田洪亮，葛平，憲明杰

基于區(qū)塊鏈的配電網(wǎng)運(yùn)行異常管理機(jī)制

田洪亮，葛平*，憲明杰

（東北電力大學(xué) 電氣工程學(xué)院，吉林 吉林 132012）（ ? 通信作者電子郵箱gepingyjs@163.com）

為保障配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，運(yùn)行異常與處理措施的信息交互通常由操作員完成，但這種方式容易受操作員的主觀性影響，出現(xiàn)處理措施與運(yùn)行異常不匹配的情況，并且缺少對交互過程信息安全的保障。因此，提出一種基于區(qū)塊鏈的配電網(wǎng)異常管理網(wǎng)絡(luò)模型——異常管理區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)（EMBN），以及一種改進(jìn)的配電網(wǎng)三道防線模型。首先，根據(jù)區(qū)塊鏈防篡改和可追溯的特性，構(gòu)建異常索引區(qū)塊鏈（AIB），根據(jù)區(qū)塊中的最新信息尋找合適的措施處理運(yùn)行異常；其次，構(gòu)建異常交互區(qū)塊鏈（EIB）對運(yùn)行異常和處理措施的交互過程進(jìn)行監(jiān)控，確保處理措施的實(shí)施；最后，將EMBN應(yīng)用于傳統(tǒng)配電網(wǎng)的三道防線，并結(jié)合智能合約實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自適應(yīng)檢測和異常應(yīng)對。仿真結(jié)果表明，面對配電網(wǎng)的復(fù)雜環(huán)境，EMBN可以匹配處理措施與運(yùn)行異常，不受操作員主觀性的影響；相較于傳統(tǒng)配電網(wǎng)，EMBN在信息交互的信息安全方面具有一定的優(yōu)越性。

區(qū)塊鏈；配電網(wǎng)；異常管理；自適應(yīng)；信息安全

0 引言

現(xiàn)代配電網(wǎng)為滿足社會用電需求，不斷嘗試智能配電網(wǎng)高級應(yīng)用軟件技術(shù)［1］、自愈控制技術(shù)［2］等不同手段保障配電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。在此過程中，發(fā)現(xiàn)信息安全因素占物理系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的比例逐漸增大［3］。然而，隨著智能設(shè)備在電力系統(tǒng)中應(yīng)用的不斷增加，在向控制中心傳輸和交互的途中，容易受到入侵者攻擊，威脅到整個配電網(wǎng)的安全。同時，生活中突發(fā)故障引起的停電也使配電網(wǎng)的穩(wěn)定性面臨挑戰(zhàn)。目前，針對解決配電網(wǎng)運(yùn)行過程中出現(xiàn)的異常已有較多的研究成果。文獻(xiàn)［4］中提出了一種新型直流配電網(wǎng)線路邊界保護(hù)方案，利用Savitzky-Golay濾波與直流線路的電流微分作為保護(hù)判據(jù)，有效識別故障極以及區(qū)內(nèi)、外故障，同時該方法對通信的低要求也避免了信息交互過程中可能出現(xiàn)的安全問題。文獻(xiàn)［5］中提出了一種均衡綜合能源聚合商（Integrated Energy Aggregator， IEA）與配電公司利益的配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法，采用了配電網(wǎng)故障功率缺額計(jì)算與分配模型和博弈策略，在滿足IEA利益的前提下實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)故障最優(yōu)恢復(fù)。文獻(xiàn)［6］中采用預(yù)訓(xùn)練方法構(gòu)建學(xué)習(xí)模型對故障處置數(shù)據(jù)進(jìn)行識別，并利用知識圖譜技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲和應(yīng)用，輔助調(diào)控工作人員對故障進(jìn)行決策，提升了配電網(wǎng)處理故障的效率和效果。文獻(xiàn)［7］中提出了一種面向配電網(wǎng)故障快速處理的邊緣計(jì)算單元優(yōu)化配置方法，構(gòu)造了關(guān)于經(jīng)濟(jì)性和通信實(shí)時性的目標(biāo)函數(shù)，結(jié)合可靠性和系統(tǒng)要求約束并求解配電網(wǎng)中邊緣的最優(yōu)個數(shù)，實(shí)現(xiàn)了配電網(wǎng)故障準(zhǔn)確快速的處理，保障了配電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。上述研究對于解決配電網(wǎng)運(yùn)行異常具有很好的參考意義，但也存在以下問題：1）運(yùn)行異常和處理措施很難有效聯(lián)系起來；2）處理異常時只能觀察到結(jié)果，無法實(shí)時反映應(yīng)對運(yùn)行異常的相關(guān)信息；3）運(yùn)行異常和處理措施匹配時信息交互的安全無法得到保障。

