[发明专利]基于区块链使能的智能电网电力故障检测与安全传输方法

说明书

本发明公开了一种基于区块链使能的智能电网电力故障检测与安全传输方法。本发明使用无人机对电力设备进行自动检测，将城市划分为规模相等的域，并制定了一个多目标优化问题来最大化传输效益和安全性。将公式化问题分解为两个子问题，即：安全协同传输优化和上传子信道分配。对于安全协同传输问题，采用基于深度强化学习的改进的近端策略优化训练算法和基于A*算法的双目标多目的地路径优化算法获取数据的域内传输路径和跨域传输路径，对于子信道分配问题，采用改进的市场匹配算法，通过考虑有限的频谱资源和时间敏感的电力故障来优化子信道分配。本发明为设计安全、高效、可行的智能电网电力故障检测系统提供了一种新的解决方案。

技术领域

本发明涉及电网领域中进行电力故障检测与数据安全传输的技术，通过无人机检测来代替成本高且危险的人工检测，尤其涉及到区块链技术和数据传输技术相结合进行电力故障的安全传输。

背景技术

随着电网的覆盖范围正在迅速扩大，电气故障的检测与维护一直是亟待解决的难题。考虑到输电线和输电塔长期暴露在野外，气候变化、人为破坏、雷击、鸟害等原因使输电线和输电塔成为智能电网中容易发生故障的主要设备。而目前主要采取的检修方法仍是人工检修。然而，复杂的地理环境、危险的高空作业和昂贵的人工费用是阻碍人工检修准确性和及时性的巨大障碍。因此，准确地发现、记录、上报电力故障并维护的自动化检测范式迫在眉睫。在5G通信技术支持下，无人机(Unmanned Aerial Vehicle，下文简称无人机)信号传输技术为实现电力故障的自动检测提供了机遇。不同于人工检修，装备有高清摄像头和图像识别技术的无人机能够不受时间和地理环境的限制做到自动检测，将识别出的电力故障用高清摄像头记录成视频数据。但截至目前，根据中国工业和信息化部发布的统计数据，陆地上网络覆盖占比仅约20％，地球表面覆盖占比仅约6％，对于没有网络覆盖的偏远地区，电力故障视频需要传输到供电站(Power Supply Station，下文简称PSS)覆盖的区域内上传以人工核验和派遣维护人员检修。Zhang等人^[1]研究了无人机的两种通信模式下的多无人机通信，但并不适用于偏远地区的长距离数据传输问题，长距离数据传输过程带来的巨大时延，这大大增加了电力故障所带来的影响，而在这个过程中，无人机设备随时有可能遭遇攻击从而造成电力窃取、机密泄露等损失，如乌克兰电网攻击事件、委内瑞拉大范围电网攻击停电事件。Zhou等人^[2]提出了一种安全的无人机移动边缘计算系统，采用低复杂度的迭代算法最大化最小保密容量，但该方法牺牲了大量传输性能来确保安全性，不适用于延迟敏感的电力故障传输场景； Kudumakis等人^[3]研究了基于区块链技术来保证安全性，虽然区块链技术的成熟给工业领域的安全性带来了机遇，但如何量化区块链验证的安全性并与性能做出权衡是一个迫在眉睫的挑战。因此，如何在保证数据安全性的基础上提高传输效率从而实现可靠的长距离电力故障数据传输是本发明的关注重点。

发明内容

本发明主要针对难以及时检测电力故障并传输故障数据的偏远地区。在地理环境复杂的偏远山区，使用无人机检测输电线和输电塔，并使用联盟区块链保证安全性的前提下进行高效传输。

针对这个问题构建了一个基于城市电网的电力故障检测与安全传输系统，并制定了一个多目标优化问题来最大化传输效益和安全性。将公式化问题分解为两个子问题，即：安全协同传输优化和上传子信道分配。对于第一个子问题，提出一个基于区块链的安全传输方案，并分解区块链验证优化和协同传输路径优化两个步骤，为了解决这两个问题，相应提出了改进的近端策略优化训练算法和一种基于A*算法的双目标多目的地路径优化算法来分别处理这两个步骤；针对第二个子问题，考虑到有限的频谱资源和电力故障的时延敏感性，提出了一种改进的市场匹配算法来优化故障信号的上传时延，最终实现电力故障的安全高效传输。

因此，本发明采用的技术方案是：

一种基于区块链使能的智能电网电力故障检测与安全传输方法，步骤如下：

1)对城市拓扑进行域的划分，构建城市拓扑，并以此构建传输模型，将供电站(PSS)覆盖域作为城市拓扑的传输终点；