一种基于数据安全的线路接地故障检测方法

技术领域

本发明涉及线路故障检测领域，尤其是一种基于数据安全的线路接地故障检测方法。

背景技术

随着国家经济的高速发展，电力系统的规模也在日益壮大，网络结构变得越来越复杂，并且用户对供电的稳定性要求也越来越高，因此需要对电力系统不断加强和升级，避免在系统运行过程中发生故障，即使发生故障，也要在故障发生后迅速、准确的检测到故障并且找到故障发生位置，进而迅速排除故障，确保电力系统的安全运行，将损失降到最小，在确保故障检测效率的同时，还需考虑数据安全的问题，常用的线路接地故障检测方法往往忽略对采集数据的处理，导致采集数据存在安全隐患。

在中国专利文献上公开的“一种基于余弦相似度的配电网单相接地故障区段定位方法”，其公开号为CN111308264B，本发明涉及非有效接地配电网技术，具体涉及一种基于余弦相似度的配电网单相接地故障区段定位方法，包括建立待定位的中压配电网的电磁暂态数字仿真模型，包含110kV变电站主变压器模型、中压配电线路模型、配电变压器模型和负荷模型；在变电站中压配电线路母线处设置单相接地故障，获取各采样点处的标准波形数据；当实际配电网发生单相接地故障，通过现场各采集点处采样得到实际的故障暂态零序电流；基于余弦相似度求取实际故障暂态零序电流数据与标准波形数据的相似度；分析两个相邻采样点的故障暂态零序电流相似度差异，从而判断是两个相邻采样点之间发生单相接地故障或母线发生单相接地故障。但是公开号为CN111308264B的中国专利需要建立多个仿真模型，过程繁琐，且未对采集数据进行处理。

发明内容

本发明解决现有的线路接地故障检测方法在检测过程中由于未对采集数据进行处理导致采集数据存在安全隐患的问题，提出一种基于数据安全的线路接地故障检测方法，对采集到的数据进行加密处理，随后根据采集数据确定线路故障发生区域和时间，能够准确迅速检测到故障及其所在区域，在提高接地故障检测效率的同时，也能确保数据安全，保证电力系统的平稳运营。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种基于数据安全的线路接地故障检测方法，包括以下步骤：

S1，实时采集所有线路的零序电流数据；

S2，对采集到的零序电流数据进行加密处理；

S3，根据零序电流数据和时间戳，确定线路故障发生区域和时间；

S4，将故障区域和时间发送至电力系统中心。

本发明中，首先，利用对零序电流数据进行实时的采集，在采集完成后，对零序电流数据进行预处理，预处理完成后即可进行加密处理，将数据转化为加密图像进行传输；在传输完毕进行解密，解密后进行取值和比对，确定线路故障发生区域以及时间；最后将相关的数据发送到电力系统中心进行调度和备份；本发明的方法，在提高接地故障检测效率的同时，也能确保数据安全，保证电力系统的平稳运营，可广泛应用于电力系统的检测工作中。

作为优选，所述步骤S1具体为：利用所有线路检测点上的馈线终端装置采集零序电流数据；同时利用GNSS进行授时校准，生成高精度时间戳。

本发明中，在所有的线路中，间隔一定距离设置有若干个检测点，利用设置在检测点上的馈线终端装置对零序电流数据进行采集，在采集零序电流数据的同时，根据GNSS系统进行授时校准以生成高精度时间戳，高精度时间戳与采集到的数据一一对应。

作为优选，所述步骤S2包括以下步骤：

S21，对采集到的零序电流数据作希尔伯特变换，并得到滤除工频干扰后的零序电流数据；

S22，对滤除工频干扰后的零序电流数据进行变分模态分解得到x个零序电流分量；

S23，对x个零序电流分量转化为若干组并行电流数据，每组N位；

S24，将N位并行电流数据乘以一个N*N的加密变换矩阵得到顺序变化的N位并行电流数据；

S25，将顺序变化的每个N位并行电流数据插入M位加密码，并记录M位加密码的插入位置，得到N+M位的加密电流数据；

S26，对N+M位的加密电流数据进行归一化处理并乘以255，得到的数值作为RGB数据，按顺序三位一组得到若干组加密图像，不足三位补0。

本发明中，首先对采集到的零序电流数据进行预处理，预处理能够滤除工频干扰，得到滤除工频后的零序电流数据；利用变分模态分解将其分为若干个零序电流分量；将零序电流分量转化成并行电流数据，并与N*N的加密变换矩阵进行相乘得到顺序变化的N位并行电流数据，之后还设置有M位加密码进行随机插入，插入位置记录在电子密钥中；对加密电流数据进行归一化处理，转化为RGB数据，构成多组加密图像，利用加密图像进行加密传输；对零序电流数据的预处理以及加密处理确保了采集数据的安全，保证电力系统的安全运营。

