区块链共识算法性能的评估方法与实证分析：以分布式能源交易为例［J］.中国电机工程学报，2022，42（14）：5113-5125.
	SHEN X Y， LUO B H， CHEN S J， et al. An evaluation method and empirical analysis of energy blockchain consensus algorithms： a case study of distributed energy trading［J］. Proceedings of the CSEE， 2022， 42（14）： 5113-5125.

[1]	欧云, 周恺卿, 尹鹏飞, 刘雪薇. 双收敛因子策略下的改进灰狼优化算法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(9): 2679-2685.
[2]	于碧辉, 蔡兴业, 魏靖烜. 基于提示学习的小样本文本分类方法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(9): 2735-2740.
[3]	何添, 沈宗鑫, 黄倩倩, 黄雁勇. 基于自适应学习的多视图无监督特征选择方法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(9): 2657-2664.
[4]	马海英, 李金舟, 杨及坤. 基于区块链可撤销属性的去中心化属性基加密方案[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(9): 2789-2797.
[5]	韩春港, 刘永辉. 基于GhostNet和特征融合的人脸活体检测算法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(8): 2588-2592.
[6]	周寅莹, 周允升, 余敦辉, 孙军. 基于消极相似性的自适应社会化推荐[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(8): 2439-2447.
[7]	李豆豆, 李汪根, 夏义春, 束阳, 高坤. 基于特征交互与自适应融合的骨骼动作识别[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(8): 2581-2587.
[8]	刘安阳, 赵怀慈, 蔡文龙, 许泽超, 解瑞灯. 基于主动判别机制的自适应生成对抗网络图像去模糊算法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(7): 2288-2294.
[9]	陈宛桢, 张恩, 秦磊勇, 洪双喜. 边缘计算下基于区块链的隐私保护联邦学习算法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(7): 2209-2216.
[10]	单飞桥, 王照伟, 沈跃. 基于精确时间协议的工业无线传感器网络时间同步方法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(7): 2255-2260.
[11]	刘耀, 刘茹, 翟雨. 基于网页源码结构理解的自适应爬虫代码生成方法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(6): 1779-1784.
[12]	陈璐瑀, 马小峰, 何敬, 龚生智, 高建. 基于TrustZone的区块链智能合约隐私授权方法[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(6): 1969-1978.
[13]	曹萌, 余孙婕, 曾辉, 史红周. 基于区块链的医疗数据分级访问控制与共享系统[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(5): 1518-1526.
[14]	高昊, 张庆科, 卜降龙, 李俊青, 张化祥. 基于协同变异与莱维飞行策略的教与学优化算法及其应用[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(5): 1355-1364.
[15]	汤兴恒, 郭强, 徐天慧, 张彩明. 基于多尺度核自适应滤波的股票收益预测[J]. 《计算机应用》唯一官方网站, 2023, 43(5): 1385-1393.

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Distribution network operation exception management mechanism based on blockchain

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