區(qū)塊鏈［8］是一種建立在點(diǎn)對點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)上的分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)，以加密的方式記錄所有的交易數(shù)據(jù)。文獻(xiàn)［8］中提到的數(shù)字虛擬貨幣因具備去中心化、無需依賴第三方的特點(diǎn)受到了大量的關(guān)注，而其中提到的區(qū)塊鏈技術(shù)也引起了電力領(lǐng)域?qū)W者的研究興趣。文獻(xiàn)［9］中提出了基于區(qū)塊鏈的能源互聯(lián)網(wǎng)層級架構(gòu)模型，同時設(shè)計(jì)了新的交易模式及信任機(jī)制，使能量流和信息流高度融合并且保證傳輸?shù)陌踩?。文獻(xiàn)［10］中提出了基于區(qū)塊鏈的多區(qū)域最優(yōu)潮流分布式算法，在互不信任的多區(qū)域互聯(lián)系統(tǒng)中，抑制惡意主體的不當(dāng)行為，保障分布式優(yōu)化的運(yùn)行。文獻(xiàn)［11］中提出了一種基于分布式區(qū)塊鏈的保護(hù)框架，增強(qiáng)了現(xiàn)代電力系統(tǒng)抵御網(wǎng)絡(luò)攻擊的自我防御能力。文獻(xiàn)［12］中提出了一種具有去中心化、多方共識和代幣激勵特點(diǎn)的區(qū)塊鏈社群思維，并以此建立了分布式調(diào)頻系統(tǒng)響應(yīng)模型，實(shí)現(xiàn)了分布式調(diào)頻資源的高效利用。然而，目前區(qū)塊鏈技術(shù)在電力領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在電力交易、系統(tǒng)優(yōu)化、信息安全等方面，對于利用區(qū)塊鏈技術(shù)解決配電網(wǎng)的運(yùn)行異常方面少有報導(dǎo)。針對上述問題，本文的主要工作包括：

1）提出一種基于區(qū)塊鏈的配電網(wǎng)異常管理網(wǎng)絡(luò)模型，解決了處理措施與運(yùn)行異常匹配時的信息斷層問題，利用區(qū)塊鏈的防篡改特性，確保處理措施與運(yùn)行異常匹配過程中的信息交互安全。

2）提出一種改進(jìn)的配電網(wǎng)三道防線模型，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)自適應(yīng)檢測和處理運(yùn)行異常，從而達(dá)到協(xié)助配電網(wǎng)保持穩(wěn)定運(yùn)行的目的。

1 異常管理區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)

文獻(xiàn)［13］中的能源區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)模型依托于區(qū)塊鏈可追溯和防篡改的特性，使用電側(cè)和供電側(cè)的信息互通，實(shí)現(xiàn)了供電和用電的合理匹配。因此，本文以上述模型為基礎(chǔ)，思考配電網(wǎng)運(yùn)行異常與處理措施合理匹配的方案，提出了異常管理區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)（Exception Management Blockchain Network， EMBN），模型結(jié)構(gòu)如圖1所示。EMBN表達(dá)式如下：

圖1　EMBN結(jié)構(gòu)示意圖

1.1　異常索引區(qū)塊鏈

定義1 異常索引區(qū)塊鏈（AIB）的表達(dá)式如下：

其中：為原始區(qū)塊鏈；為異常索引共識算法（Anomaly Indexing Consensus Algorithm， AICA）。AIB的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

依靠區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)所具有的防篡改性和可追溯性，處理措施可以根據(jù)AIB最新區(qū)塊中的異常節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行搜索，尋找可以處理的異常。本文基于權(quán)益證明（Proof Of Stake， POS）方法［14-15］提出AICA，步驟如下：

2）所有的配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)向EMBN全網(wǎng)持續(xù)廣播信息數(shù)據(jù)，并附上發(fā)送者ID。

3）所有的節(jié)點(diǎn)獨(dú)立監(jiān)聽EMBN全網(wǎng)數(shù)據(jù)，同時進(jìn)行記錄。

6）任意節(jié)點(diǎn)收到與創(chuàng)世區(qū)塊中的記錄超過個（與配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)有關(guān)）不同的回應(yīng)信息后，AICA達(dá)成共識，并產(chǎn)生新的區(qū)塊。

