应用于电网实时调度且带有容错机制的用电数据加密系统技术方案

本实用新型专利技术属于电网电力调度技术领域，尤其涉及一种应用于电网实时调度且带有容错机制的用电数据加密系统，包括：智能电表、密文集成器、密钥分配器、电网调度中心，智能电表安装在用户侧，通过230MHz的无线电力专网与密文集成器连接；密钥分配器通过双绞线或光纤与每个智能电表以及密文集成器通信；密文集成器，通过无线电力专网接收所有智能电表发来的信息，并采用双绞线或光纤与电网调度中心、密钥分配器通信。智能电表引入了重发机制来推断消息是否发送成功；密文集成器引入了容错机制来推断智能电表是否损坏；密钥分配器通过计时器进行周期式更新或通过触发器进行触发式更新，来应对新的智能电表加入或损坏的智能电表过多的问题。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于电网电力调度
，尤其涉及一种应用于电网实时调度且带有容错机制的用电数据加密系统。
技术介绍
迫于当前严峻的环境与资源形势，高效、节能的智能电网越来越受到政府的重视。智能电网除了正常计费外，还可以根据电网负荷的实时变化制定调度策略、发电计划，以及动态电价。这就需要在用户端安装高频数据采集设备，以获取用户的实时用电信息；但用户的实时用电信息又容易暴露用户的居家隐私。于是就出现了很多完成电网实时调度任务的同时保护用户隐私的技术方案，大多数采用同态加密算法(反映到本例中所达到的效果即密文集成器只能计算出所有用户的电量总和，而不知道每个用户的用电量)。经过理论分析，这类方案能够成功实施的前提是所有的智能电表都能够正常工作，倘若有一个智能电表出现故障，便无法正常运行。
技术实现思路
针对上述背景中的问题，我们提出一种应用于电网实时调度且带有容错机制的用电数据加密系统，包括：智能电表、密文集成器、密钥分配器、电网调度中心，智能电表安装在用户侧，通过230MHz的无线电力专网与密文集成器连接；密钥分配器通过双绞线或光纤与每个智能电表以及密文集成器通信；密文集成器，通过无线电力专网接收所有智能电表发来的信息，并采用双绞线或光纤与电网调度中心、密钥分配器通信。所述智能电表包括依次相连的数据采集模块、数据加密模块、数据缓存库、发射器、信号控制器，并且接收器与信号控制器相连，信号控制器与数据缓存库相连，数据加密模块与发射器相连；信号控制器具有计时功能的；智能电表以高频方式采集用户的用电数据，并进行数据加密，加密后的数据经发射器发送到密文集成器，同时生成一份备份存贮到数据缓存库中，若接收器没有收到密文集成器代表连接成功的响应信号，信号控制器便认为信息发送失败，并立即调用数据缓存库中的备份数据重新发送。所述密文集成器包括依次相连的接收器、信号控制器、密文库、数据解密模块，以及与信号控制器相连的响应器，接收器同时与密文库相连；信号控制器具有计时功能的；接收器每收到一个智能电表的加密数据，便通过响应器回馈该智能电表一个响应信号，并将加密数据存储到密文库中，当信号控制器中的计时器达到设定的时间门限仍然没有收到该智能电表的信息时，便认为该智能电表损坏；此时，信号控制器将在密文库中选取与该用户用电类型相近的其他智能电表信息代替，最后由数据解密模块完成数据解密。所述密钥分配器包含依次相连的触发器、密钥更新模块、节点注册库、密钥预分配模块，以及与密钥更新模块相连的计时器；采取用户注册的方式在密钥分配器中形成一个节点注册库，随后密钥分配器根据每个用户的注册信息分别生成对应的密钥；计时器和触发器共同控制密钥更新，当计时器达到设定的时间门限或触发器中记录的损坏智能电表的数量超过最高限值，便会进行密钥更新。所述电网调度中心根据从密文集成器采集到的每个时间段的用电信息，绘制负荷曲线，制定发电计划和调度策略。本技术的有益效果在于：智能电表引入了重发机制来推断消息是否发送成功；密文集成器引入了容错机制来推断智能电表是否损坏；密钥分配器通过计时器进行周期式更新或通过触发器进行触发式更新，来应对新的智能电表加入或损坏的智能电表过多的问题。以高频的方式进行数据采集时所引起的用户隐私泄露的问题，密钥分配器通过用户注册的方式建立起一个节点注册库，随后根据每个用户的注册信息分别生成用户的加密密钥以及密文集成器的解密密钥。采用了230MHZ的无线电力专网进行通信，并引入了载波聚合以及频谱感知技术。附图说明图1是本技术的结构示意图。具体实施方式下面结合附图，对实施例作详细说明。基于现有技术的不足，本技术所要解决的技术问题在于引入有效的容错机制来实现用电数据的集成加密。