一种基于区块链的电力需求响应量隐私保护计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于区块链的电力需求响应量隐私保护计算方法，该方法针对区块链环境下现有的用户需求响应量计量存在的用电负荷信息隐私泄露问题，通过搭载区块链网关的需求侧智能量测终端随机生成负荷数据扰动因子，利用基于数据失真的隐私保护方式防止用户原始负荷信息泄露，实现用户需求响应量计算；进一步，为应对市场主体对需求响应补贴或响应量计量存在异议的情况，通过基于密钥分享的多方安全计算方法实现用户需求响应量的校核。本发明专利技术能够与区块链环境下的需求响应交易有效结合，解决需求响应计量过程中用户负荷信息隐私泄露问题，有效提高需求响应计量效率，同时可保持多市场主体对需求响应交易的信任。保持多市场主体对需求响应交易的信任。保持多市场主体对需求响应交易的信任。

【技术实现步骤摘要】
一种基于区块链的电力需求响应量隐私保护计算方法


[0001]本专利技术涉及属于电力系统
，涉及一种基于区块链的电力需求响应量隐私保护计算方法。

技术介绍

[0002]需求响应是我国实行碳达峰、碳中和背景下新型电力系统应对高比例新能源接入后电网季节性、时段性供需紧张问题的主要途径。与节约用电、有序用电等电力需求侧管理方式不同，以价格或激励信号引导用户参与响应是市场环境下需求响应的发展趋势。为应对传统中心化需求响应交易在数据可信存储、透明计量和响应补贴结算滞后等问题，相关企业已开展区块链技术在需求响应业务中的应用研究。其中，智能合约作为区块链核心技术在电力需求响应中日益受到重视，例如需求响应市场竞价出清、结算等业务环节均有智能合约相关应用。
[0003]然而，如何保障区块链环境下用户电力隐私信息在交易中的私密性仍是待解决的问题。特别是在需求响应结算过程中，需要验证用户响应有效性和实际响应量，以便电网公司为用户提供响应补贴。该过程在执行智能合约时需要读取区块链上存储的用户负荷信息，而该信息可能泄露用户的商业机密，因而用户希望自身信息不被他人获取的情况下完成计算任务。用户负荷信息隐私保护与区块链数据透明可追溯的技术优势形成了现实矛盾。可见，现有区块链技术在电力需求响应的应用，特别是电力需求响应量隐私保护计量算法方面还有待改进。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种基于区块链的电力需求响应量隐私保护计算方法，该方法通过数据失真方式与基于密钥分享的多方安全计算技术实现用户需求响应量的隐私保护计量。
[0005]本专利技术采用以下的技术方案：
[0006]步骤1：需求响应结束后，电网公司对需求侧智能量测终端下达用户负荷数据上传指令；智能量测终端随机生成多时段负荷数据扰动因子叠加至用户真实负荷数据，经区块链主体共识后上传至区块链；
[0007]步骤2：读取区块链上存储的用户负荷扰动数据，按事前写入的市场交易规则计算用户有效响应电量并上传至区块链；
[0008]步骤3：当市场主体对该主体需求响应补贴或响应量计量存在异议时，采用基于密钥分享的多方安全计算方法实现用户需求响应量的校核；所述的基于密钥分享的多方安全计算方法为：由电网公司调用智能合约对用户真实负荷数据进行密钥分享；计算节点获取用户数据密钥分片后完成对应时段的响应量计算过程；密钥重构方获取计算节点的计算结果，进行密钥重构得到用户响应量计量最终结果，若该结果与步骤2用户有效响应电量结果一致，则认为用户响应电量计量有效且无异议；若结果不一致则提出异议的主体可进一步
申请由可信第三方进行电力数据核查。
[0009]上述技术方案中，进一步地，所述区块链采用联盟链的模式，区块链网关嵌入需求侧智能量测终端；
[0010]所述的智能合约用于终端负荷读取、响应量计量、密钥分享、密钥收集与重构、以及节点初始化；
[0011]所述智能合约在区块链部署初期由联盟链成员共同编写完成，通过虚拟机认可的编程语言编译、部署上链；联盟链节点在需求响应量计量过程中通过正确的智能合约地址、名称以及参数信息调用智能合约，实现对应功能，获取反馈信息，并将调用过程及结果存储于区块链中。
[0012]进一步地，步骤1通过智能量测终端随机生成多时段负荷数据扰动因子，叠加至用户真实负荷数据并上传至区块链，包括：
[0013]对通用的需求响应量基线判定规则，首先生成共计M个负荷数据扰动因子P＝{P1,
…
,P
W
,P
W+1
,
…
,P
M
}，其中W表示基线判定规则给定的用户负荷基线修正窗口期时段数，需求响应持续时段数T＝M
‑
W。在此基础上，智能量测终端读取并上传扰动后的用户基线负荷与响应日负荷数据，具体表示为：
[0014][0015][0016]式中：L
CBL,t
和分别表示用户t时段的扰动基线负荷和量测基线负荷；P
t
为负荷数据扰动因子；n表示基线判定规则给定的基线参考日个数；L
CBL,k,t
表示用户在参考日k的t时段的量测负荷；L
DR,t
和分别为用户响应日扰动负荷和量测负荷。
[0017]用户扰动后的基线负荷L
CBL,t
与响应日负荷L
DR,t
经联盟链主体共识后上传至区块链作为智能合约响应量计量的输入数据。
