CN111901442A - 一种电站通信监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电站通信监测系统，包括：通信连接处理模块、通信环境监测模块和器件监测模块。本发明的一种电站通信监测系统，制定主站自动通信方案实现通信连接和加密传输，并对通信过程的环境和器件状态进行监测，增强了电站通信网络的便利性和健壮性。

Description

一种电站通信监测系统

技术领域

本发明涉及电站通信领域，具体涉及一种电站通信监测系统。

背景技术

现在，主站和变电站由数字化开始变为智能化，智能主站和智能变电站具有更为广泛的感知和更为丰富的应用。

利用电站通信技术，自动、实时对变电站的设备进行通信管理、识别、定位、追踪并触发相应时间，可以实现对设备的实时管理和控制，通过对外界的感知，构建传感网监测网络，可对变电站通信的运行过程进行全方位智能监测。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，本发明一种电站通信监测系统，包括：通信连接处理模块、通信环境监测模块和器件监测模块；其中。

所述通信连接处理模块，用于。

制定主站自动通信方案，该方案包括通信起始时间、间隔及数据项目，存入服务器上的数据库；插入新方案或修改方案，根据方案生成自动通信任务，并根据自动通信任务的内容进行合并，根据自动通信任务的重要度等级进行任务排序，存入任务表。

对于每个主站的自动通信都是预先设定的，每隔一段固定时间，自动通信任务就会自动向服务器提出通信请求，服务器接受请求并检测资源使用情况，査看是否有可用的串口，若有则将该串口分配给该自动通信任务，并动态创建新线程来监视该串口，接收和处理数据；如果没有空闲的串口，则等待直到有串口被释放并分配给该自动通信任务。

检测服务器上的任务表，查看是否有执行的任务，若有则向通信服务程序传送通信任务及相关信息，并修改该任务的标志，检测分配通信资源，根据所需资源的忙闲状态进行资源分配。

通信服务程序为收到的每一个自动通信或手动通信任务创建一通信线程，每五个线程使用所分配的串口及对应的资源，完成相应的通信任务所规定的内容；变电站返回的数据传送到服务器并存储在临时数据库。

配置主站与变电站通过创建的通信线程在加密模式下进行加密通信，变电站为发送数据包预先添加一个随机字符串,所述随机字符串称为初始化向量，并使用链接块密码模式或哈希链接块密码模式的加密模式；在主站与变电站两个通信方之间使用共享的两个计数器，每个通信方向一个。

其中，计数器最初设置为零，并且应至少为128bit，计数器值能够用作信息加密中的随机字符串，每个信息加密后，如果使用链接块密码模式，则计数器增加1；如果使用哈希链接块密码模式，则增加加密数据块的数量；两个通信方均知道计数器的值，并且两个计数器在预定时间进行同步。

当主站接收到这些加密数据包时，指示主站解密数据包,检查计数器值是否正确，一旦主站接收到密文的第一个块，主站会检查计数器值是否正确；如果是正确的，则主站继续解密并更新其计数器；否则，主站丢弃整个密文；主站使用计数器解密密文的第一个块；如果解密的明文的第1位与计数器值的密文不一致，则说明计数器未同步或密文被破坏；如果密文被篡改，则依靠纠错机制来丢弃整个数据包，否则主站继续尝试其余计数器，直到计数器检验过程成功；然后主站使用经过验证的计数器和相应的密钥対信息进行解密，生成的信息的每个块一旦可用就将其传送到服务器；如果在预设数量的试验中不能验证计数器，则主站通知变电站传输失败，并在下一部分启动计数器同步协议。

对于两个通信方建立安全信道，配置密钥部署并添加到两台设备中；该密钥可以是共享的主密钥或一个会话的共享密钥，能够从使用简单密钥建立协议的共享密钥建立；利用该密钥识别的安全信道建立其他信道，包括会话安全信道、时间同步信道、认证广播信道和认证紧急信道。

所述计数器同步协议可以由任一方启动，可以直接添加两个设备的初始计数器值；两个设备也可以使用提供的计数器同步协议添加初始计数器值；主站还可以使用认证广播信道，使用一条信息将多个变电站的计数器值设置为相同值。

