CN103051055A - 一种汇聚控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种汇聚控制器，包括通信适配器单元、监测数据智能处理单元、监测数据存储单元、监测数据读取单元、总调度程序单元、统一信息模型单元、监测装置配置单元和系统运行日志单元；其中，所述通信适配器单元包括通信适配器单元M1和通信适配器单元M2；本发明提供的汇聚控制器作为连接感知层与应用层的中间节点，为感知层设备的原始采集数据接入不同系统提供了便利条件，且实现统一信息模型和统一通信规约，降低监测装置的生产成本。
Description
技术领域
本发明属于智能电网技术领域，具体涉及一种汇聚控制器。
背景技术
多年来，随着我国电网的快速发展，在发电、输电、变电、配电、用电、调度等各环节的设备及系统日趋复杂和庞大；各种基础数据的感知、采集和汇聚促进了大量传感设备、测量工具、智能终端等的使用。
从现今电力生产运行来看，一方面需要开发各种类型的感知设备实现对现场信息的感知和采集，拓宽信息源的深度和广度；另一方面，日益增多的传感器数量及种类将导致多种传感技术及规范的同时使用，由此引发了各种采集数据的数据表达（标识、语义、数据表达格式等）无法做到统一。因此，需要建立传感设备的唯一标识和信息交互的统一信息模型。在接入规范层提高所接入状态信息的浓缩性和直接可用性，以适应智能电网物联网技术的发展变化需要。
同时，建立、分析和使用统一信息模型，并完成感知层设备及数据向逻辑设备、逻辑节点、逻辑数据的转化，基于IEC 61850建立感知设备模型，统一接入网关可以在线获得汇聚控制器内所有感知设备模型信息。另外，各类传感器实时监测数据通过汇聚控制器进行分析、处理后，统一映射到MMS服务，供应用层以IEC 61850为通信规约的客户端实时读取。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种汇聚控制器，其作为连接感知层与应用层的中间节点，为感知层设备的原始采集数据接入不同系统提供了便利条件，且实现统一信息模型和统一通信规约，降低监测装置的生产成本。
为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：
提供一种汇聚控制器，所述汇聚控制器包括
通信适配器单元、监测数据智能处理单元、监测数据存储单元、监测数据读取单元、总调度程序单元、统一信息模型单元、监测装置配置单元和系统运行日志单元；
其中，所述通信适配器单元包括通信适配器单元M1和通信适配器单元M2；
所述汇聚控制器通过通信适配器单元M1与监测装置进行通信，将监测装置上送的监测数据发送给监测数据智能处理单元；所述监测数据智能处理单元对监测数据进行分析和过滤，并进行预告警分析，经分析过滤的监测数据由监测数据存储单元存入实时数据库和历史数据库；监测数据读取单元从实时数据库中读取监测数据，通过通信适配器单元M2传输到统一接入网关，由统一接入网关将监测数据转发给应用层；
当应用层下发遥控和遥调命令时，由统一接入网关经通信适配器单元M2存入实时数据库，总调度程序单元从实时数据库中调取遥控和遥调数据，进行分析并经通信适配器单元M1发送到监测装置；
所述统一信息模型单元描述传感器统一信息模型；所述监测装置配置单元配置汇聚控制器运行所需的系统参数和通信设备；所述系统运行日志单元对汇聚控制器的运行情况和性能参数进行记录。
所述通信适配器单元M1包括通信介质类和通信规约类；
所述通信介质类包括串口操作类和以太网操作类，所述通信规约类包括串行通信规约类和TCP/IP框架规约类，使汇聚控制器具备监测代理的作用；
所述通信适配器单元M2包括以太网操作类和TCP/IP框架规约类。
所述通信适配器单元以动态链接库形式实现通信，每种规约封装成动态链接库，由通讯服务程序或者子站主程序根据调用规则进行调用；所述调用规则包括：
1）从数据库装置列表中读取站内监测装置通信配置信息；
2）按照通讯方式的不同，启动相应动态链接库连接装置；对应关系为：通讯硬件环境-对应装置-对应规约-对应动态链接库，如果有两台以上监测装置通讯环境相同，且为同一个串口号，则多台装置共用一个动态链接库来负责通讯，监测装置之间通过地址或者装置ID号来区分；
3）动态链接库创建线程，用于维护动态链接库对应装置的通讯及命令操作；
4）同一动态链接库因为通讯环境的不同，可以被多次调用，在动态链接库内有一列表，用于维护动态链接库释放和传递主服务程序与动态链接库之间的命令；
5）主调度程序可以通过动态链接库提供的SetDevCommand函数来完成针对站内各装置的单独操作；
6）针对TCP/IP的连接方式，以Socket的连接状态来判断装置的连接状态；
7）针对RS485通讯口，通过发送一查询帧，等待数据回应，如果超过设定时间没有接收到回复报文，则认为此装置已经断开连接，可以发送刷新界面装置连接状态消息。
所述监测数据智能处理单元对监测数据进行分析和过滤，并根据告警规则专家库进行预告警的分析和处理；通信适配器单元M1将监测数据从监测装置收集并输入监测数据智能处理单元进行分析，经分析的监测数据由监测数据存储单元进行存储。
