CN106849997B - 基于电力线宽带载波的混合组网方法 - Google Patents

基于电力线宽带载波的混合组网方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于电力线宽带载波的混合组网方法，包括以下步骤，步骤（A），建立混合组网架构；步骤（B），根据混合组网架构，从混合组网的终端验证、通信加密、授权管理、行为审计、区域隔离五个方面，建立混合组网的信息安全路线；步骤（C），在建立信息安全路线后的混合组网上，构建末端接入的自适应通信。本发明的基于电力线宽带载波的混合组网方法，混合组网能够解决居民用户可控负荷的远程控制功能，为用电信息采集系统提供居民用户分路用能数据以及开关运行状态，为大数据统计分析居民用户用能习惯提供基础数据，为电力公司与居民用户互动、推送节能建议提供技术支持，适合推广，具有良好的应用前景。

Description

基于电力线宽带载波的混合组网方法
技术领域
本发明涉及电力载波技术领域，具体涉及一种基于电力线宽带载波的混合组网方法。
背景技术
随着电力系统特高压输电线路的建设与投运，特高压线路的任何故障都会导致某个省电力网络突然失去大电源，在电力系统突发意外情况或者错峰调峰时非居用户与居民用户可控、负控、受控，研究居民用户可控负荷（例如：空调、热水器等）参与电力系统负荷调节作业的必要性日趋成熟。
电力连万家，且电力线为免费资源，利用电力线宽带载波作为接入点，在居民配电箱安装智能开关控制终端，智能开关控制终端通过无线、红外、Wifi等通信信道与空调、电热水器等家具设备通信，且智能控制终端能够借助电力线宽带载波与数据集中器组网，从而构建了同一台区下末端各个居民用户的智能开关配电控制终端互联，数据集中器通过以太网或GPRS或光纤等通信信道与用电信息采集系统连接，建立了主站到居民用户可控负荷的远程控制通道，各种业务操作均可进行，同时居民用户末端智能开关控制终端采集数据上报主站，为主站系统后台大数据分析、信息定向推送等深化应用提供基础数据。
而且，为了居民用户信息安全以及电力系统通信安全，需要在系统架构的不同层级终端采用不同的安全认证机制，确保交互信息安全。
目前，市面上基于电力线宽带载波的智能家居系统已有应用，但安全认证机构不够完善，在用电信息采集系统下通过多种安全认证以及多种通信信道接入的末端用电设备的远程控制的混合组网系统尚未见报道。
发明内容
本发明的目的是克服现有的基于电力线宽带载波的智能家居系统，安全认证机构不够完善的问题。本发明的基于电力线宽带载波的混合组网方法，混合组网能够解决居民用户可控负荷的远程控制功能，为用电信息采集系统提供居民用户分路用能数据以及开关运行状态，为大数据统计分析居民用户用能习惯提供基础数据，为电力公司与居民用户互动、推送节能建议提供技术支持，适合推广，具有良好的应用前景。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤（A），建立混合组网架构，包括建设源网荷通信网络平台，所述建设源网荷通信网络平台涵盖4G专网、无线专网、传感器网络、EPON光通信网络、以太网通信网络、电力线载波通信网络、PLC通信网络，支撑源、网、荷、储四种电力形态的监测与控制；
步骤（B），根据混合组网架构，从混合组网的终端验证、通信加密、授权管理、行为审计、区域隔离五个方面，建立混合组网的信息安全路线；
步骤（C），在建立信息安全路线后的混合组网上，构建末端接入的自适应通信，
（C1）由主站、数据集中器、智能开关控制终端和居民用户可控家用电器负荷组成的模拟原型系统，所述智能开关控制终端借助于电力线宽带载波和数据集中器上行通信信道建立与主站之间的远程交互通道；
（C2）智能开关控制终端自动识别本地通信信道，并与居民用户可控家用电器建立本地交互通道，将主站的控制命令在安全认证下直接控制居民用户可控家用电器；
（C3）在控制居民用户可控家用电器的同时，智能开关控制终端采集居民用户各分路开关用电量以及开关运行状态，并上报到主站；
步骤（D），在构建的末端接入自适应通信上，增加安全防护，在家庭网关入口处增加PLC信号低通滤波器，用于对电力线上的PLC信号进行隔离。
前述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：所述终端验证，用于实现终端和主站的双向验证，保证双方均在许可设备间进行信息交互；
所述通信加密，用于对通信全过程进行加密处理，防止信息明文泄露；
