CN115473796B - 一种基于北斗+4g及加密方式的电力配电网的实时监控系统 - Google Patents

一种基于北斗+4g及加密方式的电力配电网的实时监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统,包括主站服务器、配电加密认证装置、北斗指挥型用户机、配电终端、加密芯片、北斗短报文通讯终端、协议转换器、4G通讯模块、安全网关；通过本发明的技术方案，4G传输速率快，延迟低，保证了传输的实时性，为配电自动化系统中的配电主站与配电终端设备提供一种北斗+4G的新的组网方案，对电力资源的有效利用和电力安全有着重大意义。本实时监控系统既实现配电终端设备的遥测、遥信数据实时上传，又实现配电主站对配电末端设备监控和遥控命令的下发，能够及时发现运行中的故障隐患，方便故障定位、隔离与恢复，保证了电网运行的可靠性。

Description

一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统
技术领域
本发明涉及电力配电网技术领域，具体而言，特别涉及一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统。
背景技术
目前，在电力监测系统中，采用的一般是电力载波、光纤、无线公网GPRS等通信方式，由于使用的是移动运营商的公用网络，信息的安全性存在极大隐患。再者GPRS网络带宽很小，传输速率较慢。同时这些通信方式普遍存在一些问题，例如：部分地区居民分散且所处地理位置较偏僻，电缆、光纤等有线线路建设会产生成本高、施工难度大、后期维护不方便等问题；在发生自然灾害时，会造成通讯通讯方式不能正常工作等。
同时随着配电网的建设发展、用户规模的扩大，用户对供电可靠性的要求也越来越高，这也对配电网运行提出更高要求，配电网在运行过程中随时可能出线断路、断路等各类故障，为了实现故障的快速定位、隔离及恢复，需要精准、实时的信号采集及分析。
作为系统中最重要的配电通信网络，由于缺乏合适的组网解决方案，成为了电力通信网络的薄弱环节，制约了智能电网在配电应用的发展。
因此，目前电力数据传输安全性不高、延时长、带宽窄、通信信号覆盖不全面，限制了电力上面的业务拓展。为了弥补目前方案的诸多不足需要解决以下难点：网络传输中信息的安全性和可靠性问题，解决无线传输中的实时性差的问题；解决无线传输的带宽窄、速率低的问题；
当前的电力通信方式难以在发生自然灾害时满足配电网的控制，实现故障快速定位、隔离、恢复问题。
4G组网方案，在遭遇自然灾害时，由于通讯中断，无法对配电网故障进行精确定位、隔离以及恢复；
现有技术中心，北斗组网方案，北斗卫星导航系统提供了短报文功能，但北斗卫星系统的短报文通信中的最大长度为120个汉字或1680比特，民用通信容量仅有78个字节，而且存在发送频度上的限制，民用级别一般是60秒发送一条短报文，将北斗短报文应用到配网监控系统时，报文长度大都超过100字节，所以就需要对长报文进行分隔和重组，在传输过程中，丢失任一数据包都有可能得不到所需要的信息；其次北斗一般60S秒发送一条短报文，对遥信遥测这种数据频度较高信息，则显得不够友好。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，本发明提供了一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统。
本发明是通过如下技术方案实现的：一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统,包括主站服务器、配电加密认证装置、北斗指挥型用户机、配电终端、加密芯片、北斗短报文通讯终端、协议转换器、4G通讯模块、安全网关；
所述主站服务器的配网开关监控微服务向主站服务器部署北斗指挥平台微服务发送开关的遥控命令，主站服务器通过无线公网实现与北斗指挥型用户机的双向通信；北斗指挥型用户机通过北斗导航卫星对其关联的下属用户进行遥控；
所述下属用户是由配电终端、协议转换器、北斗短报文通信终端共同组成；
所述配电终端为FTU/DTU设备，用于采集配电网配网开关电气参数；
所述北斗导航卫星与所述北斗短报文通信终端建立连接，发送报文信息；
所述北斗短报文通信终端通过所述协议转换器将报文格式进行转换发送给所述配电终端；
所述配电终端控制配电开关进行分合闸操作；
所述配网终端的遥信遥测信号，所述配电终端与所述加密芯片进行双向通信，所述配电终端与所述4G无线通信模块实现双向通信，所述4G无线通信模块通过无线公网与所述安全网关进行无线信号传输；所述主站服务器通过无线公网与所述安全网关进行无线信号传输；所述主站服务器与所述配电加密认证装置进行通信；
