基于CPS架构的智能电网监控与安全传输系统研究

摘要

当前，电网行业安全事件日益严重，己成为人们高度关注的焦点。对电网设备进行实时监控可以实时了解设备的运行情况，并及时进行设备维护工作。另外，电网系统—旦受到恶意攻击，不仅系统本身将会遭受严重的破坏，甚至将会直接对社会生活生产产生重大影响。 针对现有电网监控系统稳定性低、数据传输安全性低、实时性不高和设备管理便捷性差等问题，本文对智能电网监控与安全传输进行深入的研究，提出了一种基于CPS架构的监控系统和基于CUDA的改进SM4并行加密算法的传输方法。论文的主要工作如下： 第一，设计了针对ModBus设备和IEC104设备的统一数据采集控制系统，并且实现了设备断线自动重连机制，提高了系统的稳定性。此外，还设计实现了基于MySQL数据库的设备配置信息管理系统，可以随时对设备的配置信息进行添加、修改、重置、删除等操作，从而不影响采集程序的正常运行，提高了设备管理的便捷性。 第二，针对当前系统架构中数据传输安全性低、大数据量加密传输时实时性不高等问题，提出了一种基于CUDA的改进SM4并行加密算法。首先对传统SM4算法的改进，包括基于AES-128扩展密钥的改进和基于动态选择轮函数的改进，进一步提高了安全性。然后，针对大数据量加密的需求，设计了基于CUDA框架的并行加密方法，进一步提高了加密效率和数据传输实时性，降低了数据加密传输的耗时。 第三，设计了中心管理系统，以图形交互界面的形式提供给用户，使用户直观地进行数据监控与设备管理等功能。中心管理系统采用基于CUDA的改进SM4并行解密算法，对接到的密文数据进行解密。此外，还实现了一个设备控制系统，为ModBus或IEC104设备提供统一的控制接口。 最后，对系统的各个模块进行了测试，验证了整个系统各个模块的运行情况。并且该系统已经投入现场使用，性能良好。