基于区块链感知的城市能源分析系统技术方案

本发明专利技术是一种电气区块链分区感知的能源数据记录与分析系统，市级链由政府建设，构成整体框架与基础网络，子链由政府与公司分别建设，形成广泛的电气数据感知网络。多个节点按照区域变配电的电力链路组成子链，多个子链由共识节点相互关联形成区链，实现对市区电网的覆盖。各节点长期记录多个电网运行参数，并通过专门算法校核参数间的对应关系，能够实时分析个别子链的供电异常，进而发现某些区域的设备与电气故障。本发明专利技术是区块链与物联网感知深度融合的产物，实现城市电网中的实时监控与安全运行，极大提高能源系统的智能管理水平。极大提高能源系统的智能管理水平。极大提高能源系统的智能管理水平。

【技术实现步骤摘要】
基于区块链感知的城市能源分析系统
(一)

[0001]本专利技术是能源体系中的自组织区块链感知网络，用于城市电网运行的数据分析与实时监控，属于能源大数据领域。本专利技术在变配电网络中安装感知节点与共识节点，按照变配电系统的电力链路组成子链，进而形成区链。其中，政府在道路、广场及绿地等公共区安装公有子链，公司在工厂、商城、办公等营业区安装私有子链，多个子链组成城市级区链，覆盖整个市域。各节点长期记录多个电网运行参数，并通过专门算法校核参数间的对应关系，能够实时分析个别子链的供电异常，进而发现某些区域的设备与电气故障。本专利技术是区块链与物联网感知深度融合的产物，区块链具备感知能力，实现电网的网格化管理，为建立高效的城市能源管理平台奠定技术基础。
(二)
技术介绍

[0002]区块链技术中，数据以电子记录的形式被永久储存下来，存放这些电子记录的站点称为“区块(block)”。区块是按时间顺序逐个生成的，每个区块记录了所有的数据交换活动。简而言之，区块链是多个记录着各种信息的区块连接起来组成的一个链条，每个区块代表一个节点，记载着权属、时间、账单等信息，由于账本分布在每个节点中，且修改需要标记时间戳，要非法变更这么多账本，成功的概率极低，由此可见，区块链是一种不可更改的分布式数据库。
[0003]区块链与物联网的结合是目前的技术难点，物联网的核心是感知，需要安装大量传感器，且在统一算法下分析持续产生的原始数据。区块链的核心是记录，多节点共同记账，并在分布式数据库中提取有价值的信息。城市能源网络是物联网的重要应用，引入区块链技术参与能源平衡与电网监控，目前没有成功的技术。能源管理必须遵循属地原则，而区块链的节点是理论上是全球性的，如何形成有效的自组织地区网络，是问题的关键。
[0004]注意到上述问题，本专利技术提出一种电气区块链分区感知的能源数据记录与分析系统，市级链由政府建设，构成整体框架与基础网络，子链由政府与公司分别建设，形成广泛的电气数据感知网络。多个节点按照区域变配电的电力链路组成子链，多个子链由共识节点相互关联形成区链，实现对市区电网的覆盖。感知节点定时采集一系列电气参数，并依据专门算法计算各参数的对应关系，一旦某个子链发现电气数据异常，代表其供电线路或电气设备出问题了，控制系统能够及时隔离或阻断故障，指导快速抢修，避免全局影响。本专利技术是物联网感知与区块链数据库的全新组合，实现城市电网中的实时监控与安全运行，极大提高能源系统的智能管理水平。
(三)
技术实现思路

