CN110224493A - 一种基于物联网的新型配电自动化终端 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种基于物联网的新型配电自动化终端，其特征在于，将全网划分为多个独立的自治区域，每个自治区域内设置独立的所述配电自动化终端，其包括：采集模块、通信设备、监控主机和UPS电源；采集模块，用于采集本自治区域内被监控设备的站点信息，并上传给监控主机；通信设备用于通过物联网连接其他自治区域内的配电自动化终端，其包括解密模块，用于对物联网中接收到密文解密；监控主机用于依据制定的故障处理逻辑，判断采集模块收集的本自治区域内的站点信息以及通信设备收集的其他自治区域的站点信息，智能决策本区域内的开关动作；UPS电源，用于给采集模块、通信设备和监控主机供电。本发明可以避免新建线路，适用于各种老城区或旧线路改造。
Description
技术领域
本申请涉及下一代信息网络产业技术领域，尤其涉及一种基于物联网的新型配电自动化终端。
背景技术
配电自动化终端是配电自动化系统建设的重要组成部分，具备多线路的实时数据监控、故障检测、故障区域定位、隔离及非故障区域恢复供电等功能。该终端包含站所终端(DTU)、馈线终端(FTU)及配变终端(TTU)，应用广泛，尤其适用于10kV中压配电控制系统。
实现配电自动化是电力系统发展的需求，而馈线自动化(FA)技术是配网自动化的核心技术。馈线自动化是配电网提高供电可靠性、减少供电损失的直接有效的技术手段和重要保证，因此是配电网建设与改造的重点。馈线自动化，能够使电网运行更加智能化，从而逐步满足配电自动化的发展要求。馈线自动化是电力系统现代化的必然趋势，当配网发生故障时，能够迅速查出故障区域，自动隔离故障区域，及时恢复非故障区域用户的供电，因此缩短了用户的停电时间，减少了停电面积，提高了供电可靠性。馈线自动化可以实时监控配电网及其设备的运行状态，为进一步加强电网建设并逐步实现配电自动化提供依据。馈线自动化主要采用就地分布式FA、集中式FA两种方式实现。配电主干环路主要采用集中式FA控制的方式，通过主站系统协调，借助通信信息来实现控制；支线、辐射供电多采用就地分布式FA控制的方式，局部范围实现快速控制。
分布式FA将自动化处理的决策权下放到配电终端层级，将全网划分为若干独立的自治区域，自治区内站点之间以对等通信方式实现故障信息的可靠汇总交互，依据制定的故障处理逻辑，判断各站点信息，智能决策开关动作，实现对馈线故障的就地型分布式处理。
在应用智能分布式FA的场合中，对于通信要求较高，传统上主要采用光纤通信的EPON或者工业以太网技术，这种方式对于新建线路，可以提前规划相关的光缆铺设方案，但对于老城区或旧线路改造的项目很难实施。
发明内容
为克服相关技术中存在的问题，本申请提供一种基于物联网的新型配电自动化终端。
根据本申请实施例，提供一种基于物联网的新型配电自动化终端，其特征在于，将全网划分为多个独立的自治区域，每个自治区域内设置独立的所述配电自动化终端，其包括：采集模块、通信设备、监控主机和UPS电源；
采集模块，用于采集本自治区域内被监控设备的站点信息，并上传给监控主机；
通信设备用于通过物联网连接其他自治区域内的配电自动化终端，其包括解密模块，用于对物联网中接收到密文解密；
监控主机用于依据制定的故障处理逻辑，判断采集模块收集的本自治区域内的站点信息以及通信设备收集的其他自治区域的站点信息，智能决策本区域内的开关动作；
UPS电源，用于给采集模块、通信设备和监控主机供电。
优选的，所述解密模块利用预存的发来所述密文E的本配电自动化终端的ID、以及主公钥MPK，采用椭圆加密算法生成密钥SKGID。
优选的，所述解密模块采用椭圆加密算法生成密钥SKGID包括：
其中，
随机选择一组对偶正交基(D,D*)，其中 选取α1,α2←Rzp，
得到主公钥
优选的，所述解密模块采用密钥SKGID将密文E采用椭圆加密算法解密得到拼合图像Yi，包括：
从E中获取{C0,C1}；
执行 的逆运算，得到和ID；
如果得到的ID与预存的ID一致，则确定获得的E为真；
用预存的对应于ID的Zi对做逆运算，得到Yi。
优选的，所述解密模块采用预设的规则对Yi逆运算得到n个M×N的矩阵Xi。
优选的，所述解密模块采用预设的规则重新排序Xi的各行。
优选的，所述解密模块采用预设的规则从排序后的Xi中去除冗余的0或1，然后将各行拼合成数据串。
优选的，所述解密模块将n个Xi得到的n个数据串拼合成明文M。
优选的，所述物联网采用PLC、FSK、RS485、M-BUS、zigbee、LoRa和NB-IoT中的至少一种。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：通信设备用于通过物联网连接其他自治区域内的配电自动化终端，从而可以避免新建线路，适用于各种老城区或旧线路改造。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于物联网的新型配电自动化终端的框图；