7）新區(qū)塊完成后，刪除之前計(jì)算權(quán)值的信息，并開始下一輪循環(huán)。

AICA中的權(quán)值和特征值可以根據(jù)所處的環(huán)境不同進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的情況，本文所給出權(quán)值和特征項(xiàng)僅為其中的一種情況。

表1　AICA的權(quán)值

1.2　異常交互區(qū)塊鏈

定義2 異常交互區(qū)塊鏈（EIB）的表達(dá)式如下：

其中：C為原始區(qū)塊鏈；為異常交互共識算法（Exception Interact Consensus Algorithm， EICA）。EIB的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

當(dāng)處理措施從AIB中獲得異常節(jié)點(diǎn)信息形成交互后，都將發(fā)送到EMBN；同時，將交互信息匯總為一個區(qū)塊，連接在EIB上。同樣本文基于POS提出EICA，步驟如下：

1）參與交互的異常節(jié)點(diǎn)和處理措施有限集向EMBN全網(wǎng)持續(xù)廣播交互信息數(shù)據(jù)，并附上發(fā)送者的ID。

2）所有的節(jié)點(diǎn)均獨(dú)立監(jiān)聽EMBN中的數(shù)據(jù)并記錄。

5）任意節(jié)點(diǎn)收到超過個（與配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)總數(shù)有關(guān)）相同的回應(yīng)消息后，EICA達(dá)成共識并產(chǎn)生新的區(qū)塊。

6）新區(qū)塊完成后，刪除之前計(jì)算權(quán)值的信息，并開始下一輪循環(huán)。

同樣EICA中的特征值和權(quán)值可以根據(jù)用電側(cè)不同要求進(jìn)行調(diào)整。

表2　EICA的權(quán)值

1.3　配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)有限集

EMBN中的配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)集由靜態(tài)節(jié)點(diǎn)集和實(shí)時節(jié)點(diǎn)集組成，并且依靠靜態(tài)節(jié)點(diǎn)集和實(shí)時節(jié)點(diǎn)集完成對配電網(wǎng)的監(jiān)測和分析。

1.3.1靜態(tài)節(jié)點(diǎn)集

隨著對電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)的研究不斷加深，發(fā)現(xiàn)大部分電網(wǎng)都含有小世界和無標(biāo)度特性，可以使用節(jié)點(diǎn)度、平均路徑長度和介數(shù)中心性等靜態(tài)指標(biāo)，從局部到全局對配電網(wǎng)進(jìn)行靜態(tài)分析。其中節(jié)點(diǎn)度可以通過與節(jié)點(diǎn)相連接的邊數(shù)反映節(jié)點(diǎn)與其他節(jié)點(diǎn)的聯(lián)系強(qiáng)弱情況；平均路徑長度為任意兩個節(jié)點(diǎn)之間距離的平均值；介數(shù)中心性是基于最短路徑來度量網(wǎng)絡(luò)的中心性［16］。因此，本文基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，首先將配電網(wǎng)中的節(jié)點(diǎn)當(dāng)作獨(dú)立的個體，將節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間連接形成的邊比作關(guān)系，接著把配電網(wǎng)抽象成有個節(jié)點(diǎn)、條邊的無向有權(quán)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖［17］。最后，把拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖所包含的節(jié)點(diǎn)信息上傳作為靜態(tài)節(jié)點(diǎn)集。靜態(tài)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)在EMBN中發(fā)揮以下作用：1）在實(shí)時數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)異常時，對配電網(wǎng)進(jìn)行靜態(tài)分析；2）在配電網(wǎng)正常運(yùn)行時，與實(shí)時數(shù)據(jù)對比，輔助AICA的運(yùn)行。

1.3.2實(shí)時節(jié)點(diǎn)集

本文中實(shí)時節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)依靠數(shù)據(jù)采集模塊［11］收集，包含電流、電壓、有功功率和無功功率等，然后通過數(shù)據(jù)采集模塊上傳到配電網(wǎng)實(shí)時節(jié)點(diǎn)集中。因?yàn)楸疚牡挠懻撝攸c(diǎn)是實(shí)時節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)上傳到EMBN后，協(xié)助AICA達(dá)成共識，使處理措施尋找到與它匹配的運(yùn)行異常，所以對實(shí)時節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)收集之前和收集期間可能產(chǎn)生的問題暫不作討論。

