本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)系統(tǒng)用戶隱私保護(hù)領(lǐng)域，特別是涉及一種智能電網(wǎng)系統(tǒng)中兼顧成本效益和隱私安全的用戶端可再生能源利用方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前智能電網(wǎng)技術(shù)正在全球范圍內(nèi)快速發(fā)展，并逐步應(yīng)用于電力系統(tǒng)的運行與維護(hù)管理中，智能電網(wǎng)憑借其強大的信息處理能力和自適應(yīng)調(diào)整特性，極大地推動了電力系統(tǒng)智能化的發(fā)展。在智能電網(wǎng)中，智能電表實時監(jiān)測能源數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)反饋給能源供應(yīng)商，用于預(yù)測未來能源需求、實現(xiàn)調(diào)整能源生產(chǎn)和自適應(yīng)計費等功能。同時，由于智能電表的能源數(shù)據(jù)會泄露用戶的能源消費行為，越來越多的科研人員開始重視智能電網(wǎng)中的隱私安全問題，智能電網(wǎng)中的隱私安全成為信息安全領(lǐng)域的重要課題之一。

2、常見的隱私安全保護(hù)方法有差分隱私，安全多方計算，同態(tài)加密等方法，此外還有一些基于上述方法不斷演化以適用于更豐富的應(yīng)用場景的隱私保護(hù)方法。

3、差分隱私方法適用于數(shù)據(jù)分析場景，在量化數(shù)據(jù)分析用戶信息時發(fā)揮著重要的作用。差分隱私要求隱私算法應(yīng)當(dāng)在數(shù)據(jù)分析結(jié)果中提供足夠的隨機性以保護(hù)用戶隱私，確保單個記錄的變化幾乎不會影響數(shù)據(jù)分析的結(jié)果，使隱私竊聽者不太可能從差分隱私保護(hù)下的分析結(jié)果中識別單個用戶的記錄，從而實現(xiàn)對用戶個人信息在數(shù)據(jù)共享時的隱私保護(hù)。然而，差分隱私在具體場景使用中產(chǎn)生了爭議，2011年，kifer等研究者指出針對于數(shù)據(jù)之間相關(guān)性較強的用戶數(shù)據(jù)信息，差分隱私很難對其實現(xiàn)隱私保護(hù)，因而差分隱私只有在用戶信息數(shù)據(jù)相互獨立的情況下才有意義。綜上所述，差分隱私只保護(hù)個人記錄在數(shù)據(jù)集中的變化所造成的影響，但實際上，它并不能完全防止竊聽者從數(shù)據(jù)分析任務(wù)中推理出個人信息。

4、安全多方計算的基本思想是yao等人于20世紀(jì)80年代提出的,它是指一組互不信任的參與方之間在保護(hù)隱私信息以及沒有可信第三方的前提下的協(xié)同計算。參與方之間無法獲得其他參與方的輸入輸出數(shù)據(jù)，從而保護(hù)參與方的隱私安全。然而在具體應(yīng)用場景中，影響安全多方計算方案隱私信息泄露的因素有很多，設(shè)計一個既安全又高效的安全多方計算的實現(xiàn)方案十分具有挑戰(zhàn)性。

5、同態(tài)加密是一種特殊的加密算法。加密算法使用公鑰對信息進(jìn)行加密，使用私鑰進(jìn)行解密，同態(tài)加密與普通加密算法不同的是它不需要解密就可以對加密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，在云計算、供應(yīng)鏈，聯(lián)邦學(xué)習(xí)等領(lǐng)域具有重要。同態(tài)加密算法根據(jù)支持密文的計算類型分為全同態(tài)加密和部分同態(tài)加密，常見的部分同態(tài)加密有rsa加法同態(tài)算法、paillier同態(tài)加密，el?gamal同態(tài)算法等，全同態(tài)加密仍處于探索階段。同態(tài)加密在一定程度上可以解決數(shù)據(jù)操作與隱私保護(hù)的問題，但目前基于加性半同態(tài)加密的解決方案仍存在精度損失、交互成本高、公平性不足等局限性。同態(tài)加密從理論的提出到應(yīng)用的實踐再到廣泛的應(yīng)用階段仍有較長的路要走。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提出一種在智能電網(wǎng)中兼顧成本效益和隱私安全保護(hù)的用戶端可再生能源利用方法。

2、通過在系統(tǒng)中引入可再生能源為系統(tǒng)供電，在滿足正常用電需求之上決策出生成用電數(shù)據(jù)，通過共享生成用電數(shù)據(jù)代替真實數(shù)據(jù)來避免隱私泄露的風(fēng)險，從而實現(xiàn)隱私保護(hù)。在隱私保護(hù)最理想的條件下，竊聽者無法從塑形后的電網(wǎng)負(fù)載中獲取到與用戶真實用電相關(guān)的隱私信息。

3、本發(fā)明中生成用電數(shù)據(jù)的過程是一個馬爾可夫決策過程。馬爾可夫決策過程中的任意一個決策時刻，智能體執(zhí)行動作空間中某一動作，使環(huán)境以一定的概率由當(dāng)前狀態(tài)轉(zhuǎn)移到下一狀態(tài)，并得到相應(yīng)的獎勵，獎勵起著指引智能體學(xué)習(xí)的作用。同時，優(yōu)化決策過程中的策略以最大化累積獎勵。

