CN107682329A - 一种电力数据传输存储方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种电力数据传输存储方法及装置，从用电信息采集系统和PMS生产管理系统中采集电力运算基本数据，对电力数据进行归一化和标准化处理，利用不同等级安全密钥对电力数据进行加密处理，采用无线通信协议将加密后的电力数据传输到大数据临时存储平台，大数据临时存储平台对接收到的电力数据进行校验和解密，将解密后的电力数据分类存放入大数据平台的电力存储模块。本发明可以加强电力系统通信的安全性，保障电力系统的信息网络安全，提高电力数据传输的速度和效率，增加电力数据的传输数量，增强电力网络系统的互联性，能够提高电力数据存储的安全性，提高电力数据存储的存储量，同时通过对电力数据的分块存储，提高电力数据存储的可靠性。

Description

一种电力数据传输存储方法及装置
技术领域
本发明涉及一种电力数据传输存储方法及装置。
背景技术
在信息技术时代，电力系统信息网络在企业经营管理中的重要性不断凸显。为此，电力系统纷纷加大了网络技术应用力度。不过，信息网络具有两面性，它在给企业管理带来便利的同时，自身也具有一定风险，如非法恶意操作、外部网络攻击等，都有可能危及电力系统的正常运转。大数据时代下，电力数据量不断增多，某些电力数据的传输，某些电力信息的网络应用直接关系到经济政治的发展方向，这就要求电力企业在运用信息网络的同时，还要做好信息网络安全管理。只有这样，才能为电力网络系统提供安全保障，提高电力系统的经济效益。
发明内容
本发明提供一种电力数据传输存储方法及装置，在电力数据传输方面可以加强电力系统通信的安全性，保障电力系统的信息网络安全，提高电力数据传输的速度和效率，增加电力数据的传输数量，增强电力网络系统的互联性。在电力数据存储方面能够提高电力数据存储的安全性，提高电力数据存储的存储量，同时通过对电力数据的分块存储，提高电力数据存储的可靠性。
为了达到上述目的，本发明提供一种电力数据传输存储方法，包含以下步骤：
步骤S1、从用电信息采集系统和PMS生产管理系统中采集电力运算基本数据；
步骤S2、对电力数据进行归一化和标准化处理；
步骤S3、利用不同等级安全密钥对电力数据进行加密处理；
步骤S4、采用无线通信协议将加密后的电力数据传输到大数据临时存储平台；
步骤S5、大数据临时存储平台对接收到的电力数据进行校验；
步骤S6、大数据临时存储平台利用不同等级安全密钥对校验通过的电力数据进行解密；
步骤S7、大数据临时存储平台将解密后的电力数据分类存放入大数据平台的电力存储模块。
在步骤S1中，所述的电力运算基本数据包含：1、电压数据u；2、电流数据i；3、用电量数据p；4、功率因数数据
在步骤S2中，所述的数据归一化处理步骤包含：填写缺失值，噪声数据光滑化，识别删除离群点；
所述的数据标准化处理步骤包含：
步骤S2.1、将所采集到的数据存放入一个数组中：
n是数据量；
步骤S2.2、采用Z标准化法将数组S中的数据进行标准化处理，标准化后的数组表示为：
在步骤S3中，所述的加密处理步骤包含：
步骤S3.1、根据地域范围和时间跨度确定不同的安全密钥等级；
步骤S3.2、根据电力数据的长度选定对应的安全密钥等级，生成不同长度与复杂度的安全密钥；
步骤S3.3、使用安全密钥对电力数据进行加密，生成加密数据；
加密后的数据表示为：
其中，n是数据量，l是密钥等级。
所述的步骤S3.2中，生成安全密钥的方法采用LCA密钥生成方法。
所述的步骤S4中，采用ZigBee无线通信协议进行数据传输，数据帧格式采用ModBus通讯协议；
ModBus协议的数据帧格式包含：
地址域，用于标记大数据临时存储平台的地址；
功能域，包含了各种可能被执行的功能代码；
协议数据域，用于存储数据；
错误校验域和循环冗余码校验域CRC，用于进行错误校验。
本发明还提供一种电力数据传输存储装置，包含：
数据采集装置，其用于从用电信息采集系统和PMS生产管理系统中采集电力运算基本数据；
数据处理装置，其用于对电力数据进行归一化和标准化处理；
数据加密装置，其用于利用不同等级安全密钥对电力数据进行加密处理；
无线通信传输装置，其用于采用无线通信协议将加密后的电力数据传输到大数据临时存储平台；
大数据临时存储平台，其用于对接收到的电力数据进行校验，并利用不同等级安全密钥对校验通过的电力数据进行解密；