所述授权管理，用于对验证终端进行权限设置，完善权限管理，限制行为模式；
所述行为审计，用于对所有在线终端进行在线行为审计，告警并记录越限行为；
所述区域隔离，用于对用户侧网络进行专网专区域设置，限制其与数据网交互模式，降低信息安全风险。
前述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：所述PLC信号低通滤波器为3阶无源低通滤波器，且3阶无源低通滤波器采用铝箔屏蔽箱体。
前述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：（C2）智能开关控制终端自动识别本地通信信道，所述本地通信信道包括ZigBee通信信道、红外通信信道或者Wifi通信信道。
前述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：所述模拟原型系统，由主站、数据集中器、智能开关控制终端和居民用户可控家用电器负荷组成，主站采用以太网、GPRS或光纤通信信道与数据集中器建立连接。
前述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：所述智能开关控制终端，包括自组网、自计量、多信道自识别以及分路控制四个功能，
所述自组网功能，在智能开关控制终端上电后，主动发起组网，以本终端设备地址作为入网节点信息，通过电力线宽带载波广播发送入网指令，数据集中器收到智能开关控制终端入网请求后，结合自身档案自动判别允许或者拒绝该智能开关控制终端入网，智能开关控制终端收到数据集中器入网允许后便自组网成功，链路连接已建立；
所述自计量功能，在智能开关控制终端上电后，具备单相计量功能，根据计量芯片采集的数据信息计算电压、电流、功率与电量，为居民用户大数据用能分析提供基础计量数据；
所述多信道自识别功能，在智能开关控制终端上电后，能够自动识别本地通信信道；
所述分路控制功能，在智能开关控制终端上电后，收到主站下发控制命令后，根据命令类型执行相应的操作，若控制命令非分闸、合闸指令，则智能控制终端需根据多信道自识别的标志，采用对应的通讯协议与居民用户的家用电器设备进行对应的控制命令操作，并将家用电器返回结果回复给主站，告知主站本次控制操作执行是否成功。
前述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：所述数据集中器，包括安全认证单元、数据与状态汇集单元、多信道接入主站单元，
所述安全认证单元，能够使数据集中器上行安全认证选择符合国家电网公司的ESAM硬件安全认证体系，在应用层关键信息域增加128位AES加密；
所述数据与状态汇集单元，采用高速的海思电力线宽带载波，定时搜索所辖智能开关控制终端的计量信息、开关状态，及时掌握全台区下各居民用户家用电器的运行状态以及能耗数据；
所述多信道接入主站单元，将数据与状态汇集单元通过上行通信信道上报主站。
前述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：所述多信道自识别功能，根据按如下步骤运行，
（1）将模块识别标志位Flag置无效值0xFF，Flag = 0xFF；
（2）读取模块识别口线组合状态值，其值范围0～3，其中0～3分别对应PLC载波模块、ZigBee通信模块、红外通信模块、Wifi通信模块；
（3）判断模块识别口线组合状态是否为ZigBee通信模块，若是执行（4），若不是执行（5）；
（4）将模块识别标志位Flag置0xA1，Flag=0xA1，跳转至（12）；
（5）不是ZigBee通信模块，跳转至（6）；
（6）判断模块识别口线组合状态是红外通信模块，若是执行（7），若不是执行（8）；
（7）将模块识别标志位Flag置0xA2，Flag=0xA2，跳转至（12）；
（8）不是红外通信模块，跳转至（9）；
（9）判断模块识别口线组合状态是否为是Wifi通信模块，若是执行（10），若不是执行（11）；
（10）将模块识别标志位Flag置0xA3，Flag=0xA3，跳转至（12）；
（11）不是Wifi通信模块，跳转至（12）；
（12）判断模块识别标志位Flag是否为无效值0xFF，若是执行（13），若不是执行（14）；
（13）模块识别标志位Flag为无效值0xFF，跳转至（2）；
（14）模块识别标志位Flag为有效值，根据模块识别标志位Flag的标志，确定通信方式进行信息交互；
（15）完成多信道自识别。
