区块链在电网重建中的应用前瞻

李绍龙 李申章 孙捷

摘要

信息技术如今已经在许多行业中发揮了重要的作用，而区块链技术作为信息技术中的一种如今已经在房地产、金融等领域中扮演着重要的角色。区块链技术具有分布存储、共识机制等众多优点可以在当下许多领域中都能够得到有效应用，而在当前电网重建的背景下，在电力领域中应用区块链技术具有重要的现实意义。本文主要对区块链技术在电网重建中的应用进行分析，并对区块链技术在电网重建中可能出现的问题进行研究和探讨，以供

参考。

【关键词】信息技术 区块链 电网重建 应用

1 引言

自上个世纪九十年代以来，互联网技术得到了飞速发展，也对全球各行各业造成了巨大供需互动业务模型的冲击，在互联网背景下，也出现了许多新的基于互联网的经济模式。这些经济模式自推出发布以来，就凭借着众多的优点对传统的经济模式拥有着巨大的竞争优势。区块链模式就是基于互联网背景下推出的新的模式，在2015年，在美国迪士尼乐园中就出现了首次基于区块链的比特币婚姻记录，并在区块链上完成了资产登记注册。区块链在我国也得到了广泛的应用，例如：我国与泰国之间如今已经可以通过区块链来完成货币结算，基于区块链的结算模式相比传统的结算模式，结算时间只有传统结算时间的十分之一。为了更好的保障区块链这种经济模式，在去年的十月份，美国证券交易委员会就宣布出台一系列措施来保证区块链交易的安全性。正是看到了区块链在货币交易中的众多优点，欧洲学者MikeMihaylov提出了采用区块链来实现在能源领域上的交易。主要是利用区块链上点对点交易的特点，例如：有的居民家中是采用太阳能板供电，当太阳能板产生的电能较多时，居民可以通过区块链的方式来交易、转卖给其他邻居等，这种交易方式也不需要电力公司的人员参与进来，即达到了节能效果，又降低了交易难度。正是在此背景下，本文对区块链技术在电网重建中的应用进行分析研究。

2 区块链技术的定义及功能

2.1 区块链技术的定义

区块链指的是分散式节点，在该区域内所有节点地位都是平等的，不需要一个中央控制器来对其进行控制，数据库也具有可信任、安全性高等特点，区块链中所有的信息处理流程在本质上都是公开的、开放的。使用区块链进行数据库信息处理避免了过去采取中央处理器中数据流存储扎堆等现象，在区块链中的每一个节点都可以进行信息处理，也可以对所处理的信息进行编码和产生互联模块中相关的数据，相邻模块中收到数据后，也可以对接收到的数据进行分析、认证。从上可以看出，区块链可以对数据进行多个并行处理，相比过去的中心服务器而言，提高了处理速度，降低了服务器的压力，在数据处理、传输安全性上也能够得到保证。

2.2 区块链技术的功能

2.2.1 功能维度

区块链在信息处理上是分散式处理，所处理、存储的信息也都是分散、离散化的。在区块链中的数据传输上也具有透明性和可追溯性。因此在一定程度上可以保证数据传输的安全性，区块链能够实现信息辨别，具有自我组织能力强等特点，因此通过采用区块链技术就不需要通过第三方来进行担保交易等。因而在能源领域中，对能源及排放的计量认证、能量及衍生品的相关交易等，都可以通过区块链技术来予以实现。

2.2.2 对象维度

对于传统的能源系统，它的结构分部主要是通过网络、实现源码、荷载来进行界限划分等，而若是采用区块链来对能源系统进行处理，由于区块链中能够实现大数据的存储、处理等功能，因此未来在区块链中的能源系统划分将变得更加模糊，在对象维护上，点与点之间的稱合关系将变得更加紧密，在区块链中通过分散信息处理将减轻中心化数据处理的负担。

2.2.3 属性维度

区块链与传统服务器之间的本质区别是传统服务器对数据是采取集中处理，而区块链在数据处理上是采取分散化，在区块链中存储的对象也可以拥有一定的价值，例如一些虚拟货币，如比特币。正是由于区块链中存储的对象具有一定的价值，因而在区块链中可以实现对存储对象的交易、置换、认证、注册等功能。而且由于在区块链中能够实现实际物品的物流和信息流两者深度融合，所以能够在根本上实现区块链中的存储信息在价值、能量、信息三方面进行传输、交换等，这也给能源互联网的运行奠定了基础。

