CN111654103A - 一种配电站房智能管控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种配电站房智能管控方法，对站房安防、运行设备、环境信息、辅助控制设备进行全面监测和控制；监测所得的数据汇聚到边缘网关设备，采用边缘计算技术，对监测数据进行本地处理；从而现站房设备运行状态监测、故障预警、故障报警以及联动控制。采用物联网技术，通过多种类型传感设备和边缘计算网关，实现配电站房信息的全方位监测和数据本地化处理；采用云平台技术，实现站房设备管理、大数据挖掘和运维智能管理等功能。

Description

一种配电站房智能管控方法
技术领域
本发明涉及电气工程科学领域，特别是一种配电站房智能管控方法。
背景技术
随着物联网、互联网等新一代信息技术与智能电网的有效融合，促使传统电网逐步向智能电网双向互动服务模式转型，电力管理部门能够借助智能终端及时掌握与了解电力设施运行情况以及设备故障、环境信息等内容，从而对电力运维进行合理安排。与传统电网相比新型电网的异构智能终端多样化、网络安全防护边界泛在化、业务安全接入需求多样化，这也直接增加了电力终端信息泄露、非法接入以及失控等一系列安全风险，加大了异构智能终端的安全防护难度，致使异构终端的漏洞挖掘、完整性保护、机密性保护以及攻击防御难度显著增加，同时对不同种类的智能终端以及移动终端的接入方式与安全防护提出了更加严格的要求。在对智能电网进行安全检查时发现，很多电力信息系统终端由于弱口令的安全脆弱性、远程服务防护不足等，使得终端安全防护存在一定的不足之处。
当前大量电力监测传感设备已经广泛应用于电力配电监测领域，这些配电站房监控系统的建设方案，一般都是采用将海量传感器获取的感知数据通过汇聚节点，上传至接入节点，并最终通过网络层的接入控制器和控制网关进入云平台的服务器。该方案本质上仍然是一个中心化的分布式网络结构，当面临海量传感数据通过站房网关设备，最终汇入云平台服务器时，对智能站房监测信息的接入认证和安全防护是需要解决的重要问题：
1）设备安全
电力物联网终端设备随着数据价值的增长，将成为黑客恶意攻击的潜在对象。如著名的僵尸物联网，据公开报道数据，该僵尸网络已累计感染超过 200 万台摄像机等物联网设备，并发起的 DDoS 攻击，导致美国域名解析服务提供商Dyn 瘫痪。
2）信息安全
电力物联网中的流式数据，特别是经由无线网络进行传输时，极易被窃取。同时，随着大数据与物联网的结合，海量数据存储在少数中心节点，数据缺少备份，数据安全性得不到保证。
3）用户隐私保护
传统物联网不具备抵抗密钥共享攻击等基于应用的隐私保护能力。电力设备物联网中各类传感器的 GPS 定位系统能否对用户的隐私数据做到完全保密，信息是否被生产厂商所监控，都是电力传感监测系统安全需要面对的重要问题。
当前配电站房管控系统的通信安全方案一般包括：在站房设备端采用硬件加密和软件算法加密方法，在云平台服务器端则采用软件加密方法。硬件加密一般通过增加加密设备，如在站房的传感设备端嵌入加密芯片、在边缘设备中增加接入加密设备或加密网关等通信设备，实现通信安全认证；软件加密一般采用数据加密算法或加密通信协议等技术以保证通信安全。
现有配电房之内管控系统，在现场监测的各类传感数据一般都是经汇聚节点或边缘计算设备上传到远程管理平台，传感数据在本地处理能力不强，一般都在远程管理平台实现数据综合处理功能。对数据处理的实时性、有效性水平不高，同时对通信带宽要求较高，不适用于海量站房监测数据的实时处理，以及设备状态综合评估和设备联动等功能要求高的应用领域推广使用。
同时，现有的硬件和软件加密方法，其本质上还是基于以远程管理平台或云平台服务器为中心的加密架构，其安全性主要依赖于密码学强度，在攻击者计算能力与日俱增的今天，如量子计算机的出现，使得这些方案的安全性也逐渐减弱；同时，硬件加密设备会增加系统成本，并增加系统安装部署和运维复杂性；软件加密算法，则对电力传感终端设备的计算能力、存储能力和能耗等都提出了更高要求，不适用于海量电力传感终端的应用推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足而提供一种配电站房智能管控方法，本发明支持配电站房传感监测信息的加密通信和安全认证。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一种配电站房智能管控方法，包括以下步骤：
对站房安防、运行设备、环境信息、辅助控制设备进行全面监测和控制；
监测所得的数据汇聚到边缘网关设备，采用边缘计算技术，对监测数据进行本地处理；从而现站房设备运行状态监测、故障预警、故障报警以及联动控制。
作为本发明所述的一种配电站房智能管控方法进一步优化方案，采用区块链架构，将证实设备身份合法性的关键数据以区块链交易的形式存储在由多个分布式区块链节点共同维护的区块链账本中，以此构建出一个具有去中心化特点的电力传感终端设备身份认证架构，实现在无需可信第三方介入的情况下，达到设备与设备、设备与平台之间的身份双向认证；通过区块链内主设备授权，实现从设备之间数据的安全访问；系统采用区块链的超级账本架构，实现站房监测信息的上链存储，以保证配电站房监测数据的安全防护和可靠存储；通过将站房联动决策模型作为区块链的智能合约交易模型，在站内区块链主从设备节点进行部署实施。