1.4　智能合約

為使處理措施和配電網(wǎng)運(yùn)行異常的匹配滿足用電側(cè)或供電側(cè)的要求，本文通過制定智能合約決定采取何種措施應(yīng)對配電網(wǎng)運(yùn)行過程中產(chǎn)生的異常。本文制定的智能合約如下：

其中：為應(yīng)對措施所需的時間成本；為應(yīng)對措施執(zhí)行時的危險程度；為應(yīng)對措施實(shí)施后對周圍環(huán)境的影響指數(shù)。此智能合約中的約束條件可以根據(jù)需求的不同進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)不同的場景。

2 改進(jìn)的配電網(wǎng)三道防線模型

本文在傳統(tǒng)配電網(wǎng)三道防線［18］的基礎(chǔ)上提出一種改進(jìn)的三道防線模型，如圖4所示。

圖4　改進(jìn)的三道防線模型

改進(jìn)的配電網(wǎng)三道防線融入了異常管理區(qū)塊鏈，使EMBN成為運(yùn)行異常和處理措施的信息交互中心。此外，依靠EMBN中AIB和EIB區(qū)塊中的信息，可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)檢測和處理異常。改進(jìn)的三道防線與傳統(tǒng)配電網(wǎng)三道防線的區(qū)別主要為異常管理區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)部分，如圖5所示，其中異常管理區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的具體運(yùn)行過程如下：

1）將常用措施的特性和成本的信息提交到EMBN中的應(yīng)對措施有限集合中，等待異常節(jié)點(diǎn)信息上傳。

2）當(dāng)配電網(wǎng)中出現(xiàn)異常時，異常節(jié)點(diǎn)會將自己的ID以及相關(guān)信息發(fā)布至EMBN，通過AICA形成AIB。

3）在AIB形成之后，考慮應(yīng)對措施所需的時間成本、應(yīng)對措施執(zhí)行時的危險程度和應(yīng)對措施實(shí)施后對周圍環(huán)境的影響指數(shù)等因素，制定一個智能合約以確定每一個處理措施的異常子集，從而面對不同的異常采取合適的措施。

4）在處理措施和運(yùn)行異常的信息匹配成功之后，異常節(jié)點(diǎn)完成自身所發(fā)布任務(wù)，然后實(shí)施相應(yīng)措施，最終抑制或消除配電網(wǎng)的運(yùn)行異常；同時，EMBN不斷進(jìn)行配電網(wǎng)運(yùn)行狀況的確認(rèn)，以保證每一次處理措施和運(yùn)行異常的匹配都準(zhǔn)確完成。在此過程中，通過EICA形成EIB。

圖5　EMBN運(yùn)行過程

通過上述改進(jìn)的配電網(wǎng)三道防線中的EMBN運(yùn)行機(jī)制可知，它能更好地解決傳統(tǒng)配電網(wǎng)三道防線面臨的問題。主要體現(xiàn)在：

1）運(yùn)行異常和處理措施的信息交互準(zhǔn)確執(zhí)行。在傳統(tǒng)的配電網(wǎng)三道防線中，通常根據(jù)典型故障集合組成的離線和在線決策表來處理運(yùn)行異常，以保障配電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行。然而，上述方法卻無法自適應(yīng)現(xiàn)代復(fù)雜的配電網(wǎng)環(huán)境。本文提出的改進(jìn)的配電網(wǎng)三道防線依托于EMBN中的AIB、EIB和智能合約，可以實(shí)現(xiàn)處理措施和運(yùn)行異常的準(zhǔn)確匹配，減少了操作員面對運(yùn)行異常選擇處理措施時的主觀不確定性；而且與傳統(tǒng)有限的故障集合不同，EMBN中的異常信息集合由AIB產(chǎn)生的區(qū)塊組成，理論上不存在排除在外的異常，能夠適應(yīng)現(xiàn)代復(fù)雜多變的配電網(wǎng)環(huán)境。

2）實(shí)時反映處理措施和運(yùn)行異常交互的信息。傳統(tǒng)方法中通常只能觀察到實(shí)施后的結(jié)果，無法實(shí)時觀察到處理措施匹配運(yùn)行異常的信息；然而，在改進(jìn)的配電網(wǎng)三道防線中，依賴EMBN中的EIB，可實(shí)時獲取處理措施和運(yùn)行異常的交互信息，并根據(jù)當(dāng)前配電網(wǎng)的狀況制定后續(xù)的安全措施，避免異常對配電網(wǎng)的影響進(jìn)一步擴(kuò)大而導(dǎo)致更大的損失。

