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團(tuán)隊(duì)介紹

郭慶來，清華大學(xué)電機(jī)系長聘副教授，博士生導(dǎo)師。教育部長江學(xué)者獎勵計(jì)劃青年學(xué)者，國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金獲得者。IEEE能源互聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)電壓控制、信息物理系統(tǒng)三個工作組共同主席。IEEE TPWRS, IEEE TSG, RSER等六本國際知名期刊編委。中國自動化學(xué)會能源互聯(lián)網(wǎng)專委會常務(wù)理事，中國電機(jī)工程學(xué)會能源互聯(lián)網(wǎng)專委會委員。主要從事電網(wǎng)能量管理技術(shù)、電壓穩(wěn)定與電壓控制、信息物理系統(tǒng)（CPS）、電動汽車等領(lǐng)域的研究。曾獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎1次（第2完成人），國家技術(shù)發(fā)明二等獎1次（第4完成人），省部級科技獎勵10次。

王博弘，博士研究生，研究方向?yàn)槟茉椿ヂ?lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交易和價(jià)值評估理論，目前以第一作者發(fā)表SCI、EI論文2篇。

田年豐，博士研究生，研究方向?yàn)橛?jì)及隱私保護(hù)的電力系統(tǒng)先進(jìn)計(jì)算架構(gòu)與理論，曾參與包含國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等縱橫向項(xiàng)目，目前以第一作者發(fā)表SCI、EI論文3篇。

導(dǎo)語

本文對能源互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交易架構(gòu)進(jìn)行了展望，針對數(shù)據(jù)交易中亟需解決的數(shù)據(jù)價(jià)值評估、數(shù)據(jù)定價(jià)、數(shù)據(jù)確權(quán)和數(shù)據(jù)隱私保護(hù)等諸多問題進(jìn)行了梳理和探討，闡明這些問題之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，同時(shí)基于信息論、博弈論、區(qū)塊鏈技術(shù)等現(xiàn)有理論或技術(shù)給出初步解決方案，為能源互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)交易技術(shù)的形成和推廣提供借鑒。

項(xiàng)目研究背景

隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)成為一種愈發(fā)重要的特殊資產(chǎn)，其中蘊(yùn)含著豐富的價(jià)值。然而，在能源互聯(lián)網(wǎng)的背景下，能源互聯(lián)網(wǎng)中的利益主體，包括電力公司、售電公司、電力用戶等，對隱私的保護(hù)使得能源互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)相互割裂、無法流通，嚴(yán)重限制了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實(shí)際經(jīng)濟(jì)價(jià)值的潛力。

在能源互聯(lián)網(wǎng)逐漸成熟的背景下，能源和數(shù)據(jù)信息的高度融合將極大地促進(jìn)二者的協(xié)同發(fā)展和良性循環(huán)。因此，構(gòu)建完整的數(shù)據(jù)交易體系架構(gòu)并研究相關(guān)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)對于能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而言具有重大的戰(zhàn)略意義。

論文方法及創(chuàng)新點(diǎn)

（一）數(shù)據(jù)交易架構(gòu)

本文類比電力等能量交易市場的思路，設(shè)想構(gòu)建電力/能源系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交易市場。以電力交易為代表的能量交易市場可以在能源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，但是不確定性的存在會使得利益主體進(jìn)行決策時(shí)對于實(shí)際情況的估計(jì)出現(xiàn)偏差，從而需要支付相應(yīng)的罰款，造成額外成本的增加。

如果建立數(shù)據(jù)交易市場，那么對于打破不同主體之間的信息壁壘，提高數(shù)據(jù)交易共享的效率，充分發(fā)揮數(shù)據(jù)的內(nèi)在價(jià)值將具有重要意義。能量交易和數(shù)據(jù)交易之間存在相輔相成、協(xié)同發(fā)展的關(guān)系，能量交易中通過消除不確定性所帶來的收益前景推動了數(shù)據(jù)交易的發(fā)展，而數(shù)據(jù)交易帶來的價(jià)值又服務(wù)于能量交易，促進(jìn)整體市場交易成本下降，提升了能源系統(tǒng)運(yùn)行效率，形成良性循環(huán)。二者之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 能量交易與數(shù)據(jù)交易之間的關(guān)系

