一種加密的計(jì)量用合并單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及電力設(shè)備加密技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種加密的計(jì)量用合并單元。
【背景技術(shù)】
[0002] 合并單元（Merging Unit，MU)對(duì)一次互感器傳輸過(guò)來(lái)的電氣量進(jìn)行合并和同步處 理，并將處理后的數(shù)字信號(hào)按照特定格式轉(zhuǎn)發(fā)給間隔層設(shè)備使用的裝置。合并單元是電子 式電流、電壓互感器的接口裝置，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了過(guò)程層數(shù)據(jù)的共享和數(shù)字化，它作為 遵循IEC61850標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字化變電站間隔層、站控層設(shè)備的數(shù)據(jù)來(lái)源，作用十分重要。隨著 數(shù)字化變電站自動(dòng)化技術(shù)的推廣和工程建設(shè)，對(duì)合并單元的功能和性能要求越來(lái)越高。
[0003] 由于合并單元或計(jì)量用合并單元的內(nèi)部核心數(shù)據(jù)可更改，經(jīng)過(guò)計(jì)量校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)校準(zhǔn) 后的合并單元或計(jì)量用合并單元的誤差可隨意更改，直接影響到儀器測(cè)量的精度，導(dǎo)致量 值不能準(zhǔn)確傳遞。同時(shí)計(jì)量數(shù)據(jù)采用明文傳輸有較大的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要提供一種加密的計(jì) 量用合并單元，將與計(jì)量用合并單元誤差相關(guān)的各參數(shù)均放在加密裝置中存儲(chǔ)，在沒(méi)有合 法授權(quán)的情況下，計(jì)量用合并單元的廠(chǎng)家和個(gè)人無(wú)法修改合并單元內(nèi)的相關(guān)參數(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了滿(mǎn)足現(xiàn)有技術(shù)的需要，本發(fā)明提供了一種加密的計(jì)量用合并單元。
[0005] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：
[0006] 優(yōu)選的，所述計(jì)量用合并單元包括分別與CPU雙向連接的通訊接口和硬件加密 卡；
[0007] 所述CPU通過(guò)通訊接口接收外部輸入的加密報(bào)文，并將所述加密報(bào)文發(fā)送至硬件 加密卡中進(jìn)行存儲(chǔ)和解密；
[0008] 所述硬件加密卡，解密所述加密報(bào)文后得到所述計(jì)量用合并單元的電氣量采樣參 數(shù)，并將該電氣量采樣參數(shù)發(fā)送至CPU ;所述CPU依據(jù)傳輸模型和電氣量采樣參數(shù)重新計(jì)算 所述計(jì)量用合并單元的電氣量采樣值，并將該電氣量采樣值打包成IEC61850-9-2協(xié)議的 報(bào)文發(fā)出；
[0009] 優(yōu)選的，所述硬件加密卡包括加密芯片和存儲(chǔ)器；
[0010] 所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述加密報(bào)文、所述電氣量采樣參數(shù)和所述傳輸模型的模 型參數(shù)；
[0011] 所述加密芯片，用于解密所述加密報(bào)文；
[0012] 優(yōu)選的，所述CPU包括傳輸模型單元；所述傳輸模型單元將計(jì)量用合并單元的輸 入信號(hào)按照預(yù)置的傳輸模型進(jìn)行輸出，得到數(shù)字輸出信號(hào)；
[0013] 所述傳輸模型包括幅值傳輸模型和相位傳輸模型；
[0014] 優(yōu)選的，
[0015] 所述幅值傳輸模型Dciut的表達(dá)式為：
[0016] Dciut= AXD in+b (1)
[0017] 其中，A為幅度增益，Din為計(jì)量用合并單元的AD采樣值或者外部數(shù)字量的輸入值， b為幅度修正值；
[0018] 所述相位傳輸模型#的表達(dá)式為：
[0019] (2)
[0020] 其中，科為額定延遲時(shí)間，的為相位修正值；
[0021] 優(yōu)選的，所述傳輸模型的模型參數(shù)存儲(chǔ)在硬件加密卡的存儲(chǔ)器中；所述模型參數(shù) 包括幅度增益A、幅度修正值b、額定延遲時(shí)間約、相位修正值供.和插值多項(xiàng)式；
[0022] 所述插值多項(xiàng)式，用于對(duì)計(jì)量用合并單元的數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行插值運(yùn)算得到中間 變量，所述中間變量依據(jù)所述幅值傳輸模型D ciJi行傳輸?shù)玫綌?shù)字輸出信號(hào)。
[0023] 與最接近的現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)異效果是：
