基于4G网络的配电自动化系统通信子系统

崔伟中

广东南方通信建设有限公司 广东广州 510000

1 电力系统配网网络自动化技术

配网网络管理系统用于管理配电网络运行。融合现代通讯技术、网络技术、传感技术、自动化技术的配网自动化网络，将配电网中电网结构、配电网离线和在线数据整合处理，构成一个电力配网自动化系统[1]。其通过收集、汇总、分析配电网络的整体运行数据，依据数据分析结果，完成对配电网络资源的实时分配、网络负荷的合理调节，改善网络环境，提高电网效率和安全性。

2 电力通讯系统网络安全问题

2.1 对控制性能的威胁

智能电网系统当中，控制系统具有实时通讯性且直接控制着电网运行。在常见的智能电网控制系统当中，网络响应时间决定着整个控制系统的性能，局域网病毒或者网络病毒攻击造成网络堵塞，影响网络反应时间，降低系统控制性能，甚至造成控制系统瘫痪。部分网络病毒软件会造成更加严重的破坏，病毒文件对电网控制软件和电网系统数据库产生破坏，造成不可逆的损失。更有甚者，病毒通过系统漏洞操控控制系统，破坏电力网络，引起较大经济损失。

电力控制系统的自动化、网络化发展，导致控制系统面临着商业病毒的威胁，其常见传播途径有：外部网络对控制系统的直接攻击、工程师U盘接入时传播、维修时外部电脑接入[2]。为了保障电力控制系统的安全，需要管理人员从把控传播途径、提高系统防御能力、降低损失等方面入手，提高控制系统安全性。

2.2 对传感装置网络的威胁

传感装置是电网自动化系统的信息收集工具，其被分布在各个监测区域，通过多种通讯手段与主系统连接，长期高效地收集电网运行数据。在实际运行过程中，除了受到自然环境的威胁之外，由于传感装置网络安全性较低，容易受到各种形式的安全威胁。在某些情况，外部人员利用传感器节点发动网络层攻击，造成更大的安全问题。

3 DAS通信子系统软件设计

3.1 人机交互界面设计

通信服务器软件基于VC++单文档界面设计，并使用老模式对话框实现通信报文监视。根据软件的使用需求，软件主界面分为四部分，第一部分包括最顶层的操作菜单和图标按钮，以及最底层的状态栏；中间的信息区分割为3窗口，左上角为配网终端的索引树窗口；右上角为主信息显示窗口，切换显示配网终端的通信状态、配电终端采集的数据等信息，帮助用户系统维护和联调；下面的窗口用于显示软件运行生成的日志信息。主信息显示窗口为基于DC技术实现的图形界面，以画面形式显示设备运行状态和实时数据信息。日志信息窗口基于List控件设计，按条目显示底层通信状态和数据处理所生成的日志信息。此外，软件设计了一个无模式对话框进行通信报文显示，帮助用户进行终端设备的通信联调。无模式对话框划分为三部分，顶部放置操作按钮，左下部分显示配电终端索引树，操作终端索引树指定要监视报文的终端，右下部分为编辑框控件，格式显示101或104规约报文。其他人机交互操作则采用模式对话框实现。

3.2 配电网通信数据处理

通信服务器软件只负责基本的配电网数据处理，包括遥测采集数据乘系数回归计算、遥测越限告警事件生成、遥信变位事件生成和遥控过程事件生成等处理业务。为了实时将告警事件通知DAS的人机工作站，除将告警事件保存到DAS数据库之外，并采用专门的套接字线程发送给服务器上的实时服务软件，并由之向人机工作站广播。为了提高通信服务器软件的实时性，抽象配电终端，设计专门的终端信息处理类，并按配置自动生成一一对应的实例对象，数据处理需要的参数常驻对象实例中，并与DAS数据库的内容保持同步[3]。

3.3 底层通信驱动软件设计

底层数据通信基于TCP/IP套接字协议设计，使用了多线程编程方法。为了方便起见，对配电终端索引树中的每个终端都自动创建一个套接字子线程，并与终端配置指定的通信规约绑定，按规约规定的流程进行报文通信。套接字子线程根据配电终端的配置创建，因此要根据配置信息的改动进行动态创建和删除。套接字子线程运行过程中，如果发生断链情况，则生成运行日志信息、改变FTU的运行状态，并按指定时间间隔重新发起建链。根据配电网101和104规约[13，14]的实施细则，完成了通信规约类设计，套接字子线程绑定规约时创建对应的对象实例。配电终端与4G路由器使用串口连接时要采用RS232或RS422方式，以便支持全双工通信，实现配电终端与通信服务器之间的平衡通信，在终端检测到事件后主动向通信服务器发送告警信息。套接字子线程收到配网信息之后，进行归一化处理，再交付给数据处理子线程进行相应处理。如果界面需要显示通信报文，规约包按格式生成报文帧的ASCII信息流，并传递给主线程，由之进行输出显示。通信过程中，如果因FTU异常造成规约通信流程中断，软件也生成运行日志信息、改变FTU的运行状态，并按流程重发报文或重新建立通信流程。

4 结语

随着信息技术、自动化技术的发展和人们用电需求的日益增长，电力系统自动化建设不断加快，电力通信安全形势有所恶化，电网建设的标准和配网通信网络安全面临新的挑战。本文简要概述了电力配网通讯网络安全管理问题，从影响信息安全的各种因素入手，探讨了一些应对措施。