如果存在信息认证码,则指示主站验证所述信息认证码的正确性；如果信息认证码是正确的，主站将解密信息传输到服务器；否则，主站选择通知变电站信息已损坏或尝试重新同步计数器。

主站将解密的字节立即传送到服务器，当遇到最后一个字节时；如果信息认证码成功验证，则主站将最后一个字节传递给服务器；否则，主站丢弃最后一个字节，或发送一个随机字节到服务器，依靠纠错机制来舍弃整个信息。

在非加密模式下，可仅进行信息认证，变电站发送明文到主站，在这种模式下，不使用计数器值作为随机字符串，但是需要指示主站在信息认证码中认证计数器值，并在操作后增加计数器值；除了加密模式和非加密模式外，还支持数据直传模式；即数据在在没有加密和认证的情况下传输。

其中，所述通信处理模块支持任务的选择合并与排序；包括自动通信任务和手动通信任务，所述自动通信任务是指，主站根据设定的周期，按主站自动通信方案完成数据从变电站到主站的传输，并在服务器上备份一份完整的临时数据库；手动通信任务是指，按照用户任意指定的启动时间去读取任意线路表或数据变电站的任意时间段内数据。

当发多个手动通信指令时，如果发出的手动通信指令指定的抄表对象为同一个变电站，采集数据项目一致，仅仅随时通信启动时间不同的情况下，若所述多个手动通信任务启动时间相隔不超过5min,则合并为一个任务；如果发出的手动通信指令对象为同一个变电站，采集任务启动时间相同，但采集数据项目不完全一致，则将任务按数据项目进行合并。

所述通信环境监测模块，用于。

在通信过程中，采集主站和变电站站用电源的交流电流、电压和直流电流、电压；采集事故照明电源电压及投/退状态，监测事故照明电源的有效性；对主站和变电站照明开关通过遥控或光感开关控制器进行控制；采集风扇的的启/停状态和电气保护状态，根据机房、主控制中心的温度、湿度状况自动启/停电热设备，使风扇和火警报警实现联动。

温度和湿度测控，利用温度、湿度传感器采集主站和变电站保护柜和开关柜、主控室、自动化主机、总控单元、网络交换机的温度和湿度。在图形页面上显示各监控点的实时测量值；统计任意区间的数据最大值、最小值及平均值；设置各监控点的上、下限报警值，并可查询报警历史；通过比较设备与环境的相对温升，分析过热情况，发出预警信号，提醒管理人员进行处理。

空调滴水监测，连接嵌入式主机，监测空调的运行状态，远程控制空调的启、停及设定温度与湿度值；实时显示并保存远程监测的运行参数、各部件状态及报警情况，对空调管路的滴水实施监控并进行进水管控制，在不同区域采用多个无线水浸传感器，与无线温度传感器共用同一无线平台，实时检测并记录滴水报警变化情况，以电子地图方式实时显示滴水状态和滴水位置。

所述器件监测模块，用于。

监测主站和变电站站用电源柜的实时参数，包括主进线电压、电流、功率、功率因素和站用电源柜内的重要开关的工作状态。

监测光伏电池，包括监测变电站光伏电池的运行状态：实时显示并记录光伏电池的开路电压、运行电压、工作电流等参数并传送至主站，通过分析历史数据，为判断电池的性能和工作状态提供辅助决策。

监测交流系统电源，实时显示并记录配电柜支路和每个开关支路的交流电流数值。设定电流的上限值与下限值，作为预报警依据。

蓄电池监测，定期监测每节蓄电池的内阻，判断蓄电池的优劣；在线实时监测单体电池电压、总电压、电流、环境温度；当参数值超出报警值时自动报警。

智能灯光控制：智能开关用于控制主站和变电站内照明灯光；无线灯光控制器分置于控制中心，用于遥控站内照明灯光。其中，灯光可以软启动，可以通过无线灯光控制器、总控制器实施遥控并能够进行停电自锁。

优选地，所述器件监测模块，还用于。

基于防盗网络实现器件防盗，所述防盗网络由地埋固定无线振动传感器节点、移动无线振动传感器节点、杆塔无线倾斜传感器节点、杆塔无线振动传感器节点、无线防拆卸螺栓传感器节点、无线被动红外线传感器节点、智能视频传感器节点和通信骨干节点组成。

