CN105871625A - 一种电力电网系统的数据采集及故障检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力电网系统的数据采集及故障检测方法，该数据采集方法先对电网进行区域划分，并为每个区域设置一个中心节点；再随机生成一组和为零的上层屏蔽参数分发到各个中心节点，并为每个区域生成一组和为零的下层屏蔽参数分发到区域中的各个用户节点。其故障检测方法包括：信号处理器获取经电流处理器整流后的由电流采集器采集的电流信息；信号处理器获取电流采集器发送的位置信息；信号处理器判断所获取的电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，信号处理器发出报警指令和位置信息至所述报警器。本发明提供的电力电网系统，数据安全性高，且传输成本低，能有效提高现有的电力线路故障排查的效率。

Description

一种电力电网系统的数据采集及故障检测方法

技术领域

本发明属于电网技术领域，具体涉及一种电力电网系统的数据采集及故障检测方法。

背景技术

电力电网，又称为知识型电网或者现代电网，是将现代先进的传感与测量技术、信息通信技术、控制技术和原有的输配电基础设施高度集成而形成的新型电网。电力配电网的开放性使得大量电力采集终端和移动终端广泛应用和接入，这就对电力配电网中数据传输的完整性，保密性，抗攻击性以及隐私保护等问题提出了新的挑战。

无线传感器网络是电力配电网中最主要的用户端数据采集系统。目前，国内外对无线传感器网络数据传输的完整性，保密性，抗攻击性等问题进行了一定的研究，提出了各种不同的广播认证协议。一种是 μTESLA 广播认证协议，该协议在对广播认证的初始化参数进行分配时，是利用基站与节点之间的共享密钥，通过单播的方式来完成的。通过延迟发送认证密钥及判断延时时长来确定所发送的数据包的完整性。该方案安全性较好，但消息认证有延时，这种延时会导致 DOS 攻击的发生。后来研究者对 μTESLA 进行了一系列改进，提出了多级 μTESLA 方案、多基站的 μTESLA 方案、针对认证漂移的 μTESLA 优化方案以及基于消息驱动的 μTESLA 认证方案等。这些优化方案都是在基本的 μTESLA 基础上进行的改进，其根本思想没有改变，因此延时是一直存在的问题，它们仍然不能抵御 DOS 攻击。另一些研究者在电力电网中提出了一种一次签名的认证方案，但该方案要想达到很好的安全性就要消耗很大的签名及认证开销。后来研究者又提出基于 Merkle 树的广播认证协议，该协议采用直接认证的方法，没有延迟，有效地解决了 DOS 攻击的问题，同时实现了多个节点一起认证，相互认证的功能。但当节点数量过大时就会造成节点存储开销和通讯开销都过大的问题。因此研究者又在基本 Merkle树的基础上提出了一种分级 Merkle树的广播策略，该方法针对大量节点设计，大大减小了节点的存储及通信开销。近年来研究者们提出了将Merkle 树认证协议运用到电力电网的方案，将该协议运用到用户与社区门户的安全通信中来提高通信的安全性。但没有对用户数据进行有效的隐私保护，攻击者拦截到用户发送的信息也可以解读出有用的数据。用户的用电信息以及用电规律等隐私的泄露将导致入室盗窃等危害人民生活安全的事件发生。

电网的发展和社会的进步都对电网的运行安全提出了更高的要求，加强对电网故障的诊断处理显得尤为重要。随着计算机技术、通信技术、网络技术等的发展，采用更为先进的电力技术来改善电网故障诊断系统的性能，具有重要的研究价值和实际意义。

然而，我国配电网具有线路结构复杂、环境多样多变、故障频繁复杂、维护工作量大等特征。配电线路某一段发生故障，需要逐段排查故障发生位置，不但工作强度大，而且还会延误抢修时间，影响供电可靠性。

但是，目前的电路系统故障的排查需要人工巡检进行故障定位，排查效率过低。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种数据安全性高，且传输成本低，能有效提高现有的电力线路故障排查的效率的电力电网系统的数据采集及故障检测方法。

