输变电设备状态监测系统的信息建模与安全策略研究

摘要

输变电设备智能监测能充分满足输变电设备全面、实时、准确获取信息的需求,其与物联网技术结合,可为设备智能化的提供技术保障。进一步地因为传统输变电设备监测系统在信息孤岛、单一化、安全性等方面存在问题,所以基于物联网的输变电设备监测系统的构建时需扩展设备统一模型,考虑输变电设备监测系统信息传输实时性的同时研究通信网络的安全策略,以提高设备的利用率和电网运行的安全性。
　　首先,论文通过研究输变电设备物联网的体系架构,提出了输变电设备全景数据需求,结合我国电力企业公共信息模型建模原则及步骤,提出了基于物联网技术的输变电设备资产模型的建模方法并将其应用于实践。进一步地,参考IEC61970/61968及相关电力行业规范,使用Rational Rose分别对输变电设备基本信息、在线监测信息、运维过程信息和环境与安全信息等与资产直接相关的信息进行建模;详细描述了输变电设备的状态监测服务的功能,分别对状态评估服务、故障诊断服务、状态与故障预测服务、检修决策服务和检修管理服务进行扩展建模实践,为智能状态监测奠定了基础。
　　然后,本文分析了输变电设备物联网的信息安全威胁以及安全防护策略,讨论了安全策略的实现。并以典型的输变电设备状态监控系统——变电站自动化系统为对象,结合分析IEC61850和IEC62351对变电站报文和信息安全的要求,提出使用扩展的安全报文实现身份认证,讨论了该方法对通信报文的保密性、完整性和有效性的要求。最后,利用OPNET工具,以D2-1型变电站全站统一星形网和环形网出现母线故障为应用场景进行仿真和计算。结果表明,适合监测系统通信网络的安全策略具有良好的安全性和实时性。
　　最后,对所做的研究工作进行总结,并对后续工作进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 选题背景和意义

1.2 状态监测系统相关标准介绍

1.2.1 IEC 61850

1.2.2 IEC 61970/61968

1.2.3 IEC 62351

1.3 物联网在输变电设备监测中的应用

1.4 输变电设备全景信息模型研究现状

1.5 输变电设备监测系统信息安全研究现状

1.6 本文的研究内容与主要工作

第2章 基于物联网技术的输变电设备信息建模

2.1 输变电设备物联网的全景数据分析

2.1.1 输变电设备物联网体系架构

2.1.2 输变电设备物联网的全景信息模型

2.2 输变电设备信息扩展建模方法

2.2.1 输变电设备信息建模扩展原则

2.2.2 输变电设备信息建模步骤

2.3 输变电设备全景信息建模方法

2.3.1 电力系统资源建模

2.3.2 电力系统资产建模

2.4 本章小结

第3章 输变电设备资产信息建模

3.1 基本信息建模

3.1.1 EPC编码的信息建模

3.1.2 输变电设备基本信息的扩展建模

3.2 在线监测信息建模

3.2.1 变电站/换流站设备在线监测信息建模

3.2.2 输电设备在线监测信息建模

3.3 运维过程信息建模

3.4 环境与安全信息建模

3.5 本章小结

第4章 输变电设备资产状态监测服务建模

4.1 基于SOA的资产状态监测服务建模

4.2 状态评估服务建模

4.3 故障诊断服务建模

4.4 状态与故障预测服务建模

4.5 检修决策服务建模

4.6 检修管理服务建模

4.7 本章小结

第5章 输变电设备监测系统信息安全策略

5.1 输变电设备物联网体系下的信息安全问题

5.2 输变电设备信息安全问题及安全对策

5.2.1 典型输变电设备状态监测系统通信网络

5.2.2 报文传输的安全威胁与安全对策

5.2.3 基于扩展字段的典型输变电自动化系统报文身份认证

5.3 基于OPNET和身份认证的通信过程实时性的实例仿真

5.3.1 OPNET软件介绍

5.3.2 D2-1典型数字化变电站数据分析

5.3.3 基于OPNET的典型D2-1变电站仿真

5.4 本章小结

结论

1 本文研究工作的总结

2 下一步工作的展望

参考文献

致谢

附录A 攻读硕士学位期间发表的学术论文