基于阻断隔离技术的电力电量综合采集装置的研究

张心心 陈培东 孙滢涛 陈水标 周进

摘   要：为了实现对小火电和新能源发电站等小型发电站进行全面准确地监视和控制，增强数据传输安全性，文章探讨了一种基于阻断隔离技术的电力电量综合采集装置的设计，分析了该装置的功能和原理。数据采集总线系统由同步时钟模块、数据总线、外部网络通信模块、内部网络通信模块、安全监测模块组成。外部网络模块与内部网络模块之间、内部不同的网络通信模块之间不是直接连通，而是通过系统内部总线实现数据交互，从而达到数据同步采集、安全监测、网络之间物理阻断隔离的目的。

关键词：SNOP;内部总线交互;同步采集;安全监测;阻断隔离

现如今，数量庞大的小型水（火）电站、自备电厂及地方电厂等非统调电源缺乏完整、准确的数据资料，无法满足电网安全运行的业务需求。电网中如果有异常，调度部门无法对小型电站进行控制并及时将电源脱离电网。为实现将各类小型发电站的数据实时上传到电网平台，为电力有效分配提供依据并增加电网的可靠性，有必要开展电力电量采集装置的相关研究。

有关学者开展了一些采集装置的相关研究，主要集中在移动式装置研发[1]、通信故障调试方法[2]、采集算法研究[3]等领域。目前，小型电站在数据传输时，主要使用无线通道传输，数据传输过程没有加密装置，安全性低，阻断隔离技术提高数据传输过程中安全性的一种技术手段。

本文主要介绍了采集装置的系统结构，从采集总线系统结构、同步采集与内部总线交互、模块认证与数据过滤、安全监测等方面重点分析了阻断隔离技术的原理实现。

1    系统结构

电力电量综合采集装置支持三相三线或三相四线交流数据和遥信状态量等数据的采集功能，能够使小水电站、小火电站、风电站、太阳能电站等小型电站安全可靠接入电网，实现监控自动化的功能，系统结构如图1所示。

装置采用模块化设计，由交流采集模块、遥信采集模块、无线通信加密模块（包含主控、无线通信和加密模块）、232串口通信模块、网络通信模块、485串口通信模块、电源模块等组成。

2    阻断隔离技术

数据采集总线系统由同步时钟模块、数据总线、外部网络通信模块、内部网络通信模块、安全监测模块组成。外部网络模块与内部网络模块之间、内部不同的网络通信模块之间不是直接连通，而是通过系统内部总线数据交互，从而达到数据同步采集、安全监测、网络之间物理阻断隔离的目的。数据采集总线系统结构如图2所示。

模块与模块之间通过数据总线分时隙报告的方式，在总线上交互数据。通过安全监测模块对总线数据的管理配置，可以实现模块之间的数据过滤，从而实现模块之间的数据安全交互，并实现外部网络与内部网络之间网络的阻断隔离。

2.1  同步采集与内部总线交互

数据采集总线系统如图3所示。系统根据同步脉冲信号触发，各模块同步采集各自的数据，并保存在各自的内存数据中。在下一个同步周期，按传输优先级设置，在总线上报告各自的内存数据。实现了各模块之间数据的时间一致性。由于是在总线上交互数据，每个模块都可以收到总线上的数据，可以根据各自的需求，选择性地获取相关数据，从而实现了模块之间的数据交互。

同样，安全监测模块也可以在总线上获取每个模块的数据信息，从而实现了数据的监测功能。并可通过安全监测模块对总线的管理，实现各模块数据传输的控制功能，以达到模块与模块之间数据安全传输的阻断隔离。

2.2  模块认证与数据过滤

通信模块包括内部网络通信模块和外部网络通信模块，新的通信模块接入系统的时候，必须要通过安全监测模块的认证。当新的通信模块接入系统时，首先检测内部总线是否空闲，在总线空闲的时候发起接入请求。安全监测模块收到请求后，如果认为是合法的模块，则在下一个总线数据交互周期，发布新的模块配置信息报告，新模块收到报告后，在总线对应的模块通信时隙报告数据，其认证流程如图4所示。

在一个新的总线交互区，首先是安全监测模块的模块配置报告，配置报告里面包含各模块发送优先级以及各模块的接收内容，模块配置信息格式如表1所示。

各模块根据配置报告，接收对应的数据，从而实现了数据的安全传输及数据过滤。

2.3  安全监测

安全监测模块可检测各通信模块的模块信息，并可通过配置，以实现对对应通信模块的数据监测。安全监测模块可根据需求存储对应的数据监测信息和模块信息，并可根据需求在总线上报告对应的监测信息。

3    结语

本电力电量综合采集装置采集数据的功能较为全面，采用模块设计。数据采集总线系统中，由于外部网络与内部网络之间没有实际的通信连接和任何协议的交互，只有内部总线上各自内存数据的转发拷贝，通过对总线上的数据进行监测管理，实现了网络之间安全通信和真正意义上的网络阻断隔离。

[参考文献]

[1]冯璇，徐刚，沙征，等.可移动式配电站出线电量采集装置[J].电力与能源，2018（2）：166-169.

[2]韩广伟，于福水，潘鹏飞.变电站电量采集装置通信故障的调试方法[J].农村电气化，2018（9）：41-42.

[3]蔡玉庫，徐占江，陆军，等.智能电量采集装置中FFT算法研究[J].中国新通讯，2012（19）：29-30.