區塊鏈在電網重建中的應用前瞻

李紹龍 李申章 孫捷

摘要

信息技術如今已經在許多行業中發揮了重要的作用，而區塊鏈技術作為信息技術中的一種如今已經在房地產、金融等領域中扮演著重要的角色。區塊鏈技術具有分布存儲、共識機制等眾多優點可以在當下許多領域中都能夠得到有效應用，而在當前電網重建的背景下，在電力領域中應用區塊鏈技術具有重要的現實意義。本文主要對區塊鏈技術在電網重建中的應用進行分析，并對區塊鏈技術在電網重建中可能出現的問題進行研究和探討，以供

參考。

【關鍵詞】信息技術 區塊鏈 電網重建 應用

1 引言

自上個世紀九十年代以來，互聯網技術得到了飛速發展，也對全球各行各業造成了巨大供需互動業務模型的沖擊，在互聯網背景下，也出現了許多新的基于互聯網的經濟模式。這些經濟模式自推出發布以來，就憑借著眾多的優點對傳統的經濟模式擁有著巨大的競爭優勢。區塊鏈模式就是基于互聯網背景下推出的新的模式，在2015年，在美國迪士尼樂園中就出現了首次基于區塊鏈的比特幣婚姻記錄，并在區塊鏈上完成了資產登記注冊。區塊鏈在我國也得到了廣泛的應用，例如：我國與泰國之間如今已經可以通過區塊鏈來完成貨幣結算，基于區塊鏈的結算模式相比傳統的結算模式，結算時間只有傳統結算時間的十分之一。為了更好的保障區塊鏈這種經濟模式，在去年的十月份，美國證券交易委員會就宣布出臺一系列措施來保證區塊鏈交易的安全性。正是看到了區塊鏈在貨幣交易中的眾多優點，歐洲學者MikeMihaylov提出了采用區塊鏈來實現在能源領域上的交易。主要是利用區塊鏈上點對點交易的特點，例如：有的居民家中是采用太陽能板供電，當太陽能板產生的電能較多時，居民可以通過區塊鏈的方式來交易、轉賣給其他鄰居等，這種交易方式也不需要電力公司的人員參與進來，即達到了節能效果，又降低了交易難度。正是在此背景下，本文對區塊鏈技術在電網重建中的應用進行分析研究。

2 區塊鏈技術的定義及功能

2.1 區塊鏈技術的定義

區塊鏈指的是分散式節點，在該區域內所有節點地位都是平等的，不需要一個中央控制器來對其進行控制，數據庫也具有可信任、安全性高等特點，區塊鏈中所有的信息處理流程在本質上都是公開的、開放的。使用區塊鏈進行數據庫信息處理避免了過去采取中央處理器中數據流存儲扎堆等現象，在區塊鏈中的每一個節點都可以進行信息處理，也可以對所處理的信息進行編碼和產生互聯模塊中相關的數據，相鄰模塊中收到數據后，也可以對接收到的數據進行分析、認證。從上可以看出，區塊鏈可以對數據進行多個并行處理，相比過去的中心服務器而言，提高了處理速度，降低了服務器的壓力，在數據處理、傳輸安全性上也能夠得到保證。

2.2 區塊鏈技術的功能

2.2.1 功能維度

區塊鏈在信息處理上是分散式處理，所處理、存儲的信息也都是分散、離散化的。在區塊鏈中的數據傳輸上也具有透明性和可追溯性。因此在一定程度上可以保證數據傳輸的安全性，區塊鏈能夠實現信息辨別，具有自我組織能力強等特點，因此通過采用區塊鏈技術就不需要通過第三方來進行擔保交易等。因而在能源領域中，對能源及排放的計量認證、能量及衍生品的相關交易等，都可以通過區塊鏈技術來予以實現。

2.2.2 對象維度

對于傳統的能源系統，它的結構分部主要是通過網絡、實現源碼、荷載來進行界限劃分等，而若是采用區塊鏈來對能源系統進行處理，由于區塊鏈中能夠實現大數據的存儲、處理等功能，因此未來在區塊鏈中的能源系統劃分將變得更加模糊，在對象維護上，點與點之間的稱合關系將變得更加緊密，在區塊鏈中通過分散信息處理將減輕中心化數據處理的負擔。

2.2.3 屬性維度

區塊鏈與傳統服務器之間的本質區別是傳統服務器對數據是采取集中處理，而區塊鏈在數據處理上是采取分散化，在區塊鏈中存儲的對象也可以擁有一定的價值，例如一些虛擬貨幣，如比特幣。正是由于區塊鏈中存儲的對象具有一定的價值，因而在區塊鏈中可以實現對存儲對象的交易、置換、認證、注冊等功能。而且由于在區塊鏈中能夠實現實際物品的物流和信息流兩者深度融合，所以能夠在根本上實現區塊鏈中的存儲信息在價值、能量、信息三方面進行傳輸、交換等，這也給能源互聯網的運行奠定了基礎。

