CN109309688A - 基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法 - Google Patents

基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法 Download PDF

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Abstract

一种基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，包括云平台中新能源电站优化运行控制策略、云平台中新能源电站数据加密传输策略和新能源电站站控网络层数据加密传输策略。控制策略：根据站控网络层传输至云平台的数据进行功率与负荷预测并将相关曲线下发至站控网络层执行；数据加密传输策略：对站控网络层上传的数据进行采集解密后发送到云平台SCADA服务进程，对云平台的下发数据进行加密后传送至站控网络层；站控网络层加密传输策略：对电站运行数据进行采集加密后发送至云平台，接收来自云平台的数据进行解密分发至站控层各终端。本发明将电站的优化运行策略放置在云平台侧，采用加密算法保证了系统网络和数据的安全性，节约了电站站内用地，提高了系统的可靠性。

Description

基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法
技术领域
本发明涉及新能源电站运行控制方法，特别是基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法。
背景技术
新能源电站的接入数据量大，对新能源电站的站用服务器数据处理能力及稳定性要求较高，新能源电站选址较为偏远，不便于日常维护，站用服务器投资较大，且后期扩展复杂等。
公网或专网传输数据，安全性无法得到保障。对于电力系统内关键数据及指令信息传输，需保证安全可靠传输。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法。
本发明通过以下技术方案实现上述目的，设计一种基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，包括：云平台中新能源电站优化运行控制策略，云平台中新能源电站数据加密传输策略，新能源电站站控网络层数据加密传输策略。
云平台中新能源电站优化运行控制策略：根据新能源电站站控网络层传输至云平台采集服务进程的数据，对新能源电站进行功率预测与负荷预测并将相关功率曲线、计划曲线下发至新能源电站站控网络层执行。
云平台中新能源电站数据加密传输策略：基于IEC104传输协议，云平台中前置采集服务进程对下发至新能源电站站控网络层的报文和新能源电站站控网络层上送的报文进行处理。
进一步地，云平台中前置采集服务进程对新能源电站站控网络层上送的报文数据的处理方法为：根据IEC104规约标准，分析报文结构，判断报文的APCI部分是否满足标准；满足标准则认为报文为明文，不满足则认为报文为密文。
进一步地，云平台中前置采集服务进程对新能源电站站控网络层上送的报文数据的处理方法为：云平台中前置采集服务进程对加密报文进行解密处理后，对解密后的报文根据IEC104通讯规约中定义的报文结构对报文的完整性进行分析。具体为，分别分析报文中的APCI及ASDU部分是否满足传输规约要求，满足要求的报文则解析出报文数据，不满足要求的报文则作为错误帧处理。
进一步地，云平台中前置采集服务进程对下发至新能源电站站控网络层的报文数据处理方法为：前置采集服务进程对下发的报文类型进行判断，对下发的规约报文中的I格式报文进行加密后发送，对U格式报文和S格式报文采用明文直接发送。
进一步地，前置采集服务进程对报文类型进行判断的具体方法为：根据IEC104协议标准，报文中的控制域第一个八位位组的比特1＝0判断为I格式报文；根据IEC104协议中的控制域第一个从位位组的比特1＝1并且比特2＝0，判断为S格式报文；根据IEC104协议中的控制域第一个八位位组的比特1＝1并且比特2＝1，判断为U格式报文。
新能源电站站控网络层数据加密传输策略：基于IEC104传输协议，新能源电站站控网络层远动通讯机对上送至云平台前置采集服务进程的报文和云平台中前置采集服务进程的报文进行处理。
进一步地，新能源电站站控网络层远动通讯机对云平台中前置采集服务进程下发的报文数据的处理方法为：根据IEC104规约标准，分析报文结构，判断报文的APCI部分是否满足标准。满足标准则认为报文为明文，不满足则认为报文为密文。