作为本发明所述的一种配电站房智能管控方法进一步优化方案，设备的监测包括：配电变压器运行噪声、连接桩头温度、中压开关柜内电缆连接桩头温度、中压开关柜局放、中压开关柜柜内凝露状态。
作为本发明所述的一种配电站房智能管控方法进一步优化方案，根据配电站房运行特点，将联动决策模型作为区块链的智能合约交易模型，在站内区块链主从设备节点进行部署实施；终端传感设备采集数据如果满足触发条件，则向网关设备发起数据交易；网关设备将数据发至合约交易，即根据联动策略和决策引擎，即执行职能合约，判断是否执行相应的联动措施；在执行完合约后，将执行结果发送到感兴趣的网关或平台节点设备中。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
（1）采用物联网技术，通过多种类型传感设备和边缘计算网关，实现配电站房信息的全方位监测和数据本地化处理；
（2）采用云平台技术，实现站房设备管理、大数据挖掘和运维智能管理等功能；
（3）在信息安全方面，通过电力传感设备、边缘设备和云平台服务器间构建区块链，采用区块链认证和加密算法，并利用区块链技术的去中心化、不可篡改、集体维护等特性，实现电力数据隐私保护的安全收集与存储。
附图说明
图1是配电站房信息全方位监测系统结构图。
图2是分层区块链系统结构图。
图3是智能合约交易流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定内部程序、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
本发明公开的一种配电站房智能管控系统，采用物联网和边缘计算技术，以实现配电站房的全方位监测和本地智能化；采用区块链技术，保证配电站房监测数据的安全防护和可靠存储。
系统采用物联网技术，通过多种类型传感设备实现对站房安防、运行设备、环境信息、辅助控制设备等全面监测和控制；监测数据汇聚到边缘网关设备，采用边缘计算技术，实现监测数据的本地处理，实现站房设备运行状态监测、故障预警、故障报警，以及联动控制等功能，最终实现配电站房的自愈功能。
系统采用区块链架构，将证实设备身份合法性的关键数据以区块链交易的形式存储在由多个分布式区块链节点共同维护的区块链账本中，以此构建出一个具有去中心化特点的电力传感终端设备身份认证架构，实现在无需可信第三方介入的情况下，达到设备与设备、设备与平台之间的身份双向认证；通过区块链内主设备授权，实现从设备之间数据的安全访问；系统采用区块链的超级账本架构，实现站房监测信息的上链存储，以保证配电站房监测数据的安全防护和可靠存储；通过将站房联动决策模型作为区块链的智能合约交易模型，在站内区块链主从设备节点进行部署实施，实现了站房联动决策的可靠性和准确性，提升了站房设备运行故障自愈水平。
系统架构
基于物联网和边缘计算技术的监测系统架构
监测系统包括对配电站房的安防状态、环境状态和设备运行状态等实现在线监测，并与辅助系统实现联动控制。系统架构见附图1。
安防监测：实现对配电站房内安防设备状态的实时监测，同时监测非法人员入侵的情况；包括视频监控、门窗状态等监测设备；
环境监测：实现对配电站房内设备运行环境的监控，如：温度、湿度、SF6 气体浓度、臭氧浓度、含氧量、烟雾浓度、水位或水浸信息、站房内空间噪声等数据信息的采集；
设备监测：实现对配电房内电力设备包含：配电变压器运行噪声、连接桩头温度、中压开关柜内电缆连接桩头温度、中压开关柜局放、中压开关柜柜内凝露状态等信息的采集。
基于区块链技术的系统安全架构
图2是分层区块链系统结构图。系统采用两层并行的区块链结构，不同分区内部采用站内区块链，不同分区之间采用站间区块链结构。
在站房内，由电力传感终端设备或汇聚节点，与边缘网关设备构成一个小型区域内的电力传感数据区块链系统。在这个系统中，边缘网关作为区块链交易的主设备，传感终端设备或汇聚节点是从设备。由主设备构建一个区块链信任域，该信任域内的从设备是在边缘网关通信区域内的传感终端设备或汇聚节点。
站房之间，由边缘网关或边缘代理设备，以及远程管理平台构成一个大型电力信息存储区块链系统。在这个大型区块链系统中，远程管理平台作为主设备，边缘网关设备为从设备。由主设备构建信任域，新的网关设备作为从设备，申请关联到信任域。远程管理平台上运行的应用服务可为监控中心与运维人员提供各类电力信息监测数据，如通过运维人员可通过移动APP使用管理平台提供的信息查询、运维检修和查询服务等。
分层区块链认证方法：