[0005]能源系统都是地区性的，理论上说，每个地区供需基本平衡，尽量减少能源的远距离配送，是最合理的网络。要实现区域网络的自组织，需要各节点依据一定规则自动识别其身份，互相交换数据，自动完成链路配对。一定范围的节点组成一个区域网络，所有节点分属不同的区域网络。
[0006]变配电系统是从发电厂到用户配电箱的完整网络，发电厂先送电到各区域的变电站，它是输配电的中心，在系统中用来变换电压、分配电能、控制电力流向等，并通过其变压器与下级电网联系起来。下级电网接到配电房，起到电力控制和分配的作用，解决变电站出线分散和线路过长的问题，设备有进线柜、计量柜、出线柜、电容柜等。配电房出线到用户的配电箱，从配电箱细分形成各供电回路，延伸到用户的任意用电点。
[0007]上述变配电系统通过电力线连接起来，电力线是现成的物理通道。配电箱是用户的控制点，最直接反映出电气故障，其上级配电设施的数据也有很大的关联性。本专利技术以配电箱作为端测量单元，逐级安装感知设备，以电力线作为联网媒介，能够实时还原电网运行的全貌。
[0008]本专利技术提出一种定期读写数据的感知节点，分为端节点与边节点两类，都包含采集器、处理器、存储器与网卡，采集器记录各类电气参数，包括但不限于电压/电流/功率/功率因素/谐波含量/线路温升，处理器内置专门算法，计算并校核各参数间的对应关系，及时发现数据异常，存储器用于数据与计算结果的存储，需要同时存储链路中所有节点的数据，网卡是电力载波模组，调制信号并加载到电力线上，用于各节点的数据交换。另外，为组成区域链，引入共识节点，只有数据记录功能，不采集数据。
[0009]其中，端节点只有网卡，通过电力载波联网，边节点与共识节点除了网卡，还配备一个无线模组，通过手机信号连接云服务器，确保与外部交换数据。本专利技术的联网方式，是以电力载波形成局部的子链，以手机信号形成市域的区链。
[0010]由于变配电系统包含大量变压器、断路器及空气开关等物理隔离器件，对电力载波的高频信号有显著的阻断作用，载波信号的衰减很明显，尤其是变电站与配电房配备的变压器，其硅钢片绕组可能隔离信号。感知节点均安装在变配电系统(变电站/配电房/配电箱)的出线端，直接测量下级线路的电气数据，获取电网运行的多个特征值，各节点通过电力载波连接成区块链，数据以载波信号加载到电力线上，节点间互相测量信号的衰减量，满足衰减量要求的节点，系统判断属于同一个区块，其处理器在数据包中加入特定代码，互相认证链路成员的身份，自动形成一个子链。
[0011]本专利技术巧妙利用载波信号的衰减来划分区块，典型配置中，在配电箱的出线端安装节点，通过电线上传数据，经过箱内的隔离器件的衰减，传输到配电房的出线端安装的节点，衰减量<40dB，配电房节点接收数据后，重新调制并加载信号，经过配电房与变电站的隔离器件的衰减，传输到变电站的出线端安装的节点，衰减量<40dB。满足衰减量要求的节点，其信号会被其他节点记录。
[0012]子链的工作原理如下：各节点定期采集电气数据，包括但不限于电压/电流/功率/功率因素/谐波含量/线路温升，并通过专门算法，计算并校核各参数间的对应关系。子链中的每个节点都要记录所有节点的报表数据，每次记账都要标记时间戳，确保记账的准确与不可修改，形成分布式数据库，与此同时，各节点不断比对计算这些报表数据，及时发现某些节点的数据异常，且异常状态持续，说明所在线路出现故障，由于这些节点都在同一供电链路中，互相存在交联，故障原因可通过多个电气参数推测出来。
[0013]形成多个子链后，还需要组成城市范围的区链。本专利技术通过共识节点来组成区链，共识节点不采集数据，只负责子链间的互相记账，定期记录所有子链的计算结果，形成市域范围的共识。边节点也可以兼做共识节点，在存储器专门划分出一个共识区，负责子链间的
互相记账，这样的边节点对算力与存储要求较高，必须同时满足子链与公链的数据记录要求。
[0014]安装每个节点时，工程师通过手持设备，给所有节点写入GPS坐标，各子链与云服务器连接后，把链内各节点的GPS坐标发送到后台，显示在电子地图上。由此，管理者可以掌握市级区块链的全貌，实时监控城市电网的运行，打造全新的能源大数据分析平台，用户可以直观看到自己所在子链的位置，查询感知节点属于哪个区块，确保所有节点都归属于某个子链。
[0015]本专利技术中，道路、广场及绿地等公共电网的公有子链由政府建设，由于路灯均匀分布在市域范围，覆盖各区的变配电系统，可以看作本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电气区块链分区感知的能源数据记录与分析系统，在变配电网络中安装感知节点与共识节点，按照变配电系统的电力链路组成子链，进而形成区链，其特征是：感知节点有端节点和边节点两类，都包含采集器、处理器、存储器与网卡，采集器记录各类电气参数，包括但不限于电压/电流/功率/功率因素/谐波含量/线路温升，处理器内置专门算法，计算并校核各参数间的对应关系，存储器用于数据与计算结果的存储，网卡是电力载波模组，用于各节点的数据交换，另外，为组成区域链，引入共识节点，只有数据记录功能，不采集数据；感知节点均安装在变配电系统(变电站/配电房/配电箱)的出线端，直接测量下级线路的电气数据，获取电网运行的多个特征值，各节点通过电力载波连接成区块链，数据以载波信号加载到电力线上，节点间互相测量信号的衰减量，满足衰减量要求的节点，自动形成一个子链；每个子链至少包含一个边节点或者一个共识节点，且边节点和共识节点可以合并，确保能与外部交换数据，子链可以没有感知节点；子链中的各感知节点定期采集一系列电气数据，计算并校核各参数间的对应关系，每个节点都要记录所有节点的报表数据，每次记账都要标记时间戳，与此同时，各节点不断...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹梦寒，徐君龙，
申请(专利权)人：上海悟城智能系统集成有限公司，
类型：发明
国别省市：