CN113794490A - 一种用于保供电指挥的电力载波通信系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于保供电指挥的电力载波通信系统及方法，所述系统包括接收模块、调制模块、处理模块和保供电指挥所，所述调制模块分别与接收模块和处理模块连接，所述保供电指挥所与处理模块连接。所述方法为由接收模块对电力载波通信线缆信号进行耦合接收和滤波获取高频载波信号，然后由调制模块将高频载波信号调制成至少两路不同中心频点的正交载波数字信号，处理模块将正交载波数字信号进行加密和封装成数据帧，并传输保供电指挥所，由保供电指挥所拆帧及解封装以得到需要的通信信息。通过发送多路不同频点的载波信号，将真实信号隐藏起来，并加入加密验证机制，增强系统通信安全性。

Description

一种用于保供电指挥的电力载波通信系统及方法

技术领域

本发明涉及电力通信领域，尤其涉及一种用于保供电指挥的电力载波通信系统及方法。

背景技术

随着计算机、通讯技术和物联网的飞速发展，为供电业务管理的创新和提升创造了条件，电力企业迫切需要结合自身行业特点充分利用这些有效资源，在新的大营销服务体系下，不断提升营销计量现场作业能力，电力企业迫切需要利用新技术并结合创新的管理模式和技术拓展更先进、更智能、更高效的营销计量现场互动作业。实现营销计量现场管理从离线到在线、从静态到动态、从被动处理到感知管理。

传统的电力线载波通信利用相线和中线作为信道进行信号传输，这是一种单入单出通信方式。由于电力线最初是设计用来传输电能而不是通信信号，导致这种单入单出电力线载波通信具有发射功率低、带宽有限的问题，给实现远距离、高速率的电力线载波通信带来了困难。而多入多出阵列天线传输技术恰好可以有效对抗电力线信道的随机衰弱、提高通信速率、改善通信质量。然而，在多入多出阵列天线的电力载波通信系统中，由于窃听者与合法用户一样可以通过物理途径连接至系统，因此可能导致信息数据遭到窃取，也就是产生信息泄露的问题，给通信安全性带来了挑战。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种用于保供电指挥的电力载波通信系统及方法，所述系统包括接收模块、调制模块、处理模块和保供电指挥所，所述调制模块分别与接收模块和处理模块连接，所述保供电指挥所与处理模块连接。由接收模块对电力载波通信线缆信号进行耦合接收和滤波获取高频载波信号，然后由调制模块将高频载波信号调制成至少两路不同中心频点的正交载波数字信号，处理模块将正交载波数字信号进行加密和封装成数据帧，并传输保供电指挥所，由保供电指挥所拆帧及解封装以得到需要的通信信息。通过发送多路不同频点的载波信号，将真实信号隐藏起来，并加入加密验证机制，增强系统通信安全性。

为达到上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种用于保供电指挥的电力载波通信系统，包括接收模块、调制模块、处理模块和保供电指挥所；所述接收模块分别与变电站母线、电力载波通信线缆和所述调制模块连接；所述处理模块分别与调制模块和保供电指挥所连接。

进一步的，所述接收模块用于从电力载波通信线缆接入的信号进行耦合和过滤以获取高频载波信号，并减少变电站一次设备对高频载波信号的分流。

进一步的，所述调制模块具有将高频载波信号调制成至少两路不同中心频点的正交载波数字信号的功能。

进一步的，所述处理模块具有将正交载波数字信号进行加密并封装成数据帧的功能。

进一步的，所述保供电指挥所具有将数据帧进行拆帧及解封装，以获得加密数据与摘要，并对数据进行解密的功能。

进一步的，所述接收模块包括耦合电容器CC、电容分压器CVT、结合滤波器和阻波器；所述阻波器的一端与所述耦合电容器CC的一端连接后作为接收模块的信号输入端接入电力载波通信线缆，所述阻波器的另一端与变电站母线连接；所述耦合电容器CC的另一端与电容分压器CVT的一端连接；所述结合滤波器分别与所述电容分压器CVT的另一端和接地端连接。