數(shù)據(jù)交易架構(gòu)是數(shù)據(jù)交易的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，包括數(shù)據(jù)交易技術(shù)體系和數(shù)據(jù)交易組織形式兩個部分。

數(shù)據(jù)交易技術(shù)體系是數(shù)據(jù)相關(guān)技術(shù)的運(yùn)用方式，可借鑒云服務(wù)的體系架構(gòu)、綜合虛擬數(shù)據(jù)庫等技術(shù)進(jìn)行建構(gòu)，也即通過整合各項(xiàng)數(shù)據(jù)技術(shù)合理地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集散、分析等各項(xiàng)任務(wù)。

數(shù)據(jù)交易組織形式是利益主體之間數(shù)據(jù)的交互形式，主要包括集中式數(shù)據(jù)交易市場和分布式數(shù)據(jù)交易市場。在集中式交易市場中，數(shù)據(jù)交易雙方在第三方平臺上進(jìn)行交易；在分布式數(shù)據(jù)交易市場中，數(shù)據(jù)交易雙方可以隨時(shí)隨地進(jìn)行交易但是所有交易應(yīng)通過區(qū)塊鏈進(jìn)行記錄。兩者在具體實(shí)現(xiàn)上各有優(yōu)劣。

（二）數(shù)據(jù)交易關(guān)鍵技術(shù)

能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交易涵蓋諸多關(guān)鍵技術(shù)問題，包括數(shù)據(jù)價(jià)值評估、數(shù)據(jù)定價(jià)、數(shù)據(jù)確權(quán)、數(shù)據(jù)隱私保護(hù)等。這些問題盡管側(cè)重于數(shù)據(jù)交易的各個方面，但仍然存在著緊密的聯(lián)系。

數(shù)據(jù)價(jià)值評估是數(shù)據(jù)定價(jià)的基礎(chǔ)，依據(jù)數(shù)據(jù)價(jià)值評估結(jié)果進(jìn)行市場定價(jià)將有助于動用市場力保證數(shù)據(jù)交易市場的良性競爭；數(shù)據(jù)確權(quán)是數(shù)據(jù)定價(jià)的前提，一旦數(shù)據(jù)的權(quán)屬被冒用或盜用，將不僅直接影響相關(guān)權(quán)利人的經(jīng)濟(jì)利益，而且還間接影響利益主體共享交易數(shù)據(jù)的意愿，違背了數(shù)據(jù)交易市場建立的初衷。

數(shù)據(jù)確權(quán)是數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的條件，數(shù)據(jù)確權(quán)將確認(rèn)數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的對象，從而應(yīng)用相關(guān)的數(shù)據(jù)安全技術(shù)保護(hù)利益主體的數(shù)據(jù)隱私，建立良好和諧的數(shù)據(jù)生態(tài)。這些關(guān)鍵技術(shù)問題是數(shù)據(jù)交易架構(gòu)形成的基礎(chǔ)，也構(gòu)成了數(shù)據(jù)交易機(jī)制設(shè)計(jì)的核心問題。

四項(xiàng)問題之間的聯(lián)系如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)交易關(guān)鍵技術(shù)問題之間的聯(lián)系

（1）數(shù)據(jù)價(jià)值評估

數(shù)據(jù)價(jià)值評估問題的挑戰(zhàn)源于數(shù)據(jù)效用的不確定性。數(shù)據(jù)效用的不確定性是指數(shù)據(jù)作為虛擬資產(chǎn)，其價(jià)值評估往往在購得數(shù)據(jù)后的分析和使用過程中，這使得在交易數(shù)據(jù)時(shí)與數(shù)據(jù)相關(guān)的產(chǎn)權(quán)問題難以得到界定，數(shù)據(jù)的交易成本居高不下。

本文借鑒香農(nóng)在通信理論中關(guān)于“信息的作用在于消除不確定性”的論斷，將數(shù)據(jù)信息消除不確定性的作用從語法層面遷移到語用層面，讓數(shù)據(jù)信息消除不確定性的作用映射到效用中，通過經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行表征。因此，本文將數(shù)據(jù)價(jià)值定義為數(shù)據(jù)消除不確定性的作用對數(shù)據(jù)消費(fèi)方經(jīng)濟(jì)利益的影響。

基于此，能源互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)價(jià)值評估可以分為兩個階段進(jìn)行，如圖3所示，分別是：