3 仿真與分析

3.1　仿真實(shí)驗(yàn)

由于所描述的區(qū)塊鏈技術(shù)大多處于理論階段，很難在配電網(wǎng)的背景下進(jìn)行EMBN的完整仿真。因此，本文使用Python構(gòu)建了模擬運(yùn)行異常和處理措施交互過程的仿真程序，從而驗(yàn)證EMBN的可行性。

本文假設(shè)的場景如下：異常節(jié)點(diǎn)發(fā)布時該區(qū)域正處于打雷場景，并且所處環(huán)境污染較大，隨后配電網(wǎng)持續(xù)處于高壓狀態(tài)，出現(xiàn)配電線路異常無法穩(wěn)定運(yùn)行。在仿真程序中，上述配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)有限集中產(chǎn)生異常的節(jié)點(diǎn)，會在短時間內(nèi)將信息發(fā)布至EMBN，通過AICA形成異常索引區(qū)塊鏈AIB1。根據(jù)制定的智能合約IC決定處理措施的實(shí)施，經(jīng)EICA共識算法形成異常交互區(qū)塊EIB1。場景的仿真結(jié)果如表5所示。從仿真的結(jié)果可以看出，通過EMBN，可以實(shí)現(xiàn)異常的檢測以及運(yùn)行異常和處理措施的匹配。

表3　處理措施有限集

表4　處理措施相關(guān)信息

3.2　性能測試與分析

本文通過虛擬機(jī)搭建Hyperbench測試平臺，在配置了Intel i7 CPU頻率為3.80 GHz，內(nèi)存為8 GB RAM的64位操作系統(tǒng)上進(jìn)行相關(guān)的性能測試。由于EMBN的運(yùn)行依托于AIB和EIB，而上述區(qū)塊鏈的運(yùn)行效率取決于信息交互的延遲，即從網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)發(fā)起請求到相應(yīng)區(qū)塊生成的時間間隔［19］，所以將信息交互的延遲作為測試區(qū)塊鏈的性能指標(biāo)。

實(shí)驗(yàn)首先通過docker容器模擬區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)向區(qū)塊鏈發(fā)送信息交互的請求；然后通過配置文件修改區(qū)塊中的數(shù)據(jù)的大小模擬區(qū)塊記錄中數(shù)據(jù)的變化；最后分別記錄上述兩種情況下的延遲，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。由圖6可知，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和區(qū)塊體中記錄數(shù)據(jù)的大小會對區(qū)塊鏈的運(yùn)行效率產(chǎn)生影響，隨著部署節(jié)點(diǎn)數(shù)和區(qū)塊體中記錄數(shù)據(jù)大小的增加，區(qū)塊鏈信息交互的延遲逐漸上升。所以在提出的機(jī)制應(yīng)用于實(shí)際之前，需要考慮因網(wǎng)絡(luò)規(guī)模產(chǎn)生的延遲是否能夠滿足要求；同時，AICA和EICA中共識特征項(xiàng)的數(shù)量也應(yīng)注意，不能因?yàn)樵黾犹卣黜?xiàng)而忽略產(chǎn)生的延遲。

3.3　安全性分析

3.3.1成功攻擊的概率分析

本文根據(jù)蒙特卡羅方法，對傳統(tǒng)配電網(wǎng)和EMBN在運(yùn)行異常和處理措施信息交互過程的安全性進(jìn)行分析，主要分為信息交互之前、信息交互期間和信息交互之后三個階段。

3.3.2算例分析

由于上述分析中總體概率存在許多不確定的變量，不便于比較，因此，本文以IEEE-33節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)作為實(shí)際算例，比較傳統(tǒng)配電網(wǎng)和EMBN信息交互過程的安全性。