所述加密芯片对电气参数进行加密，并将加密处理后的数据返回至所述配电终端，由所述配电终端进一步发送至所述4G无线通信模块；
所述4G无线通信模块通过无线公网将加密后的数据以4G信号形式传输给所述安全网关，安全网关再以无线信号传输给主站服务器；
所述主站服务器将接收到的数据集传给所述配电加密认证装置，再由所述加密认证装置对数据进行解密，然后将解密后的数据返回给所述主站服务器；由所述主站服务器获取最终的配电开关的电气参数，并进行分析，以判断是否出现故障隐患，提示故障告警信息，以图形化进行故障定位显示；
所述4G通讯模块与所述无线公网通过身份认证成功注册上4G网络；
所述安全网关通过无线公网与主站服务器建立通信连接，发送遥信遥测数据；
所述主站服务器还用于通过无线公网将携带数据信息的4G信号发送给所述安全网关，由安全网关通过无线公网发送给所述4G通讯模块，再由所述4G通讯模块将所述4G无线信号转换为数字信号，并通过通讯串口发送至配电终端，由所述配电终端与所属主站服务器通过4G网络实现数据交互；
所述协约转换器用于完成配电终端和北斗短报文通信终端之间的通信，实时接收北斗短报文通信终端的遥控指令，将封装的北斗报文转化为符合电力标准101规约，将符合电力标准101规约数据发送给配电终端，终端处理解析，得出遥控指令信息。
作为优选方案，北斗指挥型用户机包括主机、天线、天线电缆，主机、天线、天线电缆相互连接。
进一步地，北斗指挥型用户机通过天线与所述北斗导航卫星建立通信连接。
作为优选方案，主站服务器配电开关监控微服务将精简版101报文发送给所述主站服务器中部署的北斗机平台微服务；主站服务器中部署的北斗机平台微服务重新封装报文，通过无线公网与所述北斗指挥型用户机主机建立通信连接，发送已封装报文。
作为优选方案，配电终端通过SPI接口与加密芯片进行连接通信，通过通讯串口与4G通讯模块进行连接通信。
作为优选方案，无线公网与所述安全网关通过双向身份认证。
作为优选方案，4G通讯模块与无线公用网络设有射频信号收发器，由所述4G通讯模块通过射频信号收发器将加密后的电气参数，以4G无线信号的形式发送给无线公网。
作为优选方案，北斗短报文通信终端通过RS485与协议转换器进行连接。
本发明由于采用了以上技术方案，与现有技术相比使其具有以下有益效果：本发明实施例的基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统。我国自主研制的北斗卫星系统特有的定位、短报文通信功能，可靠性高安全性好；4G传输速率快，延迟低，保证了传输的实时性，为配电自动化系统中的配电主站与配电终端设备提供一种北斗+4G的新的组网方案，对电力资源的有效利用和电力安全有着重大意义。本实时监控系统既实现配电终端设备的遥测、遥信数据实时上传，又实现配电主站对配电末端设备监控和遥控命令的下发，能够及时发现运行中的故障隐患，方便故障定位、隔离与恢复，保证了电网运行的可靠性。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明实施例的基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统的结构图；
图2为根据本发明实施例的北斗指挥型用户机系统框图
图3为根据本发明实施例的北斗指挥型用户机下属普通用户图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
下面结合图1至图3对本发明的实施例的基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统进行具体说明。
如图1所示，本发明提出了一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统,包括主站服务器、配电加密认证装置、北斗指挥型用户机、配电终端、加密芯片、北斗短报文通讯终端、协议转换器、4G通讯模块、安全网关；
所述主站服务器用于对配电进行监视和管理，实现配电网中数据收集与监控，主站服务器的配网开关监控微服务向主站服务器部署北斗指挥平台微服务发送开关的遥控命令，，如图1所示。主站服务器通过无线公网实现与北斗指挥型用户机的双向通信；通过系统授权，与一定数量的普通用户机构成指挥集团，这些普通用户机就成为该指挥集团的下属用户。北斗指挥型用户机通过北斗导航卫星对其关联的下属用户进行遥控；如图3所示。
所述下属用户是由配电终端、协议转换器、北斗短报文通信终端共同组成；
所述配电终端为FTU/DTU设备，用于采集配电网配网开关电气参数；配电终端FTU为馈线终端设备，安装在柱上开关附近，DTU安装在环网柜、箱式变电站、开关站等处，具有遥测、遥信、遥控功能。