进一步地，新能源电站站控网络层远动通讯机对新能源电站站控网络层下发的报文数据的处理方法为：新能源电站站控网络层远动通讯机对加密报文进行解密处理后，对解密后的报文根据IEC104通讯规约中定义的报文结构对报文的完整性进行分析。具体为，分别分析报文中的APCI及ASDU部分是否满足传输规约要求，满足要求的报文则解析出报文数据，不满足要求的报文则作为错误帧处理。
进一步地，新能源电站站控网络层远动通讯机对上送至云平台中前置采集服务进程的报文数据处理方法为：新能源电站站控网络层远动通讯机对上送的报文类型进行判断，对上送的规约报文中的I格式报文进行加密后发送，对U格式报文和S格式报文采用明文直接发送。
进一步地，新能源电站站控网络层远动通讯机对报文类型进行判断的具体方法为：根据IEC104协议标准，报文中的控制域第一个八位位组的比特1＝0判断为I格式报文；根据IEC104协议中的控制域第一个从位位组的比特1＝1并且比特2＝0，判断为S格式报文；根据IEC104协议中的控制域第一个八位位组的比特1＝1并且比特2＝1，判断为U格式报文。
本发明采用云监控的方式对新能源电站的运行状态进行分析和控制，极大提高了系统的稳定性，节约了站用地，日常维护十分简单，且十分有利于后期新能源电站扩容等措施。同时，由于云服务器的日趋成熟，使用云监控模式，极大地减少了新能源电站主站服务器的硬件投入，大大节约了投资成本。云平台与新能源电站站控网络层采用对称加密算法，对通讯数据进行加密处理，保证了新能源电站数据的安全性。
附图说明
图1是本发明的系统结构图；
图2是本发明的云平台中前置采集服务进程数据加密与解密流程图；
图3是本发明的新能源电站站控网络层数据加密与解密流程图；
具体实施方式
以下结合实例对本发明作进一步的描述。
一种基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，包括云平台中新能源电站优化运行控制策略、云平台中新能源电站数据加密传输策略和新能源电站站控网络层数据加密传输策略。
云平台中新能源电站优化运行控制策略：根据新能源电站站控网络层传输至云平台前置采集服务进程的数据，对新能源电站进行功率预测与负荷预测并将相关功率曲线、计划曲线下发至新能源电站站控网络层执行。
云平台中新能源电站数据加密传输策略：根据加密算法，通过云平台中的前置采集服务进程，对新能源电站站控网络层上传的数据进行采集并解密后，发送到云平台SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition，数据采集与监视控制)服务进程，并且通过前置采集服务进程对云平台下发的数据进行加密并传送至新能源电站站控网络层；其中，云平台中前置采集服务进程和SCADA服务进程均为主机守护进程。
加密算法采用国产SM4分组密码算法，该算法为对称加密算法，加密强度及运算性能均优于国际通用加密算法。
新能源电站站控网络层加密传输策略：根据加密算法，对新能源电站运行数据进行采集，将加密后的数据通过网络发送至云平台的前置采集服务进程，并且接收来自云平台前置采集服务进程的数据，进行解密后，分发至新能源电站站控层各节点或终端设备。
云平台中新能源电站优化运行控制策略，将新能源电站上传的电站运行数据(母线负荷、线路负荷等)，及相关的环境数据(如辐照度、风力等)上传至云监控服务器，云服务器中的预测软件根据电站数据评估电力负荷需求，根据环境数据评估光伏组件、风机等发电设备的发电能力，完成对新能源电站进行负荷预测及新能源电站功率预测，生成相应的功率计划曲线值，下发至新能源电站站控网络层，并分发至相应执行终端。
其中，负荷预测方法采用指数平滑预测模型、周期指数平滑预测模型、气温综合回归模型、峰值负荷模型，对负荷情况进行综合预测，采用加权算法对负荷结果进行加权处理，得到最终负荷结果数据。新能源电站功率预测方法分别采用改进GABP神经网络风功率预测模型，改进BP神经网络光功率预测模型对风电站及光伏电站进行功率预测。上述各模型均为已公开的模型。
云平台中新能源电站数据加密传输策略，云平台中前置采集服务进程与新能源电站站控网络通讯规约为IEC104协议；其中，对下发的规约报文中的I格式报文进行加密后发送，对U格式报文和S格式报文采用明文直接发送。
前置采集服务进程在接收到需要发送的数据后，首先对报文类型进行判断，根据IEC104协议中的控制域第一个八位位组的比特1＝0判断为I格式报文；根据IEC104协议中的控制域第一个从位位组的比特1＝1并且比特2＝0，判断为S格式报文；根据IEC104协议中的控制域第一个八位位组的比特1＝1并且比特2＝1，判断为U格式报文；
前置采集服务进程在判断发送的报文类型后，对需要加密的报文进行加密处理，加密完成后发送至新能源电站站控网络层；对不需要加密的报文，直接明文发送至新能源电站站控网络层。