3 区块链技术在电网重建中的可行性分析

对于区块链技术在电网中的应用，首先要结合电网层面的实际需求看能否和区块链技术优势之间能够有个契合点。结合区块链技术，笔者认为主要有两个方面的技术优势来提高区块链技术在电网中的应用优势：首先，由于区块链中实现交易不需要第三方，对于电网系统中也就是不需要电力部门来参与其中，这能够有效的提高消费者的积极性。其次，当前电力系统中的电价都是由电力公司提出方案然后由政府相关部门来进行核准的，在定价上虽然已经是一个合理的价格范围，但采用区块链能实现电力资源交往，用户与消费者间可以通过区块链中的等价交易虚拟货币实现交易，既能够保证电力资源不浪费，又能在一定程度上确保消费者使用电力资源的费用能够得到进一步的降低。

3.1 基于区块链架构的电网系统

当前我国电力行业正努力的朝着智能电网方向发展，其中的智能化发展离不开互联网、信息技术对其提供技术支持。在当前电力信息平台中，可以依据需求来对现行的电力信息系统、数据传输方式等进行数据融合处理等，也可以通过开放式架构来实现对发电、配电、用电的智能管理。对于各个电力系统间的信息传输等都可以通过互联网通信领域中应用最为广泛的TCP/IP技术来实现信息的传输，为了提高数据传输的安全性和可靠性，在信息传输过程中对信息进行物理、逻辑隔离来保障信息传输的安全性，而在当前服务器、TCP/IP这种同行方式下，很难做到信息的物理、逻辑隔离，但在区块链中能够很容易的实现上述方式。在区块链中可以对区块内的存储信息提取特征值，再对提取的特征值进行数据处理，所提取到的特征值会随着处理时间的变化而变化，在变化形式上也主要是以指数的形式来实现上述变化，因而只需要在区块链内做哈希运算即可实现。通过哈希运算的处理提高了系统的可靠性，针对电网领域的需求，在电网领域内采用区块链的技术框架如图1所示。

如图1所示，在区块链技术框架中底层的应用层是指区块链在不同领域中的具体应用，由于应用对象的不同，因此在应用层中差别也比较大，主要是在交易信息上有着很大的不同。应用层的下一层是中间层，中间层作为应用层和协议层之间的通信信息传输，在某种意义上也是应用层的接口，中间层的具体功能是进行数据分析、数据验证以及为应用层中的应用程序提供数据接口等功能。中间层的下一层是区块链协议层，对该协议层而言主要是实现区块链中的数据交易编码算法等功能。目前来说区块链中虚拟价值物品使用最多的是比特币，比特币作为一种有价值的物品，区块链在对比特币进行交易处理时需要通过SHA256的方式进行求解，因此需要区块链有着较高的并行运算能力。到2017年1月初，对比特币的运算能力已经达到了400P浮点预算，在区块链中采用这种运算方式比当前我国最顶尖的计算器运算能力还要强。正是由于具备了这么多的优点，因此对于当前电网领域，利用区块链中强大的并行计算能力可以实时的解决好能源供需等问题，也能够通过区块链技术实现智能电表间的数据高速传输、交互等功能，通过区块链技术降低了智能电网中的互联成本，也提高了系统集成性。

3.2 多级交互下的区块链支撑

智能电网这个概念已经提出了许多年，在其概念模型中认为电网可以通过互联网、信息技术实现智能化管理，实现电网相应过程的自适应匹配功能，特别是当前技术比较成熟的前提下，利用电网供求系统变化可以实现多级交互的区块链支撑。例如：在电网系统的业务测试中，可以通过建立模型的方式来实现对电网功能的评价。通过将区块链协议作为基础，对整个信息处理流程进行分析统计，并将信息的整个处理流程融合为一个系统平台，在该平台上实现对所有业务需求的处理。在区块链技术的支持下，可以在电网系统中实现用户所有流程的自助处理，用户也可以在区块链技术支持下的系统中实现对资源信息处理、传输、交易等流程。在整个的交易过程中，可以实现对交易者信息的保密，只需要得到用户的授权即可实现电网信息系统的全部操作。由此可见，应用区块链能够实现智能电网的安全、智能、标准等要求，区块链技术能够给智能电网的具体设计提供技术支持，也能够为智能电网系统的服务提供保障。图2所示的是区块链技术的具体应用场景，可以对核心技术组件来进行分析。