• 階段1：基于數(shù)據(jù)交易，分析數(shù)據(jù)對不確定性消除的作用；
• 階段2：基于能量交易，分析不確定性的消除對利益主體經(jīng)濟(jì)利益的影響。

圖3 數(shù)據(jù)價(jià)值評估流程分解圖

階段1對不確定性的定量分析依據(jù)對不確定性的度量方式和數(shù)據(jù)與不確定性之間的關(guān)系。這一階段不依賴于特定應(yīng)用場景，不確定性的消除是數(shù)據(jù)的直接“語用”。階段2是對經(jīng)濟(jì)利益的定量分析，需要構(gòu)建不同數(shù)據(jù)消費(fèi)方的收益模型，以及不確定性對收益影響的數(shù)學(xué)模型。

這一階段依賴能源互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場景，經(jīng)濟(jì)效益的提升是所交易數(shù)據(jù)的間接“語用”，即數(shù)據(jù)價(jià)值。值得注意的是，根據(jù)不同的決策模型可以實(shí)現(xiàn)不同應(yīng)用場景下的數(shù)據(jù)價(jià)值評估，因此上述流程具有良好的擴(kuò)展性。

（2）數(shù)據(jù)定價(jià)

在數(shù)據(jù)定價(jià)方面，由于數(shù)據(jù)具有不可疊加性、相關(guān)性和難以劃分單位等不同于普通商品的特性，因此相應(yīng)的定價(jià)設(shè)計(jì)將更加復(fù)雜。

本文認(rèn)為，在數(shù)據(jù)價(jià)值明確的場景中，以VCG 機(jī)制為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)定價(jià)機(jī)制具有明顯的優(yōu)越性，可以讓數(shù)據(jù)所有方獲得與數(shù)據(jù)的實(shí)際價(jià)值相一致的收益；而在數(shù)據(jù)價(jià)值無法得到精確評估或數(shù)據(jù)供求關(guān)系不清晰的場景中，拍賣定價(jià)將是一種更為靈活、適用性更好的數(shù)據(jù)定價(jià)機(jī)制，以數(shù)據(jù)消費(fèi)方的估值確定數(shù)據(jù)的價(jià)格。

除此之外，由于不同數(shù)據(jù)消費(fèi)方對于數(shù)據(jù)的需求存在顯著差異，本文認(rèn)為在數(shù)據(jù)交易市場中應(yīng)劃分應(yīng)用場景，使得數(shù)據(jù)交易主要在相似的應(yīng)用場景條件下進(jìn)行，跨場景的數(shù)據(jù)交易則需要在定價(jià)機(jī)制中考慮場景轉(zhuǎn)換帶來的附加價(jià)值。

（3）數(shù)據(jù)確權(quán)

數(shù)據(jù)確權(quán)是數(shù)據(jù)交易機(jī)制建立與發(fā)展的根本問題，其核心是確定數(shù)據(jù)相關(guān)權(quán)利人，即明確數(shù)據(jù)所有權(quán)、使用權(quán)等權(quán)利的歸屬，從而保護(hù)相應(yīng)權(quán)利人的合法權(quán)益，保障數(shù)據(jù)交易程序的公平。

本文認(rèn)為在能源互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交易背景下，盡管數(shù)據(jù)所有方和數(shù)據(jù)消費(fèi)方之間通過數(shù)據(jù)交易實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和流通，但是數(shù)據(jù)的所有權(quán)不應(yīng)該在數(shù)據(jù)交易的主體間進(jìn)行轉(zhuǎn)移。

數(shù)據(jù)消費(fèi)方在數(shù)據(jù)交易完成后將獲得數(shù)據(jù)的使用權(quán)，也可以通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘生產(chǎn)更具價(jià)值的數(shù)據(jù)產(chǎn)品，但不得冒充數(shù)據(jù)所有方，將購得的數(shù)據(jù)直接用于另外的交易。

本文也提出應(yīng)用區(qū)塊鏈技術(shù)和數(shù)字水印技術(shù)解決數(shù)據(jù)確權(quán)問題的思路，其中區(qū)塊鏈技術(shù)作為分布式賬本記錄歷史的數(shù)據(jù)交易情況而且在每個市場參與者都持有相應(yīng)副本，因此可以用于對數(shù)據(jù)進(jìn)行定位和追溯；數(shù)字水印技術(shù)對各個數(shù)據(jù)所有方的數(shù)據(jù)添加特定標(biāo)識，因此可以用于確認(rèn)數(shù)據(jù)的具體權(quán)屬。