技术方案：本发明所述的一种电力电网系统的数据采集方法，包括如下步骤：

（1）将电网划分为 m 个用户区域，每个用户区域中包含 n 个用户节点，并为每个用户区域设置一个中心节点；

（2）随机生成 m 个上层屏蔽参数，并将各个上层屏蔽参数一一对应的分发到 m 个中心节点，且 m 个上层屏蔽参数之和为零；定义 m个下层屏蔽数组，并为每个下层屏蔽数组随机生成 n个下层屏蔽参数，并将 m×n个下层屏蔽参数一一对应的分发到 m×n 个用户节点，且同一屏蔽数组中的各下层屏蔽参数之和为零，同一屏蔽数组中的各下层屏蔽参数分发给同一个用户区域中的用户节点；

（3）为电网构建一个具有 m 个叶节点的上层树，并为每个用户区域构建一个具有 n 个叶节点的下层树；所述上层树及下层树均为 Merkle 树，上层树的各个叶节点与各个中心节点一一对应，下层树的各个叶节点与该下层树所属用户区域的各个用户节点一一对应 ；对上层树中的每个叶节点，将该叶节点所对应的中心节点的上层屏蔽参数进行 Hash运算，并将运算所得值赋给该叶节点 ；对上层树中的每个父节点，先将该父节点的所有子节点的值进行组合，再对组合所得值进行 Hash 运算，并将运算所得值赋给该父节点；对下层树中的每个叶节点，将该叶节点所对应的用户节点的下层屏蔽参数进行 Hash运算，并将运算所得值赋给该叶节点 ；对下层树中的每个父节点，先将该父节点的所有子节点的值进行组合，再对组合所得值进行 Hash 运算，并将运算所得值赋给该父节点；

（4）总节点为各中心节点各生成一个初始参数包，并将各中心节点的初始参数包分发给各中心节点，各中心节点为本用户区域内的各用户节点各生成一个初始化参数包，并将各用户节点的初始参数包分发给本用户区域内的各用户节点 ；其中，中心节点的初始参数包中包含有 Pi 的值，及位于 Pi 至 Ph 路径上的各节点的兄弟节点的值，其中的 Pi 是指上层树中与中心节点相对应的叶节点，Ph 是指上层树的根节点；

其中，用户节点的初始参数包中包含有 Pj 的值，及位于 Pj 至 Pl 路径上的各节点的兄弟节点的值，其中的 Pj 是指用户节点所属用户区域的下层树中与用户节点相对应的叶节点，Pl 是指 Pj 所在的下层树的根节点 ；其中，总节点中存储有上层树根节点的值，每个中心节点均存储有该中心节点所属用户区域中的下层树的根节点的值；

（5）各用户节点将采集的数据分别发送给本用户区域的中心节点；用户节点向本用户区域的中心节点发送数据时，先将采集的数据与自身的下层屏蔽参数相加，并将所得值作为密文与自身的初始参数包组合成一个数据包，再将该数据包发送给本用户区域的中心节点；中心节点收到用户节点发来的数据包后，从该数据包中提取出初始参数包，并根据所提取的初始参数包中的各节点的值，计算出本用户区域中的下层树的根节点的值，并将计算所得值与该根节点的本地存储值进行对比，如果两者不一致则将该数据包丢弃，反之则从该数据包中提取出密文 ；中心节点收到本用户区域内的所有用户节点发来的密文后，对本用户区域内的所有用户节点发来的密文进行求和计算，并将计算所得值记为本用户区域的区域采集值；

（6）各中心节点将本用户区域的区域采集值分别发送给总节点；中心节点向总节点发送数据时，先将本用户区域的区域采集值与自身的上层屏蔽参数相加，并将所得值作为密文与自身的初始参数包组合成一个数据包，再将该数据包发送给总节点；总节点收到中心节点发来的数据包后，从该数据包中提取出初始参数包，并根据所提取的初始参数包中的各节点的值，计算出上层树根节点的值，并将计算所得值与该根节点的本地存储值进行对比，如果两者不一致则将该数据包丢弃，反之则从该数据包中提取出密文 ；总节点收到所有中心节点发来的密文后，对所有中心节点发来的密文进行求和计算，计算所得值即为采集的电网总数据。