圖7　傳統(tǒng)配電網(wǎng)和EMBN中信息交互過程被成功攻擊的概率

4 結(jié)語

本文提出了一種異常管理區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)（EMBN），首先根據(jù)區(qū)塊鏈的可追溯和防篡改的特性構(gòu)建異常索引區(qū)塊鏈（AIB）實(shí)現(xiàn)處理措施與運(yùn)行異常的匹配；其次，構(gòu)建異常交互區(qū)塊鏈（EIB）監(jiān)測運(yùn)行異常和處理措施的信息交互過程；此外，將EMBN融入傳統(tǒng)配電網(wǎng)三道防線中，提出了一種改進(jìn)的三道防線模型，通過EMBN和其余部分的協(xié)同運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)配電網(wǎng)的自適應(yīng)檢測和運(yùn)行異常處理。仿真結(jié)果表明，EMBN可協(xié)助配電網(wǎng)保持穩(wěn)定運(yùn)行，而且與傳統(tǒng)配電網(wǎng)相比，EMBN在信息交互過程中的安全性具有明顯的優(yōu)勢。未來，將優(yōu)化EMBN的數(shù)據(jù)處理和共識算法，以適應(yīng)配電網(wǎng)復(fù)雜多變的結(jié)構(gòu)。

[1] 鮑興川，彭林. 智能配電網(wǎng)通信多信道調(diào)度策略［J］.計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2018，38（5）：1476-1480.（BAO X C， PENG L. Multi-channel scheduling strategy in smart distribution network［J］. Journal of Computer Applications， 2018， 38（5）： 1476-1480.）

[2] 劉康先.提升供電可靠性的智能配電網(wǎng)全域自愈技術(shù)研究［J］.電工技術(shù)，2022（9）：63-65.（LIU K X. Research on the whole-area self-healing technology of smart distribution network to improve power supply reliability［J］. Electric Engineering， 2022（9）： 63-65.）

[3] 郭慶來，辛蜀駿，孫宏斌，等.電力系統(tǒng)信息物理融合建模與綜合安全評估：驅(qū)動力與研究構(gòu)想［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2016，36（6）：1481-1489. （GUO Q L， XIN S J， SUN H B， et al. Power system cyber-physical modelling and security assessment： motivation and ideas［J］. Proceedings of the CSEE， 2016， 36（6）： 1481-1489.）

[4] 韋延方，王志杰，王鵬，等.基于限流電抗電壓的柔性直流配電網(wǎng)故障保護(hù)方法［J］.高電壓技術(shù)，2022，48（12）：5068-5079. （WEI Y F， WANG Z J， WANG P， et al. Protection method for flexible DC distribution network faults based on current limiting reactance voltage［J］. High Voltage Engineering， 2022， 48（12）： 5068-5079.）

[5] 張筱慧，潘永超，張璐，等.考慮綜合能源聚合商與配電公司利益均衡的配電網(wǎng)故障恢復(fù)方法［J］.電力自動化設(shè)備，2023，43（3）：38-45. （ZHANG X H， PAN Y C， ZHANG L， et al. Distribution network fault recovery method considering balance of interests between integrated energy aggregators and power distribution company［J］. Electric Power Automation Equipment， 2023， 43（3）：38-45.）

[6] 葉欣智，尚磊，董旭柱，等.面向配電網(wǎng)故障處置的知識圖譜研究與應(yīng)用［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2022，46（10）：3739-3749. （YE X Z， SHANG L， DONG X Z， et al. Knowledge graph for distribution network fault handling［J］. Power System Technology， 2022， 46（10）： 3739-3749.）

[7] 潘思宇，劉寶柱.面向配電網(wǎng)故障快速處理的邊緣計(jì)算單元優(yōu)化配置方法［J］.電力建設(shè)，2022，43（3）：31-41. （PAN S Y， LIU B Z. Optimal configuration method of edge computing units for rapid faults processing in distribution network［J］. Electric Power Construction， 2022， 43（3）： 31-41.）

[8] NAKAMOTO S. Bitcoin： a peer-to-peer electronic cash system［EB/OL］. ［2022-09-10］.https：//bitcoin.org/bitcoin.pdf.

[9] 龔鋼軍，張桐，魏沛芳，等.基于區(qū)塊鏈的能源互聯(lián)網(wǎng)智能交易與協(xié)同調(diào)度體系研究［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2019，39（5）：1278-1289.（GONG G J， ZHANG T， WEI P F， et al. Research on intelligent trading and cooperative scheduling system of energy internet based on blockchain［J］. Proceedings of the CSEE， 2019， 39（5）： 1278-1289.）

[10] 張玲，陳思捷，嚴(yán)正，等.基于區(qū)塊鏈共識機(jī)制的多區(qū)域最優(yōu)潮流分布式算法［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2020，40（20）：6433-6441. （ZHANG L， CHEN S J， YAN Z， et al. Distributed multi-area optimal power flow algorithm based on blockchain consensus mechanism［J］. Proceedings of the CSEE， 2020， 40（20）： 6433-6441.）

[11] LIANG G， WELLER S R， LUO F， et al. Distributed blockchain-based data protection framework for modern power systems against cyber attacks［J］. IEEE Transactions on Smart Grid， 2019， 10（3）： 3162-3173.