大数据平台，其用于分类存储电力数据。
所述的数据加密装置进一步包含：
密钥等级选择模块，用于根据电力数据的长度选定对应的安全密钥等级；
密钥生成模块，用于生成不同长度与复杂度的安全密钥；
加密模块，用于使用安全密钥对电力数据进行加密，生成加密数据。
所述的大数据临时存储平台进一步包含：
校验模块，用于对接收到的电力数据进行校验；
解密模块，用于利用不同等级安全密钥对校验通过的电力数据进行解密。
所述的大数据平台进一步包含：
电力存储模块，其包含电压数据模块，电流数据模块，功率数据模块，功率因数数据模块。
本发明可以有效防止人为的数据窃取，以及由于电磁干扰导致的数据的漏传错传，可以大幅提高电力系统信息网络的安全。在电力数据传输方面可以加强电力系统通信的安全性，保障电力系统的信息网络安全，提高电力数据传输的速度和效率，增加电力数据的传输数量，增强电力网络系统的互联性。在电力数据存储方面能够提高电力数据存储的安全性，提高电力数据存储的存储量，同时通过对电力数据的分块存储，提高电力数据存储的可靠性。
附图说明
图1是本发明提供的一种电力数据传输存储方法的流程图。
图2是对电力数据进行加密处理的流程图。
具体实施方式
以下根据图1～图2，具体说明本发明的较佳实施例。
如图1所示，本发明提供一种电力数据传输存储方法，包含以下步骤：
步骤S1、采集电力数据：从用电信息采集系统和PMS生产管理系统中采集电力运算基本数据；
步骤S2、对电力数据进行归一化和标准化处理；
步骤S3、利用不同等级安全密钥对电力数据进行加密处理；
步骤S4、采用无线通信协议将加密后的电力数据传输到大数据临时存储平台；
步骤S5、大数据临时存储平台对接收到的电力数据进行校验；
步骤S6、大数据临时存储平台利用不同等级安全密钥对校验通过的电力数据进行解密；
步骤S7、大数据临时存储平台将解密后的电力数据分类存放入大数据平台的电力存储模块。
在步骤S1中，所述的电力运算基本数据包含：1、电压数据u；2、电流数据i；3、用电量数据p；4、功率因数数据
在步骤S2中，所述的数据归一化处理步骤包含：填写缺失值，噪声数据光滑化，识别删除离群点；
在步骤S2中，所述的数据标准化处理步骤包含：
步骤S2.1、将所采集到的数据存放入一个数组中：
n是数据量；
步骤S2.2、采用Z标准化法将数组S中的数据进行标准化处理，标准化后的数组表示为：
如图2所示，在步骤S3中，所述的加密处理步骤包含：
步骤S3.1、根据地域范围和时间跨度确定不同的安全密钥等级；
步骤S3.2、根据电力数据的长度选定对应的安全密钥等级，生成不同长度与复杂度的安全密钥；
电力数据越长，安全密钥的等级越高，长度和复杂度也越高；
步骤S3.3、使用安全密钥对电力数据进行加密，生成加密数据。
如表1所示，所述的步骤S3.1中，根据地域范围和时间跨度不同，安全密钥分为12个等级，地域范围越大，时间跨度越长，安全等级越高，等级12为最高等级。
表1密钥安全等级表
安全等级 地域范围 时间跨度
1 单个小区或单个工厂 天
2 单个小区或单个工厂 周
3 单个小区或单个工厂 月
4 单个小区或单个工厂 季度
5 某个台区或片区 天
6 某个台区或片区 周
7 某个台区或片区 月
8 某个台区或片区 季度
9 某个县或市 天
10 某个县或市 周
11 某个县或市 月
12 某个县或市 季度
所述的步骤S3.2中，生成安全密钥的方法可以采用LCA密钥生成方法。
所述的步骤S3.3中，进行数据加密时，生成的加密数据包含密钥等级位和数据量位；
加密后的数据表示为：
其中，n是数据量，l是密钥等级。
所述的步骤S4中，采用ZigBee无线通信协议进行数据传输，数据帧格式采用ModBus通讯协议中的RTU协议；
ModBus协议包含RTU协议和ASCII协议两种传输方式，工业现场中的通讯设备大多采用RTU协议，本发明的研究对象是关于现场电力数据传输的安全性，故采用RTU协议成为最优选择。与RTU协议相兼容的传输方式主要是由地址域、功能域、协议数据域(这里主要包括所传输的电压，电流，功率，功率因数以及安全密钥等级)与错误校验域组成。除数据位为8位外，其他均为1位。
如下表所示，所述的ModBus协议的数据帧格式为：
表2数据帧格式
