CN103532229A - 一种智能电网电力信息安全通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种智能电网电力信息安全通信系统及方法，该系统包括电力信息处理单元、电力信息通信单元、电力信息获取单元和隔离单元；隔离单元包括下向隔离单元和反向隔离单元；电力信息获取单元向电力信息通信单元单向传输电力信息时采用正向隔离单元；电力信息通信单元向电力信息获取单元单向传输电力信息时采用反向隔离单元；电力信息获取单元包括用电设备信息获取模块、发电设备信息获取模块、输电设备信息获取模块和配电设备信息获取模块。本发明提供的系统及方法，采用电力信息获取单元与电力信息处理单元之间通过电力信息通信单元和隔离单元进行信息交互，确保电力信息传输交互安全，实现电力信息传输的可靠性、完整性、保密性和不可抵赖性。

Description

一种智能电网电力信息安全通信系统及方法

技术领域

本发明涉及智能电网领域，尤其涉及一种智能电网电力信息安全通信系统及方法。 

背景技术

随着信息时代的发展，人们更加关注数字化电网和分布式能源，正在努力将信息革命和新能源革命在电力行业整合起来形成新一代的智能电网。智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。 

许多年来人们在幻想人类将建造一个将能源资源开发、输送、库存、转换(发电)、输电、配电、供电、售电、服务以及蓄能与能源终端用户的各种电气设备和其他用能设施，通过数字化信息网络系统连接在一起，通过智能化控制使整个系统得以优化。这一系统将充分利用各种能源资源，特别是利用低碳的天然气、风光水等可再生能源、核能、以及各种废弃的资源等，靠分布式能源系统，能源梯级利用系统、蓄能系统和蓄电交通系统等组合优化配置，实现精确供能，对应供能、互助供能和互补供能，将能源利用效率和能源供应安全提高到一个全新的水平，污染与温室气体排放降低到一个环境可以接受的程度，使用户成本和投资效益到达到一种合理而有利的状态。未来智能电网对信息交互平台方面的技术要求会更高，依赖性也会更强。申请号为2009101893440的专利公开了一种具有安全认证的电网信息交互方法及系统，提供与用电负荷连接的用电负荷代理模块；提供与分布式能源连接的分布式能源代理模块，该用电负荷与该分布式能源连接构成微网；提供连接在微网与骨干网之间的接口智能代理模块，该接口智能代理模块管理微网与骨干网的配电与用电安全的接口信息；该用电负荷代理模块与该分布式能源代理模块进行信息交互；该分布式能源代 理模块之间进行信息交互；该分布式能源代理模块与该接口智能代理模块进行信息交互。但是该专利在通信网和电网之间的数据传输仍存在安全风险。 

发明内容

本发明的目的在于提供一种智能电网电力信息安全通信系统及方法，能实现电力信息传输的可靠性、完整性、保密性和不可抵赖性。 

为实现上述目的，本发明的技术方案是： 

本发明一方面提供一种智能电网电力信息安全通信系统，其特征在于，该系统包括电力信息处理单元、电力信息通信单元、隔离单元和电力信息获取单元；所述隔离单元包括正向隔离单元和反向隔离单元；所述电力信息获取单元向所述电力信息通信单元单向传输电力信息时采用所述正向隔离单元；所述电力信息通信单元向所述电力信息获取单元单向传输电力信息时采用反向隔离单元；所述电力信息获取单元包括与用电设备相连的用电设备信息获取模块、与发电设备相连的发电设备信息获取模块、与输电设备相连的输电设备信息获取模块和与配电设备相连的配电设备信息获取模块； 

所述电力信息处理单元用于存储和处理智能电网中的各种电力信息； 

所述电力信息获取单元用于获取发电设备、输电设备、配电设备和用电设备的电力信息，并将获取到的电力信息通过所述隔离单元和电力信息通信单元与所述电力信息处理单元进行交互； 