[0024] 本發(fā)明提供的一種加密的計(jì)量用合并單元，應(yīng)用于電力系統(tǒng)的數(shù)字計(jì)量系統(tǒng)中， 保證了計(jì)量用合并單元內(nèi)部關(guān)鍵參數(shù)不被隨意修改，保證計(jì)量的準(zhǔn)確性和公正性；加密卡 使用但不限于使用SMl加密算法的加密芯片，同時(shí)加密卡與計(jì)量用合并單元的連接也使用 但不限于SPI通訊接口，該加密系統(tǒng)同時(shí)也適用于合并單元中。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。
[0026] 圖1 :本發(fā)明實(shí)施例中一種加密的計(jì)量用合并單元示意圖；
【具體實(shí)施方式】
[0027] 下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類(lèi)似的標(biāo)號(hào)表示相同或類(lèi)似的元件或具有相同或類(lèi)似功能的元件。下面通過(guò)參考附 圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0028] 本發(fā)明中一種加密的計(jì)量用合并單元加密實(shí)施例如圖1所示，具體為：
[0029] 如圖1所示，本實(shí)施例中為加密的計(jì)量用合并單元。
[0030] 本實(shí)施例中加密的計(jì)量用合并單元包括CPU、硬件加密卡和通訊接口。硬件加密卡 安裝在計(jì)量用合并單元的內(nèi)部，通過(guò)SPI通訊接口與計(jì)量用合并單元的CPU雙向連接。
[0031] (1)硬件加密卡
[0032] 該硬件加密卡包括加密芯片和存儲(chǔ)器。其中，
[0033] 加密芯片對(duì)CPU接收到的加密報(bào)文進(jìn)行解密，將該加密報(bào)文中含有的加密參數(shù)值 存儲(chǔ)到所述存儲(chǔ)器中。即加密芯片用于完成信息的加密和解密，秘鑰交換及授權(quán)管理等功 能，存儲(chǔ)器主要用于存儲(chǔ)計(jì)量用合并單元加密報(bào)文、加密參數(shù)值和傳輸模型的模型參數(shù)。
[0034] 本實(shí)施例中，加密參數(shù)值指的是電氣量采樣參數(shù)，加密芯片解密加密報(bào)文后得到 計(jì)量用合并單元的電氣量采樣參數(shù)，并將該電氣量采樣參數(shù)發(fā)送至CPU。
[0035] (2)CPU
[0036] 該CPU通過(guò)通訊接口接收外部輸入的加密報(bào)文，并讀取加密芯片輸出的電氣 量采樣參數(shù)重新計(jì)量用合并單元的電氣量采樣值，同時(shí)，CPU將該電氣量采樣值打包成 IEC61850-9-2協(xié)議的報(bào)文發(fā)出。
[0037] 加密報(bào)文，用于修改硬件加密卡中的加密參數(shù)，秘鑰交換等。
[0038] 本實(shí)施例中CPU包括傳輸模型單元，該傳輸模型單元將計(jì)量用合并單元的輸入信 號(hào)按照預(yù)置的傳輸模型進(jìn)行輸出，得到數(shù)字輸出信號(hào)。依據(jù)計(jì)量用合并單元的輸入信號(hào)類(lèi) 型，其輸入和輸出關(guān)系主要包括三種：
[0039] ①：模擬量輸入信號(hào)
[0040] 當(dāng)計(jì)量用合并單元的輸入信號(hào)為模擬量時(shí)，計(jì)量用合并單元的輸入幅值和輸出幅 值是一一對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性關(guān)系，可以直接建立線(xiàn)性模型，如下式（1)所示。
[0041 ] ②：時(shí)間同步的數(shù)字量輸入信號(hào)
[0042] 當(dāng)計(jì)量用合并單元的輸入信號(hào)為時(shí)間同步的數(shù)字量時(shí)，計(jì)量用合并單元輸入的數(shù) 字量和輸出的數(shù)字量的幅值時(shí)一一對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性關(guān)系，如下式（1)所示。
[0043] 輸入數(shù)字量和輸出數(shù)字量的相位通過(guò)調(diào)節(jié)移相時(shí)間實(shí)現(xiàn)，因此相位為加減關(guān)系， 如下式（2)所示。
[0044] ③：帶插值的數(shù)字量輸入信號(hào)
[0045] 當(dāng)計(jì)量合并單元的輸入信號(hào)為具有插值的數(shù)字量時(shí)，需要將該輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)線(xiàn)性 或者多階多項(xiàng)式進(jìn)行插值得到中間變量，則該中間變量與計(jì)量用合并單元的輸出信號(hào)的幅 值是一一對(duì)應(yīng)的線(xiàn)性關(guān)系，如下式（1)所示。
[0046] 插值移相的相位有額定延遲時(shí)間確定，如下式（2)所示。
[0047] 傳輸模型包括幅值傳輸模型和相位傳輸模型，其中，
[0048] ①：幅值傳輸模型Dciut的表達(dá)式為：
[0049] Dciut= AXD in+b (1)
[0050] 其中，A為幅度增益，Din為計(jì)量用合并單元的AD采樣值或者外部數(shù)字量的輸入值， b為幅度修正值。本實(shí)施例中幅度增益A和幅度修正值b是經(jīng)過(guò)溫度和線(xiàn)性修正后的最終 值。
[0051] ②：相位傳輸模型f的表達(dá)式為：
[0052]
(2)