地址域(Address)是由对应十进制0～255的一个字节(8位二进制码)构成，位于数据帧的起始部分。本发明的系统里只有1～247被使用，其余地址保留。地址域用于标记大数据临时存储平台的地址，大数据临时存储平台接收用电信息采集系统和PMS生产管理系统中的电力基础数据。对于大数据临时存储平台而言，地址是唯一的。大数据临时存储平台会在接收到与其地址相同数据帧之后做出响应。
功能域(Function)简而言之就是包含了各种可能被执行的功能代码。在这里表示所传递数据的类型：
0x01：传输电流数据；
0x02：传输电压数据；
0x03：传输功率因数数据；
0x04：传输功率数据；
0x05：传输数据量位；
0x06：传输安全密钥等级位；
协议数据域(Data)主要包含在识别功能码之后，大数据临时存储平台所需的数据；
错误校验域(Check)是对错误允许进行检查，错误出现用在电信息采集系统和PMS生产管理系统中的电力基础数据与大数据临时存储平台的数据传输之间。由于受到外界电噪声或其它干扰的作用，数据有可能在传输时被改变。在这种情况下，错误校验能够有效的保证数据传输的安全性。
循环冗余码校验域(CRC)为一个16位的二进制值，占用两个字节。发送方在传输数据时计算得到CRC校验值，将其放在数据帧上。当大数据临时存储平台得到数据帧之后对CRC值进行重新计算，并且与得到的值进行比较。如果相同，则数据传输正常，否则数据传输错误。
在步骤S5中，数据校验的步骤包含：
步骤S5.1、初始化一个寄存器为0FFFFH，作为错误校验寄存器A；
步骤S5.2、将寄存器A中的低字节与数据帧中循环冗余码校验域CRC的位字节进行异或运算，所得结果存回寄存器A；
步骤S5.3、寄存器A向右移动一位，最高位补0，最低位被移出并进行检测；
步骤S5.4、若最低位为1，寄存器A与固定值(0A001H)进行异或运算；若最低位为0，则重复步骤S5.3；
步骤S5.5、重复步骤S5.3和步骤S5.4，直至次移位完成，这样处理完了一个完整的八位；
步骤S5.6、重复步骤S5.2至步骤S5.5来处理下一个八位，直到所有的字节处理结束，最终寄存器A的值就是CRC的值；
步骤S5.7、将寄存器A中的CRC值与原CRC值进行比较，如果相同，则说明数据传输正常，如果不同，则说明数据传输错误，发送错误指示码。
表3错误指示码
代码 名称
07 无错误
08 非法功能码
09 非法数据地址
0A 非法数据值
0B 存储奇偶性错误
0C 不可用网关路径
0D 网关目标设备响应失败
在步骤S6中，大数据临时存储平台根据加密数据中的安全密钥等级位确定加密使用的安全密钥，对数据进行解码。
在步骤S7中，所述的电力存储模块包含：电压数据模块U，电流数据模块I，功率数据模块P，功率因数数据模块
当加密后的数据传输到电力大数据临时存储平台时，被寻址的电力大数据临时存储平台通过校验模块接收数据帧。为了读取数据，电力大数据临时存储平台通过解密模块对校验后的接收数据进行解密处理，紧接着验证数据帧是否正确。如果正确，则电力大数据临时存储平台执行解密的请求任务，在解密任务执行完毕，生成的新的电力数据会被发送给大数据平台中的电力存储模块。校验数据一般由电力大数据临时存储平台地址、执行完成的命令、命令的请求数据和校验码组成。电力大数据临时存储平台只有在数据正常的情况下才会执行解密的命令，否则会返回一个错误指示码。
本发明还提供一种电力数据传输存储装置，包含：
数据采集装置，其用于从用电信息采集系统和PMS生产管理系统中采集电力运算基本数据；
数据处理装置，其用于对电力数据进行归一化和标准化处理；
数据加密装置，其用于利用不同等级安全密钥对电力数据进行加密处理；
无线通信传输装置，其用于采用无线通信协议将加密后的电力数据传输到大数据临时存储平台；
大数据临时存储平台，其用于对接收到的电力数据进行校验，并利用不同等级安全密钥对校验通过的电力数据进行解密；
大数据平台，其用于分类存储电力数据。
其中，所述的数据加密装置进一步包含：
密钥等级选择模块，用于根据电力数据的长度选定对应的安全密钥等级；
密钥生成模块，用于生成不同长度与复杂度的安全密钥；
加密模块，用于使用安全密钥对电力数据进行加密，生成加密数据。
所述的大数据临时存储平台进一步包含：
校验模块，用于对接收到的电力数据进行校验；
解密模块，用于利用不同等级安全密钥对校验通过的电力数据进行解密。
所述的大数据平台进一步包含：
电力存储模块，其包含电压数据模块，电流数据模块，功率数据模块，功率因数数据模块。