如图1所示，我们提出一种应用于电网实时调度且带有容错机制的用电数据加密系统，包括：智能电表、密文集成器、密钥分配器、电网调度中心，智能电表安装在用户侧，通过230MHz的无线电力专网与密文集成器连接；密钥分配器通过双绞线或光纤与每个智能电表以及密文集成器通信；密文集成器，通过无线电力专网接收所有智能电表发来的信息，并采用双绞线或光纤与电网调度中心、密钥分配器通信。首先，在智能电表处，引入了重发机制。通过判断接收器是否在设定时间内收到密文集成器的响应信号，来推断消息是否发送成功，若发送失败，则重新发送；然后，在密文集成器处，引入了容错机制。通过判断接收器是否在设定时间内收到智能电表的信息，来推断智能电表是否损坏。若损坏，则选取与该用户用电类型相接近的其他用户的智能电表信息代替，进行集成解密；最后，在密钥分配器处，设立了两种密钥更新机制。一种是通过计时器进行周期式更新，当计时器达到了预先设定的时间便进行周期式更新；另外一种是通过触发器进行触发式更新，当有新的智能电表加入或损坏的智能电表过多时，触发器动作，引起密钥更新。密钥分配器通过用户注册的方式建立起一个节点注册库，随后根据每个用户的注册信息分别生成用户的加密密钥以及密文集成器的解密密钥。密钥分配器同时具备两种密钥更新方式，分别是触发式更新和周期式更新。当密文集成器传递到触发器中损坏智能电表的数量超过规定限值时或有新的节点加入时，触发器便会动作，密钥分配器便会调用节点注册库进行密钥更新；当计时器达到预先设定的时间门限时，同样也会引起密钥分配器进行密钥更新。即两个条件有一个满足，便会进行密钥更新。智能电表进行数据采集后，通过数据加密模块对采集来的数据进行加密，经发射器发送到密文集成器，同时将加密数据的备份存放到缓存库中。发射器一旦发送完加密数据，信号控制器便开始计时。当接收器接收到密文集成器的响应信号时，如果响应信号为“发送成功”，则计时器停止计时，并不进行任何操作；反之，如果响应信号为“发送失败”，或达到了预先设定的时间门限仍然没有收到响应信号，便认为消息发送失败。此时，信号控制器会立即调用缓存库中的备份数据，通过发射器重新发送加密信息。密文集成器的信号控制器同样具有计时功能，因为不同的智能电表信息传达到密文集成器的时间不同，所以在信号控制器中设置了n个计时器，分别为每一个智能电表计时。接收器每接收到一个智能电表的加密数据，便会把加密数据放到密文库中。此时，信号控制器中该智能电表所对应的计时器将清零，并通过响应器向该智能电表发送响应信号，内容为“发送成功”；当信号控制器中与某智能电表对应的计时器达到时间门限仍然没有收到该智能电表的加密数据时，便认为智能电表消息发送失败，此时，信号控制器通过响应器回馈该智能电表响应信号，内容为“发送失败”。随后密文集成器继续等待该智能电表的重发信息，若再次达到计时器的时间门限时仍然没有收到加密数据，便认为该智能电表已经损坏。此时，信号控制器便会从密文库中选取与该智能电表用电类型相近的智能电表’的数据代替。最后，密文集成器通过解密模块计算出所有用户的用电量总和，采用双绞线或光纤的形式上传到电网调度中心。同时，信号控制器将损坏的智能电表的信息传递给密钥分配器中的触发器。电网调度中心根据密文集成器上传的所有用户用电量总和，通过曲线汇总模块进行负荷曲线绘制，制定调度策略和发电计划。因为调度中心是根据电网负荷的总体趋势来制定调度策略，所以若干个智本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用于电网实时调度且带有容错机制的用电数据加密系统，其特征在于，包括：智能电表、密文集成器、密钥分配器、电网调度中心，智能电表安装在用户侧，通过230MHz的无线电力专网与密文集成器连接；密钥分配器通过双绞线或光纤与每个智能电表以及密文集成器通信；密文集成器，通过无线电力专网接收所有智能电表发来的信息，并采用双绞线或光纤与电网调度中心、密钥分配器通信。

【技术特征摘要】
1.一种应用于电网实时调度且带有容错机制的用电数据加密系统，其特征在于，包括：智能电表、密文集成器、密钥分配器、电网调度中心，智能电表安装在用户侧，通过230MHz的无线电力专网与密文集成器连接；密钥分配器通过双绞线或光纤与每个智能电表以及密文集成器通信；密文集成器，通过无线电力专网接收所有智能电表发来的信息，并采用双绞线或光纤与电网调度中心、密钥分配器通信。2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述智能电表包括依次相连的数据采集模块、...

【专利技术属性】
技术研发人员：关志涛，司冠林，安培秀，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：新型
国别省市：北京;11