云平台中新能源电站数据加密传输策略为，前置服务进程接收到新能源电站站控网络层发来的报文数据后，首先对报文是否加密状态进行判断；判断为加密报文后，使用解密算法，对报文数据进行解密处理，解密完成后，根据IEC104通讯规约判断报文完整性；
前置采集服务进程中，对报文的加密状态判断具体为，根据IEC104规约标准，分析报文结构，判断报文的APCI部分是否满足标准。满足标准则认为报文为明文，不满足则认为报文为密文；
前置采集服务进程中，对加密报文进行解密处理后，对解密后的报文根据IEC104通讯规约中定义的报文结构进行分析。
所述对报文结构进行分析，分别分析报文中的APCI及ASDU部分是否满足传输规约要求，满足要求的报文则解析出报文数据，不满足要求的报文则作为错误帧处理。
新能源电站站控网络层远动通讯机采用IEC104通讯规约与云平台中前置采集服务进程通讯；其中，对上送规约报文中的I格式报文进行加密处理后发送至云平台前置采集服务进程，对U格式报文和S格式报文采用明文直接发送。
新能源电站站控网络层远动通讯机在接收到需要发送的数据后，首先对报文类型进行判断，根据IEC104协议中的控制域第一个八位位组的比特1＝0判断为I格式报文；根据IEC104协议中的控制域第一个从位位组的比特1＝1并且比特2＝0，判断为S格式报文；根据IEC104协议中的控制域第一个八位位组的比特1＝1并且比特2＝1，判断为U格式报文；
新能源电站站控网络层远动通讯机在判断发送的报文类型后，对需要加密的报文进行加密处理，加密完成后发送至云平台前置采集服务进程；对不需要加密的报文，直接明文发送至云平台前置采集服务进程。
新能源电站站控网络层远动通讯机收到云平台前置采集服务进程发来的报文数据后，首先对报文是否加密状态进行判断；判断为加密报文后，使用解密算法，对报文数据进行解密处理，解密完成后，根据IEC104通讯规约判断报文完整性；
新能源电站站控网络层远动通讯机对加密报文进行解密处理后，对解密后的报文根据IEC104通讯规约中定义的报文结构进行分析。
新能源电站站控网络层远动通讯机对报文的加密状态判断具体为，根据IEC104规约标准，分析报文结构，判断报文的APCI部分是否满足标准；满足标准则认为报文为明文，不满足则认为报文为密文。
具体为，分别分析报文中的APCI及ASDU部分是否满足传输规约要求，满足要求的报文则解析出报文数据，不满足要求的报文则作为错误帧处理。
云平台中前置采集服务进程与新能源电站站控网络层远动通讯机之间的通讯数据，采用国产商用密码算法，实现云平台与新能源电站站控网络层的双向身份鉴别和数据加密处理。
云平台选用国内某云服务器提供商，具体配置如下表：
CPU 8核
内存 16G
硬盘 40G/80G
操作系统 CentOS 7
为了实现云平台对新能源电站的功率预测、负荷预测及数据加密传输等策略，需在云平台中运行的服务进程主要有：前置采集服务进程、SCADA服务进程、高级应用服务进程、数据库服务进程。
下面对以上服务进程详述如下：
前置采集服务进程，主要对接入云监控平台中的新能源电站交互数据进行解析及加解密处理。其中，对下发至接入平台中的新能源电站电站通讯报文数据中的I格式报文，使用国产SM4对称加密算法进行加密后下发至新能源电站站控网络层设备。对接入云平台中的新能源电站上送至云平台中的数据进行解密后，对数据进行完整性分析，并解析出数据，传送至SCADA服务进程。
SCADA服务进程，主要对云监控平台中的实时数据进行处理，并将来自前置服务进程的数据经过处理后发送至高级应用服务进程。同时，接收并处理高级应用服务进程发送至实时库中的数据。
高级应用服务进程，主要实现云监控平台中的功率预测及负荷预测功能。通过接收SCADA服务进程发送来的实时数据，对新能源电站数据进行计算，得到新能源电站的运行指令数据并下发至前置服务进程，由前置服务进程发送至新能源电站站控网络层设备。
数据库服务进程，主要对新能源电站上传的实时运行数据进行存库处理，并维护相关运行数据，对运行数据进行统计、运算及备份。
站控网络层远动通讯机主要用于向云监控平台发送站内运行数据及接收云监控平台下发的指令数据。其中，对上送的I格式报文数据进行加密处理，加密算法采用某国产SM4对称加密算法。同时，对接收到的云监控平台下发的密文数据进行解密处理后，转发至新能源电站站控网络层中的其他设备，并执行相关指令。
本发明将新能源电站的优化运行策略放置在云平台侧，采用加密算法保证了系统网络和数据的安全性，节约了新能源电站站内用地，提高了系统的可靠性，同时基于云平台的设计也极大地降低了新能源电站站控层服务器的硬件成本。