图2是根据一示例性实施例示出的矩阵加密后得到的图片；
图3是根据一示例性实施例示出的对图2的椭圆加密算法加密后得到的图片。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不只是所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的可应用性和/或其他材料的使用。另外，以下描述的第一特征在第二特征值“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
图1是根据一示例性实施例示出的一种基于物联网的新型配电自动化终端的框图。参照图1，将全网划分为多个独立的自治区域，每个自治区域内设置独立的所述配电自动化终端，其包括：采集模块110、通信设备120、监控主机130和UPS电源140；
采集模块110，用于采集本自治区域内被监控设备200的站点信息，并上传给监控主机130；
通信设备120用于通过物联网300连接其他自治区域内的配电自动化终端，其包括加密模块，用于在物联网300中进行加密传输；
监控主机130用于依据制定的故障处理逻辑，判断采集模块110收集的本自治区域内的站点信息以及通信设备120收集的其他自治区域的站点信息，智能决策本区域内的开关动作；
UPS电源140，用于给采集模块110、通信设备120和监控主机130供电。
在应用智能分布式FA的场合中，对于通信要求较高，对于老城区或旧线路改造的项目很难实施。本发明直接利用现有的物联网，可以避免新建线路，适用于各种老城区或旧线路改造，从而使得分布式FA能够应用到更多的地方。
优选的，加密模块包括：
划分单元，用于将要在物联网中发送的信息M分成等长的n个段，将每段内的数据按预设的规则打乱构成M×N的矩阵Xi，i为1-n；
拼图单元，用于将n个Xi按预设的规则打乱后拼成U×V的矩阵Yi；
身份单元，获取用户的生物图片，并与预存的信息进行一致性校验，如果校验通过，则将该生物图片的数据打乱成U×V的矩阵Zi；
加密单元，按预设的加密算法，将本配电自动化终端的ID、Yi、和Zi混合得到密文E。
本实施例综合运用了图像加密技术，获取了用户的生物图片，例如获取指纹、面貌或者虹膜图像等，并对配电自动化终端的ID和用户的身份信息都进行加密，从而大幅加强了安全性。
优选的，划分单元将每段内的数据按预设的规则打乱构成M×N的矩阵Xi包括：
将第i段数据均分成N段；
将每段数据按照预设的规则插入0或1补足到M长度，例如数据如下
0011100
1011001
可以设定要求补足到14位，且奇数行的奇数未补1，偶数行的偶数位补0，剩下的不足则10交错补足，则补足后如下：
10101111111010
10011000010000
将段内数据按照预设的规则重新排序；
将这N段数据按预设的规则重新排序后组成矩阵Xi。
优选的，拼图单元将n个Xi按预设的规则打乱后拼成U×V的矩阵Yi包括：
按照预设的排序将n个Xi组合成U×V的矩阵Yi。
优选的，身份单元将该生物图片的数据打乱成U×V的矩阵Zi包括：
上述优选实施例采用了矩阵加密技术，计算量很轻，适合于物联网传输。图2是根据一示例性实施例示出的矩阵加密后得到的图片，可以看出上述方法已经充分打乱了用户的身份图片和ID，入侵者已经很难从中识别有效信息。
优选的，所述加密单元将本配电自动化终端的ID、Yi、和Zi混合得到密文E包括：
生成主公钥MPK和主密钥MSK；
利用MSK、ID、Yi、和Zi执行椭圆加密算法生成E。
优选的，生成主公钥MPK和主密钥MSK包括：
随机选择一组对偶正交基(D,D*)，其中 选取
输出
优选的，利用MSK、ID、Yi、和Zi执行椭圆加密算法生成E包括：
选取两个随机数s1,s2∈zp；
生成
图3是根据一示例性实施例示出的对图2的椭圆加密算法加密后得到的图片，可以看出，入侵者从该图片基本不可能还原到图2的图片，更难从中还原出配电自动化终端要传输的真实信息。该实施例的加密安全性很高，并且数据传输量不大，根据现场实践，适用于各种老城区或旧线路改造，从而使得分布式FA能够应用到更多的地方。
优选的，对于MPK的广播也采用加密传输，包括：
获取g个配电自动化终端的ID，其中i为1-g；
设置加密的其中为异或运算。
其中，设置
其中，IDmin为IDi中的最小值，IDmax为IDi中的最大值。
本优选实施例对MPK也进行了加密传输，使得安全性进一步提高。
上述实施例给出了本配电自动化终端在物联网上进行数据传输的加密过程，下面进一步说明解密过程。
优选的，通信设备用于通过物联网连接其他自治区域内的配电自动化终端，其包括解密模块，用于对物联网中接收到密文解密。
