本发明专利技术公开了基于量子纠缠和信道自校验的矿用高压电网定值传输方法，该方法中工程师站和电力监控系统通过多个量子路由器完成数据的安全传输，在工程师站和电力监控系统之间建立量子纠缠信道；然后，其基于已经建立的量子纠缠信道和信道自校验功能完成继电保护定值的安全传输；本发明专利技术提出的基于量子纠缠和信道自校验的矿用高压电网定值传输方法，通过使用量子纠缠特性，在保证数据正常传输的基础上，防止第三者窃听，确保电力数据安全。同时，通过引入信道自校验功能，减少纠缠资源消耗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开了基于量子纠缠和信道自校验的矿用高压电网定值传输方法，属于煤矿高压供电网络继电保护定值设置领域。
技术介绍
2014年，文献“量子密钥技术提升电力系统二次防护安全性研究”分析论证了量子密钥技术与电力二次防护系统结合的可行性；然后，提出一种量子密钥分配系统与电力纵向加密认证装置的具体结合方式，并探讨了在电力系统组建广域电力量子数据网络的实现方案和组网思路，但其并未涉及如何利用量子通信的安全性在互联网中实现继电保护定值的安全传输。在矿用高压电网中，电力监控系统通过分站能够直接对高压开关的综保装置完成继电保护定值设置等功能。尽管通过电力监控系统能够实现继电保护定值的设置，但是电力监控系统一般是不具有继电保护定值计算功能的，矿用高压电网继电保护定值的计算可以通过继电保护定值计算与管理工程师站（简称工程师站）来完成。为了能够实现继电保护定值的自动设置，当前主要是通过网络来在工程师站和电力监控系统之间完成定值数据的传送。工程师站和电力监控系统可能位于一个地方，也可能相隔很远；当继电保护定值数据通过网络传输时，所传输的定值数据就存在被窃听的可能。为了能够有效保证继电保护定值数据不被他人窃听，确保矿用高压电网数据安全。在文献“基于量子隐形传态的矿井高压电网继电保护定值设置方法”中提出了一种基于量子隐形传态的矿井高压电网继电保护定值设置方法，该方法通过使用量子纠缠的特性，能够实现定值数据的安全传输，但其定值设置过程较为复杂，需要消耗较多的纠缠资源；同时，在该文献中也并未阐述如何通过多路由器在工程师站和电力监控系统之间建立量子纠缠信道；为了能够在实现定值数据安全传输的基础上，进一步减少纠缠资源消耗，本专利技术提出了基于量子纠缠和信道自校验的矿用高压电网继电保护定值传输方法，通过使用量子纠缠特性，在保证数据正常传输的基础上，防止第三者窃听，确保电力数据安全。同时，通过引入信道自校验功能，减少纠缠资源消耗。
技术实现思路
工程师站和电力监控系统通过多个量子路由器完成数据的安全传输，网络拓扑结构如附图1所示，在工程师站和电力监控系统之间建立量子纠缠信道的具体步骤如下：步骤1：工程师站和电力监控系统从多条路径中按照路由规则选择一条路径完成量子信息传输，假定选择的路径为R1、R2、R3、R4、R5，工程师站通过经典信道发送IP数据报文给电力监控系统，请求与电力监控系统建立量子纠缠信道；步骤2：量子路由器R1产生对纠缠量子对和，其中，产生的纠缠量子对分发给工程师站和R2，产生的纠缠量子对状态为；量子路由器R3产生对纠缠量子对和，其中，产生的纠缠量子对分发给R2和R4，产生的纠缠量子对状态为；量子路由器R5产生对纠缠量子对和，其中，产生的纠缠量子对分发给R4和电力监控系统，产生的纠缠量子对状态为；其中，；步骤3：量子、、、、和组成系统：；R2对收到的纠缠粒子和进行Bell基测量，则上式改写为假定选用的是，则测量后和状态为，系统塌缩为：；R4对收到的纠缠粒子和进行Bell基测量，则上式改写为假定选用的是，则测量后和状态为，粒子和实现纠缠，在工程师站和电力监控系统间建立了纠缠量子信道。在工程师站完成继电保护计算后，需要对继电保护定值进行自动设置。