本发明还公开了一种电力电网系统的故障检测方法，应用于电网故障检测系统，所述系统包括电流采集器、电流处理器、信号处理器和报警器，所述电流采集器内设有电网支路的位置信息，所述位置信息与所述电网支路的编号一一对应，所述方法包括：

所述信号处理器获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息；

所述信号处理器获取所述电流采集器发送的位置信息；

所述信号处理器判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述报警器，以使所述报警器指示所述位置信息对应的支路发生故障；

所述信号处理器判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信号处理器发出报警指令至所述报警器，以使所述报警器发出报警信息，包括：

所述信号处理器通过预设的带通滤波器对所获取的所述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的电流信息；

所述信号处理器对所述的剩余的电流信息作傅里叶变化，获取所述的剩余的电流信息的频率响应；

所述信号处理器获取所述的剩余的电流信息的频率响应的均值；

所述信号处理器判断所述均值是否大于预设数值；若是，所述信号处理器发出报警指令至所述报警器，以使所述报警器发出报警信息。

进一步的：

所述信号处理器获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息，包括：

所述信号处理器通过无线网络获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息；

所述信号处理器获取所述电流采集器发送的位置信息，包括：所述信号处理器通过无线网络获取所述电流采集器发送的位置信息。

进一步的：一种电力电网故障检测系统，所述系统包括电流采集器、电流处理器、信号处理器和报警器，所述电流采集器内设有电网支路的位置信息，所述位置信息与所述电网支路的编号一一对应，所述信号处理器包括：

第一获取单元，用于获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息；

第二获取单元，用于获取所述电流采集器发送的位置信息；检测单元，用于判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述报警器，以使所述报警器指示所述位置信息对应的支路发生故障。

进一步的：所述检测单元包括：

滤波子单元，用于通过预设的带通滤波器对所获取的所述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的电流信息；

第一计算子单元，用于对所述的剩余的电流信息作傅里叶变化，获取所述的剩余的电流信息的频率响应；

第二计算子单元，用于获取所述的剩余的电流信息的频率响应的均值；

判断子单元，用于判断所述均值是否大于预设数值；

报警子单元，用于若所述均值大于预设数值，发出报警指令至所述报警器，以使所述报警器发出报警信息。

进一步的：

所述第一获取单元具体用于通过无线网络获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息；

所述第二获取单元具体用于通过无线网络获取所述电流采集器发送的位置信息。

进一步的：所述系统包括电流采集器、电流处理器、信号处理器和报警器，所述电流采集器内设有电网支路的位置信息，所述位置信息与所述电网支路的编号一一对应 ；

所述电流采集器用于将所采集的电流信息发送至所述电流处理器；

所述电流处理器用于将所述电流信息处理成在直流分量的交流信号；

信号处理器用于获取经所述电流处理器处理的电流信息，判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信号处理器发出报警指令至所述报警器；

所述报警器用于在接收到所述报警指令后，发出报警信息。

进一步的：所述系统还包括电源模块，所述电源模块为所述电流采集器、电流处理器、信号处理器和报警器提供电源；

所述电流采集器包括初级线圈、次级线圈和采样芯片，所述次级线圈包括 N 个抽头，其中，N 大于等于 3，N 个抽头包括一个首端抽头和一个末端抽头，所述首端抽头和所述末端抽头分别与所述采样芯片耦合。

进一步的：所述电流处理器包括整流单元和无线通讯单元，所述整流单元用于将所述电流信息处理成在直流分量的交流信号，所述无线通讯单元用于将经整流处理后的电流信息通过无线网络发送至所述信号处理器。

进一步的：所述电流采集器与所述无线通讯单元耦合，所述无线通讯单元还用于将所述位置信息发送至所述信号处理器。

有益效果：本发明提供的电力电网的数据采集方法，利用屏蔽参数对传输数据进行了有效的保护，恶意攻击者即便接收到了用户所传输的数据包也无法得知真实的采集数据，具有数据传输安全性高的特点，而且屏蔽参数的数量较多，进一步提高了数据传输安全性，而且采用将屏蔽参数直接加到真实数据上的方式来保护真实数据，不需要进行额外的数据传输，从而减小了传输开销，传输成本也要低于传统的秘钥加密方案。