本发明的一种电站通信监测系统，制定主站自动通信方案实现通信连接和加密传输，并对通信过程的环境和器件状态进行监测，增强了电站通信网络的便利性和健壮性。

附图说明

图1为本发明一种电站通信监测系统的结构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明一种电站通信监测系统，包括：通信连接处理模块、通信环境监测模块和器件监测模块；其中。

所述通信连接处理模块，用于。

制定主站自动通信方案，该方案包括通信起始时间、间隔及数据项目，存入服务器上的数据库；插入新方案或修改方案，根据方案生成自动通信任务，并根据自动通信任务的内容进行合并，根据自动通信任务的重要度等级进行任务排序，存入任务表。

对于每个主站的自动通信都是预先设定的，每隔一段固定时间，自动通信任务就会自动向服务器提出通信请求，服务器接受请求并检测资源使用情况，査看是否有可用的串口，若有则将该串口分配给该自动通信任务，并动态创建新线程来监视该串口，接收和处理数据；如果没有空闲的串口，则等待直到有串口被释放并分配给该自动通信任务。

检测服务器上的任务表，查看是否有执行的任务，若有则向通信服务程序传送通信任务及相关信息，并修改该任务的标志，检测分配通信资源，根据所需资源的忙闲状态进行资源分配。

通信服务程序为收到的每一个自动通信或手动通信任务创建一通信线程，每五个线程使用所分配的串口及对应的资源，完成相应的通信任务所规定的内容；变电站返回的数据传送到服务器并存储在临时数据库。

配置主站与变电站通过创建的通信线程在加密模式下进行加密通信，变电站为发送数据包预先添加一个随机字符串,所述随机字符串称为初始化向量，并使用链接块密码模式或哈希链接块密码模式的加密模式；在主站与变电站两个通信方之间使用共享的两个计数器，每个通信方向一个。

其中，计数器最初设置为零，并且应至少为128bit，计数器值能够用作信息加密中的随机字符串，每个信息加密后，如果使用链接块密码模式，则计数器增加1；如果使用哈希链接块密码模式，则增加加密数据块的数量；两个通信方均知道计数器的值，并且两个计数器在预定时间进行同步。

当主站接收到这些加密数据包时，指示主站解密数据包,检查计数器值是否正确，一旦主站接收到密文的第一个块，主站会检查计数器值是否正确；如果是正确的，则主站继续解密并更新其计数器；否则，主站丢弃整个密文；主站使用计数器解密密文的第一个块；如果解密的明文的第1位与计数器值的密文不一致，则说明计数器未同步或密文被破坏；如果密文被篡改，则依靠纠错机制来丢弃整个数据包，否则主站继续尝试其余计数器，直到计数器检验过程成功；然后主站使用经过验证的计数器和相应的密钥対信息进行解密，生成的信息的每个块一旦可用就将其传送到服务器；如果在预设数量的试验中不能验证计数器，则主站通知变电站传输失败，并在下一部分启动计数器同步协议。

对于两个通信方建立安全信道，配置密钥部署并添加到两台设备中；该密钥可以是共享的主密钥或一个会话的共享密钥，能够从使用简单密钥建立协议的共享密钥建立；利用该密钥识别的安全信道建立其他信道，包括会话安全信道、时间同步信道、认证广播信道和认证紧急信道。

所述计数器同步协议可以由任一方启动，可以直接添加两个设备的初始计数器值；两个设备也可以使用提供的计数器同步协议添加初始计数器值；主站还可以使用认证广播信道，使用一条信息将多个变电站的计数器值设置为相同值。

如果存在信息认证码,则指示主站验证所述信息认证码的正确性；如果信息认证码是正确的，主站将解密信息传输到服务器；否则，主站选择通知变电站信息已损坏或尝试重新同步计数器。

主站将解密的字节立即传送到服务器，当遇到最后一个字节时；如果信息认证码成功验证，则主站将最后一个字节传递给服务器；否则，主站丢弃最后一个字节，或发送一个随机字节到服务器，依靠纠错机制来舍弃整个信息。

