一种基于量子技术应用的变电站在线监测方法与系统与流程

本发明涉及量子变电站应用，具体是涉及一种基于量子技术应用的变电站在线监测方法与系统。

背景技术：

1、变电站是指电力系统中对电压和电流进行变换，接收电能及分配电能的场所。在发电厂内的变电站是升压变电站，其作用是将发电机发出的电能升压后馈送到高压电网中。随着数字化通信技术的发展，数字化变电站建设也逐步成为变电站建设的主流趋势，数字化变电站采用多层网关结构，即有一个总的网关（流量网关）接入所有的流量，并分发给不同的子系统，还有第二级网关（执行网关）用于做各个子系统的接入网关，网关所管理的指令粒度可粗可细，通过网关，我们可以把分布式架构组织成一个星型架构，由网络对变电站的请求进行路由和分发至各变电站设备。

2、在现有的数字化变电站的建设模式下，存在着当变电站系统同时接收到多个类似的指令请求时，会分配至同一执行网关进行执行分发，会造成单一执行网关流量负载激增，影响整个变电站系统的响应速度，且在设备算力爆炸式增长的环境下，现有的变电站系统的通信模式存在的极大的数据泄露安全隐患，基于此，本方案提出一种基于量子技术应用的变电站在线监测方法与系统。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，提供一种基于量子技术应用的变电站在线监测方法与系统，本技术方案解决了上述的现有的数据化变电站建设方案会导致单一执行网关流量负载激增，影响整个变电站系统的响应速度和现有的变电站系统的通信模式存在的极大的数据泄露安全隐患的问题。

2、为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：

3、一种基于量子技术应用的变电站在线监测方法，包括：

4、获取至少一个接入智能在线监测系统的变电站设备，并基于变电站设备的指令属性，将每个变电站设备拆分出若干个指令请求，并基于指令分配算法确定每一个指令请求对应的执行网关，并于对应的执行网关进行指令注册；

5、变电站设备基于量子通信技术向监测中控终端发送请求指令；

6、监测中控终端实时接收所有变电站设备的请求指令，并剔除其中的非法请求和无效请求，获取有效请求；

7、识别有效请求中，是否存在导致安全风险的有效请求；

8、若是，则将对该有效请求对应的变电站设备进行鉴权，若鉴权通过，则将该有效请求发送至执行网关进行执行，若鉴权不通过，则将该有效请求对应的量子通信数据进行安全检测；

9、若否，则将各有效请求发送至各执行网关进行执行。

10、优选的，所述指令分配算法具体包括：

11、确定当前的执行网关数量n和指令请求的总数量m；

12、随机生成n个总和为m且大于1的随机数，组成n维随机数组a，，为生成的第i个随机数；

13、遍历生成所有满足条件的n维随机数组，组成分组限制条件；

14、基于分组限制条件，确定若干种候选指令组分配方案；

15、基于相关性识别算法，确定每一种候选指令组分配方案下的指令相关性指标，并确定指令相关性指标最小的候选指令组分配方案作为最佳指令组分配方案；

16、基于最佳指令组分配方案，采用负载均衡算法确定每个执行网关对应的指令请求，并于对应的执行网关进行指令注册。

17、优选的，所述基于分组限制条件，确定若干种候选指令组分配方案具体包括：

18、按照i从1到n顺序，随机从所有指令请求中抽取个指令请求，作为对应的指令请求组，确定n维随机数组中所有元素对应的指令请求组，得到n维随机数组的一个分组方案，至此完成一次n维随机数组对应的分组动作；

