电力调度业务的重点动态领域方法及管理系统

［全］电力调度业务的重点动态领域方法及管理系统

电力调度数据网是现代大型互联电网的重要组成部分，是实现电

网调度自动化的基础。随着信息与通信技术的迅猛发展，电力

调度数据网的规模不断扩大，承载的业务类型不断增多，使得

它在电力系统调度运行和日常管理中的作用愈发突出。由于大量

关键的调度监控信息都是通过电力调度数据网传输的，因此采

用先进的信息加密、身份认证、入侵检测、物理隔离等安全防

护措施保障其信息传输的安全性具有非常重要的实际意义。

经典的信息加密认证措施基于特定数学问题的计算复杂性，在分

布式计算、云计算和量子计算等数值计算能力日益发展的今天,

经典密码学无法保障数据传输的绝对安全，而量子密码学基于

量子测不准原理，量子态测量塌缩和未知量子态不可克隆等物理

定理，可以很好地保障信息传输的长期和绝对安全。量子密钥

分配(QKD),是一种基于量子力学定理，在收发双方间生成和

分发无条件安全密钥的当今最为成熟的量子密码技术。点对点

QKD系统由量子通道和经典通道组成，量子信道基于光纤或自

由空间实现量子信号的安全传输，经典信道借助现有通信链路

进行收发双方协商以获得最终的安全对称密钥。QKD网络基于

光学节点、可信中继节点或量子中继节点将多个点对点QKD链

路组合，形成可实现多对多量子密钥分发的实用化物理系统。

目前国家电网拥有的统一数字证书系统，可以为电力安全web

服务、纵向加密认证网管、反向物理隔离装置、调度控制系统

的远程拨号访问、电力市场报价系统，配电终端芯片等提供身

份认证服务。电力系统现有的专用用电信息密钥管理系统，可以

为用电信息采集系统提供密钥生成、传递、备份、恢复、更新、

应用的全过程管理。目前的电力调度业务系统，遵循电力信息

业务系统〃安全分区、网络专用、横向隔离、纵向认证〃的原则，

配置了网络隔离和纵向认证设备，并主要对安全一区多数业务

和二区的电能量计费业务，三区的用电信息采集业务进行数据

加密，在一定程度上保障了电力调度系统的信息安全。但由于这

些安全措施基于经典密码算法，且密钥更新频率较低，并且还

有相当数量的电力业务采用明文传输方式，存在着较大的信息

安全隐患。

因此，在实现本申请的过程中，发明人发现现有技术至少存在以

下缺陷：当前电力调度业务存在较大的安全隐患。

问题拆分

方法包括：将调度数据网中的各站点按照预设规则进行分级处

理，并基于各站点确定各业务的优先等级；根据各业务的重要

理，并且基于每个站点确定站点内各业务的优先等级；其中，

所述优先等级是指各业务需要加密的优先程度；根据站点内各

业务的重要程度和预测的业务流量，确定量子密钥的使用形式;

其中，所述重要程度是指业务所承担作用的大小程度；所述使

用形式是指在哪里使用量子密钥替代哪些原有经典密钥；基于

量子密钥的使用形式将量子密钥预分配给站点内各业务；基于

各业务的优先等级以及预测的业务流量，根据实际需求对量子密

钥的分配进行动态调整；根据各级调度网络架构、主备站工作

方式和链路健康状态，为量子密钥动态分配最优中继路由然后

基于最优中继路由实现量子密钥对业务的加密传输；所述根据

实际需求对量子密钥的分配进行动态调整的步骤还包括：基于

电力调度数据网建立业务流量预测模型并得到预测的流量数据;

