Nature子刊 | 清华大学陈群课题组打破分布式能源系统管理中的去中心化-隐私-安全三重困境

近日，清华大学航天航空学院陈群课题组在多主体分布式能源系统的去中心化管理研究中取得新进展。该研究将传统的去中心化数学算法和区块链技术创新性融合，通过机制设计构建了分布式能源系统的多方去中心化管理框架，解决了决策安全和隐私保护间的矛盾。相关研究成果于5月27日以「打破分布式能源系统管理中的去中心化-隐私-安全三重困境」（Break down the Decentralization-Security-Privacy Trilemma in Management of Distributed Energy Systems）为题，发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

清华大学航天航空学院2020级博士生孙清晗为论文第一作者，陈群教授为论文通讯作者。合作者包括清华大学航天航空学院博士后马欢、赵甜和2018级博士生辛永琳。

分布式能源系统利用分布式光伏、多能联供和储能等设备提供轻便灵活的能源服务，是实现「双碳」目标的重要手段。然而，由于分布式能源系统涉及海量终端用户，具有多主体特征，集中化的统一调控模式常常因为操作权限问题或潜在的恶意操纵行为不被分布式用户接受；现有的去中心化管理方案也因未能兼顾隐私保护和决策安全等需求，在应用上受到限制。

图1 兼顾隐私保护和决策安全的分布式能源系统的去中心化管理流程

图2 研究提出的框架与现有集中或去中心化管理机制的对比

该研究提出的分布式能源系统管理框架涉及三类参与者：分布式用户，区块链矿工与第三方计算平台。在分布式用户及其设备层面，研究团队利用去中心化数学算法，以可信的边缘硬件设备为支撑，将多分布式能源系统协同优化问题分解为多个单系统内源、荷、储设备的优化子问题，通过将其变换降维并混淆以保护用户隐私。提出的框架引入多个竞争第三方计算平台共享算力，和区块链矿工分别构成了优化层和验证层，确保混淆优化子问题求解流程的完整性、正确性和高效性。在多轮迭代协商过程中，多方参与者相互制约和监管，实现了多分布式能源系统综合能效的协同优化。实际系统的算例测试表明，提出的方法避免了决策过程中的操纵行为，防止了部分恶意用户的不当得利，在非理性个体尝试破坏决策流程时也可以保证计算安全进行。此外，提出的框架保护了参与者的敏感信息。

该研究以多主体分布式能源系统运行优化中的安全和隐私问题为出发点和落脚点，兼顾了轻量级用户的易用性和可扩展性需求，在后续落地应用中能够充分发掘用户侧调节潜力，支持分布式可再生能源消纳，提升分布式资源管理智能化水平，开辟绿色用能新路径。

该研究得到国家自然科学基金的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1038/s41467-024-48860-7

来源：清华大学，爱科会易仅用于学术交流