1、基于区块链技术的低压台区全状态信息管理系统苏斌1张雅2李程1张健3李小军1杨汉军1廖强强21.国网汉中供电公司2.上海电力大学3.国网陕西电力科学研究院摘要：为从台区角度解决三相不平衡等问题，将区块链技术与低压台区三相不平衡的管控系统相结合，在信息采集、传输与处理、管理与应用方面充分发挥区块链技术的优点，根据台区实时状态信息、台区负荷历史数据、台区设备台账信息的台区全状态信息数据库，实现了三相不平衡的治理、运行优化等，根据台区的诊断与管理，科学规划低压台区全状态信息采集与管理，可以长期根本性地解决三相不平衡问题。基于区块链的系统，电力部门还可以对用户入网进行规划、对不平衡台区电价进行建议、对不
2、平衡台区结构进行优化等。关键词：低压台区；三相不平衡；区块链；全状态信息管理系统；评估指标DOI:10.13770/ki.issn2095-705x.2023.02.011Low-voltage Substation Full-state In-formation Management System Basedon Blockchain TechnologySU Bin1,ZHANG Ya2,LI Cheng1,ZHANG Jian3,LI Xiaojun1,YANG Hanjun1,LIAO Qiangqiang2收稿日期：2022-06-28通讯作者：张雅（1999-01-），女，硕士生，
3、从事储能利用等研究管理工作SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.022023ENERGY SAVING TECHNOLOGYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.0820181.State Grid Hanzhong Power Supply Company2.Shanghai Electrical Power University3.State Grid Shaanxi Electric Power Research InstituteAbstract:In order to solve the three-phase imbalance
4、and other problems from the perspective of thestation area,the blockchain technology is combined with the three-phase unbalance control system ofthe low-voltage station area,and the advantages of blockchain technology are fully utilized in informa-tion collection,transmission and processing,manageme
5、nt and application,three-phase imbalancecontrol and operation optimization have been realized.According to the diagnosis and management ofthe substation area,scientific planning of low-voltage substation area full-state information collectionand management can fundamentally solve the three-phase imb
6、alance problem for a long time.Basedon the blockchain-based system,the power department can also plan the users access to the net-work,make suggestions on the unbalanced substation price,and optimize the unbalanced substationstructure.Key words:Low-voltage；Three-phase；Full-state Information Manageme
7、nt System;Evaluation Indi-cators0 引言三相平衡是指三相电频率、幅值相等，相位相差120，但是由于我国配电网多使用三相四线制，低压配电网的覆盖面广、结构复杂，配电网接线规划不合理、因时间和季节的用电量不同会产生三相负荷不平衡，严重的三相不平衡会增加电能的损耗、影响变压器的正常出力、削弱电能供电质量、增加供电安全隐患1。在低压配电网中，三相不平衡作为一种长期存在且无法消除的现象，电力部门应分析原因并采取针对性的措施。对于大量新型负荷入网、用户需求上升等问题，低压台区存在一些问题。首先低压台区的三相不平衡现象严重，农村电网建设早、缺少规划、台区走线混乱，大量单相大容
8、量负荷接入台区，缺少线损等评估信息；其次缺乏台区实时负荷信息以及历史状态信息，难以实现负荷的最优接入；最后台区管理不科学，缺乏规划的低压台区不利于智能化的发展。低压配电台区的问题，从早期规划、负荷最优接入，到实时监测各个环节都在影响台区的三相平衡度，因此，为解决台区三相不平衡问题制定智能管控系统很有必要。近几年区块链技术作为分布式共享数据库，在各领域都方兴未艾2。根据低压不平衡台区实时状态，基于区块链技术研制一套台区智能管控的系统，在实现三相平衡等功能的基础上，还能为电力部门提供数据基础。1 三相不平衡智能管控系统总体框架考虑到上述提到的低压配电台区的问题，该系统的设计目的是实现台区管理的科学