附图说明

图1为本发明的电网数据采集方法原理图；

图2为本发明的电网故障检测方法的方法流程图；

图3为本发明一个实施例的一种电网故障检测系统的模块框图。

具体实施方式

以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系。

如图 1 所示，本发明实施例所提供的一种电力电网的数据采集方法，涉及电网，所述电网中具有多个用于采集电网数据的用户节点，及用于收集采集数据的总节点；具体步骤如下 ：

1）将电网划分为 m 个用户区域，每个用户区域中包含 n 个用户节点，并为每个用户区域设置一个中心节点 ；

比如，图 1 所示的示例中，将电网划分为 8 个用户区域，8 个用户区域共有 8 个中心节点 R1 ～ R8，每个用户区域中包含 8 个用户节点，图 1 中的 r1 ～ r8 为第 4 个用户区域中的8 个用户节点 ；

2）随机生成 m 个上层屏蔽参数，并将各个上层屏蔽参数一一对应的分发到 m 个中心节点，且 m 个上层屏蔽参数之和为零 ；定义 m个下层屏蔽数组，并为每个下层屏蔽数组随机生成 n个下层屏蔽参数，并将 m×n个下层屏蔽参数一一对应的分发到 m×n 个用户节点，且同一屏蔽数组中的各下层屏蔽参数之和为零，同一屏蔽数组中的各下层屏蔽参数分发给同一个用户区域中的用户节点 ；比如，图 1 所示的示例中，R1 ～ R8 各分发到一个上层屏蔽参数，r1 ～ r8 各分发到一个下层屏蔽参数 ；

3）为电网构建一个具有 m 个叶节点的上层树，并为每个用户区域构建一个具有 n 个叶节点的下层树 ；所述上层树及下层树均为 Merkle 树，上层树的各个叶节点与各个中心节点一一对应，下层树的各个叶节点与该下层树所属用户区域的各个用户节点一一对应 ；对上层树中的每个叶节点，将该叶节点所对应的中心节点的上层屏蔽参数进行 Hash运算，并将运算所得值赋给该叶节点 ；对上层树中的每个父节点，先将该父节点的所有子节点的值进行组合，再对组合所得值进行 Hash 运算，并将运算所得值赋给该父节点 ；对下层树中的每个叶节点，将该叶节点所对应的用户节点的下层屏蔽参数进行 Hash运算，并将运算所得值赋给该叶节点 ；对下层树中的每个父节点，先将该父节点的所有子节点的值进行组合，再对组合所得值进行 Hash 运算，并将运算所得值赋给该父节点 ；比如，图 1 所示的示例中，上层树和下层树各有 8 个叶节点，将 R1 ～ R8 的上层屏蔽参数进行 Hash 运算后的所得值赋给分别上层树的 8 个叶节点 M1 ～ M8，将 M1 与 M2 的值进行组合后再进行 Hash 运算，并将运算所得值赋给 M1 与 M2 的父节点 M12 ；将 r1 ～ r8 的下层屏蔽参数进行 Hash 运算后的所得值分别赋给第 4 个用户区域中的下层树的 8 个叶节点 m1 ～m8，将 m3 与 m4 的值进行组合后再进行 Hash 运算，并将运算所得值赋给 m3 与 m4 的父节点m34，其它非叶节点的赋值方式类似 ；

4）总节点为各中心节点各生成一个初始参数包，并将各中心节点的初始参数包分发给各中心节点，各中心节点为本用户区域内的各用户节点各生成一个初始化参数包，并将各用户节点的初始参数包分发给本用户区域内的各用户节点 ；其中，中心节点的初始参数包中包含有 Pi 的值，及位于 Pi 至 Ph 路径上的各节点的兄弟节点的值，其中的 Pi 是指上层树中与中心节点相对应的叶节点，Ph 是指上层树的根节点 ；

其中，用户节点的初始参数包中包含有 Pj 的值，及位于 Pj 至 Pl 路径上的各节点的兄弟节点的值，其中的 Pj 是指用户节点所属用户区域的下层树中与用户节点相对应的叶节点，Pl 是指 Pj 所在的下层树的根节点 ；其中，总节点中存储有上层树根节点的值，每个中心节点均存储有该中心节点所属用户区域中的下层树的根节点的值 ；