FTU、DTU采集开关设备的位置信号、电压、电流、无功功率、有功功率、功率因数等数据，并对开关设备通过主站进行远程分合闸操作。通过采集数据分析，实现对故障定位、隔离，以及对非故障区间的复电的作用。
所述北斗导航卫星与所述北斗短报文通信终端建立连接，发送报文信息；
所述北斗短报文通信终端通过所述协议转换器将报文格式进行转换发送给所述配电终端；北斗短报文通信终端由通讯终端、线缆、电源适配器、固定安装支架、抱箍组成。主要实现与北斗导航卫星的通信功能。
所述配电终端控制配电开关进行分合闸操作；
所述配网终端的遥信遥测信号，所述配电终端与所述加密芯片进行双向通信，所述配电终端与所述4G无线通信模块实现双向通信，所述4G无线通信模块通过无线公网与所述安全网关进行无线信号传输；所述主站服务器通过无线公网与所述安全网关进行无线信号传输；所述主站服务器与所述配电加密认证装置进行通信；
所述加密芯片对电气参数进行加密，并将加密处理后的数据返回至所述配电终端，由所述配电终端进一步发送至所述4G无线通信模块；
所述4G无线通信模块通过无线公网将加密后的数据以4G信号形式传输给所述安全网关，安全网关再以无线信号传输给主站服务器；
所述主站服务器将接收到的数据集传给所述配电加密认证装置，再由所述加密认证装置对数据进行解密，然后将解密后的数据返回给所述主站服务器；由所述主站服务器获取最终的配电开关的电气参数，并进行分析，以判断是否出现故障隐患，提示故障告警信息，以图形化进行故障定位显示，方便运维人员发现处理问题；
所述4G通讯模块与所述无线公网通过身份认证成功注册上4G网络；
所述安全网关通过无线公网与主站服务器建立通信连接，发送遥信遥测数据；
所述主站服务器还用于通过无线公网将携带数据信息的4G信号发送给所述安全网关，由安全网关通过无线公网发送给所述4G通讯模块，再由所述4G通讯模块将所述4G无线信号转换为数字信号，并通过通讯串口发送至配电终端，由所述配电终端与所属主站服务器通过4G网络实现数据交互；
所述协约转换器用于完成配电终端和北斗短报文通信终端之间的通信，实时接收北斗短报文通信终端的遥控指令，将封装的北斗报文转化为符合电力标准101规约，将符合电力标准101规约数据发送给配电终端，终端处理解析，得出遥控指令信息。
所述监控终端将采集到的数据通过电力规约封装成数字信号格式，并将携带数据信息的数字信号发送给所述4G无线通信模块。
作为优选方案，北斗指挥型用户机包括主机、天线、天线电缆，主机、天线、天线电缆相互连接，如图2所示。
进一步地，北斗指挥型用户机通过天线与所述北斗导航卫星建立通信连接。
作为优选方案，主站服务器配电开关监控微服务将精简版101报文发送给所述主站服务器中部署的北斗机平台微服务；主站服务器中部署的北斗机平台微服务重新封装报文，通过无线公网与所述北斗指挥型用户机主机建立通信连接，发送已封装报文。
作为优选方案，配电终端通过SPI接口与加密芯片进行连接通信，通过通讯串口与4G通讯模块进行连接通信。
作为优选方案，无线公网与所述安全网关通过双向身份认证。
作为优选方案，4G通讯模块与无线公用网络设有射频信号收发器，由所述4G通讯模块通过射频信号收发器将加密后的电气参数，以4G无线信号的形式发送给无线公网。
作为优选方案，北斗短报文通信终端通过RS485与协议转换器进行连接。
工作过程具体可以分为两部分：开关的遥控分合闸指令下发、遥信遥测数据上传。
开关遥控分合闸指令下发：主站服务器中部署北斗机平台微服务、开关监控微服务。主站通过前端wed页面遥控操作调取开关监控微服务，开关监控微服务将精简版101报文发送给北斗机平台微服务，北斗机平台微服务封装报文通过无线公网将信息发送至北斗指挥型用户机的主机，主机通过天线电缆与天线连接，通过天线将遥控信号发送给北斗导航卫星，北斗导航卫星连接要遥控的配电终端是北斗短报文通信终端，北斗短报文通信终端通过RS485与协议转换器进行连接，将北斗通信报文转换为101协议报文，通过网口将报文信息发送给配电终端，实现对关联开关的遥控操作。
开关遥信遥测数据上传：配电终端的遥测遥信信息经过SPI连接的加密芯片进行加密，将加密信息返回给配电终端，配电终端将加密信息发送至4G通讯模块；4G通讯模块通无线公网实现与安全网关的双向身份认证，通过双向身份认证后，通过无线公网将加密的遥信遥测信息发给主站服务器，主站服务器通过网口与配电加密认证装置实现通信，将加密信息发送给配电加密认证装置，再由配电加密认证装置进行解密，然后将解密后的信息返回给主站服务器，由主站服务器获取最终的开关电压、电流、有功等电参量，并进行后续故障定位等分析。
在本发明的描述中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“连接”、“安装”、“固定”等均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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 (8)