如图2所示，在电网互动过程中涉及到多个机构参与其中，例如监管机构、电网企业等，每一个机构的资源需求也都互不相同，针对这个背景，可以利用区块链技术的优越性来实现多个机构之间的信息传输，从而达到资源有效分配的目的。

4 区块链技术实际应用中的问题

4.1 需要在区块中聚集大量用户负荷

区块链在电网重建中的具体应用上，也应当充分考虑到区块中用户使用电力资源的实际需求。通常来说，用户负荷主要是受到天气、季节等方面的因素影响，因此在负荷集成上主要是资源类别的不同。另外对于大型企业，资源聚集也有着更多的实际意义。例如，当收到用户需求信号时，通常对于这个需求信号要么是响应要么是拒绝响应，用逻辑表达方式也就是‘0和‘1的区别，因此这种方式在电力系统上也能够比较轻松的完成控制，但当用户数量比较多时，由于每一个用户都有着相应的响应输出结果，因此这给控制系统增加了较大的难度。对于这种方式可以采用区块链的方式来实现对响应结果的处理，在具体处理形式上，主要是通过对响应结果实行特征提取，通过对提取的特征数据进行分析，来给电网系统做出智能化控制，通过区块链这种智能响应控制方式能够对多用户系统具有较强的控制能力，这也是一种柔性负荷的控制。

4.2 用户需求电荷量难以进行评估

在需求侧资源参与电网互动时需要针对不同的产品建立数学模型来进行分析讨论，在对模型分析讨论后结合电力市场上的实际需求进行相应的匹配分析，依据模型中负荷曲线特性来分析实际的需求。在模型建立上可以制定一系列的分析策略，包括对负荷的一些特性进行分析，例如：负荷的控制线、削减性、意愿性等特性。其中，削减性主要是和设备的一些物理性能有着直接的关系；控制线主要是和负荷整体的控制系统相关；而意愿性主要是指消费者的体验等，包括用户们的用户体验、员工计划等，意愿性主要是受到主观因素影响比较大，因此在特征提取上也相对比较困难，以至于通过建模的方式来进行评估也比较困难。

4.3 区块鏈技术在电网重建初期资源耗费较大

使用区块链技术来实现电网重建时，在重建的初期需要记录、处理的数据量是最多的。因此在初期进行数据处理时，需要在区块链内采取全网广播的方式来实现数据的扫描与检验处理，对于区块链中的每一个节点接收到数据时，也需要对数据进行算法处理。这种方式在全网规模较小的时候比较方便使用，而当规模扩大时，可以采取分模块法的方式来实现认证，通过对许多个小模块进行并行处理实现后再将各个模块处理的结果汇总到一起进行结果融合。从客观上进行分析，目前区块链在电网中的实际应用还是存在着不少的问题，主要是：一方面在当前智能电网的背景下，目前电网重建的总体功能需求还不是很明朗；另一方面区块链技术在电网重建的应用上也存在一定的风险性，例如在区块内部进行数据信息处理时，这些数据在电力行业通常指的是一些电力上的算力竞争，这些算力竞争也相对比较复杂，在资源耗费上也都比较严重，而且由于算力过多也存在着一定的风险性，因此在区块链电网重建的实际使用中具有一定的风险性。

5 结论

区块链技术在当前许多领域中已经得到了广泛的应用，其最大的特点就是区块链技术的数据处理能力强、透明公开以及安全可靠，因此在区块链内可以实现虚拟有价值物品的交易等。此外，区块链区域内是分散化处理信息，和传统的服务器集中处理数据相比，抗风险的能力更强，可靠性更高，因此在交易、记账、信息发送、结算、对账等方面有着众多的优势。在当前我国大力发展智能电网的背景下利用该技术可以为整个电网重建带来活力，然而，该技术在未来如何融入现有的能源体系，如何将对现有系统基础部署的影响缩减到最小，仍然是一个复杂的课题。目前无论在产业上还是学术界均未能达成共识，后续需要针对如何实现系统平滑过渡、逐步介入能源领域，开展更深层次的研究，从而避免在技术发展过程中处于监管冲突和安全性严重妥协的两难境地。

参考文献

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