比如，图 1 所示的示例中，R4 的初始参数包中包含有 M3、M4、M12 及 M58 的值，r1 的初始参数包中包含有 m1、m2、m34 及 m58 的值 ；

5）各用户节点将采集的数据分别发送给本用户区域的中心节点 ；用户节点向本用户区域的中心节点发送数据时，先将采集的数据与自身的下层屏蔽参数相加，并将所得值作为密文与自身的初始参数包组合成一个数据包，再将该数据包发送给本用户区域的中心节点 ；比如，图 1 所示的示例中，r1 采集的数据的 k1，r1 的下层屏蔽参数为 x1，r1 的初始参数包为 Para1，则 r1 向 R4 发送的数据包中包含有 k1+x1 及 Para1 ；中心节点收到用户节点发来的数据包后，从该数据包中提取出初始参数包，并根据所提取的初始参数包中的各节点的值，计算出本用户区域中的下层树的根节点的值，并将计算所得值与该根节点的本地存储值进行对比，如果两者不一致则将该数据包丢弃，反之则从该数据包中提取出密文 ；中心节点收到本用户区域内的所有用户节点发来的密文后，对本用户区域内的所有用户节点发来的密文进行求和计算，并将计算所得值记为本用户区域的区域采集值（由于同一用户区域内的所有用户节点的下层屏蔽参数之和为零，同一用户区域内的所有用户节点的密文之和，即为该用户区域内的所有用户节点所采集的数据之和）；

6）各中心节点将本用户区域的区域采集值分别发送给总节点 ；中心节点向总节点发送数据时，先将本用户区域的区域采集值与自身的上层屏蔽参数相加，并将所得值作为密文与自身的初始参数包组合成一个数据包，再将该数据包发送给总节点 ；比如，图 1 所示的示例中，R4 计算出的第 4 个用户区域的区域采集值为 K4，R4 的上层屏蔽参数为 X4，R4 的初始参数包为 Para4，则 R4 向总节点发送的数据包中包含有 K4+X4及 Para4 ；总节点收到中心节点发来的数据包后，从该数据包中提取出初始参数包，并根据所提取的初始参数包中的各节点的值，计算出上层树根节点的值，并将计算所得值与该根节点的本地存储值进行对比，如果两者不一致则将该数据包丢弃，反之则从该数据包中提取出密文 ；总节点收到所有中心节点发来的密文后，对所有中心节点发来的密文进行求和计算，计算所得值即为采集的电网总数据。

如图 2 所示，本电力电网的故障检测方法包括 ：

S11：获取经电流处理器整流后的由电流采集器采集的电流信息 ；

本发明实施例中，电流采集器可以是互感线圈组成，由于配电网电流比较大，不方便处理，因此需要通过互感线圈将大电流信号处理成中小电流信号，因此，输出的电流的幅度与配电网的电流成比例，而频率一致，因此能较好的反应配电网的电流情况。

由于电流采集器输出的电流是一个正负交替的交流信号，而信号处理器无法采集到负波形的信号，因此，由电流处理器将电流信息内的正负交替的交流信号处理成带直流分量的电流信号。

S12 ：获取电流采集器采集的位置信息 ；电流采集器将位置信息发送至所述信号处理器，发送的方式可以采用无线网络的方式，例如卫星通信网络等，也可以通过有线网络的方式连接到信号处理器。

S13 ：判断获取的电流信息是否位于预设数值范围之外 ；所述信号处理器设定一个数值范围，数值范围之内的电流值表示电网处于正常工作状态，当采集的电流信息的数值位于所述数值范围之外时，表示电网的支路发生了故障，有可能短路或者断路。

例如，所述信号处理器记录每次采集的电流信息的数值大小，判断电流是否在变小或变大，并当电流信息持续变小或变大的时间超过预设时间时，判断电网支路发生故障。

再例如，所述信号处理器记录每次采集的电流信息的数值大小，判断电流是否位于预设数值范围之外，且在范围之外的时间是否超过预设时间，如果是，判断电网支路发生故障，如果未超过预设时间，则不判定为电路支路发生故障，有效避免短时间内电流的变化而造成信号处理器误判定为故障发生。