一种用于保供电指挥的电力载波通信方法，应用于所述的用于保供电指挥的电力载波通信系统，包括以下步骤：

S1：对电力载波通信线缆接入信号进行耦合和滤波获取高频载波信号；

S2：将高频载波信号进行调制获得至少两路不同中心频点的正交载波数字信号；

S3：将至少两路不同中心频点的正交载波数字信号进行加密后封装成数据帧，分别通过相应的至少两路多入多出传输线路传送至保供电指挥所；

S4：将数据帧进行拆帧、解封装和解密以获得需要的通信信息。

进一步的，所述将高频载波信号进行调制获得至少两路不同中心频点的正交载波数字信号，包括以下步骤：

S21：将所述高频载波信号分成至少两路比特流，从所述至少两路比特流中获取多条电力载波通信线缆相邻跳之间的负载信息；

S22：根据所述负载信息与数据传输功率之间的对应关系，确定每条所述电力载波通信线缆的数据传输功率；

S23：对所述至少两路比特流进行功率加权运算的频分复用正交调制；

S24：根据预设频率分辨率要求确定所述至少两路比特流的目标位宽，并对所述目标位宽的相位进行分解得到第一位宽相位和第二位宽相位；

S25：根据预设相位误差要求对所述第一位宽相位和第二位宽相位分别进行幅值量化处理，以获得不同位宽相位的所述至少两路不同中心频点的正交载波数字信号。

进一步的，所述将至少两路不同中心频点的正交载波数字信号进行加密后封装成数据帧，包括以下步骤：

S31：将所述至少两路不同中心频点的正交载波数字信号根据预设帧周期按时间先后排序进行缓存分割；

S32：将分割的所述至少两路正交载波数字信号用与公密钥相对应的私钥进行加密获得摘要；

S33：将加密的所述至少两路正交载波数字信号依次写入各子帧的时间标记与摘要封装为数据帧。

进一步的，所述将数据帧进行拆帧、解封装和解密以获得需要的通信信息，包括以下步骤：

S41：将所述封装的至少两路数据帧进行拆帧及解封装，以获得加密数据与摘要；

S41：用公密钥对所述加密数据进行解密及去除时间标记获得至少两路正交载波数字信号，并将摘要进行Hash变换，获得解析摘要；

S42：将所述解析摘要与预存的原始摘要进行比较，若二者一致即安全，则接受所述至少两路正交载波数字信号。

本发明提供一种用于保供电指挥的电力载波通信系统及方法，所述系统包括接收模块、调制模块、处理模块和保供电指挥所，所述调制模块分别与接收模块和处理模块连接，所述保供电指挥所与处理模块连接。所述方法为由接收模块对电力载波通信线缆信号进行耦合接收和滤波获取高频载波信号，然后由调制模块将高频载波信号调制成至少两路不同中心频点的正交载波数字信号，处理模块将正交载波数字信号进行加密和封装成数据帧，并传输保供电指挥所，由保供电指挥所拆帧及解封装以得到需要的通信信息。通过发送多路不同频点的载波信号，将真实信号隐藏起来，并加入加密验证机制，增强系统通信安全性。

附图说明

图1为一种用于保供电指挥的电力载波通信系统组成示意图；

图2为一种用于保供电指挥的电力载波通信方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本公开实施例进行详细描述。

以下通过特定的具体实例说明本公开的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本公开的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。本公开还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本公开的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

实施例一

如图1所示为一种用于保供电指挥的电力载波通信系统，所述系统包括接收模块、调制模块、处理模块和保供电指挥所；所述接收模块分别与变电站母线、电力载波通信线缆和所述调制模块连接，所述处理模块分别与调制模块和保供电指挥所连接。所述接收模块包括耦合电容器CC、电容分压器CVT、结合滤波器和阻波器，所述阻波器的一端与所述耦合电容器CC的一端连接后作为接收模块的信号输入端接入电力载波通信线缆，所述阻波器的另一端与变电站母线连接，所述耦合电容器CC的另一端与电容分压器CVT的一端连接，所述结合滤波器分别与所述电容分压器CVT的另一端和接地端连接。所述调制模块包括电力线载波机，所述电力线载波机分别与所述结合滤波器和处理模块连接。

