基于智能电网的安全监测云平台设计

基于智能电网的安全监测云平台设计

郑德涛

国网青岛供电公司

摘要：智能电网的逐步完善,促进了企业快速发展。未来,智能电网技术将贯穿于社会各行各业。通过监控收发器的通信原理,实现数据的采集和提取,完成监控数据收发器的设计。将数据收发器采集到的智能电网数据,通过电能计量芯片提取出智能电网的传感电流。利用芯片外端接口完成电能计量芯片的设计。通过监控数据收发器和电能计量芯片设计电网安全运维管理系统硬件。利用传输控制协议(TCP)连接模式下的Client及Server通信程序设计智能电网监控程序,调节智能电网的电压偏移。根据监控调度算法原理,设计监控调度算法流程,完成系统的软件设计。通过系统硬件设计和软件设计,实现了智能电网安全运维管理系统设计。测试结果表明,基于智能电网的安全监测云平台可以缩小电压偏移量,得到恒定的电压,保证了自动化智能电网的安全,适合大力推广和使用。

关键词：云计算;智能电网;安全运维

引言

国内外已有多个微电网示范工程,建设了基于云计算技术的智能管控平台,根据任务信息,采用适当的策略把不同任务分配到不同的资源节点运行。由于云计算平台的基础设施具有异构性和动态性等特点,对网格的任务分配策略提出了严格的要求。低效的任务分配策略势必会增加任务的执行时间,降低整个云计算系统的吞吐量。针对智能电网中不同类别的任务调度,如何高效地分配、利用分布式资源,尚需要一些有效的调度算法。

1云安全监测背景

1.1云平台的特点和架构

随着数据中心业务的发展，传统数据中心面临着业务扩展性差、资源利用率低、管理效率低等诸多问题．为了应对传统数据中心面临的挑战并顺应技术发展趋势，业界普遍采用云计算的解决方案．通过云平台的虚拟化技术，达到多个数据中心融合、提升企业整体IT效率的目的．并基于此，发挥云计算虚拟化的可靠性、可用性、安全性、开发性、先进性、可扩展性６个特点，提供计算、存储、网络、安全、灾备、大数据、数据库和平台即服务等丰富的云服务，满足政府、金融、能源、教育、医疗等行业的数据融合与资源共享，支持业务的持续发展．

1.2云平台面临的安全风险

租户在享受云计算带来便利性的同时，对其自身的安全性也存在疑虑．如何保障租户业务和数据的机密性、完整性和可用性成为云计算系统急需解决的课题．网络安全等级保护2.0规定：“国家网络安全工作规划是：一个中心，三重防护，即安全管理中心、安全通信网络、安全区域边界、安全计算环境”．一个中心主要包括系统管理、审计管理、安全管理和集中管控４个控制点，其中集中管控是重中之重，主要都是围绕它来展开．因此，云平台需要建设安全监测中心，统一监控和管理基础设施、租户业务子网、云服务等存在的风险，保护边界和计算环境的安全．云安全联盟在《云计算的顶级威胁：深度分析》中指出：云平台威胁不仅来源于外部攻击还有VPC内部威胁，如数据破坏、数据丢失、账户劫持、不安全的API、拒绝服务、内部人员恶意行为、资源滥用和恶意使用、审计不足、共享技术的漏洞等．需要从脆弱性、技术和业务影响以及威胁检测等方面控制和预防此类威胁的再次发生。

2云平台软件设计

2.1电网监控程序智能电网的监控程序结构如图1所示。

图1智能电网监控程序结构

在设计智能电网监控程序时,以调节智能电网的电压偏移为目的,首先运行监控服务器端L,运用数据函数socket()进行套接。表达式为:

式中:n为数据监控收发器的类别数量。根据式(1),通过数据函数bind()绑定服务器的IP地址,运行数据函数listen()监控读取的表达式为:

调用函数accept()进行传输,等待用户终端的请求连接。若终端客户R同意请求连接Ryes,则数据函数accept()开启的表达式为:

根据式(3),调用实时数据至recv()和send()函数进行传输,完成整个通信设备监控流程。则终端客户R同意请求连接Ryes下的通信设备监控表达式为:

若终端客户不同意请求连接Rno,则accept()阻塞进程。此时,需要三次握手建立连接,直到终端客户同意请求连接后,才能完成整个通信设备监控。三次握手建立连接后的通信设备监控表达式为:

智能电网的监控程序设计主要利用了传输控制器(transmissioncontrolprotocol,TCP)连接模式下的Client及Server通信程序。图3中:实线箭头表示消息发送;虚线箭头表示返回信息,调用socket()、bind()、listen()和accept()等数据函数。

监控调度算法智能电网安全运维管理系统的核心是获取实时数据。假设监控数据收发器的监控范围为ri、收发器的类别编号为i,那么可以定义监控数据收发器的平均监控半径:

式中:r-为平均监控半径;r为监控半径。将智能电网开放环境的空间面积定义为V。根据数据监控收发器的平均监控半径,可以推测出实际需要的监控器数量:

式中:N表示空间面积为V的开放环境中需要的监控器总数。监控调度算法流程如下。①定义云计算的迭代次数I,得到计算速率为α的表达式为:

②根据计算速率,构建智能电网监控拟合函数hw(x)和代价函数Jw(x):

③采用梯度下降法计算影响因子d的导数,得到影响因子d的权重w_i:

④判断代价函数Jw(x)是否在监控数据集上收敛,或者是否达到最大迭代次数。如果不存在收敛,则更新计算速率并返回步骤③;如果存在收敛,则输出智能电网监控的拟合函数。综上所述,本文通过智能电网监控程序的设计过程,设计了智能电网的监控程序;根据监控调度算法原理,设计了监控调度算法流程。由此,完成了系统的软件设计,并结合硬件设计实现了智能电网的监控系统设计,从而确保智能电网的安全。

4仿真试验

4.1试验方法

本文通过上述试验平台,验证基于智能电网安全监测云平台的有效性。为了增强试验效果,将智能电网的光伏发电系统、柴油机以及系统负载断开,使得智能电网的容量达到最小,从而改善电压偏移量。试验过程中,缓慢向试验平台中施加无功负载,使智能电网的电压迅速下降,并偏离正常电压。母线的电压值可以从试验平台中的A点测得。利用基于智能电网的安全监测云平台设计输变电设备状态监测系统提出解决方案,生成监控运行指令,增加监控系统发电机的励磁电流,使得无功功率的输出变大,电压偏移量最小,最终使电压回归到正常状态。

4.2试验结果与分析

基于上述试验方法,得到了试验结果。电压偏移控制曲线如图2所示。

图2电压偏移控制曲线

结束语

为了提高智能电网监控性能,本文将云计算技术应用到了智能电网安全运维管理系统设计中,实现了智能电网数据的采集、传输和监控。测试结果表明,基于智能电网的安全监测云平台完全满足电压恒定要求。所设计的监控系统还存在一些不足,后续考虑将无人操作技术应用到智能电网,以进一步提升系统的性能。

参考文献

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