再例如，在发生电路短路接地时，会产生较多的多次谐波分量，例如 5 次谐波或 7次谐波，因此，可以通过检测电流信息中是否有谐波分量来检测电路是否短路，检测方式可以采用如下 ：所述信号处理器通过预设的带通滤波器对所获取的所述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的电流信息。

当存在多次谐波时，谐波一般位于 450Hz 到 1400Hz 的频率之间，而没有谐波时，电流频率一般为工频，即 50Hz，因此通过一个带通滤波器将电流信号中的 450Hz 到 1400Hz 之间的信号提取出来。而所述带通滤波器可以是一个数字带通滤波器，例如通带边缘频率为450Hz 和 1400Hz 的巴特沃什滤波器，当然也可以是一个模拟带通滤波器。

因此，经过所述带通滤波器后，所述电流信号内的 450Hz 到 1400Hz 频率之外的电流被阻挡而无法通过。

然后再对所述的剩余的电流信息作傅里叶变化，获取所述的剩余的电流信息的频率响应。

所述信号处理器获取所述的剩余的电流信息的频率响应的均值，判断所述均值是否大于预设数值。

频谱图的均值反映了信号的平均功率的大小，而平均功率反映了信号的能量，因此，对在 450Hz 到 1400Hz 之间的电流信号计算平均值，可以得到 450Hz 到 1400Hz 之间的电流信号的能量大小，如果均值大于预设的数值，表示在 450Hz 到 1400Hz 之间的电流信号比较大，则说明所述电流采集器采集的电流信息中混有多次谐波能量，表示有可能发生了短路故障。

因此，所述信号处理器判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，则执行 S14 ；S14 ：指示报警器发出报警信息 ；所述信号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述报警器，以使所述报警器指示所述位置信息对应的支路发生故障。

所述信号处理器将位置信息发送给报警器，报警器接收到位置信息后，指示所述位置信息处的电网支路发生故障，例如，所述位置信息为 A 街道 100 号，所述位置信息对应的电网支路编号为 001，则所述报警器发出的报警信息为 A 街道 100 号的线路 001 发生故障，可以通过短信的方式发送给工作人员。

也可以是工作人员的随身携带的移动终端上安装有 APP，另外，所述报警器可以是位于控制中心的控制服务器上，信号处理器与所述控制服务器无线连接，所述控制服务器为工作人员随身携带的移动终端的 APP 的管理服务器，所述控制服务器将报警信息通过APP 推送给工作人员。

所述信号处理器判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，则返回执行 S11，进行下一次采集。

因此，本发明实施例通过检测电网支路中电流的异常变化判断所述电网支路是否发生故障了，并且，所述信号处理器获取所述支路的位置信息，所述位置信息与电网支路的编号一一对应，即接收的电流信息与位置信息以及电网支路的编号是相对应的。当检测到获取的电流信息位于预设数值范围之外，则证明与所述电流信息对应的编号的电网支路发生故障，根据所述编号对应的位置信息，迅速获取发生故障的具体位置，便于及时抢修网络。

另外，如图 3 所示，本发明实施例提供的一种电网故障检测系统，所述系统包括电流采集器 202、电流处理器 201、信号处理器和报警器 206，所述电流采集器内设有电网支路的位置信息，所述位置信息与所述电网支路的编号一一对应，所述信号处理器包括 ：

第一获取单元 203，用于获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息 ；

第二获取单元 204，用于获取所述电流采集器发送的位置信息 ；检测单元 205，用于判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述报警器，以使所述报警器指示所述位置信息对应的支路发生故障。

其中，所述检测单元 205 包括 ：滤波子单元，用于通过预设的带通滤波器对所获取的所述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的电流信息 ；第一计算子单元，用于对所述的剩余的电流信息作傅里叶变化，获取所述的剩余的电流信息的频率响应 ；第二计算子单元，用于获取所述的剩余的电流信息的频率响应的均值 ；判断子单元，用于判断所述均值是否大于预设数值 ；报警子单元，用于若所述均值大于预设数值，发出报警指令至所述报警器，以使所述报警器发出报警信息。

