基于IEC 61850的微机保护装置通信模块的设计

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现阶段微机保护装置在站控层网络普遍采用IEC 61850标准,使用MMS报文明文传输信息。但是随着坚强智能电网和泛在电力物联网概念的提出,IEC 61850标准所面临的网络安全问题日益突出。IEC 62351-3标准建议在传输层直接采用TLS/SSL协议解决MMS报文的安全问题。但是TLS/SSL协议存在通信复杂度较高,以及公钥基础设施PKI存在无法自动进行身份认证等问题,因此研究和设计可以安全通信的微机保护装置通信模块具有重要意义。主要工作如下:研究了IEC 61850标准的面向对象的建模技术以及MMS报文与IEC 61850模型的映射关系;研究了IEC 62351标准和TLS/SSL安全层传输协议;研究了该协议涉及的对称加密算法AES,非对称加密算法RSA,签名算法MD5等。根据目前微机保护装置身份认证和加密通信现状,设计了Three-layer-PKI协议和IEDTLS/SSL协议,并根据协议分别设计了微机保护装置的身份认证模块和加密通信模块。微机保护装置身份认证模块通过设计自动RA层,使得微机保护装置可以实现自动注册功能,减少了对证书认证人员,审核人员的需求。微机保护装置的加密通信模块改进TLS/SSL的握手协议,简化了TLS/SSL协议中的密码簇,改进随机数交换算法,对密钥的协商进行了双重加密,降低了对微机保护装置通信模块计算性能的要求,对算法的安全性和实用性进行了理论分析。以变压器后背保护装置为例,将IEC 61850标准与改进的安全通信模块结合。设计并实现了微机保护装置的通信模块,并搭建了服务器环境,建立了保护装置的IEC61850模型,编写SCL文档,生成了静态模型,增加了身份认证模块和加密通信模块。使用Open SSL建立私有CA中心,建立自动RA层,在服务器环境下对微机保护装置的通信数据进行加密通信的仿真实验。实验结果显示,改进的微机保护装置通信模块满足自动注册需求,满足数据的机密性,完整性,可用性,不可否认性的安全需求。
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