首先，工程师站需要和电力监控系统之间建立一条TCP连接，其中工程师站作为客户端，电力监控系统作为服务器；然后，其基于已经建立的量子纠缠信道和信道自校验功能完成继电保护定值的安全传输，具体步骤如下：步骤1：工程师站针对某综保装置进行继电保护定值设置，假定该综保装置对应的分站号和综保装置号分别用A和B表示，计算获得的速断定值、定时过流定值、过负荷定值、定时过流延时值和过负荷延时值均乘以1000，得到放大后的速断定值D1、定时过流定值D2、过负荷定值D3、定时过流延时值D4和过负荷延时值D5，控制字用D6表示，D6占用两个字节，只有前3位有意义，前3位分别用来表示速断投入、定时过流投入和过负荷投入；前3位中如果数值为1，则表示该项对应的保护投入，如果数值为0，则表示该项对应的保护不投入；以计算得到的D1-D6的12字节定值数据为待校验内容，依据CRC算法生成16比特的CRC定值校验序列D7；定值校验序列D7为2字节；步骤2：针对D1-D7共计112比特的数据，电力监控系统针对112比特的数据分别制备112个相应的粒子，如果第个比特为0，则制备得到的粒子状态为；如果第个比特为1，则制备得到的粒子状态为；制备得到的粒子状态用表示，，；则；步骤3：工程师站将制备得到的112个粒子（）和工程师站侧保存的112个未曾测量过的粒子（）分别做贝尔测量，测量得到的四种可能状态为、、和，每次测量到的不同状态均可以用2个经典比特信息表示，状态用经典比特01表示，状态用经典比特11表示，状态用经典比特00表示，状态用经典比特10表示，测量完成后可以得到224个比特的经典信息；步骤4：将得到的224比特的测量信息作为定值内容按照表1所示的定值设置格式封装成一个TCP报文发送给电力监控系统；其中，数据长度字段为28个字节，数据长度L低字节为0x1C，数据长度L高字节为0x00；步骤5：电力监控系统对接收到报文进行解析，如果接收到的TCP报文数据部分的第3个字节等于0x01，则表明此报文为继电保护定值设置命令；依据表1的定值设置报文格式，电力监控系统从接收到的报文中解析出224比特的数据信息，以两个比特为单位按照顺序将224比特分成112对，每对中包含两个比特；如果收到的第对比特的数值为00，则对电力监控系统中保存的未被测量的第个粒子执行相应的幺正变换，；如果收到的第对比特的数值为01，则对电力监控系统中保存的未被测量的第个粒子执行相应的幺正变换，；如果收到的第对比特的数值为10，则对电力监控系统中保存的未被测量的第个粒子执行相应的幺正变换，；如果收到的第对比特的数值为11，则对电力监控系统中保存的未被测量的第个粒子执行相应的幺正变换，；并对变换后的每个粒子按照基矢和进行测量，测量结果为表示相应比特为0；测量结果为表示相应比特为1；最终可以得到14个字节的定值设置数据，其中最后两个字节为定值校验序列，用Q表示；步骤6：以获得的前12个字节的数据做为校验对象基于CRC算法计算出16位的定值校验序列H，将H与Q进行比较；如果相同，电力监控系统将表2所示的内容封装成一个TCP报文发送给工程师站，表示定值发送成功，执行步骤7；如果不同，定值传送出错，电力监控系统将表3所示的内容封装成一个TCP报文发送给工程师站，表示定值发送出错，重复执行步骤1；步骤7：工程师站发送定值固化报文，由电力监控系统对接收到的定值固化报文通过已有电力监控系统功能对设置的定值投入使用。附图说明图1是量子通信网络拓扑结构图。具体实施方式工程师站和电力监控系统通过多个量子路由器完成数据的安全传输，在工程师站和电力监控系统之间建立量子纠缠信道的具体步骤如下：步骤1：工程师站和电力监控系统从多条路径中按照路由规则选择一条路径完成量子信息传输，假定选择的路径为R1、R2、R3、R4、R5，工程师站通过经典信道发送IP数据报文给电力监控系统，请求与电力监控系统建立量子纠缠信道；步骤2：量子路由器R1产生对纠缠量子对和，其中，产生的纠缠量子对分发给工程师站和R本文档来自技高网...