19、重复若干次n维随机数组对应的分组动作，直到无法生成新的分组方案，完成n维随机数组完全分组动作；

20、遍历完成分组限制条件中所有n维随机数组完全分组动作，将得到的所有分组方案记为候选指令组分配方案。

21、优选的，所述相关性识别算法具体包括：

22、确定所有指令请求中，两两之间的指令关联指标；

23、将候选指令组分配方案中每组指令请求组中的指令请求进行两两配对，得到指令请求组对应的若干个指令请求对；

24、基于关联性计算公式，计算候选指令组分配方案中每组指令请求组配对关联指标；

25、将候选指令组分配方案中所有组指令请求组配对关联指标求平均值，得到候选指令组分配方案下的指令相关性指标；

26、所述关联性计算公式为：

27、；

28、其中，为指令请求组配对关联指标，为指令请求组的第j对指令请求对的指令关联指标，为指令请求组的指令请求对总数；

29、其中，确定所有指令请求中，两两之间的指令关联指标具体步骤为：

30、分别记待计算指令关联指标的指令请求为和；

31、确定历史指令请求中，出现的指令请求的次数、出现的指令请求的次数和同时出现和的指令请求的次数；

32、则和之间的指令关联指标为：

33、；

34、式中，为和之间的指令关联指标，为历史指令请求中出现的指令请求的次数，为历史指令请求中出现的指令请求的次数，为历史指令请求中同时出现和的指令请求的次数。

35、优选的，所述负载均衡算法具体为：

36、确定每个执行网关的流量负载能力；

37、获取历史指令请求中，每种指令请求的出现频率；

38、确定每种指令请求的负载需求；

39、将最佳指令组分配方案中每个指令请求组随机与每个执行网关进行配对，得到若干个指令配对方案；

40、基于负载均衡算法，计算每一个指令配对方案的负载均衡指标；

41、筛选出负载均衡指标最小的指令配对方案，作为最佳指令配对方案；

42、确定最佳指令配对方案中，每个执行网关对应的指令请求组，将执行网关对应的指令请求组注册至执行网关中；

43、所述负载均衡算法具体为：

44、；

45、式中，为指令配对方案的负载均衡指标，为第i个执行网关的流量负载能力，为指令配对方案中与第i个执行网关配对的指令请求组中第k个指令请求的负载需求，为指令配对方案中与第i个执行网关配对的指令请求组中第k个指令请求的出现频率，为指令配对方案中与第i个执行网关配对的指令请求组中的指令请求总数。

46、优选的，所述变电站设备基于量子通信技术向监测中控终端发送请求指令具体包括：

47、基于变电站设备的请求指令生成一请求指令数字化数据；

48、确定变电站设备与监测中控终端之间的通讯密钥；

49、基于请求指令数字化数据和通讯密钥，变电站设备端通过雷射的方式发出若干带有信息的光子组成的光子流；

50、监测中控终端基于通讯密钥，采用对应的偏振的方式对光子流进行量测，得到请求指令数字化数据；

51、其中，变电站设备端通过雷射的方式发出若干带有信息的光子组成的光子流具体为：

52、若通讯密钥的数字状态为0、请求指令数字化数据的数字状态为0，则变电站设备端通过雷射的方式发出上下偏振的光子；

53、若通讯密钥的数字状态为0、请求指令数字化数据的数字状态为1，则变电站设备端通过雷射的方式发出左右偏振的光子；

54、若通讯密钥的数字状态为1、请求指令数字化数据的数字状态为0，则变电站设备端通过雷射的方式发出正45度偏振的光子；

55、若通讯密钥的数字状态为1、请求指令数字化数据的数字状态为1，则变电站设备端通过雷射的方式发出负45度偏振的光子。

56、优选的，所述将该有效请求对应的量子通信数据进行安全检测具体包括：

57、将该有效请求对应的量子通信数据记为初始量子通信数据；

58、将该有效请求对应的请求指令数字化数据通过另一条光纤链路发送至监测中控终端，记为比对量子通信数据；

59、从比对量子通信数据和初始量子通信数据中提取若干个相同数字序列的若干个数字状态，并将数字状态存在差异的数字状态总数在提取的数字状态总数量中的占比，记为异常比对指标；

60、判断异常比对指标是否大于误码率阈值，若是，则判定初始量子通信数据存在安全风险，将初始量子通信数据对应的光纤链路进行通信隔离，若否，则判定初始量子通信数据不存在安全风险。

61、进一步的，提出一种基于量子技术应用的变电站在线监测系统，用于实现如上述的基于量子技术应用的变电站在线监测方法，包括：

62、变电站物联网关系统，所述变电站物联网关系统包括流量网关和至少一个执行网关，所述流量网关用于对有效请求对应的变电站设备进行鉴权，所述执行网关用于将各有效请求路由至各变电站设备进行执行；

63、监测中控终端，所述监测中控终端与所述变电站物联网关系统通信连接，所述监测中控终端用于实时接收所有变电站设备的请求指令，并剔除其中的非法请求和无效请求，获取有效请求；

64、量子通信系统，所述量子通信系统包括设置于变电站设备端的雷射发生装置和设置于监测中控终端的偏光量测装置，所述量子通信系统用于使变电站设备基于量子通信技术向监测中控终端发送请求指令。

65、可选地，所述监测中控终端包括：

66、请求识别单元，所述请求识别单元用于实时接收所有变电站设备的请求指令，并剔除其中的非法请求和无效请求，获取有效请求，并识别有效请求中，是否存在导致安全风险的有效请求；

67、通信安全检测单元，所述通信安全检测单元用于将鉴权不通过的有效请求对应的量子通信数据进行安全检测。

68、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

69、本发明提出一种基于量子技术应用的变电站在线监测系统，基于变电站系统历史运行过程中，各种指令请求的同时被请求的概率计算指令请求中，两两之间的指令关联指标，并基于指令请求中，两两之间的指令关联指标将同时被请求的指令请求尽可能的分散到多个不同的执行网关中，保证当多个相似的指令被同时请求时，可以保持多指令请求的同时请求响应，避免出现单一执行网关流量负载激增的情况，保证变电站系统对于接入设备的请求响应速度，提高变电站系统的设备集群的指令水平；

70、采用量子加密的方式进行变电站通信和监测，基于光子的特定性质，采用光子的偏振属性来进行数字化信息的传输，即使数据在光纤线路中被窃取，也杜绝了加密数据被暴力破解的可能，同时还可及时的发现光纤线路中的第三方窃听者，进而有效的保证了变电站系统的在线通信的安全性。