- 頭條能源互聯網數據交易：架構與關鍵技術2021-07-25 作者：郭慶來 王博弘 等 | 來源：《電工技術學報》 | 點擊率：導語本文對能源互聯網中的數據交易架構進行了展望，針對數據交易中亟需解決的數據價值評估、數據定價、數據確權和數據隱私保護等諸多問題進行了梳理和探討，闡明這些問題之間的關聯關系，同時基于信息論、博弈論、區塊鏈技術等現有理論或技術給出初步解決方案，為能源互聯網中數據交易技術的形成和推廣提供借鑒。
團隊介紹
郭慶來，清華大學電機系長聘副教授，博士生導師。教育部長江學者獎勵計劃青年學者，國家優秀青年科學基金獲得者。IEEE能源互聯網、智能電網電壓控制、信息物理系統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。中國自動化學會能源互聯網專委會常務理事，中國電機工程學會能源互聯網專委會委員。主要從事電網能量管理技術、電壓穩定與電壓控制、信息物理系統（CPS）、電動汽車等領域的研究。曾獲國家科學技術進步一等獎1次（第2完成人），國家技術發明二等獎1次（第4完成人），省部級科技獎勵10次。
王博弘，博士研究生，研究方向為能源互聯網中的數據交易和價值評估理論，目前以第一作者發表SCI、EI論文2篇。
田年豐，博士研究生，研究方向為計及隱私保護的電力系統先進計算架構與理論，曾參與包含國家重點研發計劃等縱橫向項目，目前以第一作者發表SCI、EI論文3篇。
導語
本文對能源互聯網中的數據交易架構進行了展望，針對數據交易中亟需解決的數據價值評估、數據定價、數據確權和數據隱私保護等諸多問題進行了梳理和探討，闡明這些問題之間的關聯關系，同時基于信息論、博弈論、區塊鏈技術等現有理論或技術給出初步解決方案，為能源互聯網中數據交易技術的形成和推廣提供借鑒。
項目研究背景
隨著信息技術的發展，數據成為一種愈發重要的特殊資產，其中蘊含著豐富的價值。然而，在能源互聯網的背景下，能源互聯網中的利益主體，包括電力公司、售電公司、電力用戶等，對隱私的保護使得能源互聯網中的數據相互割裂、無法流通，嚴重限制了數據轉換為實際經濟價值的潛力。
在能源互聯網逐漸成熟的背景下，能源和數據信息的高度融合將極大地促進二者的協同發展和良性循環。因此，構建完整的數據交易體系架構并研究相關的技術實現對于能源互聯網的發展而言具有重大的戰略意義。
論文方法及創新點
（一）數據交易架構
本文類比電力等能量交易市場的思路，設想構建電力/能源系統的數據交易市場。以電力交易為代表的能量交易市場可以在能源系統中實現資源的優化配置，但是不確定性的存在會使得利益主體進行決策時對于實際情況的估計出現偏差，從而需要支付相應的罰款，造成額外成本的增加。
如果建立數據交易市場，那么對于打破不同主體之間的信息壁壘，提高數據交易共享的效率，充分發揮數據的內在價值將具有重要意義。能量交易和數據交易之間存在相輔相成、協同發展的關系，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據交易的發展，而數據交易帶來的價值又服務于能量交易，促進整體市場交易成本下降，提升了能源系統運行效率，形成良性循環。二者之間的關系如圖1所示。
圖1 能量交易與數據交易之間的關系
數據交易架構是數據交易的實現基礎，包括數據交易技術體系和數據交易組織形式兩個部分。
數據交易技術體系是數據相關技術的運用方式，可借鑒云服務的體系架構、綜合虛擬數據庫等技術進行建構，也即通過整合各項數據技術合理地實現數據的集散、分析等各項任務。
數據交易組織形式是利益主體之間數據的交互形式，主要包括集中式數據交易市場和分布式數據交易市場。在集中式交易市場中，數據交易雙方在第三方平臺上進行交易；在分布式數據交易市場中，數據交易雙方可以隨時隨地進行交易但是所有交易應通過區塊鏈進行記錄。兩者在具體實現上各有優劣。
（二）數據交易關鍵技術
能源互聯網數據交易涵蓋諸多關鍵技術問題，包括數據價值評估、數據定價、數據確權、數據隱私保護等。這些問題盡管側重于數據交易的各個方面，但仍然存在著緊密的聯系。
數據價值評估是數據定價的基礎，依據數據價值評估結果進行市場定價將有助于動用市場力保證數據交易市場的良性競爭；數據確權是數據定價的前提，一旦數據的權屬被冒用或盜用，將不僅直接影響相關權利人的經濟利益，而且還間接影響利益主體共享交易數據的意愿，違背了數據交易市場建立的初衷。
數據確權是數據隱私保護的條件，數據確權將確認數據隱私保護的對象，從而應用相關的數據安全技術保護利益主體的數據隱私，建立良好和諧的數據生態。這些關鍵技術問題是數據交易架構形成的基礎，也構成了數據交易機制設計的核心問題。
四項問題之間的聯系如圖2所示。
圖2 數據交易關鍵技術問題之間的聯系
（1）數據價值評估
數據價值評估問題的挑戰源于數據效用的不確定性。數據效用的不確定性是指數據作為虛擬資產，其價值評估往往在購得數據后的分析和使用過程中，這使得在交易數據時與數據相關的產權問題難以得到界定，數據的交易成本居高不下。