1.一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统，其特征在于,包括主站服务器、配电加密认证装置、北斗指挥型用户机、配电终端、加密芯片、北斗短报文通讯终端、协议转换器、4G通讯模块、安全网关；
所述主站服务器的配网开关监控微服务向主站服务器部署北斗指挥平台微服务发送开关的遥控命令，主站服务器通过无线公网实现与北斗指挥型用户机的双向通信；北斗指挥型用户机通过北斗导航卫星对其关联的下属用户进行遥控；
所述下属用户是由配电终端、协议转换器、北斗短报文通信终端共同组成；
所述配电终端为FTU/DTU设备，用于采集配电网配网开关电气参数；
所述北斗导航卫星与所述北斗短报文通信终端建立连接，发送报文信息；
所述北斗短报文通信终端通过所述协议转换器将报文格式进行转换发送给所述配电终端；
所述配电终端控制配电开关进行分合闸操作；
所述配网终端的遥信遥测信号，所述配电终端与所述加密芯片进行双向通信，所述配电终端与所述4G无线通信模块实现双向通信，所述4G无线通信模块通过无线公网与所述安全网关进行无线信号传输；所述主站服务器通过无线公网与所述安全网关进行无线信号传输；所述主站服务器与所述配电加密认证装置进行通信；
所述加密芯片对电气参数进行加密，并将加密处理后的数据返回至所述配电终端，由所述配电终端进一步发送至所述4G无线通信模块；
所述4G无线通信模块通过无线公网将加密后的数据以4G信号形式传输给所述安全网关，安全网关再以无线信号传输给主站服务器；
所述主站服务器将接收到的数据集传给所述配电加密认证装置，再由所述加密认证装置对数据进行解密，然后将解密后的数据返回给所述主站服务器；由所述主站服务器获取最终的配电开关的电气参数，并进行分析，以判断是否出现故障隐患，提示故障告警信息，以图形化进行故障定位显示；
所述4G通讯模块与所述无线公网通过身份认证成功注册上4G网络；
所述安全网关通过无线公网与主站服务器建立通信连接，发送遥信遥测数据；
所述主站服务器还用于通过无线公网将携带数据信息的4G信号发送给所述安全网关，由安全网关通过无线公网发送给所述4G通讯模块，再由所述4G通讯模块将所述4G无线信号转换为数字信号，并通过通讯串口发送至配电终端，由所述配电终端与所属主站服务器通过4G网络实现数据交互；
所述协约转换器用于完成配电终端和北斗短报文通信终端之间的通信，实时接收北斗短报文通信终端的遥控指令，将封装的北斗报文转化为符合电力标准101规约，将符合电力标准101规约数据发送给配电终端，终端处理解析，得出遥控指令信息。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统,其特征在于,所述北斗指挥型用户机包括主机、天线、天线电缆，主机、天线、天线电缆相互连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统,其特征在于,所述北斗指挥型用户机通过天线与所述北斗导航卫星建立通信连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统,其特征在于,所述主站服务器配电开关监控微服务将精简版101报文发送给所述主站服务器中部署的北斗机平台微服务；主站服务器中部署的北斗机平台微服务重新封装报文，通过无线公网与所述北斗指挥型用户机主机建立通信连接，发送已封装报文。
5.根据权利要求1所述的一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统,其特征在于,所述配电终端通过SPI接口与加密芯片进行连接通信，通过通讯串口与4G通讯模块进行连接通信。
6.根据权利要求1所述的一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统,其特征在于,所述无线公网与所述安全网关通过双向身份认证。
7.根据权利要求1所述的一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统,其特征在于,所述4G通讯模块与无线公用网络设有射频信号收发器，由所述4G通讯模块通过射频信号收发器将加密后的电气参数，以4G无线信号的形式发送给无线公网。
8.根据权利要求1所述的一种基于北斗+4G及加密方式的电力配电网的实时监控系统,其特征在于,所述北斗短报文通信终端通过RS485与协议转换器进行连接。
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