所述用电设备信息获取模块进一步用于将用电设备的用电需求和用电设备的类别信息通过所述隔离单元和电力信息通信单元传输到所述电力信息处理单元，并接收所述电力信息处理单元发送的功率、电价及配电情况； 

所述发电设备信息获取模块进一步用于获取所述电力信息处理单元汇总的某区域内的多个用电设备的用电申请得出的总用电需求，并判断所述发电设备的总发电量是否能够满足总用电需求，如果能满足总用电需求，则将发电信息传送到所述电力信息处理单元，并控制发电设备将能源传递给与所述发电设备相连的输电设备；如果不能满足用电需求，则将不能满足信息发送给所述电力信息处理单元。 

进一步，所述正向隔离单元包含分别设置在其内部和外部的两个网卡，所述的两个网卡在正向隔离单元内部采用非网络连接，且只允许数据单向传输。 

进一步，所述正向隔离单元采用基于证书的管理人员认证方式。 

进一步，所述反向隔离单元只在需要从所述电力信息通信单元向所述 电力信息获取单元传输电力信息时才临时开通，电力信息传输完毕后就立即关闭。 

进一步，当从所述电力信息通信单元向所述电力信息获取单元单向传输电力信息时，所述反向隔离单元采取签名认证和数据过滤措施。 

进一步，所述发电信息包括发电方式和电能可靠性，所述发电方式为太阳能发电、风能发电、水能发电、天然气发电和核能发电中任意一种或多种组合。 

进一步，所述输电设备信息获取模块用于将输电信息通过所述隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元，并控制输电设备将能源传递给与所述输电设备相连的配电设；所述输电信息包括电压、电流和相位。 

进一步，所述配电设备信息获取模块接收所述电力信息处理单元从输电设备信息获取模块获取的输电信息，并将配电信息通过所述隔离单元和电力信息通信单元传给电力信息处理单元，同时控制所述配电设备将能源传递给与所述配电设备相连的用电设备。 

本发明又一方面提供一种智能电网电力信息安全通信方法，包括步骤： 

提供与发电设备、输电设备、配电设备及用电设备分别相连的电力信息获取单元，且提供电力信息通信单元、隔离单元和电力信息处理单元，所述电力信息处理单元通过所述电力信息通信单元和隔离单元与所述电力信息获取单元进行电力信息交互，并存储和处理智能电网中的各种电力信息；所述电力信息获取单元包括与用电设备相连的用电设备信息获取模块、与发电设备相连的发电设备信息获取模块、与输电设备相连的输电设备信息获取模块和与配电设备相连的配电设备信息获取模块；所述电力信息处理单元通过所述电力信息通信单元和隔离单元与所述电力信息获取单元进行电力信息交互还包括： 

步骤S20，所述用电设备信息获取模块将用电设备的用电需求通过所述隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元； 

步骤S21，所述电力信息处理单元汇集某区域内多个用电设备的用电需求得出总用电需求，并将总用电需求传给发电设备信息获取模块； 

步骤S22，所述发电设备信息获取模块将所有发电设备的总发电量与总用电需求比较，判断总发电量是否能够满足总用电需求，如果是，则执行步骤S23，如果否，则执行步骤S27； 

步骤S23，所述发电设备信息获取模块将发电信息通过隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元并控制发电设备将能源传递给与所述发电设备相连的输电设备； 

步骤S24，所述输电设备信息获取模块将输电信息通过隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元，并控制输电设备将能源传递给与输电设备相连的配电设备； 

步骤S25，所述配电设备信息获取模块接收所述电力信息处理单元获取的所述输电信息再将配电信息通过隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元，并控制所述配电设备将能源传递给与配电设备相连的用电设备； 

