一种基于区块链技术的新型电力系统数据可信获取方法与流程

本发明属于新型电力系统数据获取，涉及一种新型电力系统数据可信获取方法，尤其是一种基于区块链技术的新型电力系统数据可信获取方法。

背景技术：

1、区块链技术形成伊始多应用于金融领域，完成分散式的交易记录。随着该技术的发展，区块链实现数据的高可信特性被广泛认同，区块链技术目前在电网信息方面和能源领域均有应用和研究。目前区块链技术应用在电力交易以及大用户直购电等营销模式中较多，并且该技术能够实现局域网储能系统的自动需求响应，建立响应主体间的智能合约，保障能量交易与利益分配。该技术在数据的获取和处理领域中也有广阔的应用前景。典型的区块链形成一个新交易数据区块需要10分钟左右的时间，这在交易记账等应用中是可接受的。但对于具有高比例可再生能源接入与高比例电力电子设备应用特性的新型电力系统中的应用则无法满足系统对数据实时性响应需求。

2、现有的新型电力系统数据获取技术通常采用集中式的远端测控单元装置rtu进行对现场信号、工业设备运行状态数据的检测和控制，在有限带宽的情况下，一些电力网流量业务如电力视频业务、语音调度业务则通过qos通信方式对数据进行传递与采集。然而，随着新型电力系统高比例新能源接入和高比例电力电子设备应用的“双高”特性下，面对系统中海量多源异构信息数据，传统的数据获取方法难以做出实时性相应需求，大量数据同时传输造成的通信链路拥堵增加了数据丢失率与重传率。因此，亟需提出一种新型电力系统数据获取方法，能够满足新型电力系统对数据获取方面的要求，实现对新型电力系统数据的快速、可信的获取。

3、经检索，未发现与本发明相同或相似的现有技术的专利文献。

技术实现思路

1、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技术的新型电力系统数据可信获取方法，能够解决新型电力系统下电力数据传输速度慢、数据重传率高、数据传输可信度低的技术难题。

2、本发明解决其现实问题是采取以下技术方案实现的：

3、一种基于区块链技术的新型电力系统数据可信获取方法，包括如下步骤：

4、步骤1、建立新型电力系统数据获取区块链的终端结构；

5、步骤2、基于步骤1所建立的新型电力系统数据获取区块链的终端结构，建立基于数据分组丢包重传机制的数据处理模型，对于终端节点获取的感知设备采集数据采取m/m/1/k混合制排队模型进行数据分组转发，并且选取端到端传输时间最短的节点作为数据区块生成节点，向全网节点发送验证的数据区块；

6、步骤3、基于步骤2筛选出的数据区块生成节点，建立基于数据需求响应驱动的数据传输模型；

7、步骤4、基于贪心算法求解步骤3所建立的基于数据需求响应驱动的数据传输数学模型，求取数据区块点对点最优传输路径。

8、而且，所述步骤1的具体方法为：

9、基于实际新型电力系统电力信息数据获取过程，考虑新型电力系统信息物理终端具有的自治及双向通信功能，建立生成数据区块为数据获取区块链的终端结构；

10、所述区块链终端所连接的各类传感装置完成原始电参量的数据采集；各数据获取区块链终端通过点对点网络对等通信模式互联，形成新型电力系统数据获取区块链的终端。

11、而且，所述数据获取区块链的构成为：数据区块包含区块头和区块体两个部分；区块头包括本区块版本号、前一个区块的地址、该区块产生的时间戳等信息；区块体中包含从各感知器中获得的数据特征变换值原始数据，新型电力系统数据包含母线电压、线路潮流及智能电表采集功率等数据，时序数据可视为<id,time,value>三元组合。

12、而且，所述数据获取区块链的形成过程为：数据首先从发送节点传输到全网节点，经过验证存储数据-获取建立区块权利-节点vi建立数据区块，再经过广播数据区块到全网节点，进行验证区块-链接区块主链，最终保存到区块主链上,数据获取区块链终端从传感器获取数据到保存数据到区块主链上经过两次全网节点广播。

