基于阻斷隔離技術的電力電量綜合采集裝置的研究

張心心 陳培東 孫瀅濤 陳水標 周進

摘? ?要：為了實現對小火電和新能源發電站等小型發電站進行全面準確地監視和控制，增強數據傳輸安全性，文章探討了一種基于阻斷隔離技術的電力電量綜合采集裝置的設計，分析了該裝置的功能和原理。數據采集總線系統由同步時鐘模塊、數據總線、外部網絡通信模塊、內部網絡通信模塊、安全監測模塊組成。外部網絡模塊與內部網絡模塊之間、內部不同的網絡通信模塊之間不是直接連通，而是通過系統內部總線實現數據交互，從而達到數據同步采集、安全監測、網絡之間物理阻斷隔離的目的。

關鍵詞：SNOP;內部總線交互;同步采集;安全監測;阻斷隔離

現如今，數量龐大的小型水（火）電站、自備電廠及地方電廠等非統調電源缺乏完整、準確的數據資料，無法滿足電網安全運行的業務需求。電網中如果有異常，調度部門無法對小型電站進行控制并及時將電源脫離電網。為實現將各類小型發電站的數據實時上傳到電網平臺，為電力有效分配提供依據并增加電網的可靠性，有必要開展電力電量采集裝置的相關研究。

有關學者開展了一些采集裝置的相關研究，主要集中在移動式裝置研發[1]、通信故障調試方法[2]、采集算法研究[3]等領域。目前，小型電站在數據傳輸時，主要使用無線通道傳輸，數據傳輸過程沒有加密裝置，安全性低，阻斷隔離技術提高數據傳輸過程中安全性的一種技術手段。

本文主要介紹了采集裝置的系統結構，從采集總線系統結構、同步采集與內部總線交互、模塊認證與數據過濾、安全監測等方面重點分析了阻斷隔離技術的原理實現。

1? ? 系統結構

電力電量綜合采集裝置支持三相三線或三相四線交流數據和遙信狀態量等數據的采集功能，能夠使小水電站、小火電站、風電站、太陽能電站等小型電站安全可靠接入電網，實現監控自動化的功能，系統結構如圖1所示。

裝置采用模塊化設計，由交流采集模塊、遙信采集模塊、無線通信加密模塊（包含主控、無線通信和加密模塊）、232串口通信模塊、網絡通信模塊、485串口通信模塊、電源模塊等組成。

2? ? 阻斷隔離技術

數據采集總線系統由同步時鐘模塊、數據總線、外部網絡通信模塊、內部網絡通信模塊、安全監測模塊組成。外部網絡模塊與內部網絡模塊之間、內部不同的網絡通信模塊之間不是直接連通，而是通過系統內部總線數據交互，從而達到數據同步采集、安全監測、網絡之間物理阻斷隔離的目的。數據采集總線系統結構如圖2所示。

模塊與模塊之間通過數據總線分時隙報告的方式，在總線上交互數據。通過安全監測模塊對總線數據的管理配置，可以實現模塊之間的數據過濾，從而實現模塊之間的數據安全交互，并實現外部網絡與內部網絡之間網絡的阻斷隔離。

2.1? 同步采集與內部總線交互

數據采集總線系統如圖3所示。系統根據同步脈沖信號觸發，各模塊同步采集各自的數據，并保存在各自的內存數據中。在下一個同步周期，按傳輸優先級設置，在總線上報告各自的內存數據。實現了各模塊之間數據的時間一致性。由于是在總線上交互數據，每個模塊都可以收到總線上的數據，可以根據各自的需求，選擇性地獲取相關數據，從而實現了模塊之間的數據交互。

同樣，安全監測模塊也可以在總線上獲取每個模塊的數據信息，從而實現了數據的監測功能。并可通過安全監測模塊對總線的管理，實現各模塊數據傳輸的控制功能，以達到模塊與模塊之間數據安全傳輸的阻斷隔離。

2.2? 模塊認證與數據過濾

通信模塊包括內部網絡通信模塊和外部網絡通信模塊，新的通信模塊接入系統的時候，必須要通過安全監測模塊的認證。當新的通信模塊接入系統時，首先檢測內部總線是否空閑，在總線空閑的時候發起接入請求。安全監測模塊收到請求后，如果認為是合法的模塊，則在下一個總線數據交互周期，發布新的模塊配置信息報告，新模塊收到報告后，在總線對應的模塊通信時隙報告數據，其認證流程如圖4所示。

在一個新的總線交互區，首先是安全監測模塊的模塊配置報告，配置報告里面包含各模塊發送優先級以及各模塊的接收內容，模塊配置信息格式如表1所示。

各模塊根據配置報告，接收對應的數據，從而實現了數據的安全傳輸及數據過濾。

2.3? 安全監測

安全監測模塊可檢測各通信模塊的模塊信息，并可通過配置，以實現對對應通信模塊的數據監測。安全監測模塊可根據需求存儲對應的數據監測信息和模塊信息，并可根據需求在總線上報告對應的監測信息。

3? ? 結語

本電力電量綜合采集裝置采集數據的功能較為全面，采用模塊設計。數據采集總線系統中，由于外部網絡與內部網絡之間沒有實際的通信連接和任何協議的交互，只有內部總線上各自內存數據的轉發拷貝，通過對總線上的數據進行監測管理，實現了網絡之間安全通信和真正意義上的網絡阻斷隔離。

[參考文獻]

[1]馮璇，徐剛，沙征，等.可移動式配電站出線電量采集裝置[J].電力與能源，2018（2）：166-169.

[2]韓廣偉，于福水，潘鵬飛.變電站電量采集裝置通信故障的調試方法[J].農村電氣化，2018（9）：41-42.

[3]蔡玉庫，徐占江，陸軍，等.智能電量采集裝置中FFT算法研究[J].中國新通訊，2012（19）：29-30.