[发明专利]配电系统安全接入通信系统和方法

说明书

技术领域

本专利涉及通信系统和在配电系统中提供通信的方法。

背景技术

配电系统包括将电源耦合于负载同时藉由电路保护、故障隔离、电路重构 (一般针对处于困境的负载侧用户的服务恢复)和系统恢复正常功能保护配电 基础设施和维护服务的技术。例如，配电系统可包括电路切换和故障保护设备， 其包括：例如断路器的电源保护设备；例如熔丝的负载保护设备；以及例如故 障中断器、分段器、自动开关等的故障保护设备，它将配电线分段并允许故障 隔离。尽管可采用多种策略管理配电系统以维护服务并保护配电系统，但故障 保护设备典型地以协同方式工作以优化配电系统的性能并最小化服务中断的 范围和持续时间。也就是说，在最靠近故障的故障保护设备处隔离故障以保护 电源并对电源和故障保护设备之间的负载保持服务。

同时，配电系统应当是可以在高级性能下以低负担管理，恢复和操作的。 由于配电系统中大量组装允许操作者管理和控制电力分配并保护配电基础设 施的分布式智能设备，这些目的变得难以实现。

几十年来已将广域通信系统作为提高配电系统自动化的手段使用以提供 管理、改善的操作和系统恢复。这些系统负责在中压馈路/配电线上控制至用 户的电源/变电站的电力分配，并且由于在宽阔地理区域提供光纤或其它固定 通信介质的高成本，这些系统一般为基于无线电的。商用通信产品的一个例子 包括由Schlumberger公司出售的Utilinet无线电设备。多数这些产品与 SCADA系统或例如从伊利诺斯、芝加哥的S&C电力公司购买的 电路重构系统的其它低速至中速通信应用设施一起使用。

另一方面，配电系统的的管理和控制、尤其是故障保护的许多方面要求高 速(低等待时间)和高可靠性的通信。这类系统同样较佳地基于无线电以利用 简单和低成本的安装。该系统的一个示例包括可从S&C电力公司购得的 HRDS系统。这些系统针对每一对通信设备利用专门的点对点链路和专门 的通信信道。名为Freewave Communications的公司提供现成的基于无线电 的产品，该产品可结合Schweitzer工程师实验室公司(SEL)镜像比特通信 协议使用。通过这两种技术，可在基于无线电的通信基础设施上的两互连 的配电自动控制设备之间传递数字状态点。

网状拓朴通信系统、基于因特网自组织(Ad-Hoc)路由方法的通信系 统、扩频无线电通信系统以及尤其基于IEEE 802.11标准的无线网络通信架 构已找到为配电系统提供基于无线电的通信基础设施的应用。802.11标准 实际上使用现成的硬件和软件提供简单和容易实现的方案。

安全性对于保护配电基础设施不受未经授权接入、重构或错构甚至是 恐怖袭击的影响是非常重要的。根据IEEE802.11标准的安全性例如分成两 层。没有一个单元提供难以渗透的保护壁垒，因此保护建立在工作方法和 具体行为的层面上。

IEEE标准提供两个基本网络构架：基础设施和自组织。在基础设施型网 络中，具有主站，它被称为接入点(AP)，用来广播其身份，即服务设置标识 符或SSID，并对关联请求作出应答。想要与AP关联的无线站发出请求并作为 回应接收一消息，该消息指示现在正与AP关联。AP进行控制，使所有关联的 站轮流以避免冲突——一次形成两次发送。

在自组织网络中，其本身没有主站或接入点，仅为表示它们加入自组织网 络的意愿的附近站台的集合。这是通过特定类型的网络管理消息的传输而实现 的。同样存在自组织连网中产生的区别，即尝试启用一自组织网络的站，和在 有仅希望加入的站的情形下碰巧形成自组织网络时仅希望加入自组织网络的 站。

在自组织网络设置过程中，除非至少一个站发出请求其它站加入自组织网 络的消息，否则什么也不发生。在范围内可以有十个潜在的加入方，但是不形 成网络，除非至少一个站提出该主意。提出主意是通过特殊管理消息实现的。

802.11标准也提供使每个AP配置成广播BEACON帧。BEACON帧的周期可 调整，但在每种情形下都必须提供BEACON帧。此外，BEACON帧必须包含最小 数据集，其包括：时戳、信标间隔、能力信息、SSID、支持的速率、FH/DS/CF 参数集中的一个、IBSS参数集(针对自组织网络)以及AP的TIM。SSID 是一种识别AP的口令。SSID在BEACON中可设置为空，在该情形下 BEACON尽管仍然由AP广播但不识别该AP。