CN105099656A - 一种加密的计量用合并单元 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种加密的计量用合并单元，包括分别与CPU双向连接的通讯接口和硬件加密卡；硬件加密卡包括加密芯片和存储器。与现有技术相比，本发明提供的一种加密的计量用合并单元，应用于电力系统的数字计量系统中，能够防止计量用合并单元内部数据被修改，保证了计量用合并单元计量的准确性和公正性，为加快数字计量系统的建设奠定基础。

Description

一种加密的计量用合并单元
技术领域
本发明涉及电力设备加密技术领域，具体涉及一种加密的计量用合并单元。
背景技术
合并单元(MergingUnit，MU)对一次互感器传输过来的电气量进行合并和同步处理，并将处理后的数字信号按照特定格式转发给间隔层设备使用的装置。合并单元是电子式电流、电压互感器的接口装置，在一定程度上实现了过程层数据的共享和数字化，它作为遵循IEC61850标准的数字化变电站间隔层、站控层设备的数据来源，作用十分重要。随着数字化变电站自动化技术的推广和工程建设，对合并单元的功能和性能要求越来越高。
由于合并单元或计量用合并单元的内部核心数据可更改，经过计量校准机构校准后的合并单元或计量用合并单元的误差可随意更改，直接影响到仪器测量的精度，导致量值不能准确传递。同时计量数据采用明文传输有较大的风险，因此需要提供一种加密的计量用合并单元，将与计量用合并单元误差相关的各参数均放在加密装置中存储，在没有合法授权的情况下，计量用合并单元的厂家和个人无法修改合并单元内的相关参数。
发明内容
为了满足现有技术的需要，本发明提供了一种加密的计量用合并单元。
本发明的技术方案是：
优选的，所述计量用合并单元包括分别与CPU双向连接的通讯接口和硬件加密卡；
所述CPU通过通讯接口接收外部输入的加密报文，并将所述加密报文发送至硬件加密卡中进行存储和解密；
所述硬件加密卡，解密所述加密报文后得到所述计量用合并单元的电气量采样参数，并将该电气量采样参数发送至CPU；所述CPU依据传输模型和电气量采样参数重新计算所述计量用合并单元的电气量采样值，并将该电气量采样值打包成IEC61850-9-2协议的报文发出；
优选的，所述硬件加密卡包括加密芯片和存储器；
所述存储器，用于存储所述加密报文、所述电气量采样参数和所述传输模型的模型参数；
所述加密芯片，用于解密所述加密报文；
优选的，所述CPU包括传输模型单元；所述传输模型单元将计量用合并单元的输入信号按照预置的传输模型进行输出，得到数字输出信号；
所述传输模型包括幅值传输模型和相位传输模型；
优选的，
所述幅值传输模型Dout的表达式为：
Dout＝A×Din+b(1)
其中，A为幅度增益，Din为计量用合并单元的AD采样值或者外部数字量的输入值，b为幅度修正值；
所述相位传输模型的表达式为：
其中，为额定延迟时间，为相位修正值；
优选的，所述传输模型的模型参数存储在硬件加密卡的存储器中；所述模型参数包括幅度增益A、幅度修正值b、额定延迟时间相位修正值和插值多项式；
所述插值多项式，用于对计量用合并单元的数字输入信号进行插值运算得到中间变量，所述中间变量依据所述幅值传输模型Dout进行传输得到数字输出信号。
与最接近的现有技术相比，本发明的优异效果是：
本发明提供的一种加密的计量用合并单元，应用于电力系统的数字计量系统中，保证了计量用合并单元内部关键参数不被随意修改，保证计量的准确性和公正性；加密卡使用但不限于使用SM1加密算法的加密芯片，同时加密卡与计量用合并单元的连接也使用但不限于SPI通讯接口，该加密系统同时也适用于合并单元中。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
图1：本发明实施例中一种加密的计量用合并单元示意图；
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明中一种加密的计量用合并单元加密实施例如图1所示，具体为：
如图1所示，本实施例中为加密的计量用合并单元。
本实施例中加密的计量用合并单元包括CPU、硬件加密卡和通讯接口。硬件加密卡安装在计量用合并单元的内部，通过SPI通讯接口与计量用合并单元的CPU双向连接。
(1)硬件加密卡
该硬件加密卡包括加密芯片和存储器。其中，
加密芯片对CPU接收到的加密报文进行解密，将该加密报文中含有的加密参数值存储到所述存储器中。即加密芯片用于完成信息的加密和解密，秘钥交换及授权管理等功能，存储器主要用于存储计量用合并单元加密报文、加密参数值和传输模型的模型参数。
本实施例中，加密参数值指的是电气量采样参数，加密芯片解密加密报文后得到计量用合并单元的电气量采样参数，并将该电气量采样参数发送至CPU。
(2)CPU
该CPU通过通讯接口接收外部输入的加密报文，并读取加密芯片输出的电气量采样参数重新计量用合并单元的电气量采样值，同时，CPU将该电气量采样值打包成IEC61850-9-2协议的报文发出。
加密报文，用于修改硬件加密卡中的加密参数，秘钥交换等。
本实施例中CPU包括传输模型单元，该传输模型单元将计量用合并单元的输入信号按照预置的传输模型进行输出，得到数字输出信号。依据计量用合并单元的输入信号类型，其输入和输出关系主要包括三种：
①：模拟量输入信号
当计量用合并单元的输入信号为模拟量时，计量用合并单元的输入幅值和输出幅值是一一对应的线性关系，可以直接建立线性模型，如下式(1)所示。
②：时间同步的数字量输入信号
当计量用合并单元的输入信号为时间同步的数字量时，计量用合并单元输入的数字量和输出的数字量的幅值时一一对应的线性关系，如下式(1)所示。
输入数字量和输出数字量的相位通过调节移相时间实现，因此相位为加减关系，如下式(2)所示。
③：带插值的数字量输入信号
当计量合并单元的输入信号为具有插值的数字量时，需要将该输入信号经过线性或者多阶多项式进行插值得到中间变量，则该中间变量与计量用合并单元的输出信号的幅值是一一对应的线性关系，如下式(1)所示。
插值移相的相位有额定延迟时间确定，如下式(2)所示。
传输模型包括幅值传输模型和相位传输模型，其中，
①：幅值传输模型Dout的表达式为：
Dout＝A×Din+b(1)
其中，A为幅度增益，Din为计量用合并单元的AD采样值或者外部数字量的输入值，b为幅度修正值。本实施例中幅度增益A和幅度修正值b是经过温度和线性修正后的最终值。
②：相位传输模型的表达式为：
其中，为额定延迟时间，为相位修正值，和可以有电气量采样值得到，也可以由时间计算得到。
上述传输模型的模型参数存储在硬件加密卡的存储器中，模型参数包括幅度增益A、幅度修正值b、额定延迟时间相位修正值和插值多项式。
插值多项式，用于对计量用合并单元的数字输入信号进行插值运算得到中间变量，中间变量依据幅值传输模型Dout进行传输得到数字输出信号。
本实施例中，依据加密参数值和传输模型即可以推算出计量用合并单元的输出值。
最后应当说明的是：所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