另外，所述第一获取单元具体用于通过无线网络获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息 ；

所述第二获取单元具体用于通过无线网络获取所述电流采集器发送的位置信息。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种电力电网系统的数据采集方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）将电网划分为 m 个用户区域，每个用户区域中包含 n 个用户节点，并为每个用户区域设置一个中心节点；

（2）随机生成 m 个上层屏蔽参数，并将各个上层屏蔽参数一一对应的分发到 m 个中心节点，且 m 个上层屏蔽参数之和为零；定义 m个下层屏蔽数组，并为每个下层屏蔽数组随机生成 n个下层屏蔽参数，并将 m×n个下层屏蔽参数一一对应的分发到 m×n 个用户节点，且同一屏蔽数组中的各下层屏蔽参数之和为零，同一屏蔽数组中的各下层屏蔽参数分发给同一个用户区域中的用户节点；

（3）为电网构建一个具有 m 个叶节点的上层树，并为每个用户区域构建一个具有 n 个叶节点的下层树；所述上层树及下层树均为 Merkle 树，上层树的各个叶节点与各个中心节点一一对应，下层树的各个叶节点与该下层树所属用户区域的各个用户节点一一对应 ；对上层树中的每个叶节点，将该叶节点所对应的中心节点的上层屏蔽参数进行 Hash运算，并将运算所得值赋给该叶节点 ；对上层树中的每个父节点，先将该父节点的所有子节点的值进行组合，再对组合所得值进行 Hash 运算，并将运算所得值赋给该父节点；对下层树中的每个叶节点，将该叶节点所对应的用户节点的下层屏蔽参数进行 Hash运算，并将运算所得值赋给该叶节点 ；对下层树中的每个父节点，先将该父节点的所有子节点的值进行组合，再对组合所得值进行 Hash 运算，并将运算所得值赋给该父节点；

（4）总节点为各中心节点各生成一个初始参数包，并将各中心节点的初始参数包分发给各中心节点，各中心节点为本用户区域内的各用户节点各生成一个初始化参数包，并将各用户节点的初始参数包分发给本用户区域内的各用户节点 ；其中，中心节点的初始参数包中包含有 Pi 的值，及位于 Pi 至 Ph 路径上的各节点的兄弟节点的值，其中的 Pi 是指上层树中与中心节点相对应的叶节点，Ph 是指上层树的根节点；

其中，用户节点的初始参数包中包含有 Pj 的值，及位于 Pj 至 Pl 路径上的各节点的兄弟节点的值，其中的 Pj 是指用户节点所属用户区域的下层树中与用户节点相对应的叶节点，Pl 是指 Pj 所在的下层树的根节点 ；其中，总节点中存储有上层树根节点的值，每个中心节点均存储有该中心节点所属用户区域中的下层树的根节点的值；

（5）各用户节点将采集的数据分别发送给本用户区域的中心节点；用户节点向本用户区域的中心节点发送数据时，先将采集的数据与自身的下层屏蔽参数相加，并将所得值作为密文与自身的初始参数包组合成一个数据包，再将该数据包发送给本用户区域的中心节点；中心节点收到用户节点发来的数据包后，从该数据包中提取出初始参数包，并根据所提取的初始参数包中的各节点的值，计算出本用户区域中的下层树的根节点的值，并将计算所得值与该根节点的本地存储值进行对比，如果两者不一致则将该数据包丢弃，反之则从该数据包中提取出密文 ；中心节点收到本用户区域内的所有用户节点发来的密文后，对本用户区域内的所有用户节点发来的密文进行求和计算，并将计算所得值记为本用户区域的区域采集值；

（6）各中心节点将本用户区域的区域采集值分别发送给总节点；中心节点向总节点发送数据时，先将本用户区域的区域采集值与自身的上层屏蔽参数相加，并将所得值作为密文与自身的初始参数包组合成一个数据包，再将该数据包发送给总节点；总节点收到中心节点发来的数据包后，从该数据包中提取出初始参数包，并根据所提取的初始参数包中的各节点的值，计算出上层树根节点的值，并将计算所得值与该根节点的本地存储值进行对比，如果两者不一致则将该数据包丢弃，反之则从该数据包中提取出密文 ；总节点收到所有中心节点发来的密文后，对所有中心节点发来的密文进行求和计算，计算所得值即为采集的电网总数据。

