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智能变电站通信网络实时性与安全性研究

作　者: 秦川红
导　师: 王宁
学　校: 大连理工大学
专　业: 电机与电器
关键词: 智能变电站 实时性 VLAN 安全性
分类号: TM63
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要


智能电网是实现全社会低碳发展的关键,而智能变电站作为智能电网的一个重要组成部分,是把电力输送到家家户户不可或缺的关键平台,更是实现太阳能、风能等新能源接入电网的重要支撑。伴随着智能变电站的快速发展,对其通信网络实时性和安全性深入研究的要求迫在眉睫。论文针对智能变电站实时性的研究,主要通过采用多个VLAN的划分方法和优先级标签技术提高智能变电站通信网络实时性,将同一工作性质的智能电子设备划分在同一个VLAN中,减少跨VLAN的数据通信。研究中以D2-1型变电站为研究对象,对采用VLAN划分技术和优先级标签技术智能变电站的数据流进行了详细分析,并基于OPNET Modeler仿真软件进行了星型拓扑结构和环型拓扑结构智能变电站的仿真。仿真结果表明,多个VLAN的划分方法和优先级标签技术对两种拓扑结构的智能变电站都适用。采用了VLAN划分技术后,不仅智能变电站的网络延时和端到端延时都大大减少,也抑制了广播信息的泛滥,将采样值报文限定在单个VLAN范围内,同时还减轻了星型拓扑结构里中央交换机的负荷,提高了整个智能变电站通信网络的实时性。论文针对智能变电站安全性的研究,采用了SHA-256安全散列算法与DES数据加密标准相结合进行报文扩展实现认证的方法。首先,通过SHA-256算法进行安全认证码SAC的扩展,并基于Modelsim仿真软件进行了逻辑仿真和时序仿真。时序仿真结果表明,当采用50MHz的时钟时,算法耗时大约只有几微秒,说明该算法能够进行安全认证码SAC的扩展；其次,通过FPGA芯片实现SHA-256算法并通过七段数码管进行显示验证；最后,基于C++语言的DES加／解密算法实现了消息认证码MAC的扩展。通过报文扩展的实现进行智能电子设备间的认证,认证过程中总共有8次SHA-256安全散列、2次DES加密和2次解密过程,总共耗费时间约为几百微秒,对智能变电站实时性的影响比较小,满足IEC61850标准的要求。通过认证可以抵抗对数据的机密性、有效性、完整性等恶意的攻击,提高了通信网络的安全性能。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-17
  1.1 选题背景及意义  9-11
  1.2 智能变电站采用虚拟局域网VLAN的发展现状  11-15
    1.2.1 VLAN及其划分方法  11-12
    1.2.2 智能变电站采用VLAN划分的优势  12-13
    1.2.3 智能变电站实时性的研究现状  13-14
    1.2.4 智能变电站安全性的研究现状  14-15
  1.3 论文内容安排  15-17
2 智能变电站通信网络及性能的研究  17-27
  2.1 智能变电站通信网络拓扑结构及架构体系分析  17-20
  2.2 智能变电站通信网络的性能要求  20-25
    2.2.1 IEC61850标准介绍  20-21
    2.2.2 智能变电站实时性的规定  21-23
    2.2.3 智能变电站安全性的规定  23-25
  2.3 智能变电站的安全威胁分析及对策  25-26
  2.4 本章小结  26-27
3 采用VLAN的智能变电站通信网络实时性研究  27-43
  3.1 智能变电站通信网络的实时性分析  27-28
  3.2 采用VLAN的智能变电站数据流建模  28-32
  3.3 基于OPNET网络仿真软件的智能变电站建模仿真  32-42
    3.3.1 OPNET仿真软件  32-33
    3.3.2 基于OPNET的建模仿真  33-37
    3.3.3 仿真结果分析  37-42
  3.4 本章小结  42-43
4 智能变电站通信网络安全认证码的扩展研究和实现  43-58
  4.1 安全性研究的重要性  43-44
  4.2 安全认证码的扩展研究  44-48
    4.2.1 安全认证码分析  44-46
    4.2.2 通过安全散列算法SHA-256实现扩展  46-48
  4.3 基于Modelsim的智能变电站安全认证码的仿真研究  48-54
    4.3.1 Modelsim简介  48-49
    4.3.2 基于Modesim的SHA-256逻辑仿真研究  49-52
    4.3.3 基于Modelsim的SHA-256时序仿真研究  52-54
  4.4 基于FPGA的SHA-256算法验证  54-57
  4.5 本章小结  57-58
5 智能变电站通信网络消息认证码的扩展研究和实现  58-65
  5.1 消息认证码的扩展研究  58-62
    5.1.1 数据加密标准DES的分析  58-60
    5.1.2 通过数据加密标准DES实现扩展  60-62
  5.2 基于C++的DES加密实现及结果分析  62-64
  5.3 本章小结  64-65
结论  65-66
参考文献  66-72
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  72-73
致谢  73-74

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中图分类: > 工业技术 > 电工技术 > 发电、发电厂 > 变电所
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