作为优选，所述M位加密码的插入位置储存于电子密钥中，所述电子密钥还记录有加密图像补0位置和归一化处理的缩放系数，所述电子密钥无需通过加密传输。

本发明中，电子密钥中设置有加密码数据库，M位加密码从加密码数据库中调取，进一步保证数据安全；电子密钥中的加密图像补0位置以及归一化处理的缩放系数均存储在各自的存储区域，归一化处理的缩放系数一般不为1。

作为优选，所述步骤S3包括以下步骤：

S31，提取电子密钥和N*N的解密变换矩阵进行解密，得到滤除工频干扰后的零序电流数据；

S32，将滤除工频干扰后的零序电流数据分别与相应的时间戳进行一一对应，计算滤除工频干扰后的零序电流数据的基波幅值有效值的绝对值，作为比对量；

S33，若比对量小于预设阈值且持续的时间大于预设时长，则找到相应的线路检测点，确定该区域为故障区域，并记录下对应的时间戳。

本发明中，解密的过程，首先对加密图像进行逆处理，加密图像重新转化为RGB数据，进行重新整合排序后，每个数据均除以255以及除去归一化处理的缩放系数，得到N+M位的加密电流数据；又根据电子密钥中的M位加密码的插入位置，剔除M位加密码，得到N位并行电流数据，对其进行并行和串行数据的转换，得到对应的x个零序电流分量，最后得到滤除工频干扰后的零序电流数据。

作为优选，所述步骤S4具体为：把故障区域和时间通过电力系统内网发送至电力系统中心，电力系统中心进行分析后分配至相应的维修个人或者单位。

本发明中，对应的故障数据存储至电力系统中心进行备份，方便查看。

作为优选，所述N*N的加密变换矩阵的每行均只有一个非零单位，且各行的非零单位均不在同一列，所述N*N的解密变换矩阵为所述N*N的加密变换矩阵的逆矩阵。

本发明中，加密变换矩阵和解密变换矩阵为互逆矩阵，保证加密和机密的可实行性。

作为优选，所述希尔伯特变换具体为

本发明中，希尔伯特变换主要是为了能够实现的瞬时数据的提取，最终得到滤除工频的零序电流数据。

本发明的有益效果是：本发明的一种基于数据安全的线路接地故障检测方法，对采集到的数据进行加密处理，随后根据采集数据确定线路故障发生区域和时间，能够准确迅速检测到故障及其所在区域，在提高接地故障检测效率的同时，也能确保数据安全，保证电力系统的平稳且安全运营。

附图说明

图1是本申请一种基于数据安全的线路接地故障检测方法的流程图。

具体实施方式

实施例：

本实施例提出一种基于数据安全的线路接地故障检测方法，参考图1，包括以下多个步骤。

步骤S1，实时采集所有线路的零序电流数据；具体的，本步骤中，根据所有线路检测点之上的馈线终端装置采集零序电流数据，可设置相同的采集频率。

本实施例中，在所有的线路中，间隔一定距离设置有若干个检测点，利用设置在检测点上的馈线终端装置对零序电流数据进行采集，在采集零序电流数据的同时，根据GNSS系统进行授时校准以生成高精度时间戳，高精度时间戳与采集到的数据一一对应。

步骤S2，对采集到的零序电流数据进行加密处理；本步骤包括以下多个子步骤。

步骤S21，对采集到的零序电流数据作希尔伯特变换，并得到滤除工频干扰后的零序电流数据；本步骤为预处理步骤，具体的，希尔伯特变换表示为

本实施例中，希尔伯特变换主要是为了能够实现的瞬时数据的提取，最终得到滤除工频的零序电流数据。

步骤S22，对滤除工频干扰后的零序电流数据进行变分模态分解得到x个零序电流分量；具体的，变分模态分解参数可利用黏菌算法获取，最终得到x个零序电流分量。

步骤S23，对x个零序电流分量转化为若干组并行电流数据，每组N位；具体的，将电流分量转化为多组并行电流数据，具体的组数根据x和N确定。

步骤S24，将N位并行电流数据乘以一个N*N的加密变换矩阵得到顺序变化的N位并行电流数据。具体的，加密变换矩阵可以从矩阵数据库中提取并且组合而成，保证得到顺序变化的N位并行电流数据。