本发明可以有效防止人为的数据窃取，以及由于电磁干扰导致的数据的漏传错传，可以大幅提高电力系统信息网络的安全。在电力数据传输方面可以加强电力系统通信的安全性，保障电力系统的信息网络安全，提高电力数据传输的速度和效率，增加电力数据的传输数量，增强电力网络系统的互联性。在电力数据存储方面能够提高电力数据存储的安全性，提高电力数据存储的存储量，同时通过对电力数据的分块存储，提高电力数据存储的可靠性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种电力数据传输存储方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤S1、从用电信息采集系统和PMS生产管理系统中采集电力运算基本数据；
步骤S2、对电力数据进行归一化和标准化处理；
步骤S3、利用不同等级安全密钥对电力数据进行加密处理；
步骤S4、采用无线通信协议将加密后的电力数据传输到大数据临时存储平台；
步骤S5、大数据临时存储平台对接收到的电力数据进行校验；
步骤S6、大数据临时存储平台利用不同等级安全密钥对校验通过的电力数据进行解密；
步骤S7、大数据临时存储平台将解密后的电力数据分类存放入大数据平台的电力存储模块。
2.如权利要求1所述的电力数据传输存储方法，其特征在于，在步骤S1中，所述的电力运算基本数据包含：1、电压数据u；2、电流数据i；3、用电量数据p；4、功率因数数据
3.如权利要求1所述的电力数据传输存储方法，其特征在于，在步骤S2中，所述的数据归一化处理步骤包含：填写缺失值，噪声数据光滑化，识别删除离群点；
所述的数据标准化处理步骤包含：
步骤S2.1、将所采集到的数据存放入一个数组中：
n是数据量；
步骤S2.2、采用Z标准化法将数组S中的数据进行标准化处理，标准化后的数组表示为：
4.如权利要求1所述的电力数据传输存储方法，其特征在于，在步骤S3中，所述的加密处理步骤包含：
步骤S3.1、根据地域范围和时间跨度确定不同的安全密钥等级；
步骤S3.2、根据电力数据的长度选定对应的安全密钥等级，生成不同长度与复杂度的安全密钥；
步骤S3.3、使用安全密钥对电力数据进行加密，生成加密数据；
加密后的数据表示为：
其中，n是数据量，l是密钥等级。
5.如权利要求4所述的电力数据传输存储方法，其特征在于，所述的步骤S3.2中，生成安全密钥的方法采用LCA密钥生成方法。
6.如权利要求1所述的电力数据传输存储方法，其特征在于，所述的步骤S4中，采用ZigBee无线通信协议进行数据传输，数据帧格式采用ModBus通讯协议；
ModBus协议的数据帧格式包含：
地址域，用于标记大数据临时存储平台的地址；
功能域，包含了各种可能被执行的功能代码；
协议数据域，用于存储数据；
错误校验域和循环冗余码校验域CRC，用于进行错误校验。
7.一种电力数据传输存储装置，其特征在于，包含：
数据采集装置，其用于从用电信息采集系统和PMS生产管理系统中采集电力运算基本数据；
数据处理装置，其用于对电力数据进行归一化和标准化处理；
数据加密装置，其用于利用不同等级安全密钥对电力数据进行加密处理；
无线通信传输装置，其用于采用无线通信协议将加密后的电力数据传输到大数据临时存储平台；
大数据临时存储平台，其用于对接收到的电力数据进行校验，并利用不同等级安全密钥对校验通过的电力数据进行解密；
大数据平台，其用于分类存储电力数据。
8.如权利要求6所述的电力数据传输存储装置，其特征在于，所述的数据加密装置进一步包含：
密钥等级选择模块，用于根据电力数据的长度选定对应的安全密钥等级；
密钥生成模块，用于生成不同长度与复杂度的安全密钥；
加密模块，用于使用安全密钥对电力数据进行加密，生成加密数据。
9.如权利要求6所述的电力数据传输存储装置，其特征在于，所述的大数据临时存储平台进一步包含：
校验模块，用于对接收到的电力数据进行校验；
解密模块，用于利用不同等级安全密钥对校验通过的电力数据进行解密。
10.如权利要求6所述的电力数据传输存储装置，其特征在于，所述的大数据平台进一步包含：
电力存储模块，其包含电压数据模块，电流数据模块，功率数据模块，功率因数数据模块。
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