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

所属专题：网络空间安全

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

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Distribution network operation exception management mechanism based on blockchain

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