[0018]更进一步地，步骤2调用智能合约计算用户有效响应电量，具体为：
[0019]首先计算用户基线窗口期负荷修正量，可表示为：
[0020][0021]式中：ΔL表示基线窗口期内用户响应日负荷需求与参考日的偏差，用作响应日负荷修正量。若用户在响应日负荷需求整体提升，则以参考日基线负荷进行响应量计算时应当叠加响应日负荷需求提升部分，反之扣减。
[0022]在此基础上，计算用户需求响应量，可表示为：
[0023][0024]式中：Q表示用户在T个响应时段内的电量削减，Δt表示用户负荷数据采样时间间隔。
[0025]由于用户的需求响应量计量存在固有的类同态加密属性，通过上述算法计算扰动负荷数据得到用户响应量Q与用户真实负荷数据计算得到的有效响应电量结果一致。由于负荷数据扰动因子P＝{P1,
…
,P
W
,P
W+1
,
…
,P
M
}均为随机数据，借助数据失真技术扰动用户原
始负荷数据，能够同时实现对其用电量与用电曲线等商业隐私信息的保护。
[0026]进一步地，步骤3采用基于密钥分享的多方安全计算方法实现用户需求响应量的校核，包括如下步骤：
[0027]步骤3
‑
1，由电网公司调用智能合约对窗口期t时段用户量测负荷数据进行密钥分享。基于门限秘密共享方案，设定门限值h，对给定用户t时段量测负荷数据随机选取h
‑
1个随机数{a1,a2,
…
,a
h
‑1}，并令构成多项式方程如下
[0028][0029]其中，x
i
为方程自变量x的i次方；
[0030]同理，对给定用户t时段的基线负荷数据随机选取h
‑
1个随机数{b1,b2,
…
,b
h
‑1}，并令构成多项式方程
[0031][0032]则对于各接受密钥的计算节点j，其获取密钥分片可表示为和
[0033]步骤3
‑
2，由计算节点j计算用户在窗口期时段t的负荷需求偏差，表示为
[0034][0035]式中：ΔL
t,j
表示节点j计算得到用户在窗口期时段t的负荷需求偏差。
[0036]步骤3
‑
3，由密钥重构方获取至少m(≥h)个获得密钥分片的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于区块链的电力需求响应量隐私保护计算方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：需求响应结束后，电网公司对需求侧智能量测终端下达用户负荷数据上传指令；智能量测终端随机生成多时段负荷数据扰动因子叠加至用户真实负荷数据，经区块链主体共识后上传至区块链；步骤2：读取区块链上存储的用户负荷扰动数据，按事前写入的市场交易规则计算用户有效响应电量并上传至区块链；步骤3：当市场主体对该主体需求响应补贴或响应量计量存在异议时，采用基于密钥分享的多方安全计算方法实现用户需求响应量的校核；所述的基于密钥分享的多方安全计算方法为：由电网公司调用智能合约对用户真实负荷数据进行密钥分享；计算节点获取用户数据密钥分片后完成对应时段的响应量计算过程；密钥重构方获取计算节点的计算结果，进行密钥重构得到用户响应量计量最终结果，若该结果与步骤2用户有效响应电量结果一致，则认为用户响应电量计量有效且无异议；若结果不一致则提出异议的主体可进一步申请由可信第三方进行电力数据核查。2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的电力需求响应量隐私保护计算方法，其特征在于：所述区块链采用联盟链的模式，区块链网关嵌入需求侧智能量测终端；所述的智能合约用于终端负荷读取、响应量计量、密钥分享、密钥收集与重构、以及节点初始化；所述智能合约在区块链部署初期由联盟链成员共同编写完成，通过虚拟机认可的编程语言编译、部署上链；联盟链节点在需求响应量计量过程中通过正确的智能合约地址、名称以及参数信息调用智能合约，实现对应功能，获取反馈信息，并将调用过程及结果存储于区块链中。3.根据权利要求1所述的一种基于区块链的电力需求响应量隐私保护计算方法，其特征在于：步骤1通过智能量测终端随机生成多时段负荷数据扰动因子，叠加至用户真实负荷数据，具体如下：对通用的需求响应量基线判定规则，首先生成共计M个负荷数据扰动因子P＝{P1,
…
,P
W
,P
W+1
,
…
,P
M
}，其中W表示基线判定规则给定的用户负荷基线修正窗口期时段数，需求响应持续时段数T＝M
‑
W；在此基础上，智能量测终端读取并上传扰动后的用户基线负荷与响应日负荷数据，具体表示为：为：式中：L
CBL,t
和分别表示用户t时段的扰动基线负荷和量测基线负荷；P
t
为负荷数据扰动因子；n表示基线判定规则给定的基线参考日个数；L
CBL,k,t
表示用户在参考日k的t时段的量测负荷；L
DR,t
和分别为用户响应日扰动负荷和量测负荷...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛溟枫，毛晓波，孙小燕，周寅，刘航，林振智，张智，章天晗，吕挺，谭伟涛，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司无锡供电分公司，
类型：发明
国别省市：