步骤S25，将顺序变化的每个N位并行电流数据插入M位加密码，并记录M位加密码的插入位置，得到N+M位的加密电流数据。具体的，M位加密码的插入位置分布为随机性分布。

步骤S26，对N+M位的加密电流数据进行归一化处理并乘以255，得到的数值作为RGB数据，按顺序三位一组得到若干组加密图像，不足三位补0。具体的，得到的若干组加密图像按顺序排列后进行传输。

本实施例中，首先对采集到的零序电流数据进行预处理，预处理能够滤除工频干扰，得到滤除工频后的零序电流数据；利用变分模态分解将其分为若干个零序电流分量；将零序电流分量转化成并行电流数据，并与N*N的加密变换矩阵进行相乘得到顺序变化的N位并行电流数据，之后还设置有M位加密码进行随机插入，插入位置记录在电子密钥中；对加密电流数据进行归一化处理，转化为RGB数据，构成多组加密图像，利用加密图像进行加密传输；对零序电流数据的预处理以及加密处理确保了采集数据的安全，保证电力系统的安全运营。

M位加密码的插入位置储存于电子密钥中，电子密钥还记录有加密图像补0位置和归一化处理的缩放系数，电子密钥无需通过加密传输。本实施例中，电子密钥中设置有加密码数据库，M位加密码从加密码数据库中调取，进一步保证数据安全；电子密钥中的加密图像补0位置以及归一化处理的缩放系数均存储在各自的存储区域，归一化处理的缩放系数一般不为1。

步骤S3，根据零序电流数据和时间戳，确定线路故障发生区域和时间；本步骤包括以下多个子步骤。

步骤S31，提取电子密钥和N*N的解密变换矩阵进行解密，得到滤除工频干扰后的零序电流数据；本步骤为解密步骤，具体的，首先对加密图像进行逆处理，加密图像重新转化为RGB数据，进行重新整合排序后，每个数据均除以255以及除去归一化处理的缩放系数，得到N+M位的加密电流数据；又根据电子密钥中的M位加密码的插入位置，剔除M位加密码，得到N位并行电流数据，对其进行并行和串行数据的转换，得到对应的x个零序电流分量，最后得到滤除工频干扰后的零序电流数据。

步骤S32，把滤除工频干扰后的零序电流数据分别与相应的时间戳进行一一对应，计算滤除工频干扰后的零序电流数据的基波幅值有效值的绝对值，作为比对量；具体的，比对量在计算得到后，依次进行比对。

步骤S33，如果比对量小于预设阈值且持续的时间大于预设时长，找到相应的线路检测点，确定该区域为故障区域，并记录下对应的时间戳。具体的，重复该步骤，直至遍历完整线路。

步骤S4，把故障区域和时间发送至电力系统中心。具体的，将故障区域和时间通过电力系统内网发送至电力系统中心，电力系统中心进行分析后分配至相应的维修个人或者单位。本实施例中，相应的故障数据存储至电力系统中心进行备份，方便查看。

本发明中，首先，利用对零序电流数据进行实时的采集，在采集完成后，对零序电流数据进行预处理，预处理完成后即可进行加密处理，将数据转化为加密图像进行传输；在传输完毕进行解密，解密后进行取值和比对，确定线路故障发生区域以及时间；最后将相关的数据发送到电力系统中心进行调度和备份；本发明的方法，在提高接地故障检测效率的同时，也能确保数据安全，保证电力系统的平稳运营，可广泛应用于电力系统的检测工作中。

对于本发明，涉及到线路检测点上的馈线终端装置以及授时模块，线路检测点与电力系统中心之间通讯连接，而对于本发明方法中用于加密的加密模块，设置在馈线终端装置的一侧，与馈线终端装置电连接，同时也与电力系统中心通讯连接；在电力系统中心中，设置有解密模块和故障数据备份模块，解密模块用于对接收到的加密数据的解密操作，解密模块能够同时接收加密数据以及电子密钥，并在模块内将加密数据以及电子密钥进行整合。

上述实施例是对本发明的进一步阐述和说明，以便于理解，并不是对本发明的任何限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。