本发明的有益效果是：本发明的基于电力线宽带载波的混合组网方法，混合组网能解决了居民用户可控负荷的远程控制功能，让居民用户可控负荷分时、错时用电，缓解电网压力，适合推广；也为用电信息采集系统提供居民用户分路用能数据以及开关运行状态，为大数据统计分析居民用户用能习惯提供基础数据，为电力公司与居民用户互动、推送节能建议提供技术支持，适合推广，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是本发明的基于电力线宽带载波的混合组网方法的流程图。
图2是本发明的一实施例的源网荷通信网络平台的系统框图。
图3是本发明的信息安全路线的示意图。
图4是本发明的构建末端接入的自适应通信的系统框图。
图5是本发明自动识别本地通信信道的流程图。
图6是本发明增加安全防护的示意图。
图7是本发明的PLC信号低通滤波器的滤波原理图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。
如图1所示，本发明的基于电力线宽带载波的混合组网方法，包括以下步骤，
步骤（A），建立混合组网架构，包括建设源网荷通信网络平台，所述建设源网荷通信网络平台涵盖4G专网、无线专网、传感器网络、EPON光通信网络、以太网通信网络、电力线载波通信网络、PLC通信网络，支撑源、网、荷、储四种电力形态的监测与控制，如图2所示，本发明的一实施例的源网荷通信网络平台的系统框图；
步骤（B），根据混合组网架构，如图3所示，从混合组网的终端验证、通信加密、授权管理、行为审计、区域隔离五个方面，建立混合组网的信息安全路线，
所述终端验证，用于实现终端和主站的双向验证，保证双方均在许可设备间进行信息交互；
所述通信加密，用于对通信全过程进行加密处理，防止信息明文泄露；
所述授权管理，用于对验证终端进行权限设置，完善权限管理，限制行为模式；
所述行为审计，用于对所有在线终端进行在线行为审计，告警并记录越限行为；
所述区域隔离，用于对用户侧网络进行专网专区域设置，限制其与数据网交互模式，降低信息安全风险；
步骤（C），在建立信息安全路线后的混合组网上，如图4所示，构建末端接入的自适应通信，
（C1）由主站、数据集中器、智能开关控制终端和居民用户可控家用电器负荷组成的模拟原型系统，所述智能开关控制终端借助于电力线宽带载波和数据集中器上行通信信道建立与主站之间的远程交互通道；
（C2）智能开关控制终端自动识别本地通信信道，并与居民用户可控家用电器建立本地交互通道，将主站的控制命令在安全认证下直接控制居民用户可控家用电器，所述本地通信信道包括ZigBee通信信道、红外通信信道或者Wifi通信信道；
（C3）在控制居民用户可控家用电器的同时，智能开关控制终端采集居民用户各分路开关用电量以及开关运行状态，并上报到主站；
步骤（D），在构建的末端接入自适应通信上，增加安全防护，如图6所示，在家庭网关入口处增加PLC信号低通滤波器，用于对电力线上的PLC信号进行隔离，所述PLC信号低通滤波器的滤波原理，如图7所示，对全网PLC广播域及组网规模进行限制和隔离，降低PLC组网规模的同时对用电用户信息进行横向隔离，防止私密信息物理层扩散，并防止用电用户随意接入电力内网，可在边缘侧限制接入规则和内容，加强电力通信信息网络安全建设，所述PLC信号低通滤波器为3阶无源低通滤波器，且3阶无源低通滤波器采用铝箔屏蔽箱体，对高于工频以上的频率成分进行吸收衰减，有效防止PLC信号的与外界的串扰现象，同时铝箔屏蔽箱体，防止频率较高的PLC信号通过空间辐射产生辐射串扰。
所述模拟原型系统，由主站、数据集中器、智能开关控制终端和居民用户可控家用电器负荷（例如空调、电热水器）组成，主站采用以太网、GPRS或光纤通信信道与数据集中器建立连接。
所述智能开关控制终端，包括自组网、自计量、多信道自识别以及分路控制四个功能，
所述自组网功能，在智能开关控制终端上电后，主动发起组网，以本终端设备地址作为入网节点信息，通过电力线宽带载波广播发送入网指令，数据集中器收到智能开关控制终端入网请求后，结合自身档案自动判别允许或者拒绝该智能开关控制终端入网，智能开关控制终端收到数据集中器入网允许后便自组网成功，链路连接已建立；
所述自计量功能，在智能开关控制终端上电后，具备单相计量功能，根据计量芯片采集的数据信息计算电压、电流、功率与电量，为居民用户大数据用能分析提供基础计量数据；
所述多信道自识别功能，在智能开关控制终端上电后，能够自动识别本地通信信道，如图5所示，根据按如下步骤运行，
（1）将模块识别标志位Flag置无效值0xFF，Flag = 0xFF；