13、而且，所述步骤2的具体方法为：

14、基于步骤1中所建立的数据获取区块链的终端结构，根据终端节点获取的感知设备采集数据建立基于数据分组丢包重传机制的数据处理模型，终端节点对于分组数据的处理过程设置为m/m/1/k混合制排队模型，假设数据到达节点视为服从泊松分布，平均速率设为λ；节点按照先进先出方式进行数据分组转发，转发速率为μ，服从指数分布；节点缓存容量配置为m，则则可得到对应网络性能参数：丢包率ploss和在节点中的延时时间tdelay表示为如下：

15、

16、除数据排队处理时间，端到端传输时间还包括链路传输时间和丢包重传等待时间；若数据由节点s发送至接收节点d，且经过k次跳节点转发，则端到端传输时间为ts-d：

17、

18、式中：li为传输路径上第i条链路的长度，v为传输速度，为分组数据重传成功之前的等待时间；

19、因此，依照区块链生成过程，选取min(max(ts1-i,ts2-i,……tsn-i))的节点作为生成数据区块的节点，并向全网节点发送验证的数据区块。

20、而且，所述步骤3的具体方法为：

21、将数据区块生成节点作为网络传输源节点，数据传输终点为目的节点，以负载均衡度为目标函数建立数据按需驱动传输数学模型：

22、其中，p2p网络负载均衡度计算公式为：

23、

24、式中：rbi表示p2p源节点到目的节点路径上的剩余带宽，表示所有链路上剩余带宽的均值，n为链路条数；

25、建立基于数据需求响应驱动的数据传输数学模型如下：

26、

27、约束条件依次表示：传输延时ts-d不大于业务需求选取x延时delaybr；传输链路有剩余带宽rbi>0；传输路径跳数hops-d不大于传输需求hopbr约束；传入节点的数据量∑data(vi)in等于传出节点的数据量∑data(vi)out，保证节点内数据信息对等。

28、而且，所述步骤4的基于贪心算法求解基于数据需求响应驱动的数据传输数学模型具体方法为：

29、输入为：区块链数据需求矩阵[w]，p2p网络参数：带宽邻接矩阵b(bij),链路长度l,节点个数n，节点处理延时t；

30、1)初始化p2p网络参数：链路带宽b(bij)、链路长度l1、节点时延t、节点数n,并发送数据矩阵w。

31、2)计算发送节点数h，并根据数据量排序。

32、3)执行贪心策略，生成w(1,h)对应节点的传播路径集

33、r(0)＝{r01,r02,…,r0n}。

34、4)节点数递减，h＝h-1。

35、5)判断若h≠0，则定义a＝w(1,i),i＝1。若h＝0，则输出传输路径集r＝{r01,r02,…,r0n,…,ri1,ri2,…,rin}(i＝h-1),循环结束。

36、6)计算发送节点a到节点i的k条路径。

37、7)计算目标函数bp2p并保存新路径r＝{r01,r02,…,r0n,…,rai}

38、8)更新p2p网络带宽矩阵，更新节点集。

39、9)i＝i+1,判断i<n是否成立，若i<n成立，则返回步骤6)；若不成立，则返回步骤4)。

40、输出为：数据区块传输路径集r。选取数据区块点对点最优传输路径，实现新型电力系统数据的可信获取。

41、本发明的优点和有益效果：

42、1、本发明提出一种基于区块链技术的新型电力系统数据可信获取方法，通过定义新型电力系统私有化数据获取区块链终端结构，建立基于数据分组丢包重传机制的数据处理模型，优化数据获取与传发。并针对传统区块链构建过程耗时大的缺陷，提出基于数据需求响应驱动的数据传输模型，采用排队论和数据按需驱动传输提升数据区块建链速度，保证电力数据快速传输与可信获取。

43、2、本发明提出一种基于区块链技术的新型电力系统数据可信获取方法，对比传统的新型电力系统集中式获取架构，区块链技术具有去中心化、高可信性的特点，单独数据区块间接受主站统一调度，同时各自独立运行，实现去中心化的共享数据结构。同时针对传统区块链构建过程耗时大的缺陷，本发明方法提出基于数据需求响应驱动的数据传输模型，采用基于排队论与贪心算法的数据需求响应驱动提升数据区块传输以及建链速度。通过仿真实验证明该方法对比现有的传统数据传输方法在链路使用率以及数据可信获取方法(数据重传率低)均具有较大优势。