在非加密模式下，可仅进行信息认证，变电站发送明文到主站，在这种模式下，不使用计数器值作为随机字符串，但是需要指示主站在信息认证码中认证计数器值，并在操作后增加计数器值；除了加密模式和非加密模式外，还支持数据直传模式；即数据在在没有加密和认证的情况下传输。

其中，所述通信处理模块支持任务的选择合并与排序；包括自动通信任务和手动通信任务，所述自动通信任务是指，主站根据设定的周期，按主站自动通信方案完成数据从变电站到主站的传输，并在服务器上备份一份完整的临时数据库；手动通信任务是指，按照用户任意指定的启动时间去读取任意线路表或数据变电站的任意时间段内数据。

当发多个手动通信指令时，如果发出的手动通信指令指定的抄表对象为同一个变电站，采集数据项目一致，仅仅随时通信启动时间不同的情况下，若所述多个手动通信任务启动时间相隔不超过5min,则合并为一个任务；如果发出的手动通信指令对象为同一个变电站，采集任务启动时间相同，但采集数据项目不完全一致，则将任务按数据项目进行合并。

所述通信环境监测模块，用于。

在通信过程中，采集主站和变电站站用电源的交流电流、电压和直流电流、电压；采集事故照明电源电压及投/退状态，监测事故照明电源的有效性；对主站和变电站照明开关通过遥控或光感开关控制器进行控制；采集风扇的的启/停状态和电气保护状态，根据机房、主控制中心的温度、湿度状况自动启/停电热设备，使风扇和火警报警实现联动。

温度和湿度测控，利用温度、湿度传感器采集主站和变电站保护柜和开关柜、主控室、自动化主机、总控单元、网络交换机的温度和湿度。在图形页面上显示各监控点的实时测量值；统计任意区间的数据最大值、最小值及平均值；设置各监控点的上、下限报警值，并可查询报警历史；通过比较设备与环境的相对温升，分析过热情况，发出预警信号，提醒管理人员进行处理。

空调滴水监测，连接嵌入式主机，监测空调的运行状态，远程控制空调的启、停及设定温度与湿度值；实时显示并保存远程监测的运行参数、各部件状态及报警情况，对空调管路的滴水实施监控并进行进水管控制，在不同区域采用多个无线水浸传感器，与无线温度传感器共用同一无线平台，实时检测并记录滴水报警变化情况，以电子地图方式实时显示滴水状态和滴水位置。

所述器件监测模块，用于。

监测主站和变电站站用电源柜的实时参数，包括主进线电压、电流、功率、功率因素和站用电源柜内的重要开关的工作状态。

监测光伏电池，包括监测变电站光伏电池的运行状态：实时显示并记录光伏电池的开路电压、运行电压、工作电流等参数并传送至主站，通过分析历史数据，为判断电池的性能和工作状态提供辅助决策。

监测交流系统电源，实时显示并记录配电柜支路和每个开关支路的交流电流数值。设定电流的上限值与下限值，作为预报警依据。

蓄电池监测，定期监测每节蓄电池的内阻，判断蓄电池的优劣；在线实时监测单体电池电压、总电压、电流、环境温度；当参数值超出报警值时自动报警。

智能灯光控制：智能开关用于控制主站和变电站内照明灯光；无线灯光控制器分置于控制中心，用于遥控站内照明灯光。其中，灯光可以软启动，可以通过无线灯光控制器、总控制器实施遥控并能够进行停电自锁。

优选地，所述器件监测模块，还用于。

基于防盗网络实现器件防盗，所述防盗网络由地埋固定无线振动传感器节点、移动无线振动传感器节点、杆塔无线倾斜传感器节点、杆塔无线振动传感器节点、无线防拆卸螺栓传感器节点、无线被动红外线传感器节点、智能视频传感器节点和通信骨干节点组成。

在设定通信方案时，按照任务启动时间的先后对通信任务进行排序，当出现通信任务的启动时间一致时，遵循下面的原则进行排序。

当通信任务类型不相同时，手动通信任务优先于自动通信任务；其中手动通信任务为用户随机启动并要求现场査看数据；若都为自动通信任务时，按照用户的重要等级程度来排序，分为一级用户、二级用户、三级用户，等级高的用户优先被采集。