3 區塊鏈技術在電網重建中的可行性分析

對于區塊鏈技術在電網中的應用，首先要結合電網層面的實際需求看能否和區塊鏈技術優勢之間能夠有個契合點。結合區塊鏈技術，筆者認為主要有兩個方面的技術優勢來提高區塊鏈技術在電網中的應用優勢：首先，由于區塊鏈中實現交易不需要第三方，對于電網系統中也就是不需要電力部門來參與其中，這能夠有效的提高消費者的積極性。其次，當前電力系統中的電價都是由電力公司提出方案然后由政府相關部門來進行核準的，在定價上雖然已經是一個合理的價格范圍，但采用區塊鏈能實現電力資源交往，用戶與消費者間可以通過區塊鏈中的等價交易虛擬貨幣實現交易，既能夠保證電力資源不浪費，又能在一定程度上確保消費者使用電力資源的費用能夠得到進一步的降低。

3.1 基于區塊鏈架構的電網系統

當前我國電力行業正努力的朝著智能電網方向發展，其中的智能化發展離不開互聯網、信息技術對其提供技術支持。在當前電力信息平臺中，可以依據需求來對現行的電力信息系統、數據傳輸方式等進行數據融合處理等，也可以通過開放式架構來實現對發電、配電、用電的智能管理。對于各個電力系統間的信息傳輸等都可以通過互聯網通信領域中應用最為廣泛的TCP/IP技術來實現信息的傳輸，為了提高數據傳輸的安全性和可靠性，在信息傳輸過程中對信息進行物理、邏輯隔離來保障信息傳輸的安全性，而在當前服務器、TCP/IP這種同行方式下，很難做到信息的物理、邏輯隔離，但在區塊鏈中能夠很容易的實現上述方式。在區塊鏈中可以對區塊內的存儲信息提取特征值，再對提取的特征值進行數據處理，所提取到的特征值會隨著處理時間的變化而變化，在變化形式上也主要是以指數的形式來實現上述變化，因而只需要在區塊鏈內做哈希運算即可實現。通過哈希運算的處理提高了系統的可靠性，針對電網領域的需求，在電網領域內采用區塊鏈的技術框架如圖1所示。

如圖1所示，在區塊鏈技術框架中底層的應用層是指區塊鏈在不同領域中的具體應用，由于應用對象的不同，因此在應用層中差別也比較大，主要是在交易信息上有著很大的不同。應用層的下一層是中間層，中間層作為應用層和協議層之間的通信信息傳輸，在某種意義上也是應用層的接口，中間層的具體功能是進行數據分析、數據驗證以及為應用層中的應用程序提供數據接口等功能。中間層的下一層是區塊鏈協議層，對該協議層而言主要是實現區塊鏈中的數據交易編碼算法等功能。目前來說區塊鏈中虛擬價值物品使用最多的是比特幣，比特幣作為一種有價值的物品，區塊鏈在對比特幣進行交易處理時需要通過SHA256的方式進行求解，因此需要區塊鏈有著較高的并行運算能力。到2017年1月初，對比特幣的運算能力已經達到了400P浮點預算，在區塊鏈中采用這種運算方式比當前我國最頂尖的計算器運算能力還要強。正是由于具備了這么多的優點，因此對于當前電網領域，利用區塊鏈中強大的并行計算能力可以實時的解決好能源供需等問題，也能夠通過區塊鏈技術實現智能電表間的數據高速傳輸、交互等功能，通過區塊鏈技術降低了智能電網中的互聯成本，也提高了系統集成性。

3.2 多級交互下的區塊鏈支撐

智能電網這個概念已經提出了許多年，在其概念模型中認為電網可以通過互聯網、信息技術實現智能化管理，實現電網相應過程的自適應匹配功能，特別是當前技術比較成熟的前提下，利用電網供求系統變化可以實現多級交互的區塊鏈支撐。例如：在電網系統的業務測試中，可以通過建立模型的方式來實現對電網功能的評價。通過將區塊鏈協議作為基礎，對整個信息處理流程進行分析統計，并將信息的整個處理流程融合為一個系統平臺，在該平臺上實現對所有業務需求的處理。在區塊鏈技術的支持下，可以在電網系統中實現用戶所有流程的自助處理，用戶也可以在區塊鏈技術支持下的系統中實現對資源信息處理、傳輸、交易等流程。在整個的交易過程中，可以實現對交易者信息的保密，只需要得到用戶的授權即可實現電網信息系統的全部操作。由此可見，應用區塊鏈能夠實現智能電網的安全、智能、標準等要求，區塊鏈技術能夠給智能電網的具體設計提供技術支持，也能夠為智能電網系統的服務提供保障。圖2所示的是區塊鏈技術的具體應用場景，可以對核心技術組件來進行分析。