电力传感设备采集的各种电力信息，签名加密后上报到上一层的数据聚合节点，或直接加密上报到边缘网关，在电力传感数据区块链中申请数据区块上链。在数据的上报与存储过程中，使用非对称加密与签名体系，对电力传感数据的签名与加密算法分别由(Gsig,Ssig,Vsig)（生成、签名、验证）与 (Genc,Eenc,Denc)（生成、加密、解密）表示。存储聚合电力数据的区块链服务器节点通过 PBFT 共识机制同步电力信息数据账本。
系统采用两层并行的区块链结构，每个站房即为一个分区，分区内部采用站内区块链，不同分区之间采用站间区块链结构。每层区块链都有一个主设备，负责构建区块链的信任域，其他设备作为从设备，向设备提出信任域的关联请求。下面是区块链认证流程：
步骤1：当新的设备作为从设备要求接入到区块链网络中时，发出认证管理请求；由主设备确认从设备的身份。
步骤2：主设备收到新设备的认证请求后进行验证，如果合法，生成证书后返回给从设备的认证管理模块; 如果不合法，返回非法提示。认证管理服务事先已经在区块链网络中的通道、排序服务、节点等组件的配置中获得了授权，同时，也对从设备的数据共享和隐私权限进行了配置。
步骤3：从设备认证管理模块收到证书后，将其加密存储于本地数据库，并记录证书与传感设备的对应关系。
步骤4： 数据接收与处理模块接收电力传感设备采集的数据，对数据进行必要的清洗、格式转换等处理，并将处理后的数据交给超级账本存储。
步骤5：超级账本存储模块使用从设备的证书进行签名，将数据封装成交易提案后发送到通道内的节点。
基于区块链智能合约交易模型的配电房联动设计
根据配电站房运行特点，将联动决策模型作为区块链的智能合约交易模型，在站内区块链主从设备节点进行部署实施。具体的合约交易部署实施流程见附图3。终端传感设备采集数据如果满足触发条件，则向网关设备发起数据交易；网关设备将数据发至合约交易，即根据联动策略和决策引擎，即执行职能合约，判断是否执行相应的联动措施。在执行完合约后，将执行结果发送到感兴趣的网关或平台等节点设备中。
联动决策包括：触发条件集、触发动作集、决策引擎和联动策略集等，触发条件集主要包含了站房设备的运行状态以及安全告警，触发动作集主要包括在系统维护中可以采取的安全处置手段，包括空调制冷、风机排气、烟雾警报等。智能合约交易模型包括：当触发条件和一系列的触发动作组成一条联动策略，存放在联动策略库中，同时将联动策略库中的联动策略集输送到决策引擎中，通过决策判断，执行相应的联动措施。具体联动决策功能包括：
安防联动：涉及门锁、红外、摄像头等设备，实现对配电站房内安防设备状态的实时监测，同时监测非法人员入侵的情况，在监控系统进行状态展示，并在发生非法入侵的情况下产生告警信息。
辅助系统联动：涉及温湿度、SF6、水浸、风机（空调）、水泵等设备，实现对配电站房内设备运行环境的监控，如：温度、湿度、SF6 气体浓度等数据的采集，并根据设定的告警阈值产生告警信息，同时下发控制指令对配电站房运行环境进行智慧调节。
安全生产联动：涉及烟雾、风机、摄像头；人员安全帽、倒地、区域、小动物，摄像头联动等。当烟雾探测器探测到有烟雾情况，切除非消防动力电源同时应急照明自动开启，摄像机进行摄像，后台监控系统报警，通知相关人员进行处理。
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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (4)

1.一种配电站房智能管控方法，其特征在于，包括以下步骤：
对站房安防、运行设备、环境信息、辅助控制设备进行全面监测和控制；
监测所得的数据汇聚到边缘网关设备，采用边缘计算技术，对监测数据进行本地处理；从而现站房设备运行状态监测、故障预警、故障报警以及联动控制。
2.根据权利要求1所述的一种配电站房智能管控方法，其特征在于，采用区块链架构，将证实设备身份合法性的关键数据以区块链交易的形式存储在由多个分布式区块链节点共同维护的区块链账本中，以此构建出一个具有去中心化特点的电力传感终端设备身份认证架构，实现在无需可信第三方介入的情况下，达到设备与设备、设备与平台之间的身份双向认证；通过区块链内主设备授权，实现从设备之间数据的安全访问；系统采用区块链的超级账本架构，实现站房监测信息的上链存储，以保证配电站房监测数据的安全防护和可靠存储；通过将站房联动决策模型作为区块链的智能合约交易模型，在站内区块链主从设备节点进行部署实施。
3.根据权利要求1所述的一种配电站房智能管控方法，其特征在于，设备的监测包括：配电变压器运行噪声、连接桩头温度、中压开关柜内电缆连接桩头温度、中压开关柜局放、中压开关柜柜内凝露状态。
4.根据权利要求1所述的一种配电站房智能管控方法，其特征在于，根据配电站房运行特点，将联动决策模型作为区块链的智能合约交易模型，在站内区块链主从设备节点进行部署实施；终端传感设备采集数据如果满足触发条件，则向网关设备发起数据交易；网关设备将数据发至合约交易，即根据联动策略和决策引擎，即执行职能合约，判断是否执行相应的联动措施；在执行完合约后，将执行结果发送到感兴趣的网关或平台节点设备中。
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