【技术保护点】
基于量子纠缠和信道自校验的矿用高压电网定值传输方法，其特征在于，所描述的定值传输方法包括如下步骤：步骤11，工程师站和电力监控系统通过多个量子路由器完成数据的安全传输，在工程师站和电力监控系统之间建立量子纠缠信道；步骤12，在工程师站完成继电保护计算后，需要对继电保护定值进行自动设置；首先，工程师站需要和电力监控系统之间建立一条TCP连接，其中工程师站作为客户端，电力监控系统作为服务器；然后，其基于已经建立的量子纠缠信道和信道自校验功能完成继电保护定值的安全传输；在步骤11，主要进行如下步骤：步骤111：工程师站和电力监控系统从多条路径中按照路由规则选择一条路径完成量子信息传输，假定选择的路径为R1、R2、R3、R4、R5，工程师站通过经典信道发送IP数据报文给电力监控系统，请求与电力监控系统建立量子纠缠信道；步骤112：量子路由器R1产生对纠缠量子对和，其中，产生的纠缠量子对分发给工程师站和R2，产生的纠缠量子对状态为；量子路由器R3产生对纠缠量子对和，其中，产生的纠缠量子对分发给R2和R4，产生的纠缠量子对状态为；量子路由器R5产生对纠缠量子对和，其中，产生的纠缠量子对分发给R4和电力监控系统，产生的纠缠量子对状态为；其中，；步骤113：量子、、、、和组成系统：；R2对收到的纠缠粒子和进行Bell基测量，则上式改写为假定选用的是，则测量后和状态为，系统塌缩为：；R4对收到的纠缠粒子和进行Bell基测量，则上式改写为假定选用的是，则测量后和状态为，粒子和实现纠缠，在工程师站和电力监控系统间建立了纠缠量子信道；在步骤12，主要进行如下步骤：步骤121：工程师站针对某综保装置进行继电保护定值设置，假定该综保装置对应的分站号和综保装置号分别用A和B表示，计算获得的速断定值、定时过流定值、过负荷定值、定时过流延时值和过负荷延时值均乘以1000，得到放大后的速断定值D1、定时过流定值D2、过负荷定值D3、定时过流延时值D4和过负荷延时值D5，控制字用D6表示，D6占用两个字节，只有前3位有意义，前3位分别用来表示速断投入、定时过流投入和过负荷投入；前3位中如果数值为1，则表示该项对应的保护投入，如果数值为0，则表示该项对应的保护不投入；以计算得到的D1‑ D6的12字节定值数据为待校验内容，依据CRC算法生成16比特的CRC定值校验序列D7；定值校验序列D7为2字节；步骤122：针对D1‑ D7共计112比特的数据，电力监控系统针对112比特的数据分别制备112个相应的粒子，如果第个比特为0，则制备得到的粒子状态为；如果第个比特为1，则制备得到的粒子状态为；制备得到的粒子状态用表示，，；则；步骤123：工程师站将制备得到的112个粒子（）和工程师站侧保存的112个未曾测量过的粒子（）分别做贝尔测量，测量得到的四种可能状态为、、和，每次测量到的不同状态均可以用2个经典比特信息表示，状态用经典比特01表示，状态用经典比特11表示，状态用经典比特00表示，状态用经典比特10表示，测量完成后可以得到224个比特的经典信息；步骤124：将得到的224比特的测量信息作为定值内容按照基于信道自校验的定值设置报文格式封装成一个TCP报文发送给电力监控系统；其中，数据长度字段为28个字节，数据长度L低字节为0x1C，数据长度L高字节为0x00；步骤125：电力监控系统对接收到报文进行解析，如果接收到的TCP报文数据部分的第3个字节等于0x01，则表明此报文为继电保护定值设置命令；依据基于信道自校验的定值设置报文格式，电力监控系统从接收到的报文中解析出224比特的数据信息，以两个比特为单位按照顺序将224比特分成112对，每对中包含两个比特；如果收到的第对比特的数值为00，则对电力监控系统中保存的未被测量的第个粒子执行相应的幺正变换，；如果收到的第对比特的数值