步骤S26，所述电力信息处理单元块将获取的所述配电信息通过电力信息通信单元和隔离单元传给所述用电设备信息获取模块，然后结束； 

步骤S27，所述发电设备信息获取模块将发电设备总发电量不能满足总用电需求信息通过隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元，所述电力信息处理单元根据用电申请的级别进行分配能源，分配到能源的用电设备执行步骤S22至S26，并将不满足的信息传给未分配到能源的用电设备的用电设备信息获取模块。 

进一步，所述步骤S23中所述发电信息包括发电方式和电能可靠性；步骤S24中所述输电信息包括电压、电流和相位；步骤S25中所述配电信息包括功率和电价。 

本发明的有益效果是：本发明提供的系统及方法，采用与发电设备、输电设备、配电设备及用电设备分别相连的电力信息获取单元，且提供电力信息处理单元，所述电力信息获取单元与电力信息处理单元之间通过电力信息通信单元和隔离单元进行信息交互，确保了电力信息传输交互的安全，实现了电力信息传输的可靠性、完整性、保密性和不可抵赖性。 

附图说明

图1为一种实施方式中智能电网电力信息安全通信系统结构图； 

图2为一种实施方式中智能电网电力信息安全通信方法流程图。 

具体实施方式

以下结合附图对本发明的技术方案和优点作更详细的说明。 

如图1所示，为本实施例的一种智能电网电力信息安全通信系统结构框图，该系统包括电力信息处理单元1、电力信息通信单元2、电力信息获取单元4和隔离单元3。隔离单元3包括正向隔离单元31和反向隔离单元32。电力信息获取单元4向电力信息通信单元2单向传输电力信息时采用正向隔离单元31，电力信息通信单元2向电力信息获取单元4单向传输电力信息时采用反向隔离单元32。电力信息获取单元4包括与用电设备5相 连的用电设备信息获取模块41、与发电设备6相连的发电设备信息获取模块42、与输电设备7相连的输电设备信息获取模块43和与配电设备8相连的配电设备信息获取模块44。 

电力信息获取单元4为含有安全芯片、安全密钥、可执行密码算法的计算机。一实施例中，安全芯片为专用密码算法芯片或运行密码算法软件的通用处理器。其中，该安全芯片集成在计算机系统中，并通过密钥对信息进行加密或解密处理。通用处理器为可执行密码算法的数字信号处理器(Digital Signal Processing，简称DSP)或采用ARM(Advanced RISC Machines)，无内部互锁流水级的微处理器(Microprocessor withoutinterlocked piped stages，简称MIPS)或TI(Texas Instruments)等为内核的嵌入式系统；密码算法可以是对称算法，也可以是非对称算法。在每一个发电设备6、输电设备7、配电设备8和用电设备5中，分别对应连接一个发电设备信息获取模块42、输电设备信息获取模块43、配电设备信息获取模块44和用电设备信息获取模块41，用于采集每一个发电设备6、输电设备7、配电设备8和用电设备5的相关电力信息，并将发电信息通过隔离单元3和电力信息通信单元2与电力信息处理单元1交互，该发电信息包括发电方式、电能可靠性、有功功率、无功功率、不同级别的用户信息、电流和电压等。其中，隔离单元3中的正向隔离单元31包含分别设置在其内部和外部的两个网卡，该两个网卡在正向隔离单元31内部采用非网络连接，且只允许数据单向传输，在本实施例中，正向隔离单元31采用基于证书的管理人员认证方式。反向隔离单元32只在需要从电力信息通信单元2向电力信息获取单元4传输电力信息数据时才临时开通，数据传输完毕后就立即关闭，从而保证数据通信的绝对安全。当从电力信息通信单元2向电力信息获取单元4传输数据时，反向隔离单元32采取签名认证和数据过滤措施，实现电力信息传输的可靠性、完整性、保密性和不可抵赖性。其中，不可抵赖性是指采用某种机制，使人们不能否认发送信息的行为和信息内容，一般采用数字证书机制进行数字签名和时间戳保证信息的抗抵赖。 

