[发明专利]一种智能电网系统的数据采集及故障检测方法

说明书

技术领域

本发明属于电网技术领域，具体涉及一种智能电网系统的数据采集及故障检测方法。

背景技术

智能电网，又称为知识型电网或者现代电网，是将现代先进的传感与测量技术、信息通信技术、控制技术和原有的输配电基础设施高度集成而形成的新型电网。智能配电网的开放性使得大量智能采集终端和移动终端广泛应用和接入，这就对智能配电网中数据传输的完整性，保密性，抗攻击性以及隐私保护等问题提出了新的挑战。

无线传感器网络是智能配电网中最主要的用户端数据采集系统。目前，国内外对无线传感器网络数据传输的完整性，保密性，抗攻击性等问题进行了一定的研究，提出了各种不同的广播认证协议。一种是μTESLA广播认证协议，该协议在对广播认证的初始化参数进行分配时，是利用基站与节点之间的共享密钥，通过单播的方式来完成的。通过延迟发送认证密钥及判断延时时长来确定所发送的数据包的完整性。该方案安全性较好，但消息认证有延时，这种延时会导致DOS攻击的发生。后来研究者对μTESLA进行了一系列改进，提出了多级μTESLA方案、多基站的μTESLA方案、针对认证漂移的μTESLA优化方案以及基于消息驱动的μTESLA认证方案等。这些优化方案都是在基本的μTESLA基础上进行的改进，其根本思想没有改变，因此延时是一直存在的问题，它们仍然不能抵御DOS攻击。另一些研究者在智能电网中提出了一种一次签名的认证方案，但该方案要想达到很好的安全性就要消耗很大的签名及认证开销。后来研究者又提出基于Merkle树的广播认证协议，该协议采用直接认证的方法，没有延迟，有效地解决了DOS攻击的问题，同时实现了多个节点一起认证，相互认证的功能。但当节点数量过大时就会造成节点存储开销和通讯开销都过大的问题。因此研究者又在基本Merkle树的基础上提出了一种分级Merkle树的广播策略，该方法针对大量节点设计，大大减小了节点的存储及通信开销。近年来研究者们提出了将Merkle树认证协议运用到智能电网的方案，将该协议运用到用户与社区门户的安全通信中来提高通信的安全性。但没有对用户数据进行有效的隐私保护，攻击者拦截到用户发送的信息也可以解读出有用的数据。用户的用电信息以及用电规律等隐私的泄露将导致入室盗窃等危害人民生活安全的事件发生。

电网的发展和社会的进步都对电网的运行安全提出了更高的要求，加强对电网故障的诊断处理显得尤为重要。随着计算机技术、通信技术、网络技术等的发展，采用更为先进的智能技术来改善电网故障诊断系统的性能，具有重要的研究价值和实际意义。

然而，我国配电网具有线路结构复杂、环境多样多变、故障频繁复杂、维护工作量大等特征。配电线路某一段发生故障，需要逐段排查故障发生位置，不但工作强度大，而且还会延误抢修时间，影响供电可靠性。

但是，目前的电路系统故障的排查需要人工巡检进行故障定位，排查效率过低。发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种数据安全性高，且传输成本低，能有效提高现有的电力线路故障排查的效率的智能电网系统的数据采集及故障检测方法。

技术方案：本发明所述的一种智能电网系统的数据采集方法，包括如下步骤：

（1）将电网划分为m个用户区域，每个用户区域中包含n个用户节点，并为每个用户区域设置一个中心节点；

（2）随机生成m个上层屏蔽参数，并将各个上层屏蔽参数一一对应的分发到m个中心节点，且m个上层屏蔽参数之和为零；定义m个下层屏蔽数组，并为每个下层屏蔽数组随机生成n个下层屏蔽参数，并将m×n个下层屏蔽参数一一对应的分发到m×n个用户节点，且同一屏蔽数组中的各下层屏蔽参数之和为零，同一屏蔽数组中的各下层屏蔽参数分发给同一个用户区域中的用户节点；

（3）为电网构建一个具有m个叶节点的上层树，并为每个用户区域构建一个具有n个叶节点的下层树；所述上层树及下层树均为Merkle树，上层树的各个叶节点与各个中心节点一一对应，下层树的各个叶节点与该下层树所属用户区域的各个用户节点一一对应；对上层树中的每个叶节点，将该叶节点所对应的中心节点的上层屏蔽参数进行Hash运算，并将运算所得值赋给该叶节点；对上层树中的每个父节点，先将该父节点的所有子节点的值进行组合，再对组合所得值进行Hash运算，并将运算所得值赋给该父节点；对下层树中的每个叶节点，将该叶节点所对应的用户节点的下层屏蔽参数进行Hash运算，并将运算所得值赋给该叶节点；对下层树中的每个父节点，先将该父节点的所有子节点的值进行组合，再对组合所得值进行Hash运算，并将运算所得值赋给该父节点；