本文借鑒香農在通信理論中關于“信息的作用在于消除不確定性”的論斷，將數據信息消除不確定性的作用從語法層面遷移到語用層面，讓數據信息消除不確定性的作用映射到效用中，通過經濟價值進行表征。因此，本文將數據價值定義為數據消除不確定性的作用對數據消費方經濟利益的影響。
基于此，能源互聯網中的數據價值評估可以分為兩個階段進行，如圖3所示，分別是：
- 階段1：基于數據交易，分析數據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濟利益的影響。
圖3 數據價值評估流程分解圖
階段1對不確定性的定量分析依據對不確定性的度量方式和數據與不確定性之間的關系。這一階段不依賴于特定應用場景，不確定性的消除是數據的直接“語用”。階段2是對經濟利益的定量分析，需要構建不同數據消費方的收益模型，以及不確定性對收益影響的數學模型。
這一階段依賴能源互聯網的應用場景，經濟效益的提升是所交易數據的間接“語用”，即數據價值。值得注意的是，根據不同的決策模型可以實現不同應用場景下的數據價值評估，因此上述流程具有良好的擴展性。
（2）數據定價
在數據定價方面，由于數據具有不可疊加性、相關性和難以劃分單位等不同于普通商品的特性，因此相應的定價設計將更加復雜。
本文認為，在數據價值明確的場景中，以VCG 機制為基礎的數據定價機制具有明顯的優越性，可以讓數據所有方獲得與數據的實際價值相一致的收益；而在數據價值無法得到精確評估或數據供求關系不清晰的場景中，拍賣定價將是一種更為靈活、適用性更好的數據定價機制，以數據消費方的估值確定數據的價格。
除此之外，由于不同數據消費方對于數據的需求存在顯著差異，本文認為在數據交易市場中應劃分應用場景，使得數據交易主要在相似的應用場景條件下進行，跨場景的數據交易則需要在定價機制中考慮場景轉換帶來的附加價值。
（3）數據確權
數據確權是數據交易機制建立與發展的根本問題，其核心是確定數據相關權利人，即明確數據所有權、使用權等權利的歸屬，從而保護相應權利人的合法權益，保障數據交易程序的公平。
本文認為在能源互聯網中的數據交易背景下，盡管數據所有方和數據消費方之間通過數據交易實現數據的傳輸和流通，但是數據的所有權不應該在數據交易的主體間進行轉移。
數據消費方在數據交易完成后將獲得數據的使用權，也可以通過對數據進行分析和挖掘生產更具價值的數據產品，但不得冒充數據所有方，將購得的數據直接用于另外的交易。
本文也提出應用區塊鏈技術和數字水印技術解決數據確權問題的思路，其中區塊鏈技術作為分布式賬本記錄歷史的數據交易情況而且在每個市場參與者都持有相應副本，因此可以用于對數據進行定位和追溯；數字水印技術對各個數據所有方的數據添加特定標識，因此可以用于確認數據的具體權屬。
（4）數據隱私保護
從對數據隱私保護的視角看，現有的數據交易架構可根據是否在數據交易市場參與者之間交換數據或交換數據處理方式分為三類：“移動計算、不移動數據”、“不移動計算、移動數據”和“移動計算、移動數據”。
“移動計算、不移動數據”的交易架構適用于存在多個數據所有方的數據交易。這種數據交易存在明顯的網絡異構化，對數據的安全性、橫向拓展性和動態性有較高要求，對數據的分析性能也有一定要求。
由于各數據所有方的數據管理需要，不宜直接進行數據集中，往往采用虛擬數據中心的形式實現數據信息的集散，因此需要移動計算，在數據所有方處對數據進行處理。
“移動數據、不移動計算”的數據交易架構適用于單一數據所有方與多個數據消費方的數據交易。這種數據交易存在數據所有權集中的特點，對數據分析性能有較高的要求，然而對數據的安全性、橫向拓展性和動態性要求不高。比如企業的私有云，或者將數據所有權規約于一方的集團公司。典型的實現方式為基于“云計算”的技術實現。
“移動數據，移動計算”的數據交易架構適用于需要多方利益主體進行較為復雜互動與計算的場景，比如聯合的協同優化計算等。這種數據交易架構對數據的安全性、橫向拓展性和動態性有較高要求。典型的實現方式包括多方安全計算框架。
結論
能源互聯網是能源系統與信息系統高度融合的結果，數據交易是大數據等信息技術發展到一定程度的產物。而能源互聯網中的數據交易將進一步加強能源與信息的聯系，一方面提高能源利用效率，另一方面提高信息傳輸價值，是能源互聯網研究中的重要課題。
本文對能源互聯網中的數據交易體系架構進行了初步建構，對數據交易相關問題進行了探討，為數據交易技術的實現和發展提供了思路。數據交易作為信息領域的新興方向，還有許多關鍵問題和技術有待進一步解決和突破。另外，隨著能源互聯網的不斷演化，會出現更多復雜的場景和需求，能源互聯網數據交易技術的落地與應用依然任重道遠。
引用本文
郭慶來, 王博弘, 田年豐, 孫宏斌, 溫柏堅. 能源互聯網數據交易：架構與關鍵技術[J]. 電工技術學報, 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.