Claims (10)

1.一种基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，其特征在于：包括云平台中新能源电站优化运行控制策略、云平台中新能源电站数据加密传输策略和新能源电站站控网络层数据加密传输策略；
云平台中新能源电站优化运行控制策略：根据新能源电站站控网络层传输至云平台前置采集服务进程的数据，对新能源电站进行功率预测与负荷预测并将相关功率曲线、计划曲线下发至新能源电站站控网络层执行；
云平台中新能源电站数据加密传输策略：根据加密算法，通过云平台中的前置采集服务进程，对新能源电站站控网络层上传的数据进行采集并解密后，发送到云平台SCADA服务进程，并且通过前置采集服务进程对云平台下发的数据进行加密并传送至新能源电站站控网络层；其中，云平台中前置采集服务进程和SCADA服务进程均为主机守护进程；
新能源电站站控网络层加密传输策略：根据加密算法，对新能源电站运行数据进行采集，将加密后的数据通过网络发送至云平台的前置采集服务进程，并且接收来自云平台前置采集服务进程的数据，进行解密后，分发至新能源电站站控层各节点或终端设备。
2.根据权利要求1所述的基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，其特征在于：云平台中新能源电站优化运行控制策略，将新能源电站上传的电站运行数据、环境数据上传至云监控服务器，云服务器中的预测软件根据电站数据评估电力负荷需求，根据环境数据评估光伏组件、风机等发电设备的发电能力，完成对新能源电站进行负荷预测及新能源电站功率预测，生成相应的功率计划曲线值，下发至新能源电站站控网络层，并分发至相应执行终端。
3.根据权利要求1所述的基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，其特征在于：云平台中新能源电站数据加密传输策略，前置采集服务进程在接收到需要发送的数据后，判断发送的报文类型，对需要加密的报文进行加密处理，加密完成后发送至新能源电站站控网络层；对不需要加密的报文，直接明文发送至新能源电站站控网络层。
4.根据权利要求3所述的基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，其特征在于：云平台中前置采集服务进程与新能源电站站控网络通讯规约为IEC104协议；其中，对下发的规约报文中的I格式报文进行加密后发送，对U格式报文和S格式报文采用明文直接发送；
前置采集服务进程在接收到需要发送的数据后，首先对报文类型进行判断，根据IEC104协议中的控制域第一个八位位组的比特1＝0判断为I格式报文；根据IEC104协议中的控制域第一个从位位组的比特1＝1并且比特2＝0，判断为S格式报文；根据IEC104协议中的控制域第一个八位位组的比特1＝1并且比特2＝1，判断为U格式报文。
5.根据权利要求1所述的基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，其特征在于：云平台中新能源电站数据加密传输策略为，前置服务进程接收到新能源电站站控网络层发来的报文数据后，首先对报文是否加密状态进行判断；判断为加密报文后，使用解密算法，对报文数据进行解密处理，解密完成后，根据IEC104通讯规约判断报文完整性。
6.根据权利要求5所述的基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，其特征在于：前置采集服务进程中，对报文的加密状态判断为，根据IEC104规约标准，分析报文结构，判断报文的APCI部分是否满足标准。满足标准则认为报文为明文，不满足则认为报文为密文；
前置采集服务进程中，对加密报文进行解密处理后，对解密后的报文根据IEC104通讯规约中定义的报文结构进行分析；对报文结构进行分析，分别分析报文中的APCI及ASDU部分是否满足传输规约要求，满足要求的报文则解析出报文数据，不满足要求的报文则作为错误帧处理。
7.根据权利要求1所述的基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，其特征在于：新能源电站站控网络层加密传输策略为，新能源电站站控网络层远动通讯机在接收到需要发送的数据后，首先对报文类型进行判断，根据IEC104协议中的控制域第一个八位位组的比特1＝0判断为I格式报文；根据IEC104协议中的控制域第一个从位位组的比特1＝1并且比特2＝0，判断为S格式报文；根据IEC104协议中的控制域第一个八位位组的比特1＝1并且比特2＝1，判断为U格式报文；
新能源电站站控网络层远动通讯机在判断发送的报文类型后，对需要加密的报文进行加密处理，加密完成后发送至云平台前置采集服务进程。对不需要加密的报文，直接明文发送至云平台前置采集服务进程。
8.根据权利要求1所述的基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，其特征在于：新能源电站站控网络层远动通讯机收到云平台前置采集服务进程发来的报文数据后，首先对报文是否加密状态进行判断；判断为加密报文后，使用解密算法，对报文数据进行解密处理，解密完成后，根据IEC104通讯规约判断报文完整性；
新能源电站站控网络层远动通讯机对加密报文进行解密处理后，对解密后的报文根据IEC104通讯规约中定义的报文结构进行分析。
9.根据权利要求8所述的基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，其特征在于：新能源电站站控网络层远动通讯机对报文的加密状态判断为，根据IEC104规约标准，分析报文结构，判断报文的APCI部分是否满足标准；满足标准则认为报文为明文，不满足则认为报文为密文。
报文结构进行分析为，分别分析报文中的APCI及ASDU部分是否满足传输规约要求，满足要求的报文则解析出报文数据，不满足要求的报文则作为错误帧处理。
10.根据权利要求1所述的基于云监控及数据加密传输的新能源电站运行控制方法，其特征在于：云平台中前置采集服务进程与新能源电站站控网络层远动通讯机之间的通讯数据，采用国产商用密码算法，实现云平台与新能源电站站控网络层的双向身份鉴别和数据加密处理。
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