引言：

分布式电气自动化系统作为电力系统的重要组成部分，主要对电力系统中的电压、电流、频率和有功功率等运行参数进行实时监控，并及时向电力系统管理人员汇报运行中发生的故障情况，从而确保电力系统安全、稳定运行。近年来，随着我国电力行业的快速发展，分布式电气自动化系统的应用范围也越来越广，其功能也得到不断提升。然而，由于分布式电气自动化系统所处环境的复杂性与不确定性，对其通信协议性能提出了更高要求。因此，如何提高分布式电气自动化系统中通信协议的性能，以及如何保障分布式电气自动化系统数据传输的安全性和可靠性是目前亟待解决的问题。

一、分布式电气自动化系统概述

1.系统结构与组成

分布式电气自动化系统（distributed electronic automation systems, DASS）是一个开放的系统，它采用分布式控制，将分布于不同地点的控制系统和不同的执行机构连接起来，通过通信网络实现对多个节点的远程控制。DASS主要由调度中心、调度分站和远动终端组成。调度中心是 DASS的核心部分，它主要负责系统运行状态的监视、控制和保护决策。调度分站是 DASS的执行机构，它在调度中心的统一指挥下完成各种电气自动化功能，包括对 DASS及相关设备运行状态进行监视和控制。

2.通信需求与特点

分布式电气自动化系统的通信需求主要表现在两个方面：一方面是监控主站系统，另一方面是现场设备。监控主站系统的通信主要包括控制中心与主站之间的通信和变电站与变电站之间的通信，并通过变电站内的通信网络实现。现场设备的通信主要是实现各现场设备与主站之间的数据传输。

由于分布式电气自动化系统控制策略灵活多样，因此，其对通信网络也提出了不同的要求，这主要表现在两个方面：一是监控主站系统对设备的控制信息需要通过通信网络发送到变电站内；二是监控主站系统需要实时掌握现场设备状态。因此，分布式电气自动化系统的通信网络必须具备良好的实时性、可靠性和灵活性。

二、通信协议优化设计

1.现有通信协议存在的问题

目前，我国电网系统普遍使用的通信协议为IEC61850，是一种面向电力系统自动化的通信标准，适用于变电站自动化和配电自动化的通信。但随着电网规模不断扩大，变电站数量越来越多，通信协议在不同通信环境下存在诸多问题。

第一，电力系统中的一些数据信息量巨大，现有通信协议对信息进行压缩处理后仍然无法满足需求。

第二，现有协议对网络的可靠性要求较高，而电力系统中线路情况复杂，且在不同的通信环境下网络的可靠性要求有所差异。

第三，电力系统中有些设备具有冗余特性，如果采用传统的通信协议，将会增加设备的成本。

2.提出优化方案

在通信协议的优化中，首先对通信报文进行分类，在此基础上提出通信协议的优化方案。对每一种类型的报文提出不同的优化方法。例如，针对数据量较小的报文，可采用分段传输方式；对于数据量较大的报文，则采用多个通信节点同步发送的方式。

在传输过程中，根据节点的数据量大小和信道状况对接收节点进行合理分组。为减少分组时产生的等待时间，可根据报文在节点间传输时是否需要进行确认，采用先接收再发送方式。接收端首先对各节点发送过来的数据进行接收，然后判断各节点是否需要进行确认，若不需要确认则继续对下一个数据包进行接收。

三、数据传输安全技术研究

1.数据传输安全的必要性

由于分布式电气自动化系统采用网络技术作为信息交互的主要方式，信息交互的安全性对系统的正常运行起着至关重要的作用。电力系统中存在大量的非结构化数据，这些数据不适合直接进行传输，需要在传输前进行加密处理。此外，分布式电气自动化系统中各功能模块之间的数据传输需要在安全区域内进行，对于需要保密的信息，可以通过设置安全区域来进行隔离。但分布式电气自动化系统中的各功能模块通常分布于不同地点，且各个设备间距离较远，同时为降低设备间电磁干扰带来的影响，在传输过程中可能会存在数据被窃取或篡改的风险。因此需要研究分布式电气自动化系统中数据传输安全技术。

2.常用安全技术综述（加密、认证、完整性校验等）

目前，国际上常用的加密技术主要有：对称加密和非对称加密。对称加密是指在发送方和接收方之间采用对称算法进行加解密，对称密码体制的优点是加密和解密所用的密钥相同，不同的密钥可以用来加密和解密不同的数据。非对称加密是指在发送方和接收方之间采用非对称算法进行加解密，其优点是保密性更高，能抵抗一定的分析能力。目前，国际上普遍使用非对称加密技术。完整性校验是一种常见的数据传输安全技术，完整性校验（trust of compliance）是为了验证数据是否完整而对数据进行校验的过程，目前已成为现代数据传输安全领域的研究热点之一。

3.针对分布式电气自动化系统的数据安全策略设计

在分布式电气自动化系统中，通过网络传输的数据具有海量、高速、高安全等特点，其信息的传输安全关乎整个电力系统的安全。而传统的数据传输方案已经不能满足分布式电气自动化系统对安全防护的需求，需要一种新型的数据传输方案。同时，随着分布式电气自动化系统通信协议不断优化，其通信协议也在不断演进，对信息加密技术提出了更高要求。本课题拟基于现有通信协议，研究适用于分布式电气自动化系统的数据加密和认证技术，在此基础上提出针对分布式电气自动化系统数据传输安全策略设计方法，为分布式电气自动化系统安全防护提供参考。

四、结论与展望

1.主要研究成果总结

本文针对分布式电气自动化系统中通信协议不合理导致的系统通信效率低、实时性差、数据传输安全性低等问题，通过分析通信协议对系统性能的影响，提出了一种基于通信协议优化的数据传输方案，并给出了基于改进的 OMNeT++软件平台实现方案。仿真分析表明：改进的协议降低了系统通信复杂度，提高了系统实时性，在保证数据安全性的同时实现了分布式电气自动化系统的高效运行。最后，针对分布式电气自动化系统中分布式电力电子装置数据传输面临的安全问题，提出了一种基于改进椭圆曲线密码学的通信数据传输安全方案，并对该方案进行了理论分析和仿真验证。

3.未来发展趋势展望

未来的研究中，针对电力系统分布式电气自动化系统通信协议优化与数据传输安全方面，基于新型信息技术的分布式电气自动化系统通信协议优化与数据传输安全研究。电力系统电气自动化系统是一种多业务、多网络、多设备、多厂家和多协议并存的复杂分布式网络。未来可以基于新型信息技术，利用智能终端、大数据、云计算等手段，对分布式电气自动化系统进行动态重构与安全通信，提升分布式电气自动化系统的安全性。新型信息技术的应用研究，未来可以结合电力电子技术、计算机技术、通信技术等新型信息技术，研究新型信息技术在分布式电气自动化系统中的应用。

参考文献：

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