当主线程检测到有手动通信任务时，手动通信任务优先于所有的自动任务，此时主线程顺序检查所有串口中是否有空闲的串口，如果否则等待，直到有一个空闲的串口分配给该手动通信任务，然后动态创建新线程来监视该串口,并接收和处理数据。

所述纠错机制可以为CRC循环冗余纠错。

其中，上述通信连接处理模块、通信环境监测模块和器件监测模块通过对应的进程和线程实现模块功能，各模块之间通过逻辑连接或电连接，各模块具体功能可由物理处理器执行存储器中存储的程序代码实现。

本发明的一种电站通信监测系统，制定主站自动通信方案实现通信连接和加密传输，并对通信过程的环境和器件状态进行监测，增强了电站通信网络的便利性和健壮性。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (2)

1.一种电站通信监测系统，其特征在于，包括：通信连接处理模块、通信环境监测模块和器件监测模块；其中，

所述通信连接处理模块，用于：

制定主站自动通信方案，该方案包括通信起始时间、间隔及数据项目，存入服务器上的数据库；插入新方案或修改方案，根据方案生成自动通信任务，并根据自动通信任务的内容进行合并，根据自动通信任务的重要度等级进行任务排序，存入任务表；

对于每个主站的自动通信都是预先设定的，每隔一段固定时间，自动通信任务就会自动向服务器提出通信请求，服务器接受请求并检测资源使用情况，査看是否有可用的串口，若有则将该串口分配给该自动通信任务，并动态创建新线程来监视该串口，接收和处理数据；如果没有空闲的串口，则等待直到有串口被释放并分配给该自动通信任务；

检测服务器上的任务表，查看是否有执行的任务，若有则向通信服务程序传送通信任务及相关信息，并修改该任务的标志，检测分配通信资源，根据所需资源的忙闲状态进行资源分配；

通信服务程序为收到的每一个自动通信或手动通信任务创建一通信线程，每五个线程使用所分配的串口及对应的资源，完成相应的通信任务所规定的内容；变电站返回的数据传送到服务器并存储在临时数据库；

配置主站与变电站通过创建的通信线程在加密模式下进行加密通信，变电站为发送数据包预先添加一个随机字符串,所述随机字符串称为初始化向量，并使用链接块密码模式或哈希链接块密码模式的加密模式；在主站与变电站两个通信方之间使用共享的两个计数器，每个通信方向一个；

其中，计数器最初设置为零，并且应至少为128bit，计数器值能够用作信息加密中的随机字符串，每个信息加密后，如果使用链接块密码模式，则计数器增加1；如果使用哈希链接块密码模式，则增加加密数据块的数量；两个通信方均知道计数器的值，并且两个计数器在预定时间进行同步；

当主站接收到这些加密数据包时，指示主站解密数据包,检查计数器值是否正确，一旦主站接收到密文的第一个块，主站会检查计数器值是否正确；如果是正确的，则主站继续解密并更新其计数器；否则，主站丢弃整个密文；主站使用计数器解密密文的第一个块；如果解密的明文的第1位与计数器值的密文不一致，则说明计数器未同步或密文被破坏；如果密文被篡改，则依靠纠错机制来丢弃整个数据包，否则主站继续尝试其余计数器，直到计数器检验过程成功；然后主站使用经过验证的计数器和相应的密钥対信息进行解密，生成的信息的每个块一旦可用就将其传送到服务器；如果在预设数量的试验中不能验证计数器，则主站通知变电站传输失败，并在下一部分启动计数器同步协议；

对于两个通信方建立安全信道，配置密钥部署并添加到两台设备中；该密钥可以是共享的主密钥或一个会话的共享密钥，能够从使用简单密钥建立协议的共享密钥建立；利用该密钥识别的安全信道建立其他信道，包括会话安全信道、时间同步信道、认证广播信道和认证紧急信道；

所述计数器同步协议可以由任一方启动，可以直接添加两个设备的初始计数器值；两个设备也可以使用提供的计数器同步协议添加初始计数器值；主站还可以使用认证广播信道，使用一条信息将多个变电站的计数器值设置为相同值；