用电设备信息获取模块41与用电设备5相连，用于通过隔离单元3和电力信息通信单元2与电力信息处理单元1进行电力信息交互。用电设备信息获取模块41进一步用于将用电设备5的用电需求、用电设备5的类别等相关电力信息通过隔离单元3和电力信息通信单元2传输到电力信息处理单元1，并接收电力信息处理单元1发送的功率、电价及配电情况等电力信息反馈给用户。该用电设备5与配电设备8相连，接收配电设备8分配的能源。发电设备信息获取模块42与发电设备6相连，用于通过隔离单 元3和电力信息通信单元2与电力信息处理单元1进行电力信息交互。 

一实施例中，发电设备信息获取模块42用于通过隔离单元3和电力信息通信单元2获取电力信息处理单元1汇总某区域内的多个用电设备的用电申请得出的总用电需求，并判断发电设备6的总发电量是否能够满足总用电需求，如果能满足总用电需求，则将发电信息通过隔离单元3和电力信息通信单元2传送到电力信息处理单元1，同时控制发电设备6将能源传递给输电设备7；如果不能满足用电需求，则将不能满足信息发送给电力信息处理单元1，电力信息处理单元1将根据用电申请的级别选择优选满足哪些用电需求，并将不满足需求的信息传给未能满足需求的用电设备信息获取模块41。其中，发电设备6与输电设备7相连，发电信息包括发电的方式，如太阳能、风能、水能、天然气、核能等其中一种或多种组合发电；电的可靠性等。另外，用电申请的级别根据用电的重要性确定的，如工业用电申请级别比居民用电申请级别要高，当总发电量不能满足用电申请需求时，优先满足工业用电的申请。 

输电设备信息获取模块43与输电设备7相连，用于通过隔离单元3和电力信息通信单元2与电力信息处理单元1进行电力信息交互。输电设备信息获取模块43用于将输电信息通过隔离单元3和电力信息通信单元2传送给电力信息处理单元1。其中，输电信息包括电压、电流、相位、有功功率、无功功率等。输电设备7与配电设备8相连，输电设备信息获取模块43控制输电设备7将能源传递给配电设备8。配电设备信息获取模块44与配电设备8相连，用于通过隔离单元3和电力信息通信单元2与电力信息处理单元1进行电力信息交互。配电设备信息获取模块44接收电力信息处理单元1从输电设备信息获取模块43获取的输电信息，并将功率、电价等信息传给电力信息处理单元1，同时控制配电设备8将能源发给用电设备5。其中，配电设备8与用电设备5相连。电力信息处理单元1用于存储和处理智能电网中的各种电力信息并与智能电网中电力信息获取单元4进行电力信息交互。所述电力信息包括发电方式、电能可靠性、有功功率、无功功率、不同级别的用户信息、电流、电压、相位、电价等。 

图2为一种实施方式中智能电网电力信息安全通信方法流程图。该方法包括步骤： 

提供与发电设备、输电设备、配电设备及用电设备分别相连的电力信息获取单元，且提供电力信息通信单元、隔离单元和电力信息处理单元，所述电力信息处理单元通过所述电力信息通信单元和隔离单元与所述电力信息获取单元进行电力信息交互，并存储和处理智能电网中的各种电力信息；所述电力信息获取单元包括与用电设备相连的用电设备信息获取模块、 与发电设备相连的发电设备信息获取模块、与输电设备相连的输电设备信息获取模块和与配电设备相连的配电设备信息获取模块；所述电力信息处理单元通过所述电力信息通信单元和隔离单元与所述电力信息获取单元进行电力信息交互还包括： 

步骤S20，所述用电设备信息获取模块将用电设备的用电需求通过所述隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元。 