为01，则对电力监控系统中保存的未被测量的第个粒子执行相应的幺正变换，；如果收到的第对比特的数值为10，则对电力监控系统中保存的未被测量的第个粒子执行相应的幺正变换，；如果收到的第对比特的数值为11，则对电力监控系统中保存的未被测量的第个粒子执行相应的幺正变换，；并对变换后的每个粒子按照基矢和进行测量，测量结果为表示相应比特为0；测量结果为表示相应比特为1；最终可以得到14个字节的定值设置数据，其中最后两个字节为定值校验序列，用Q表示；步骤126：以获得的前12个字节的数据做为校验对象基于CRC算法计算出16位的定值校验序列H，将H与Q进行比较；如果相同，电力监控系统将发送成功确认报文格式所示的内容封装成一个TCP报文发送给工程师站，表示定值发送成功，执行步骤127；如果不同，定值传送出错，电力监控系统将发送出错确认报文格式所示的内容封装成一个TCP报文发送给工程师站，表示定值发送出错，重复执行步骤...
【技术特征摘要】
1.基于量子纠缠和信道自校验的矿用高压电网定值传输方法，其特征在于，所描述的定值传输方法包括如下步骤：步骤11，工程师站和电力监控系统通过多个量子路由器完成数据的安全传输，在工程师站和电力监控系统之间建立量子纠缠信道；步骤12，在工程师站完成继电保护计算后，需要对继电保护定值进行自动设置；首先，工程师站需要和电力监控系统之间建立一条TCP连接，其中工程师站作为客户端，电力监控系统作为服务器；然后，其基于已经建立的量子纠缠信道和信道自校验功能完成继电保护定值的安全传输；在步骤11，主要进行如下步骤：步骤111：工程师站和电力监控系统从多条路径中按照路由规则选择一条路径完成量子信息传输，假定选择的路径为R1、R2、R3、R4、R5，工程师站通过经典信道发送IP数据报文给电力监控系统，请求与电力监控系统建立量子纠缠信道；步骤112：量子路由器R1产生对纠缠量子对和，其中，产生的纠缠量子对分发给工程师站和R2，产生的纠缠量子对状态为；量子路由器R3产生对纠缠量子对和，其中，产生的纠缠量子对分发给R2和R4，产生的纠缠量子对状态为；量子路由器R5产生对纠缠量子对和，其中，产生的纠缠量子对分发给R4和电力监控系统，产生的纠缠量子对状态为；其中，；步骤113：量子、、、、和组成系统：；R2对收到的纠缠粒子和进行Bell基测量，则上式改写为假定选用的是，则测量后和状态为，系统塌缩为：；R4对收到的纠缠粒子和进行Bell基测量，则上式改写为假定选用的是，则测量后和状态为，粒子和实现纠缠，在工程师站和电力监控系统间建立了纠缠量子信道；在步骤12，主要进行如下步骤：步骤121：工程师站针对某综保装置进行继电保护定值设置，假定该综保装置对应的分站号和综保装置号分别用A和B表示，计算获得的速断定值、定时过流定值、过负荷定值、定时过流延时值和过负荷延时值均乘以1000，得到放大后的速断定值D1、定时过流定值D2、过负荷定值D3、定时过流延时值D4和过负荷延时值D5，控制字用D6表示，D6占用两个字节，只有前3位有意义，前3位分别用来表示速断投入、定时过流投入和过负荷投入；前3位中如果数值为1，则表示该项对应的保护投入，如果数值为0，则表示该项对应的保护不投入；以计算得到的D1-D6的12字节定值数据为待校验内容，依据CRC算法生成16比特的CRC定值校验序列D7；定值校验序列D7为2字节；步骤122：针对D1-D7共计112比特的数据，电力监控系统针对11...
【专利技术属性】
技术研发人员：王新良，黄青改，付萌萌，
申请(专利权)人：河南理工大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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