如圖2所示，在電網互動過程中涉及到多個機構參與其中，例如監管機構、電網企業等，每一個機構的資源需求也都互不相同，針對這個背景，可以利用區塊鏈技術的優越性來實現多個機構之間的信息傳輸，從而達到資源有效分配的目的。

4 區塊鏈技術實際應用中的問題

4.1 需要在區塊中聚集大量用戶負荷

區塊鏈在電網重建中的具體應用上，也應當充分考慮到區塊中用戶使用電力資源的實際需求。通常來說，用戶負荷主要是受到天氣、季節等方面的因素影響，因此在負荷集成上主要是資源類別的不同。另外對于大型企業，資源聚集也有著更多的實際意義。例如，當收到用戶需求信號時，通常對于這個需求信號要么是響應要么是拒絕響應，用邏輯表達方式也就是‘0和‘1的區別，因此這種方式在電力系統上也能夠比較輕松的完成控制，但當用戶數量比較多時，由于每一個用戶都有著相應的響應輸出結果，因此這給控制系統增加了較大的難度。對于這種方式可以采用區塊鏈的方式來實現對響應結果的處理，在具體處理形式上，主要是通過對響應結果實行特征提取，通過對提取的特征數據進行分析，來給電網系統做出智能化控制，通過區塊鏈這種智能響應控制方式能夠對多用戶系統具有較強的控制能力，這也是一種柔性負荷的控制。

4.2 用戶需求電荷量難以進行評估

在需求側資源參與電網互動時需要針對不同的產品建立數學模型來進行分析討論，在對模型分析討論后結合電力市場上的實際需求進行相應的匹配分析，依據模型中負荷曲線特性來分析實際的需求。在模型建立上可以制定一系列的分析策略，包括對負荷的一些特性進行分析，例如：負荷的控制線、削減性、意愿性等特性。其中，削減性主要是和設備的一些物理性能有著直接的關系；控制線主要是和負荷整體的控制系統相關；而意愿性主要是指消費者的體驗等，包括用戶們的用戶體驗、員工計劃等，意愿性主要是受到主觀因素影響比較大，因此在特征提取上也相對比較困難，以至于通過建模的方式來進行評估也比較困難。

4.3 區塊鏈技術在電網重建初期資源耗費較大

使用區塊鏈技術來實現電網重建時，在重建的初期需要記錄、處理的數據量是最多的。因此在初期進行數據處理時，需要在區塊鏈內采取全網廣播的方式來實現數據的掃描與檢驗處理，對于區塊鏈中的每一個節點接收到數據時，也需要對數據進行算法處理。這種方式在全網規模較小的時候比較方便使用，而當規模擴大時，可以采取分模塊法的方式來實現認證，通過對許多個小模塊進行并行處理實現后再將各個模塊處理的結果匯總到一起進行結果融合。從客觀上進行分析，目前區塊鏈在電網中的實際應用還是存在著不少的問題，主要是：一方面在當前智能電網的背景下，目前電網重建的總體功能需求還不是很明朗；另一方面區塊鏈技術在電網重建的應用上也存在一定的風險性，例如在區塊內部進行數據信息處理時，這些數據在電力行業通常指的是一些電力上的算力競爭，這些算力競爭也相對比較復雜，在資源耗費上也都比較嚴重，而且由于算力過多也存在著一定的風險性，因此在區塊鏈電網重建的實際使用中具有一定的風險性。

5 結論

區塊鏈技術在當前許多領域中已經得到了廣泛的應用，其最大的特點就是區塊鏈技術的數據處理能力強、透明公開以及安全可靠，因此在區塊鏈內可以實現虛擬有價值物品的交易等。此外，區塊鏈區域內是分散化處理信息，和傳統的服務器集中處理數據相比，抗風險的能力更強，可靠性更高，因此在交易、記賬、信息發送、結算、對賬等方面有著眾多的優勢。在當前我國大力發展智能電網的背景下利用該技術可以為整個電網重建帶來活力，然而，該技術在未來如何融入現有的能源體系，如何將對現有系統基礎部署的影響縮減到最小，仍然是一個復雜的課題。目前無論在產業上還是學術界均未能達成共識，后續需要針對如何實現系統平滑過渡、逐步介入能源領域，開展更深層次的研究，從而避免在技術發展過程中處于監管沖突和安全性嚴重妥協的兩難境地。

參考文獻

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