[0053] 其中，約為額定延遲時(shí)間，菸為相位修正值，約和W可以有電氣量采樣值得到，也 可以由時(shí)間計(jì)算得到。
[0054] 上述傳輸模型的模型參數(shù)存儲(chǔ)在硬件加密卡的存儲(chǔ)器中，模型參數(shù)包括幅度增益 A、幅度修正值b、額定延遲時(shí)間約、相位修正值鈣和插值多項(xiàng)式。
[0055] 插值多項(xiàng)式，用于對(duì)計(jì)量用合并單元的數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行插值運(yùn)算得到中間變 量，中間變量依據(jù)幅值傳輸模型D ciJi行傳輸?shù)玫綌?shù)字輸出信號(hào)。
[0056] 本實(shí)施例中，依據(jù)加密參數(shù)值和傳輸模型即可以推算出計(jì)量用合并單元的輸出 值。
[0057] 最后應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是：所描述的實(shí)施例僅是本申請(qǐng)一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí) 施例?；诒旧暾?qǐng)中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得 的所有其他實(shí)施例，都屬于本申請(qǐng)保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種加密的計(jì)量用合并單元，其特征在于，所述計(jì)量用合并單元包括分別與CPU雙 向連接的通訊接口和硬件加密卡； 所述CPU通過(guò)通訊接口接收外部輸入的加密報(bào)文，并將所述加密報(bào)文發(fā)送至硬件加密 卡中進(jìn)行存儲(chǔ)和解密； 所述硬件加密卡，解密所述加密報(bào)文后得到所述計(jì)量用合并單元的電氣量采樣參數(shù)， 并將該電氣量采樣參數(shù)發(fā)送至CPU ;所述CPU依據(jù)傳輸模型和電氣量采樣參數(shù)重新計(jì)算所 述計(jì)量用合并單元的電氣量采樣值，并將該電氣量采樣值打包成IEC61850-9-2協(xié)議的報(bào) 文發(fā)出。2. 如權(quán)利要求1所述的一種加密的計(jì)量用合并單元，其特征在于，所述硬件加密卡包 括加密芯片和存儲(chǔ)器； 所述存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)所述加密報(bào)文、所述電氣量采樣參數(shù)和所述傳輸模型的模型參 數(shù)； 所述加密芯片，用于解密所述加密報(bào)文。3.如權(quán)利要求1所述的一種加密的計(jì)量用合并單元，其特征在于，所述CPU包括傳輸模 型單元；所述傳輸模型單元將計(jì)量用合并單元的輸入信號(hào)按照預(yù)置的傳輸模型進(jìn)行輸出， 得到數(shù)字輸出信號(hào)； 所述傳輸模型包括幅值傳輸模型和相位傳輸模型。4.如權(quán)利要求3所述的一種加密的計(jì)量用合并單元，其特征在于， 所述幅值傳輸模型的表達(dá)式為： D〇ut= AXD in+b⑴ 其中，A為幅度增益，Din為計(jì)量用合并單元的AD采樣值或者外部數(shù)字量的輸入值，b為 幅度修正值； 所述相位傳輸模型，的表達(dá)式為： (p- (p^C2) 其中，約為額定延遲時(shí)間，羚為相位修正值。5.如權(quán)利要求3所述的一種加密的計(jì)量用合并單元，其特征在于，所述傳輸模型的模 型參數(shù)存儲(chǔ)在硬件加密卡的存儲(chǔ)器中；所述模型參數(shù)包括幅度增益A、幅度修正值b、額定 延遲時(shí)間約、相位修正值鶴和插值多項(xiàng)式； 所述插值多項(xiàng)式，用于對(duì)計(jì)量用合并單元的數(shù)字輸入信號(hào)進(jìn)行插值運(yùn)算得到中間變 量，所述中間變量依據(jù)所述幅值傳輸模型〇_進(jìn)行傳輸?shù)玫綌?shù)字輸出信號(hào)。
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種加密的計(jì)量用合并單元，包括分別與CPU雙向連接的通訊接口和硬件加密卡；硬件加密卡包括加密芯片和存儲(chǔ)器。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的一種加密的計(jì)量用合并單元，應(yīng)用于電力系統(tǒng)的數(shù)字計(jì)量系統(tǒng)中，能夠防止計(jì)量用合并單元內(nèi)部數(shù)據(jù)被修改，保證了計(jì)量用合并單元計(jì)量的準(zhǔn)確性和公正性，為加快數(shù)字計(jì)量系統(tǒng)的建設(shè)奠定基礎(chǔ)。
【IPC分類(lèi)】H04L29/06, H04L9/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105099656
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510514204
【發(fā)明人】熊前柱, 胡浩亮, 李鶴, 李登云, 徐子立, 楊春燕, 聶琪, 雷民
【申請(qǐng)人】中國(guó)電力科學(xué)研究院, 國(guó)家電網(wǎng)公司
【公開(kāi)日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年8月20日