[12] 穆程剛，丁濤，鞠暢，等.基于區(qū)塊鏈社群思維的電力系統(tǒng)調(diào)頻模型［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2022，42（4）：1375-1387. （MU C G， DING T， JU C， et al. Power system frequency regulation model based on blockchain community thinking［J］. Proceedings of the CSEE， 2022， 42（4）： 1375-1387.）

[13] 佘維，胡躍，楊曉宇，等.基于能源區(qū)塊鏈網(wǎng)絡(luò)的虛擬電廠運(yùn)行與調(diào)度模型［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2017，37（13）：3729-3736. （SHE W， HU Y， YANG X Y， et al. Virtual power plant operation and scheduling model based on energy blockchain network［J］. Proceedings of the CSEE， 2017， 37（13）： 3729-3736.）

[14] WATANABE H， FUJIMURA S， NAKADAIRA A， et al. Blockchain contract： securing a blockchain applied to smart contracts［C］// Proceedings of the 2016 IEEE International Conference on Consumer Electronics. Piscataway： IEEE， 2016： 467-468.

[15] 顏擁，趙俊華，文福拴，等.能源系統(tǒng)中的區(qū)塊鏈：概念、應(yīng)用與展望［J］.電力建設(shè)，2017，38（2）：12-20. （YAN Y， ZHAO J H， WEN F S， et al. Blockchain in energy systems： concept ， application and prospect［J］. Electric Power Construction， 2017， 38（2）： 12-20.）

[16] 陳超洋，周勇，池明，等.基于復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論的大電網(wǎng)脆弱性研究綜述［J］.控制與決策，2022， 37（4）：782-798. （CHEN C Y， ZHOU Y， CHI M， et al. Review of large power grid vulnerability based on complex network theory［J］. Control and Decision， 2022， 37（4）： 782-798.）

[17] 黃志球，史文超，李曉明，等.計(jì)及分布式電源的配電網(wǎng)節(jié)點(diǎn)脆弱性分析［J］.工業(yè)安全與環(huán)保，2019，45（6）：34-39. （HUANG Z Q， SHI W C， LI X M， et al. Vulnerability analysis of distribution network nodes considering distributed generation［J］. Industrial Safety and Environmental Protection， 2019， 45（6）： 34-39.）

[18] 薛禹勝.時空協(xié)調(diào)的大停電防御框架：（一）從孤立防線到綜合防御［J］.電力系統(tǒng)自動化，2006，30（1）：8-16. （XUE Y S. Space-time cooperative framework for defending blackouts part Ⅰ from isolated defense lines to coordinated defending［J］. Automation of Electric Power Systems， 2006， 30（1）： 8-16.）

[19] 沈翔宇，羅博航，陳思捷，等.能源區(qū)塊鏈共識算法性能的評估方法與實(shí)證分析：以分布式能源交易為例［J］.中國電機(jī)工程學(xué)報，2022，42（14）：5113-5125. （SHEN X Y， LUO B H， CHEN S J， et al. An evaluation method and empirical analysis of energy blockchain consensus algorithms： a case study of distributed energy trading［J］. Proceedings of the CSEE， 2022， 42（14）： 5113-5125.）

Distribution network operation exception management mechanism based on blockchain

TIAN Hongliang， GE Ping*， XIAN Mingjie

（，，132012，）

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.

blockchain; distribution network; exception management; adaptive; information security

1001-9081（2023）11-3504-06

10.11772/j.issn.1001-9081.2022111665

2022?11?10；

2023?02?21；

田洪亮（1981—），男，吉林吉林人，副教授，博士，主要研究方向：區(qū)塊鏈、電力設(shè)備在線監(jiān)測； 葛平（1998—），男，江蘇鹽城人，碩士研究生，主要研究方向：區(qū)塊鏈、數(shù)據(jù)管理； 憲明杰（1997—），男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，碩士研究生，主要研究方向：區(qū)塊鏈、訪問控制。

TP301.2； TP391

A

2023?02?24。

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.