优选的，所述解密模块利用预存的发来所述密文E的本配电自动化终端的ID、以及主公钥MPK，采用椭圆加密算法生成密钥SKGID。
优选的，所述解密模块采用椭圆加密算法生成密钥SKGID包括：
其中，
随机选择一组对偶正交基(D,D*)，其中 选取α1,α2←Rzp，
得到主公钥
其中，如果MPK是加密的，可以执行 的逆运算，得到解密的MPK。
优选的，所述解密模块采用密钥SKGID将密文E采用椭圆加密算法解密得到拼合图像Yi，包括：
从E中获取{C0,C1}；
执行 的逆运算，得到和ID；
如果得到的ID与预存的ID一致，则确定获得的E为真；
用预存的对应于ID的Zi对做逆运算，得到Yi。
优选的，所述解密模块采用预设的规则对Yi逆运算得到n个M×N的矩阵Xi。
优选的，所述解密模块采用预设的规则重新排序Xi的各行。
优选的，所述解密模块采用预设的规则从排序后的Xi中去除冗余的0或1，然后将各行拼合成数据串。
优选的，所述解密模块将n个Xi得到的n个数据串拼合成明文M。
上述各个实施例给出了前面实施例基于物联网的新型配电自动化终端的加密方法相对应的解密方法。
优选的，所述物联网采用PLC(Power Line Carrier，电力线载波通信)、FSK(微功率无线通信)、RS485、M-BUS(Meter-Bus)、zigbee(紫蜂)、LoRa和NB-IoT中的至少一种。
本优选实施例支持现在市场上主流的物联网，从而使得本技术方案得到尽可能的推广应用。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (9)
1.一种基于物联网的新型配电自动化终端，其特征在于，将全网划分为多个独立的自治区域，每个自治区域内设置独立的所述配电自动化终端，其包括：采集模块、通信设备、监控主机和UPS电源；
采集模块，用于采集本自治区域内被监控设备的站点信息，并上传给监控主机；
通信设备用于通过物联网连接其他自治区域内的配电自动化终端，其包括解密模块，用于对物联网中接收到密文解密；
监控主机用于依据制定的故障处理逻辑，判断采集模块收集的本自治区域内的站点信息以及通信设备收集的其他自治区域的站点信息，智能决策本区域内的开关动作；
UPS电源，用于给采集模块、通信设备和监控主机供电。
2.根据权利要求1所述的新型配电自动化终端，其特征在于，所述解密模块利用预存的发来所述密文E的本配电自动化终端的ID、以及主公钥MPK，采用椭圆加密算法生成密钥SKGID。
3.根据权利要求1所述的新型配电自动化终端，其特征在于，所述解密模块采用椭圆加密算法生成密钥SKGID包括：
其中，
随机选择一组对偶正交基(D，D*)，其中 选取α1，α2←Rzp，
得到主公钥
4.根据权利要求3所述的新型配电自动化终端，其特征在于，所述解密模块采用密钥SKGID将密文E采用椭圆加密算法解密得到拼合图像Yi，包括：
从E中获取{C0，C1}；
执行 的逆运算，得到和ID；
如果得到的ID与预存的ID一致，则确定获得的E为真；
用预存的对应于ID的Zi对做逆运算，得到Yi。
5.根据权利要求4所述的新型配电自动化终端，其特征在于，所述解密模块采用预设的规则对Yi逆运算得到n个M×N的矩阵Xi。
6.根据权利要求5所述的新型配电自动化终端，其特征在于，所述解密模块采用预设的规则重新排序Xi的各行。
7.根据权利要求6所述的新型配电自动化终端，其特征在于，所述解密模块采用预设的规则从排序后的Xi中去除冗余的0或1，然后将各行拼合成数据串。
8.根据权利要求7所述的新型配电自动化终端，其特征在于，所述解密模块将n个Xi得到的n个数据串拼合成明文M。
9.根据权利要求1-8任一项所述的新型配电自动化终端，其特征在于，所述物联网采用PLC、FSK、RS485、M-BUS、zigbee、LoRa和NB-IoT中的至少一种。
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Application publication date: 20190910 Assignee: Nanjing Weiming Technology Co.,Ltd. Assignor: Jiayuan Technology Co.,Ltd. Contract record no.: X2024980003835 Denomination of invention: A new type of distribution automation terminal based on the Internet of Things Granted publication date: 20200915 License type: Common License Record date: 20240402 |