9、化和精细化，为保证三相平衡打下坚实的基础。从低压配电支路和负荷的电量信息采集，到根据采集的实时信息保证负荷接入最优，再到最后根据信息库来调整网络结构，实现台区的智能化进程，如图1。在该系统中，包括终端感知层、通信网络层、信息汇聚层、管理控制层、外部应用层。其中终端感知层完成负荷和线路信息的采集，信息汇聚层和通信网络层完成信息的传输3，管理控制层完成数据的分类，外部应用层完成数据的分析及应用。188SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.022023SHANGHAI ENERGY SAVING2023年第 02 期SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能ENERGY
10、 SAVING TECHNOLOGYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能SHANGHAI ENERGY CONSERVATION2018 年第 08 期 ENERGY SAVING TECHNOLOGY节能技术1）终端感知层台区的智能化管理依赖于信息的采集，对于低压用户具有小而分散的特点，所以信息的采集需要一级一级的采集，并传输到通信接口机到达通信网络层。从最初的用电表测量电力用户的数据采集，再到电表数据传输到采集器，最后统一传输到集中器，为了节约采集成本，数据传输方式包括低压电力线载
11、波、RS485等通信。2）通信网络层通信层主要为感知层的数据提供网络接入和传输。借助通信网络层的传输，可以将采集到的负荷电量信息、配电网的电流等实时数据传给汇聚层，最后打包到管理层，通信层的稳定保证了采集数据的稳定可靠传输3。3）信息汇聚层信息汇聚层具有双向性，向下为网络层提供接口，实现终端层数据的收集；向上为将采集的数据上传到数据库，实现数据的分类，便于管理控制层的应用。其主要承担下方数据的采集与访问、数据的处理与分类、数据上传到数据库、执行上层的指令。其中数据库有三种类型：电流、电压、相序、线损等台区实时状态信息的数据库；台区负荷历史数据库；台区设备台账信息库。4）管理控制层管理控制层对低
12、压配电网状态进行分析与管理，从而实现三相平衡方案、台区用电优化等电力业务。5）外部应用层将管理控制层的数据信息与分析信息进行收集，并供外部6个电力分部门进行使用。生产管理、营销管理、客服系统、用电信息、地理信息、监察等系统根据数据库的信息，进行三相不平衡度治理、用户用电引导策略、台区运行优化系统等。2 区块链技术区块链技术也称分布式账本技术，是一种互联网数据库技术，让每个人均可参与数据库记录，其特点是去中心化、公开透明、防窜改、可追溯性。区块链是由区块有序连接起来的数据结构；区块是数据集合的基本单元，区块又由区块头和区块体组成；区块头由哈希值、时间戳等组成，区块体用于记录更新的数据4。在分布式
13、数据系统里，节点如何达成共识并将交易储存在各个节点中的过程尤其关键。这个过程需要共识机制的保障，共识机制的种类很多，在实际需要中根据实际需要选取即可。智能合约的执行与验证都是无人参与的，区块链中各个独立的节点共同参与制定合约，通过公私钥对合约进行签名，P2P网络将合约部署到各个节点，对智能合约的哈希值进行计算并验证，验证通过后写入区块链，具有不可窜改性。系统整体框架设计见图1。3 基于区块链的低压台区全状态信息管理系统为实现台区的精细化和科学化管理，搭建了全状态信息管理系统，此系统可以实现对低压台区状态的监测、设备的数据监测，对经济运行等情况进行管理。随着电网智能化的发展，低压配电台区设备越来
14、越多、监测项目越来越广、监测数据越来越多样化、电网规划与评价越来越重要，为保证低压配电网的三相平衡且安全运行，采用区块链技术，可以弥补传统的过中心化、不易溯源等，解决了数据延时、数据安全的问题。3.1 总体架构基于区块链技术的管控系统，如图2所示，其由自下而上的数据层、网络层、共识层、合约层、应用层连接而成5，采用区块链的系统具有去中心化、数据存证据且可溯源、数据安全且不可窜改，完整的系统数据为低压台区三相不平衡的管理提供强大的支持，上链的系统节点共同维持低压台区的三相平衡度。将区块链技术应用于全状态信息管理系统，完成传统低压配电网管控系统的同时，兼顾区块链的优点。区块链采用多个节点共同参与管
15、理的联盟链，每个层的内容和作用：基于区块链技术的低压台区全状态信息管理系统189SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.022023ENERGY SAVING TECHNOLOGYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018图1 系统整体框架设计1）数据层主要自下而上地完成数据的采集与汇集，记录用户的用电信息、配电网的状态信息、低压网三相不平衡的电量信息等，完成终端感应层的任务并且每个集中器或者配电终端作为节点，数据存储在区块链中，此外6个电力部门作为节点对数据的分析与应用结果也应该逐个记录在区块链中。2）网络层应用P2P的传输机制，完成
16、节点对节点的全网传播，与传统的上下层中心化传输不同。3）共识层利用共识机制检测数据在节点之间的共享，根据共识算法决定记账节点。4）合约层的智能合约和脚本代码是区块链可编程的基础，保障数据的安全，此外利用智能合约建立低压配电网状态的分析与管理的专家库，保证专家库中的规则真实可靠、未被窜改6。将采集上链的数据经过专家库的筛查转化为专家经验的诊断决策建议提供生产管理部门进行决策。5）应用层为各个电力部门应用区块链数据，可以完成三相平衡方案、用户入网规划、台区用电优190SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能No.022023SHANGHAI ENERGY SAVING2023年第 02 期SHANGHAI ENERGY SAVING上海节能ENERGY SAVING TECHNOLOGYSHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能No.082018SHANGHAI ENERGY CONSERVATION上海节能SHANGHAI ENERGY CONSERVATION2018 年第 08 期 ENERGY SAVING TECHNOLOGY节能技术化、经济运行