（2）读取模块识别口线组合状态值，其值范围0～3，其中0～3分别对应PLC载波模块、ZigBee通信模块、红外通信模块、Wifi通信模块，这里的PLC载波模块为默认状态，ZigBee通信模块、红外通信模块、Wifi通信模块三个模块需要通过进行本地通信信道识别；
（3）判断模块识别口线组合状态是否为ZigBee通信模块，若是执行（4），若不是执行（5）；
（4）将模块识别标志位Flag置0xA1，Flag=0xA1，跳转至（12）；
（5）不是ZigBee通信模块，跳转至（6）；
（6）判断模块识别口线组合状态是红外通信模块，若是执行（7），若不是执行（8）；
（7）将模块识别标志位Flag置0xA2，Flag=0xA2，跳转至（12）；
（8）不是红外通信模块，跳转至（9）；
（9）判断模块识别口线组合状态是否为是Wifi通信模块，若是执行（10），若不是执行（11）；
（10）将模块识别标志位Flag置0xA3，Flag=0xA3，跳转至（12）；
（11）不是Wifi通信模块，跳转至（12）；
（12）判断模块识别标志位Flag是否为无效值0xFF，若是执行（13），若不是执行（14）；
（13）模块识别标志位Flag为无效值0xFF，跳转至（2）；
（14）模块识别标志位Flag为有效值，根据模块识别标志位Flag的标志，确定通信方式进行信息交互；
（15）完成多信道自识别；
所述分路控制功能，在智能开关控制终端上电后，收到主站下发控制命令后，根据命令类型执行相应的操作，若控制命令非分闸、合闸指令，则智能控制终端需根据多信道自识别的标志，采用对应的通讯协议与居民用户的家用电器设备进行对应的控制命令操作，并将家用电器返回结果回复给主站，告知主站本次控制操作执行是否成功。
所述数据集中器，包括安全认证单元、数据与状态汇集单元、多信道接入主站单元，
所述安全认证单元，能够使数据集中器上行安全认证选择符合国家电网公司的ESAM硬件安全认证体系，在应用层关键信息域增加128位AES加密，与国网用电信息采集系统实现安全认证无缝对接，保障了通过以太网、GPRS或光纤信道接入用电信息采集系统的设备信息交互安全，同时也保障了现有用电信息采集系统的安全；
所述数据与状态汇集单元，采用高速的海思电力线宽带载波，具有组网速率快、通信速率高等特点，定时搜索所辖智能开关控制终端的计量信息、开关状态，及时掌握全台区下各居民用户家用电器的运行状态以及能耗数据；
所述多信道接入主站单元，将数据与状态汇集单元通过上行通信信道上报主站。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (8)

1.基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：包括以下步骤，
步骤(A)，建立混合组网架构，包括建设源网荷通信网络平台，所述建设源网荷通信网络平台涵盖4G专网、无线专网、传感器网络、EPON光通信网络、以太网通信网络、电力线载波通信网络、PLC通信网络，支撑源、网、荷、储四种电力形态的监测与控制；
步骤(B)，根据混合组网架构，从混合组网的终端验证、通信加密、授权管理、行为审计、区域隔离五个方面，建立混合组网的信息安全路线；
步骤(C)，在建立信息安全路线后的混合组网上，构建末端接入的自适应通信，
(C1)由主站、数据集中器、智能开关控制终端和居民用户可控家用电器负荷组成的模拟原型系统，所述智能开关控制终端借助于电力线宽带载波和数据集中器上行通信信道建立与主站之间的远程交互通道；
(C2)智能开关控制终端自动识别本地通信信道，并与居民用户可控家用电器建立本地交互通道，将主站的控制命令在安全认证下直接控制居民用户可控家用电器；
(C3)在控制居民用户可控家用电器的同时，智能开关控制终端采集居民用户各分路开关用电量以及开关运行状态，并上报到主站；
步骤(D)，在构建的末端接入自适应通信上，增加安全防护，在家庭网关入口处增加PLC信号低通滤波器，用于对电力线上的PLC信号进行隔离。
2.根据权利要求1所述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：所述终端验证，用于实现终端和主站的双向验证，保证双方均在许可设备间进行信息交互；
所述通信加密，用于对通信全过程进行加密处理，防止信息明文泄露；
所述授权管理，用于对验证终端进行权限设置，完善权限管理，限制行为模式；
所述行为审计，用于对所有在线终端进行在线行为审计，告警并记录越限行为；