获取实时业务流量数据并且根据实时业务流量数据对预测模型

中的参数进行调整；获取各个业务的流量平均值和时段分布特

性并且根据实际运行情况进行流量分布统计；所述获取实时业

务流量数据并且根据实时业务流量数据对预测模型中的参数进

行调整的步骤还包括：对站点间各业务流量进行实时统计，得

到各业务实际流量及其时段分布数据；根据各级站点的属性表,

获得各站点的实际密钥生成量及所属各业务的总量子密钥实际

消耗量；根据密钥生成量和消耗量的偏差，对基于流量模型确

定的预分配密钥量进行实时的调整；实时更新预测流量模型参

数以使得预测流量和实测流量相匹配。

S2

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图1

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将电力调度

数据网中的各站点按照预设规则进行分级处理的步骤还包括：

将电力调度数据网抽象成一个由主站和子站构成的多层分级架

构；其中，主站为各级调度中心以及相应的备站点；子站为主

站下属的厂站；按电力调度数据网的网架结构将其分为核心层、

骨干层和接入层；其中，若电力调度数据网为星型结构，核心

层由主节点和备用节点构成；骨干层包括直接与核心层相连的调

度节点和直属高电压变电站，骨干层与核心层之间采用星型拓

扑进行连接；接入层包含与骨干层直接相连的若干低电压变电

站和发电厂，均采用双归结构与骨干层相连；若电力调度数据

网为网状结构，骨干层节点以环形或网状相连，再与核心层节点

以网状方式连接；基于上述分层确定各站点的分层级别。

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图2

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述业务流量根

据如下公式计算：其中，所述业务流量为基于连接两个相关节

点的业务端面并且按时段进行统计的；式中，t表示时段，n为

自然数；为按时段考虑的业务断面的第n类业务流量；为业务

断面上第n类业务的基础业务流量；为业务断面上第n类业务

的数量；①1为冗余因子系数；①2为容灾因子系数；①3为业

务断面上第n类多个业务之间的并发因子系数；根据各业务流

量可获得站点业务总流量

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述量子密钥的

预分配量通过如下公式计算：式中，Kn(t)为第n类业务预分

配得到的量子密钥量，为两站点间业务断面下所有类型的业务

流量之和，Q⑴为两站点间预分配的量子密钥总量，an为第n

类业务的优先等级；其中，基于量子密钥分配需要考虑不同站

点的分配以及站点内各业务的分配，由此先对各站点预分配量

子密钥总量Q(t),然后对各业务进行分配；包括：分层次考虑量

子密钥的预分配，第一层是多站点间量子密钥的分配，第二层

是站点内多业务间量子密钥的分配，对第一层分配，由于各站

点等级以及预测的业务流量的不同，使得每个站点需要的密钥量

不同，为每个站点建立一个对应的密钥池，用来缓存数据加密

所需的量子密钥用Q⑴表示为各站点预分配的量子密钥总量,

对第二层的分配，利用上述公式获得不同业务的量子密钥预分

配量。

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图5

图6

5.根据权利要求L4任一项所述的方法,其特征在于，所述优

先等级根据业务实时性、传输优先级和重要程度综合确定；其

中，电力调度数据网业务包括电力业务安全I区的业务和电力

生产实时业务II区的业务，使得优先等级还需要考虑不同区的影

响；所述最优中继路由基于业务流向和网络状态，采用Dijkstra

算法选择通过最少中继节点和最多密钥存储量的站点作为量子

密钥最优中继路由；其中，网络状态包括量子密钥分发网络架

构、各链路健康状态与拥塞程度和各业务流量大小。

6.根据权利要求1-4彳壬一项所述的方法,其特征在于,所述为

量子密钥动态分配最优中继路由的步骤之前还包括：将量子密

钥按不同站点不同业务进行分区存储；其中，对每一区的量子密

钥，按照字节数依次分段存储；两站点间进行密钥应用方式协

商，确定量子密钥替代经典密钥的方式是身份认证密钥、会话

密钥还是主密钥；若量子密钥替代会话密钥，利用如下关系式

确定量子密钥的更新频率；式中，fi(t)为第i个业务的量子密钥

更新频率，Vi(t)为第i个业务的数据传输速率,Ki⑴为第i个业

务的量子密钥量,Wi(t)为第i个业务的数据传输速率均值,ai

为第i类业务的优先等级。

7.一种量子密钥动态供给管理系统，其特征在于，包括：量子密

钥分配终端，用于在两站点之间生成对称的量子密钥，并发送给

密钥服务器；其中，两站点之间通过数据加密通道进行通信；量

子密钥分配终端之间通过量子通道进行密钥分配；密钥服务器,

用于对本端的量子密钥分配终端生成的量子密钥进行存储、分发

与管理；站点业务模块，用于从本端的密钥服务器模块读取量子

密钥并与密钥管理模块通信；密钥管理模块，用于对量子密钥的

使用管理、站点注册信息的记录以及站点间量子密钥使用进行管

理控制；所述管理系统通过量子密钥分配终端、密钥服务器、站

点业务模块以及密钥管理模块实现如权