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风电变流技术
★ 5.0
ZTFed-MAS2S:一种用于风电数据填补的可验证隐私与信任感知聚合零信任联邦学习框架
ZTFed-MAS2S: A Zero-Trust Federated Learning Framework With Verifiable Privacy and Trust-Aware Aggregation for Wind Power Data Imputation
| 作者 | Yang Li · Hanjie Wang · Yuanzheng Li · Jiazheng Li · Zhaoyang Dong |
| 期刊 | IEEE Transactions on Industrial Informatics |
| 出版日期 | 2025年10月 |
| 技术分类 | 风电变流技术 |
| 相关度评分 | ★★★★★ 5.0 / 5.0 |
| 关键词 | 风电数据 联邦学习 零信任机制 缺失值插补 ZT Fed - MAS2S框架 |
语言:
中文摘要
由于传感器故障和边缘站点传输不稳定,风电数据常常存在缺失值。虽然联邦学习能够在不共享原始数据的情况下实现隐私保护协作,但在参数交换过程中,它仍然容易受到异常更新和隐私泄露的影响。在开放的工业环境中,这些挑战更加严峻,因此需要零信任(ZT)机制,即不默认信任任何参与者。为应对这些挑战,本文提出了ZTFed - MAS2S,这是一个集成了基于多头注意力的序列到序列插补模型的零信任联邦学习框架。ZTFed将可验证差分隐私与非交互式零知识证明以及机密性和完整性验证机制相结合,以确保可验证的隐私保护和安全的模型参数传输。该框架采用了动态信任感知聚合机制,通过在相似性图上传播信任来增强鲁棒性,并通过基于稀疏性和量化的压缩方法减少通信开销。MAS2S能够捕捉风电数据中的长期依赖关系,以实现准确的插补。在真实风电场数据集上进行的大量实验验证了ZTFed - MAS2S在联邦学习性能和缺失数据插补上的优越性,证明了其作为能源领域实际应用的安全高效解决方案的有效性。
English Abstract
Wind power data often suffers from missing values due to sensor faults and unstable transmission at edge sites. While federated learning enables privacy-preserving collaboration without sharing raw data, it remains vulnerable to anomalous updates and privacy leakage during parameter exchange. These challenges are amplified in open industrial environments, necessitating zero-trust (ZT) mechanisms, where no participant is inherently trusted. To address these challenges, this work proposes ZTFed-MAS2S, a ZT federated learning framework that integrates a multihead attention-based sequence-to-sequence imputation model. ZTFed integrates verifiable differential privacy with noninteractive zero-knowledge proofs and a confidentiality and integrity verification mechanism to ensure verifiable privacy preservation and secure model parameters transmission. A dynamic trust-aware aggregation mechanism is employed, where trust is propagated over similarity graphs to enhance robustness, and communication overhead is reduced via sparsity- and quantization-based compression. MAS2S captures long-term dependencies in wind power data for accurate imputation. Extensive experiments on real-world wind farm datasets validate the superiority of ZTFed-MAS2S in both federated learning performance and missing data imputation, demonstrating its effectiveness as a secure and efficient solution for practical applications in the energy sector.
S
SunView 深度解读
从阳光电源的业务视角来看,这项零信任联邦学习框架虽然聚焦于风电数据补全,但其核心技术对我司在新能源数据管理和多场景协同方面具有重要借鉴价值。
在技术价值层面,该框架解决的数据缺失问题在光伏电站和储能系统中同样普遍存在。我司遍布全球的逆变器和储能设备常因通信不稳定、传感器故障导致数据缺失,影响功率预测、设备诊断和能量管理系统的准确性。论文提出的多头注意力序列模型(MAS2S)能够捕捉长期依赖关系,这对于处理光伏发电的周期性波动和储能系统的充放电模式具有天然适配性。更重要的是,其零信任联邦学习架构通过可验证差分隐私和零知识证明,为多业主电站间的数据协作提供了安全保障,这在我司参与的虚拟电厂和区域能源管理项目中尤为关键。
从应用前景评估,该技术的成熟度尚处于学术验证阶段,但其动态信任感知聚合机制和基于稀疏化的通信压缩方案,直接契合边缘计算场景下的资源约束,与我司iSolarCloud云平台的边缘智能战略高度吻合。然而,技术挑战不容忽视:零知识证明的计算开销可能影响边缘设备的实时响应;不同新能源场景(光伏、风电、储能)的数据特征差异需要模型迁移验证;多方协作中的激励机制设计也是工程化落地的关键。
建议我司技术团队关注该方向的演进,探索在多能互补项目和跨区域电站协同中的试点应用,特别是在保障客户数据主权前提下提升整体系统智能化水平,这将成为差异化竞争优势。