具体实施中，所述接收模块用于对从电力载波通信线缆接入的信号进行耦合和过滤以获取高频载波信号。

具体实施中，所述阻波器用于阻塞高频载波信号，以减少变电站一次设备对高频载波信号的分流。

具体实施中，所述耦合电容器CC用于对从电力载波通信线缆接入的信号进行耦合以获取电网中的通信信号。

具体实施中，所述电容分压器CVT用于继电保护的二次测量回路和电力载波通信的信号耦合回路。

具体实施中，所述结合滤波器用于将工频交流电滤除，提取出叠加在工频交流电上的高频载波信号。

具体实施中，为确保信号获取完整，所述结合滤波器通常采用RC串联形成无源高通滤波器滤除工频交流电，以获取纯净的高频载波信号。

具体实施中，所述电力线载波机用于将获取的高频载波信号调制成至少两路不同中心频点的正交载波数字信号，并输出给处理模块。

具体实施中，所述处理模块用于将所接收到的至少两路不同中心频点的正交载波数字信号进行加密并封装成数据帧，传送至保供电指挥所。

具体实施中，所述保供电指挥所对接收到的数据帧进行拆帧及解封装，以获得加密数据与摘要，对数据进行解密后获得需要的通信信息。

实施例二

如图2所示为一种用于保供电指挥的电力载波通信方法流程图，所述方法应用于实例一所述的一种用于保供电指挥的电力载波通信系统，包括以下步骤：

S1：对电力载波通信线缆接入信号进行耦合和滤波获取高频载波信号；

S2：将高频载波信号进行调制获得至少两路不同中心频点的正交载波数字信号；

S3：将至少两路不同中心频点的正交载波数字信号进行加密后封装成数据帧，分别通过相应的至少两路多入多出传输线路传送至保供电指挥所；

S4：将数据帧进行拆帧及解封装并解密后获得需要的通信信息。

具体实施中，所述对电力载波通信线缆接入信号进行耦合和滤波获取高频载波信号，是指我国电力线载波使用的频率范围是40-500kHz，因此需要使用一个滤波器将220V工频交流电滤除，提取出叠加在工频交流电上的高频载波信号。

具体实施中，所述将高频载波信号进行调制是指具体是将所述高频载波信号分成至少两路比特流，从所述至少两路比特流中获取多条电力载波通信线缆相邻跳之间的负载信息；根据所述负载信息与数据传输功率之间的对应关系，确定每条所述电力载波通信线缆的数据传输功率；对所述至少两路比特流进行功率加权运算的频分复用正交调制。根据预设频率分辨率要求确定所述至少两路比特流的目标位宽，并对所述目标位宽的相位进行分解得到第一位宽相位和第二位宽相位；根据预设相位误差要求对所述第一位宽相位和第二位宽相位分别进行幅值量化处理，以获得不同位宽相位的所述至少两路不同中心频点的正交载波数字信号。

具体实施中，所述将至少两路不同中心频点的正交载波数字信号进行加密后封装成数据帧，具体是指将所述至少两路不同中心频点的正交载波数字信号根据预设帧周期按时间先后排序进行缓存分割；将分割的所述至少两路正交载波数字信号用与公密钥相对应的私钥进行加密获得摘要，并将加密的所述至少两路正交载波数字信号依次写入各子帧的时间标记与摘要封装为数据帧；将封装的至少两路数据帧进行汇聚，并通过电力物联网传输至所述保供电指挥。

具体实施中，所述将数据帧进行拆帧及解封装并解密后获得需要的通信信息，是指在接收端的保供电指挥所接收所述封装的至少两路数据帧，并进行拆帧及解封装，以获得加密数据与摘要；用公密钥对所述加密数据进行解密及去除时间标记获得至少两路正交载波数字信号，并将摘要进行Hash变换，获得解析摘要；将所述解析摘要与预存的原始摘要进行比较，若二者一致即安全，则接受所述至少两路正交载波数字信号。

本发明提供一种用于保供电指挥的电力载波通信系统及方法，所述系统包括接收模块、调制模块、处理模块和保供电指挥所，所述调制模块分别与接收模块和处理模块连接，所述保供电指挥所与处理模块连接；所述接收模块包括包括耦合电容器CC、电容分压器CVT、结合滤波器和阻波器，所述调制模块包括电力线载波机。所述方法为由接收模块对电力载波通信线缆信号进行耦合接收和滤波获取高频载波信号，然后由调制模块将高频载波信号调制成至少两路不同中心频点的正交载波数字信号，处理模块将正交载波数字信号进行加密和封装成数据帧，并传输保供电指挥所，由保供电指挥所拆帧及解封装以得到需要的通信信息。通过发送多路不同频点的载波信号，将真实信号隐藏起来，并加入加密验证机制，增强系统通信安全性。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。