步骤S21，所述电力信息处理单元汇集某区域内多个用电设备的用电需求得出总用电需求，并将总用电需求传给发电设备信息获取模块。 

步骤S22，所述发电设备信息获取模块将所有发电设备的总发电量与总用电需求比较，判断总发电量是否能够满足总用电需求，如果是，则执行步骤S23，如果否，则执行步骤S27。 

步骤S23，所述发电设备信息获取模块将发电信息通过隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元并控制发电设备将能源传递给与所述发电设备相连的输电设备；其中，发电信息包括发电方式，如太阳能、风能、水能、天然气、核能等发电。 

步骤S24，所述输电设备信息获取模块将输电信息通过隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元，并控制输电设备将能源传递给与输电设备相连的配电设备。 

步骤S25，所述配电设备信息获取模块接收所述电力信息处理单元获取的所述输电信息再将配电信息通过隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元，并控制所述配电设备将能源传递给与配电设备相连的用电设备；其中，配电信息包括功率、电价等。 

步骤S26，所述电力信息处理单元块将获取的所述配电信息通过电力信息通信单元和隔离单元传给所述用电设备信息获取模块，然后结束。 

步骤S27，所述发电设备信息获取模块将发电设备总发电量不能满足总用电需求信息通过隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元，所述电力信息处理单元根据用电申请的级别进行分配能源，分配到能源的用电设备执行步骤S22至S26，并将不满足的信息传给未分配到能源的用电设备的用电设备信息获取模块。 

上述智能电网电力信息安全通信系统及方法，采用与发电设备、输电设备、配电设备及用电设备分别相连的电力信息获取单元，且提供电力信息处理单元，所述电力信息获取单元与电力信息处理单元之间通过电力信息通信单元和隔离单元进行信息交互，确保了电力信息传输交互的安全，实现了电力信息传输的可靠性、完整性、保密性和不可抵赖性。 

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而 非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。 

Claims (10)

1.一种智能电网电力信息安全通信系统，其特征在于，该系统包括电力信息处理单元、电力信息通信单元、隔离单元和电力信息获取单元；所述隔离单元包括正向隔离单元和反向隔离单元；所述电力信息获取单元向所述电力信息通信单元单向传输电力信息时采用所述正向隔离单元；所述电力信息通信单元向所述电力信息获取单元单向传输电力信息时采用反向隔离单元；所述电力信息获取单元包括与用电设备相连的用电设备信息获取模块、与发电设备相连的发电设备信息获取模块、与输电设备相连的输电设备信息获取模块和与配电设备相连的配电设备信息获取模块； 

所述电力信息处理单元用于存储和处理智能电网中的各种电力信息； 

所述电力信息获取单元用于获取发电设备、输电设备、配电设备和用电设备的电力信息，并将获取到的电力信息通过所述隔离单元和电力信息通信单元与所述电力信息处理单元进行交互； 

所述用电设备信息获取模块进一步用于将用电设备的用电需求和用电设备的类别信息通过所述隔离单元和电力信息通信单元传输到所述电力信息处理单元，并接收所述电力信息处理单元发送的功率、电价及配电情况； 

所述发电设备信息获取模块进一步用于获取所述电力信息处理单元汇总的某区域内的多个用电设备的用电申请得出的总用电需求，并判断所述发电设备的总发电量是否能够满足总用电需求，如果能满足总用电需求，则将发电信息传送到所述电力信息处理单元，并控制发电设备将能源传递给与所述发电设备相连的输电设备；如果不能满足用电需求，则将不能满足信息发送给所述电力信息处理单元。 

2.如权利要求1所述的智能电网电力信息安全通信系统，其特征在于，所述正向隔离单元包含分别设置在其内部和外部的两个网卡，所述的两个网卡在正向隔离单元内部采用非网络连接，且只允许数据单向传输。 

3.如权利要求3所述的智能电网电力信息安全通信系统，其特征在于，所述正向隔离单元采用基于证书的管理人员认证方式。 

4.如权利要求1所述的智能电网电力信息安全通信系统，其特征在于，所述反向隔离单元只在需要从所述电力信息通信单元向所述电力信息获取单元传输电力信息时才临时开通，电力信息传输完毕后就立即关闭。 

