一种智能电网系统的数据采集及故障检测方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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。
[0003]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yTESLA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yTESLA进行了一系列改进，提出了多级μ TESLA方案、多基站的μ TESLA方案、针对认证漂移的μ TESLA优化方案以及基于消息驱动的μ TESLA认证方案等。这些优化方案都是在基本的yTESLA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。
[0004]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。
[0005]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。
[0006]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。
[0007]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η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η个下层屏蔽参数，并将mXn个下层屏蔽参数一一对应的分发到mXn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η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；
(4)总节点为各中心节点各生成一个初始参数包，并将各中心节点的初始参数包分发给各中心节点，各中心节点为本用户区域内的各用户节点各生成一个初始化参数包，并将各用户节点的初始参数包分发给本用户区域内的各用户节点；其中，中心节点的初始参数包中包含有Pi的值，及位于Pi至Ph路径上的各节点的兄弟节点的值，其中的Pi是指上层树中与中心节点相对应的叶节点，Ph是指上层树的根节点；
其中，用户节点的初始参数包中包含有Pj的值，及位于Pj至P1路径上的各节点的兄弟节点的值，其中的Pj是指用户节点所属用户区域的下层树中与用户节点相对应的叶节点，P1是指Pj所在的下层树的根节点；其中，总节点中存储有上层树根节点的值，每个中心节点均存储有该中心节点所属用户区域中的下层树的根节点的值；
(5)各用户节点将采集的数据分别发送给本用户区域的中心节点；用户节点向本用户区域的中心节点发送数据时，先将采集的数据与自身的下层屏蔽参数相加，并将所得值作为密文与自身的初始参数包组合成一个数据包，再将该数据包发送给本用户区域的中心节点；中心节点收到用户节点发来的数据包后，从该数据包中提取出初始参数包，并根据所提取的初始参数包中的各节点的值，计算出本用户区域中的下层树的根节点的值，并将计算所得值与该根节点的本地存储值进行对比，如果两者不一致则将该数据包丢弃，反之则从该数据包中提取出密文；中心节点收到本用户区域内的所有用户节点发来的密文后，对本用户区域内的所有用户节点发来的密文进行求和计算，并将计算所得值记为本用户区域的区域采集值；
(6)各中心节点将本用户区域的区域采集值分别发送给总节点；中心节点向总节点发送数据时，先将本用户区域的区域采集值与自身的上层屏蔽参数相加，并将所得值作为密文与自身的初始参数包组合成一个数据包，再将该数据包发送给总节点；总节点收到中心节点发来的数据包后，从该数据包中提取出初始参数包，并根据所提取的初始参数包中的各节点的值，计算出上层树根节点的值，并将计算所得值与该根节点的本地存储值进行对比，如果两者不一致则将该数据包丢弃，反之则从该数据包中提取出密文；总节点收到所有中心节点发来的密文后，对所有中心节点发来的密文进行求和计算，计算所得值即为采集的电网总数据。
[0008]本发明还公开了一种智能电网系统的故障检测方法，应用于电网故障检测系统，所述系统包括电流采集器、电流处理器、信号处理器和报警器，所述电流采集器内设有电网支路的位置信息，所述位置信息与所述电网支路的编号一一对应，所述方法包括:
所述信号处理器获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息;
所述信号处理器获取所述电流采集器发送的位置信息；
所述信号处理器判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信号处理器发出报警指令和所述位置信息至所述报警器，以使所述报警器指示所述位置信息对应的支路发生故障；
所述信号处理器判断所获取的所述电流信息是否位于预设数值范围之外，若是，所述信号处理器发出报警指令至所述报警器，以使所述报警器发出报警信息，包括:
所述信号处理器通过预设的带通滤波器对所获取的所述电流信息滤波，得到位于所述带通滤波器的高端截止频率和低端截止频率之间的剩余的电流信息；
所述信号处理器对所述的剩余的电流信息作傅里叶变化，获取所述的剩余的电流信息的频率响应；
所述信号处理器获取所述的剩余的电流信息的频率响应的均值；
所述信号处理器判断所述均值是否大于预设数值；若是，所述信号处理器发出报警指令至所述报警器，以使所述报警器发出报警信息。
[0009]进一步的:
所述信号处理器获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息，包括:
所述信号处理器通过无线网络获取经所述电流处理器整流后的由所述电流采集器采集的电流信息；
所述信号处理器获取所述电流采集器发送的位置信息，包括:所述信号处