4、在智能電網(wǎng)系統(tǒng)中還引入了可再生能源，向可充放電池中存儲電能，實現(xiàn)增大成本效益的目的。當(dāng)可充放電池為用戶提供的電能超過真實用電需求的時候，能源管理模塊將多余的電能出售獲得收入；無法滿足真實用電需求的時候，能源管理模塊購電以滿足正常用電需求。

5、本發(fā)明技術(shù)方案：

6、一種兼顧成本效益和隱私安全的用戶端可再生能源利用方法，用于智能電網(wǎng)，所述智能電網(wǎng)包括：可再生能源、可充放電池和能源管理模塊；其中，可再生能源向可充放電池儲能，當(dāng)電池電量達(dá)到電池最大容量時，可再生能源不再向電池供電并自動損耗；可充放電池只接受來自可再生能源的供電，并且在容量允許范圍內(nèi)為用戶供電；能源管理模塊依據(jù)用戶用電量與電池供電量決定系統(tǒng)購買或售賣的電量；處理過程包括以下步驟：

7、步驟s1、構(gòu)建智能電網(wǎng)中的馬爾可夫決策過程模型；

8、步驟s2、構(gòu)建智能電網(wǎng)中隱私安全風(fēng)險度量；

9、步驟s3、構(gòu)建智能電網(wǎng)能源管理模塊策略優(yōu)化模型；

10、步驟s4、使用對抗強化學(xué)習(xí)方法優(yōu)化能源管理模塊策略。

11、本發(fā)明面向深度強化學(xué)習(xí)研究智能電網(wǎng)系統(tǒng)用電數(shù)據(jù)隱私安全問題，構(gòu)建在用電成本效益與數(shù)據(jù)隱私安全兩者之間取得平衡的優(yōu)化問題，提出隱私安全下的生成用電數(shù)據(jù)生成策略的優(yōu)化理論，在理論成果基礎(chǔ)上實踐相關(guān)方法。

12、有益效果

13、本發(fā)明為智能電網(wǎng)提供了一種利用可再生能源增大智能電網(wǎng)成本效益的方法。可再生能源產(chǎn)生的電能一方面可存儲在可充放電池中為用戶提供電量，減小用戶對傳統(tǒng)能源的依賴，另一方面電網(wǎng)中的能源管理模塊利用可充放電池中的能量，決策生成兼顧用電隱私安全的生成用電數(shù)據(jù)。通過本發(fā)明的使用，外界竊聽者即使通過非法手段獲取到電表數(shù)據(jù)，也無法通過分析數(shù)據(jù)獲取與用戶用電隱私敏感信息，此時用戶用電隱私安全得到保護(hù)。

技術(shù)特征：

1.一種兼顧成本效益和隱私安全的用戶端可再生能源利用方法，用于智能電網(wǎng)，其特征在于，所述智能電網(wǎng)包括：可再生能源、可充放電池和能源管理模塊；其中，可再生能源向可充放電池儲能，當(dāng)電池電量達(dá)到電池最大容量時，可再生能源不再向電池供電并自動損耗；可充放電池只接受來自可再生能源的供電，并且在容量允許范圍內(nèi)為用戶供電；能源管理模塊依據(jù)用戶用電量與電池供電量決定系統(tǒng)購買或售賣的電量；

2.如權(quán)利要求1所述一種兼顧成本效益和隱私安全的用戶端可再生能源利用方法，其特征在于，步驟s1構(gòu)建智能電網(wǎng)中的馬爾可夫決策過程模型包括以下步驟：

3.如權(quán)利要求1所述一種兼顧成本效益和隱私安全的用戶端可再生能源利用方法，其特征在于，步驟s2包括以下步驟：

4.如權(quán)利要求1所述一種兼顧成本效益和隱私安全的用戶端可再生能源利用方法，其特征在于，步驟s3包括以下步驟：

5.如權(quán)利要求1所述一種兼顧成本效益和隱私安全的用戶端可再生能源利用方法，其特征在于，步驟s4包括以下步驟：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明屬于智能電網(wǎng)系統(tǒng)用戶隱私保護(hù)領(lǐng)域，特別是涉及一種智能電網(wǎng)系統(tǒng)中兼顧成本效益和隱私安全的用戶端可再生能源利用方法。所述智能電網(wǎng)包括：可再生能源、可充放電池和能源管理模塊；處理過程包括以下步驟：步驟S1、構(gòu)建智能電網(wǎng)中的馬爾可夫決策過程模型；步驟S2、構(gòu)建智能電網(wǎng)中隱私安全風(fēng)險度量；步驟S3、構(gòu)建智能電網(wǎng)能源管理模塊策略優(yōu)化模型；步驟S4、使用對抗強化學(xué)習(xí)方法優(yōu)化能源管理模塊策略。本發(fā)明為智能電網(wǎng)提供了一種利用可再生能源增大智能電網(wǎng)成本效益的方法?？稍偕茉串a(chǎn)生的電能一方面可存儲在可充放電池中為用戶提供電量，減小用戶對傳統(tǒng)能源的依賴，另一方面電網(wǎng)中的能源管理模塊利用可充放電池中的能量，決策生成兼顧用電隱私安全的生成用電數(shù)據(jù)。通過本發(fā)明的使用，外界竊聽者即使通過非法手段獲取到電表數(shù)據(jù)，也無法通過分析數(shù)據(jù)獲取與用戶用電隱私敏感信息，此時用戶用電隱私安全得到保護(hù)。

技術(shù)研發(fā)人員：田玥,李卒星,阮建,王平,魏忠祥,王俊元
受保護(hù)的技術(shù)使用者：同濟(jì)大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21