5.如权利要求4所述的智能电网电力信息安全通信系统，其特征在于，当从所述电力信息通信单元向所述电力信息获取单元单向传输电力信息时，所述反向隔离单元采取签名认证和数据过滤措施。 

6.如权利要求1所述的智能电网电力信息安全通信系统，其特征在于，所述发电信息包括发电方式和电能可靠性，所述发电方式为太阳能发电、 风能发电、水能发电、天然气发电和核能发电中任意一种或多种组合。 

7.如权利要求1所述的智能电网电力信息安全通信系统，其特征在于，所述输电设备信息获取模块用于将输电信息通过所述隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元，并控制输电设备将能源传递给与所述输电设备相连的配电设；所述输电信息包括电压、电流和相位。 

8.如权利要求1所述的智能电网电力信息安全通信系统，其特征在于，所述配电设备信息获取模块接收所述电力信息处理单元从输电设备信息获取模块获取的输电信息，并将配电信息通过所述隔离单元和电力信息通信单元传给电力信息处理单元，同时控制所述配电设备将能源传递给与所述配电设备相连的用电设备。 

9.一种智能电网电力信息安全通信方法，包括步骤： 

提供与发电设备、输电设备、配电设备及用电设备分别相连的电力信息获取单元，且提供电力信息通信单元、隔离单元和电力信息处理单元，所述电力信息处理单元通过所述电力信息通信单元和隔离单元与所述电力信息获取单元进行电力信息交互，并存储和处理智能电网中的各种电力信息；所述电力信息获取单元包括与用电设备相连的用电设备信息获取模块、与发电设备相连的发电设备信息获取模块、与输电设备相连的输电设备信息获取模块和与配电设备相连的配电设备信息获取模块；所述电力信息处理单元通过所述电力信息通信单元和隔离单元与所述电力信息获取单元进行电力信息交互还包括： 

步骤S20，所述用电设备信息获取模块将用电设备的用电需求通过所述隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元； 

步骤S21，所述电力信息处理单元汇集某区域内多个用电设备的用电需求得出总用电需求，并将总用电需求传给发电设备信息获取模块； 

步骤S22，所述发电设备信息获取模块将所有发电设备的总发电量与总用电需求比较，判断总发电量是否能够满足总用电需求，如果是，则执行步骤S23，如果否，则执行步骤S27； 

步骤S23，所述发电设备信息获取模块将发电信息通过隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元并控制发电设备将能源传递给与所述发电设备相连的输电设备； 

步骤S24，所述输电设备信息获取模块将输电信息通过隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元，并控制输电设备将能源传递给与输电设备相连的配电设备； 

步骤S25，所述配电设备信息获取模块接收所述电力信息处理单元获取的所述输电信息再将配电信息通过隔离单元和电力信息通信单元传给所 述电力信息处理单元，并控制所述配电设备将能源传递给与配电设备相连的用电设备； 

步骤S26，所述电力信息处理单元块将获取的所述配电信息通过电力信息通信单元和隔离单元传给所述用电设备信息获取模块，然后结束； 

步骤S27，所述发电设备信息获取模块将发电设备总发电量不能满足总用电需求信息通过隔离单元和电力信息通信单元传给所述电力信息处理单元，所述电力信息处理单元根据用电申请的级别进行分配能源，分配到能源的用电设备执行步骤S22至S26，并将不满足的信息传给未分配到能源的用电设备的用电设备信息获取模块。 

10.如权利要求9所述的一种智能电网电力信息安全通信方法，其特征在于，所述步骤S23中所述发电信息包括发电方式和电能可靠性；步骤S24中所述输电信息包括电压、电流和相位；步骤S25中所述配电信息包括功率和电价。 

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