以上仅为说明本发明的实施方式，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，不经过创造性劳动所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于保供电指挥的电力载波通信系统，其特征在于，包括接收模块、调制模块、处理模块和保供电指挥所；所述接收模块分别与变电站母线、电力载波通信线缆和所述调制模块连接；所述处理模块分别与调制模块和保供电指挥所连接。

2.根据权利要求1所述的用于保供电指挥的电力载波通信系统，其特征在于，所述接收模块用于从电力载波通信线缆接入的信号进行耦合和过滤以获取高频载波信号，并减少变电站一次设备对高频载波信号的分流。

3.根据权利要求1所述的用于保供电指挥的电力载波通信系统，其特征在于，所述调制模块具有将高频载波信号调制成至少两路不同中心频点的正交载波数字信号的功能。

4.根据权利要求1所述的用于保供电指挥的电力载波通信系统，其特征在于，所述处理模块具有将正交载波数字信号进行加密并封装成数据帧的功能。

5.根据权利要求1所述的用于保供电指挥的电力载波通信系统，其特征在于，所述保供电指挥所具有将数据帧进行拆帧及解封装，以获得加密数据与摘要，并对数据进行解密的功能。

6.根据权利要求1所述的用于保供电指挥的电力载波通信系统，其特征在于，所述接收模块包括耦合电容器CC、电容分压器CVT、结合滤波器和阻波器；所述阻波器的一端与所述耦合电容器CC的一端连接后作为接收模块的信号输入端接入电力载波通信线缆，所述阻波器的另一端与变电站母线连接；所述耦合电容器CC的另一端与电容分压器CVT的一端连接；所述结合滤波器分别与所述电容分压器CVT的另一端和接地端连接。

7.一种用于保供电指挥的电力载波通信方法，其特征在于，应用于权利要求1至6任一项所述的用于保供电指挥的电力载波通信系统，包括以下步骤：

S1：对电力载波通信线缆接入信号进行耦合和滤波获取高频载波信号；

S2：将高频载波信号进行调制获得至少两路不同中心频点的正交载波数字信号；

S3：将至少两路不同中心频点的正交载波数字信号进行加密后封装成数据帧，分别通过相应的至少两路多入多出传输线路传送至保供电指挥所；

S4：将数据帧进行拆帧、解封装和解密以获得需要的通信信息。

8.根据权利要求7所述的用于保供电指挥的电力载波通信方法，其特征在于，所述将高频载波信号进行调制获得至少两路不同中心频点的正交载波数字信号，包括以下步骤：

S21：将所述高频载波信号分成至少两路比特流，从所述至少两路比特流中获取多条电力载波通信线缆相邻跳之间的负载信息；

S22：根据所述负载信息与数据传输功率之间的对应关系，确定每条所述电力载波通信线缆的数据传输功率；

S23：对所述至少两路比特流进行功率加权运算的频分复用正交调制；

S24：根据预设频率分辨率要求确定所述至少两路比特流的目标位宽，并对所述目标位宽的相位进行分解得到第一位宽相位和第二位宽相位；

S25：根据预设相位误差要求对所述第一位宽相位和第二位宽相位分别进行幅值量化处理，以获得不同位宽相位的所述至少两路不同中心频点的正交载波数字信号。

9.根据权利要求7所述的用于保供电指挥的电力载波通信方法，其特征在于，所述将至少两路不同中心频点的正交载波数字信号进行加密后封装成数据帧，包括以下步骤：

S31：将所述至少两路不同中心频点的正交载波数字信号根据预设帧周期按时间先后排序进行缓存分割；

S32：将分割的所述至少两路正交载波数字信号用与公密钥相对应的私钥进行加密获得摘要；

S33：将加密的所述至少两路正交载波数字信号依次写入各子帧的时间标记与摘要封装为数据帧。

10.根据权利要求7所述的用于保供电指挥的电力载波通信方法，其特征在于，所述将数据帧进行拆帧、解封装和解密以获得需要的通信信息，包括以下步骤：

S41：将所述封装的至少两路数据帧进行拆帧及解封装，以获得加密数据与摘要；

S41：用公密钥对所述加密数据进行解密及去除时间标记获得至少两路正交载波数字信号，并将摘要进行Hash变换，获得解析摘要；

S42：将所述解析摘要与预存的原始摘要进行比较，若二者一致即安全，则接受所述至少两路正交载波数字信号。

Images