2.一种电力电网系统的故障检测方法，其特征在于：应用于电网故障检测系统，所述系统包括电流采集器、电流处理器、信号处理器和报警器，所述电流采集器内设有电网支路的位置信息，所述位置信息与所述电网支路的编号一一对应，所述方法包括：

所述信号处理器获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息；

所述信号处理器获取所述电流采集器发送的位置信息；

所述信号处理器判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述报警器，以使所述报警器指示所述位置信息对应的支路发生故障；

所述信号处理器判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信号处理器发出报警指令至所述报警器，以使所述报警器发出报警信息，包括：

所述信号处理器通过预设的带通滤波器对所获取的所述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的电流信息；

所述信号处理器对所述的剩余的电流信息作傅里叶变化，获取所述的剩余的电流信息的频率响应；

所述信号处理器获取所述的剩余的电流信息的频率响应的均值；

所述信号处理器判断所述均值是否大于预设数值；若是，所述信号处理器发出报警指令至所述报警器，以使所述报警器发出报警信息。

3.根据权利要求2所述的一种电力电网系统的故障检测方法，其特征在于：

所述信号处理器获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息，包括：

所述信号处理器通过无线网络获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息；

所述信号处理器获取所述电流采集器发送的位置信息，包括：所述信号处理器通过无线网络获取所述电流采集器发送的位置信息。

4.一种电力电网故障检测系统，其特征在于：所述系统包括电流采集器、电流处理器、信号处理器和报警器，所述电流采集器内设有电网支路的位置信息，所述位置信息与所述电网支路的编号一一对应，所述信号处理器包括：

第一获取单元，用于获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息；

第二获取单元，用于获取所述电流采集器发送的位置信息；检测单元，用于判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述报警器，以使所述报警器指示所述位置信息对应的支路发生故障。

5.根据权利要求4所述的一种电力电网故障检测系统，其特征在于：所述检测单元包括：

滤波子单元，用于通过预设的带通滤波器对所获取的所述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的电流信息；

第一计算子单元，用于对所述的剩余的电流信息作傅里叶变化，获取所述的剩余的电流信息的频率响应；

第二计算子单元，用于获取所述的剩余的电流信息的频率响应的均值；

判断子单元，用于判断所述均值是否大于预设数值；

报警子单元，用于若所述均值大于预设数值，发出报警指令至所述报警器，以使所述报警器发出报警信息。

6.根据权利要求4或5所述的一种电力电网故障检测系统，其特征在于：

所述第一获取单元具体用于通过无线网络获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息；

所述第二获取单元具体用于通过无线网络获取所述电流采集器发送的位置信息。

7.一种电网故障检测系统，其特征在于：所述系统包括电流采集器、电流处理器、信号处理器和报警器，所述电流采集器内设有电网支路的位置信息，所述位置信息与所述电网支路的编号一一对应 ；

所述电流采集器用于将所采集的电流信息发送至所述电流处理器；

所述电流处理器用于将所述电流信息处理成在直流分量的交流信号；

信号处理器用于获取经所述电流处理器处理的电流信息，判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信号处理器发出报警指令至所述报警器；

所述报警器用于在接收到所述报警指令后，发出报警信息。

8.根据权利要求 7 所述的一种电网故障检测系统，其特征在于，所述系统还包括电源模块，所述电源模块为所述电流采集器、电流处理器、信号处理器和报警器提供电源；

所述电流采集器包括初级线圈、次级线圈和采样芯片，所述次级线圈包括 N 个抽头，其中，N 大于等于 3，N 个抽头包括一个首端抽头和一个末端抽头，所述首端抽头和所述末端抽头分别与所述采样芯片耦合。

9.根据权利要求 8 所述的一种电网故障检测系统，其特征在于，所述电流处理器包括整流单元和无线通讯单元，所述整流单元用于将所述电流信息处理成在直流分量的交流信号，所述无线通讯单元用于将经整流处理后的电流信息通过无线网络发送至所述信号处理器。

10.根据权利要求 9 所述的一种电网故障检测系统，其特征在于，所述电流采集器与所述无线通讯单元耦合，所述无线通讯单元还用于将所述位置信息发送至所述信号处理器。