Claims (5)

1.一种加密的计量用合并单元，其特征在于，所述计量用合并单元包括分别与CPU双向连接的通讯接口和硬件加密卡；
所述CPU通过通讯接口接收外部输入的加密报文，并将所述加密报文发送至硬件加密卡中进行存储和解密；
所述硬件加密卡，解密所述加密报文后得到所述计量用合并单元的电气量采样参数，并将该电气量采样参数发送至CPU；所述CPU依据传输模型和电气量采样参数重新计算所述计量用合并单元的电气量采样值，并将该电气量采样值打包成IEC61850-9-2协议的报文发出。
2.如权利要求1所述的一种加密的计量用合并单元，其特征在于，所述硬件加密卡包括加密芯片和存储器；
所述存储器，用于存储所述加密报文、所述电气量采样参数和所述传输模型的模型参数；
所述加密芯片，用于解密所述加密报文。
3.如权利要求1所述的一种加密的计量用合并单元，其特征在于，所述CPU包括传输模型单元；所述传输模型单元将计量用合并单元的输入信号按照预置的传输模型进行输出，得到数字输出信号；
所述传输模型包括幅值传输模型和相位传输模型。
4.如权利要求3所述的一种加密的计量用合并单元，其特征在于，
所述幅值传输模型Dout的表达式为：
Dout＝A×Din+b(1)
其中，A为幅度增益，Din为计量用合并单元的AD采样值或者外部数字量的输入值，b为幅度修正值；
所述相位传输模型的表达式为：
其中，为额定延迟时间，为相位修正值。
5.如权利要求3所述的一种加密的计量用合并单元，其特征在于，所述传输模型的模型参数存储在硬件加密卡的存储器中；所述模型参数包括幅度增益A、幅度修正值b、额定延迟时间相位修正值和插值多项式；
所述插值多项式，用于对计量用合并单元的数字输入信号进行插值运算得到中间变量，所述中间变量依据所述幅值传输模型Dout进行传输得到数字输出信号。
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