如果存在信息认证码,则指示主站验证所述信息认证码的正确性；如果信息认证码是正确的，主站将解密信息传输到服务器；否则，主站选择通知变电站信息已损坏或尝试重新同步计数器；

主站将解密的字节立即传送到服务器，当遇到最后一个字节时；如果信息认证码成功验证，则主站将最后一个字节传递给服务器；否则，主站丢弃最后一个字节，或发送一个随机字节到服务器，依靠纠错机制来舍弃整个信息；

在非加密模式下，可仅进行信息认证，变电站发送明文到主站，在这种模式下，不使用计数器值作为随机字符串，但是需要指示主站在信息认证码中认证计数器值，并在操作后增加计数器值；除了加密模式和非加密模式外，还支持数据直传模式；即数据在在没有加密和认证的情况下传输；

其中，所述通信处理模块支持任务的选择合并与排序；包括自动通信任务和手动通信任务，所述自动通信任务是指，主站根据设定的周期，按主站自动通信方案完成数据从变电站到主站的传输，并在服务器上备份一份完整的临时数据库；手动通信任务是指，按照用户任意指定的启动时间去读取任意线路表或数据变电站的任意时间段内数据；

当发多个手动通信指令时，如果发出的手动通信指令指定的抄表对象为同一个变电站，采集数据项目一致，仅仅随时通信启动时间不同的情况下，若所述多个手动通信任务启动时间相隔不超过5min,则合并为一个任务；如果发出的手动通信指令对象为同一个变电站，采集任务启动时间相同，但采集数据项目不完全一致，则将任务按数据项目进行合并；

所述通信环境监测模块，用于：

在通信过程中，采集主站和变电站站用电源的交流电流、电压和直流电流、电压；采集事故照明电源电压及投/退状态，监测事故照明电源的有效性；对主站和变电站照明开关通过遥控或光感开关控制器进行控制；采集风扇的的启/停状态和电气保护状态，根据机房、主控制中心的温度、湿度状况自动启/停电热设备，使风扇和火警报警实现联动；

温度和湿度测控，利用温度、湿度传感器采集主站和变电站保护柜和开关柜、主控室、自动化主机、总控单元、网络交换机的温度和湿度；在图形页面上显示各监控点的实时测量值；统计任意区间的数据最大值、最小值及平均值；设置各监控点的上、下限报警值，并可查询报警历史；通过比较设备与环境的相对温升，分析过热情况，发出预警信号，提醒管理人员进行处理；

空调滴水监测，连接嵌入式主机，监测空调的运行状态，远程控制空调的启、停及设定温度与湿度值；实时显示并保存远程监测的运行参数、各部件状态及报警情况，对空调管路的滴水实施监控并进行进水管控制，在不同区域采用多个无线水浸传感器，与无线温度传感器共用同一无线平台，实时检测并记录滴水报警变化情况，以电子地图方式实时显示滴水状态和滴水位置；

所述器件监测模块，用于：

监测主站和变电站站用电源柜的实时参数，包括主进线电压、电流、功率、功率因素和站用电源柜内的重要开关的工作状态；

监测光伏电池，包括监测变电站光伏电池的运行状态：实时显示并记录光伏电池的开路电压、运行电压、工作电流等参数并传送至主站，通过分析历史数据，为判断电池的性能和工作状态提供辅助决策；

监测交流系统电源，实时显示并记录配电柜支路和每个开关支路的交流电流数值；设定电流的上限值与下限值，作为预报警依据；

蓄电池监测，定期监测每节蓄电池的内阻，判断蓄电池的优劣；在线实时监测单体电池电压、总电压、电流、环境温度；当参数值超出报警值时自动报警；

智能灯光控制：智能开关用于控制主站和变电站内照明灯光；无线灯光控制器分置于控制中心，用于遥控站内照明灯光；其中，灯光可以软启动，可以通过无线灯光控制器、总控制器实施遥控并能够进行停电自锁。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述器件监测模块，还用于：

基于所述防盗网络实现器件防盗，所述防盗网络由地埋固定无线振动传感器节点、移动无线振动传感器节点、杆塔无线倾斜传感器节点、杆塔无线振动传感器节点、无线防拆卸螺栓传感器节点、无线被动红外线传感器节点、智能视频传感器节点和通信骨干节点组成。

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