所述区域隔离，用于对用户侧网络进行专网专区域设置，限制其与数据网交互模式，降低信息安全风险。
3.根据权利要求1所述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：所述PLC信号低通滤波器为3阶无源低通滤波器，且3阶无源低通滤波器采用铝箔屏蔽箱体。
4.根据权利要求1所述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：所述模拟原型系统，由主站、数据集中器、智能开关控制终端和居民用户可控家用电器负荷组成，主站采用以太网、GPRS或光纤通信信道与数据集中器建立连接。
5.根据权利要求1所述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：(C2)智能开关控制终端自动识别本地通信信道，所述本地通信信道包括ZigBee通信信道、红外通信信道或者Wifi通信信道。
6.根据权利要求1所述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：所述智能开关控制终端，包括自组网、自计量、多信道自识别以及分路控制四个功能，
所述自组网功能，在智能开关控制终端上电后，主动发起组网，以本终端设备地址作为入网节点信息，通过电力线宽带载波广播发送入网指令，数据集中器收到智能开关控制终端入网请求后，结合自身档案自动判别允许或者拒绝该智能开关控制终端入网，智能开关控制终端收到数据集中器入网允许后便自组网成功，链路连接已建立；
所述自计量功能，在智能开关控制终端上电后，具备单相计量功能，根据计量芯片采集的数据信息计算电压、电流、功率与电量，为居民用户大数据用能分析提供基础计量数据；
所述多信道自识别功能，在智能开关控制终端上电后，能够自动识别本地通信信道；
所述分路控制功能，在智能开关控制终端上电后，收到主站下发控制命令后，根据命令类型执行相应的操作，若控制命令非分闸、合闸指令，则智能控制终端需根据多信道自识别的标志，采用对应的通讯协议与居民用户的家用电器设备进行对应的控制命令操作，并将家用电器返回结果回复给主站，告知主站本次控制操作执行是否成功。
7.根据权利要求1所述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：所述数据集中器，包括安全认证单元、数据与状态汇集单元、多信道接入主站单元，
所述安全认证单元，能够使数据集中器上行安全认证选择符合ESAM硬件安全认证体系，在应用层关键信息域增加128位AES加密；
所述数据与状态汇集单元，采用高速的海思电力线宽带载波，定时搜索所辖智能开关控制终端的计量信息、开关状态，及时掌握全台区下各居民用户家用电器的运行状态以及能耗数据；
所述多信道接入主站单元，将数据与状态汇集单元通过上行通信信道上报主站。
8.根据权利要求6所述的基于电力线宽带载波的混合组网方法，其特征在于：所述多信道自识别功能，根据按如下步骤运行，
(1)将模块识别标志位Flag置无效值0xFF，Flag＝0xFF；
(2)读取模块识别口线组合状态值，其值范围0～3，其中0对应PLC载波模块，1对应ZigBee通信模块，2对应红外通信模块，3对应Wifi通信模块；
(3)判断模块识别口线组合状态是否为ZigBee通信模块，若是执行(4)，若不是执行(5)；
(4)将模块识别标志位Flag置0xA1，Flag＝0xA1，跳转至(12)；
(5)不是ZigBee通信模块，跳转至(6)；
(6)判断模块识别口线组合状态是红外通信模块，若是执行(7)，若不是执行(8)；
(7)将模块识别标志位Flag置0xA2，Flag＝0xA2，跳转至(12)；
(8)不是红外通信模块，跳转至(9)；
(9)判断模块识别口线组合状态是否为是Wifi通信模块，若是执行(10)，若不是执行(11)；
(10)将模块识别标志位Flag置0xA3，Flag＝0xA3，跳转至(12)；
(11)不是Wifi通信模块，跳转至(12)；
(12)判断模块识别标志位Flag是否为无效值0xFF，若是执行(13)，若不是执行(14)；
(13)模块识别标志位Flag为无效值0xFF，跳转至(2)；
(14)模块识别标志位Flag为有效值，根据模块识别标志位Flag的标志，确定通信方式进行信息交互；
(15)完成多信道自识别。
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