（4）數(shù)據(jù)隱私保護(hù)

從對數(shù)據(jù)隱私保護(hù)的視角看，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)交易架構(gòu)可根據(jù)是否在數(shù)據(jù)交易市場參與者之間交換數(shù)據(jù)或交換數(shù)據(jù)處理方式分為三類：“移動計(jì)算、不移動數(shù)據(jù)”、“不移動計(jì)算、移動數(shù)據(jù)”和“移動計(jì)算、移動數(shù)據(jù)”。

“移動計(jì)算、不移動數(shù)據(jù)”的交易架構(gòu)適用于存在多個數(shù)據(jù)所有方的數(shù)據(jù)交易。這種數(shù)據(jù)交易存在明顯的網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)化，對數(shù)據(jù)的安全性、橫向拓展性和動態(tài)性有較高要求，對數(shù)據(jù)的分析性能也有一定要求。

由于各數(shù)據(jù)所有方的數(shù)據(jù)管理需要，不宜直接進(jìn)行數(shù)據(jù)集中，往往采用虛擬數(shù)據(jù)中心的形式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的集散，因此需要移動計(jì)算，在數(shù)據(jù)所有方處對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

“移動數(shù)據(jù)、不移動計(jì)算”的數(shù)據(jù)交易架構(gòu)適用于單一數(shù)據(jù)所有方與多個數(shù)據(jù)消費(fèi)方的數(shù)據(jù)交易。這種數(shù)據(jù)交易存在數(shù)據(jù)所有權(quán)集中的特點(diǎn)，對數(shù)據(jù)分析性能有較高的要求，然而對數(shù)據(jù)的安全性、橫向拓展性和動態(tài)性要求不高。比如企業(yè)的私有云，或者將數(shù)據(jù)所有權(quán)規(guī)約于一方的集團(tuán)公司。典型的實(shí)現(xiàn)方式為基于“云計(jì)算”的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

“移動數(shù)據(jù)，移動計(jì)算”的數(shù)據(jù)交易架構(gòu)適用于需要多方利益主體進(jìn)行較為復(fù)雜互動與計(jì)算的場景，比如聯(lián)合的協(xié)同優(yōu)化計(jì)算等。這種數(shù)據(jù)交易架構(gòu)對數(shù)據(jù)的安全性、橫向拓展性和動態(tài)性有較高要求。典型的實(shí)現(xiàn)方式包括多方安全計(jì)算框架。

結(jié)論

能源互聯(lián)網(wǎng)是能源系統(tǒng)與信息系統(tǒng)高度融合的結(jié)果，數(shù)據(jù)交易是大數(shù)據(jù)等信息技術(shù)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物。而能源互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交易將進(jìn)一步加強(qiáng)能源與信息的聯(lián)系，一方面提高能源利用效率，另一方面提高信息傳輸價(jià)值，是能源互聯(lián)網(wǎng)研究中的重要課題。

本文對能源互聯(lián)網(wǎng)中的數(shù)據(jù)交易體系架構(gòu)進(jìn)行了初步建構(gòu)，對數(shù)據(jù)交易相關(guān)問題進(jìn)行了探討，為數(shù)據(jù)交易技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和發(fā)展提供了思路。數(shù)據(jù)交易作為信息領(lǐng)域的新興方向，還有許多關(guān)鍵問題和技術(shù)有待進(jìn)一步解決和突破。另外，隨著能源互聯(lián)網(wǎng)的不斷演化，會出現(xiàn)更多復(fù)雜的場景和需求，能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交易技術(shù)的落地與應(yīng)用依然任重道遠(yuǎn)。

引用本文

郭慶來, 王博弘, 田年豐, 孫宏斌, 溫柏堅(jiān). 能源互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)交易：架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)[J]. 電工技術(shù)學(xué)報(bào), 2020, 35(11): 2285-2295. Guo Qinglai, Wang Bohong, Tian Nianfeng, Sun Hongbin, Wen Bojian. Data Transactions in Energy Internet: Architecture and Key Technologies. Transactions of China Electrotechnical Society, 2020, 35(11): 2285-2295.