[發明專利]基于區塊鏈使能的智能電網電力故障檢測與安全傳輸方法

有效

• 申請號: 202110625902.4
• 申請日: 2021-06-04
• 公開（公告）號: CN113394880B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 寧兆龍;陳晗頔;王小潔;郭磊;高新波
• 申請（專利權）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H02J13/00
• 分類號: H02J13/00;G01R31/08;H04L9/40;H04L67/1097;H04L67/12;G06N20/00
• 代理公司: 重慶市恒信知識產權代理有限公司 50102
• 代理人: 李金蓉

本發明公開了一種基于區塊鏈使能的智能電網電力故障檢測與安全傳輸方法。本發明使用無人機對電力設備進行自動檢測，將城市劃分為規模相等的域，并制定了一個多目標優化問題來最大化傳輸效益和安全性。將公式化問題分解為兩個子問題，即：安全協同傳輸優化和上傳子信道分配。對于安全協同傳輸問題，采用基于深度強化學習的改進的近端策略優化訓練算法和基于A*算法的雙目標多目的地路徑優化算法獲取數據的域內傳輸路徑和跨域傳輸路徑，對于子信道分配問題，采用改進的市場匹配算法，通過考慮有限的頻譜資源和時間敏感的電力故障來優化子信道分配。本發明為設計安全、高效、可行的智能電網電力故障檢測系統提供了一種新的解決方案。

技術領域

本發明涉及電網領域中進行電力故障檢測與數據安全傳輸的技術，通過無人機檢測來代替成本高且危險的人工檢測，尤其涉及到區塊鏈技術和數據傳輸技術相結合進行電力故障的安全傳輸。

背景技術

隨著電網的覆蓋范圍正在迅速擴大，電氣故障的檢測與維護一直是亟待解決的難題。考慮到輸電線和輸電塔長期暴露在野外，氣候變化、人為破壞、雷擊、鳥害等原因使輸電線和輸電塔成為智能電網中容易發生故障的主要設備。而目前主要采取的檢修方法仍是人工檢修。然而，復雜的地理環境、危險的高空作業和昂貴的人工費用是阻礙人工檢修準確性和及時性的巨大障礙。因此，準確地發現、記錄、上報電力故障并維護的自動化檢測范式迫在眉睫。在5G通信技術支持下，無人機(Unmanned?Aerial?Vehicle，下文簡稱無人機)信號傳輸技術為實現電力故障的自動檢測提供了機遇。不同于人工檢修，裝備有高清攝像頭和圖像識別技術的無人機能夠不受時間和地理環境的限制做到自動檢測，將識別出的電力故障用高清攝像頭記錄成視頻數據。但截至目前，根據中國工業和信息化部發布的統計數據，陸地上網絡覆蓋占比僅約20％，地球表面覆蓋占比僅約6％，對于沒有網絡覆蓋的偏遠地區，電力故障視頻需要傳輸到供電站(Power?Supply?Station，下文簡稱PSS)覆蓋的區域內上傳以人工核驗和派遣維護人員檢修。Zhang等人^[1]研究了無人機的兩種通信模式下的多無人機通信，但并不適用于偏遠地區的長距離數據傳輸問題，長距離數據傳輸過程帶來的巨大時延，這大大增加了電力故障所帶來的影響，而在這個過程中，無人機設備隨時有可能遭遇攻擊從而造成電力竊取、機密泄露等損失，如烏克蘭電網攻擊事件、委內瑞拉大范圍電網攻擊停電事件。Zhou等人^[2]提出了一種安全的無人機移動邊緣計算系統，采用低復雜度的迭代算法最大化最小保密容量，但該方法犧牲了大量傳輸性能來確保安全性，不適用于延遲敏感的電力故障傳輸場景；?Kudumakis等人^[3]研究了基于區塊鏈技術來保證安全性，雖然區塊鏈技術的成熟給工業領域的安全性帶來了機遇，但如何量化區塊鏈驗證的安全性并與性能做出權衡是一個迫在眉睫的挑戰。因此，如何在保證數據安全性的基礎上提高傳輸效率從而實現可靠的長距離電力故障數據傳輸是本發明的關注重點。

發明內容

本發明主要針對難以及時檢測電力故障并傳輸故障數據的偏遠地區。在地理環境復雜的偏遠山區，使用無人機檢測輸電線和輸電塔，并使用聯盟區塊鏈保證安全性的前提下進行高效傳輸。

針對這個問題構建了一個基于城市電網的電力故障檢測與安全傳輸系統，并制定了一個多目標優化問題來最大化傳輸效益和安全性。將公式化問題分解為兩個子問題，即：安全協同傳輸優化和上傳子信道分配。對于第一個子問題，提出一個基于區塊鏈的安全傳輸方案，并分解區塊鏈驗證優化和協同傳輸路徑優化兩個步驟，為了解決這兩個問題，相應提出了改進的近端策略優化訓練算法和一種基于A*算法的雙目標多目的地路徑優化算法來分別處理這兩個步驟；針對第二個子問題，考慮到有限的頻譜資源和電力故障的時延敏感性，提出了一種改進的市場匹配算法來優化故障信號的上傳時延，最終實現電力故障的安全高效傳輸。

因此，本發明采用的技術方案是：

一種基于區塊鏈使能的智能電網電力故障檢測與安全傳輸方法，步驟如下：

1)對城市拓撲進行域的劃分，構建城市拓撲，并以此構建傳輸模型，將供電站(PSS)覆蓋域作為城市拓撲的傳輸終點；