所述监测数据存储单元将监测数据智能处理单元分析后的监测数据存储到实时数据库和历史数据库，并按需从实时数据库和历史数据库取出数据，监测数据存储单元支持类型为Oracle、SQL Server、DB2、Sybase、MySQL、和SQLite的历史数据库。
所述总调度程序单元控制监测装置的启动，建立连接进行通信，并且当应用层下发配置和控制命令时，由统一接入网关通过通信适配器单元M2转发给汇聚控制器总调度程序单元，然后由总调度程序单元将配置和控制命令发送给监测装置。
所述统一信息模型单元用于对传感器统一信息模型的描述，其在汇聚控制器上基于IEC61850对传感器进行建模，实现感知层的统一信息模型，建立IEC 61850服务器端，对外提供IEC 61850服务。
所述监测装置配置单元用于配置汇聚控制器运行所需的系统参数和通信设备，通过调整系统参数改变汇聚控制器运行的行为。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明提供的汇聚控制器作为连接感知层与应用层的中间节点，为感知层设备的原始采集数据接入不同系统提供了便利条件；实现统一信息模型和统一通信规约，降低监测装置的生产成本，促进智能电网物联网的全面建设。
附图说明
图1是汇聚控制器结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1，提供一种汇聚控制器，所述汇聚控制器包括
通信适配器单元、监测数据智能处理单元、监测数据存储单元、监测数据读取单元、总调度程序单元、统一信息模型单元、监测装置配置单元和系统运行日志单元；
其中，所述通信适配器单元包括通信适配器单元M1和通信适配器单元M2；
所述汇聚控制器通过通信适配器单元M1与监测装置进行通信，将监测装置上送的监测数据发送给监测数据智能处理单元；所述监测数据智能处理单元对监测数据进行分析和过滤，并进行预告警分析，经分析过滤的监测数据由监测数据存储单元存入实时数据库和历史数据库；监测数据读取单元从实时数据库中读取监测数据，通过通信适配器单元M2传输到统一接入网关，由统一接入网关将监测数据转发给应用层；
当应用层下发遥控和遥调命令时，由统一接入网关经通信适配器单元M2存入实时数据库，总调度程序单元从实时数据库中调取遥控和遥调数据，进行分析并经通信适配器单元M1发送到监测装置；
所述统一信息模型单元描述传感器统一信息模型；所述监测装置配置单元配置汇聚控制器运行所需的系统参数和通信设备；所述系统运行日志单元对汇聚控制器的运行情况和性能参数进行记录。
所述通信适配器单元M1包括通信介质类和通信规约类；
所述通信介质类包括串口操作类和以太网操作类，所述通信规约类包括串行通信规约类和TCP/IP框架规约类，使汇聚控制器具备监测代理的作用；
所述通信适配器单元M2包括以太网操作类和TCP/IP框架规约类。
所述通信适配器单元以动态链接库形式实现通信，每种规约封装成动态链接库，由通讯服务程序或者子站主程序根据调用规则进行调用；所述调用规则包括：
1）从数据库装置列表中读取站内监测装置通信配置信息；
2）按照通讯方式的不同，启动相应动态链接库连接装置；对应关系为：通讯硬件环境-对应装置-对应规约-对应动态链接库，如果有两台以上监测装置通讯环境相同，且为同一个串口号，则多台装置共用一个动态链接库来负责通讯，监测装置之间通过地址或者装置ID号来区分；
3）动态链接库创建线程，用于维护动态链接库对应装置的通讯及命令操作；
4）同一动态链接库因为通讯环境的不同，可以被多次调用，在动态链接库内有一列表，用于维护动态链接库释放和传递主服务程序与动态链接库之间的命令；
5）主调度程序可以通过动态链接库提供的SetDevCommand函数来完成针对站内各装置的单独操作；
6）针对TCP/IP的连接方式，以Socket的连接状态来判断装置的连接状态；
7）针对RS485通讯口，通过发送一查询帧，等待数据回应，如果超过设定时间没有接收到回复报文，则认为此装置已经断开连接，可以发送刷新界面装置连接状态消息。
所述监测数据智能处理单元对监测数据进行分析和过滤，并根据告警规则专家库进行预告警的分析和处理；通信适配器单元M1将监测数据从监测装置收集并输入监测数据智能处理单元进行分析，经分析的监测数据由监测数据存储单元进行存储。
所述监测数据存储单元将监测数据智能处理单元分析后的监测数据存储到实时数据库和历史数据库，并按需从实时数据库和历史数据库取出数据，监测数据存储单元支持类型为Oracle、SQL Server、DB2、Sybase、MySQL、和SQLite的历史数据库。
所述总调度程序单元控制监测装置的启动，建立连接进行通信，并且当应用层下发配置和控制命令时，由统一接入网关通过通信适配器单元M2转发给汇聚控制器总调度程序单元，然后由总调度程序单元将配置和控制命令发送给监测装置。
所述统一信息模型单元用于对传感器统一信息模型的描述，其在汇聚控制器上基于IEC61850对传感器进行建模，实现感知层的统一信息模型，建立IEC 61850服务器端，对外提供IEC 61850服务。
所述监测装置配置单元用于配置汇聚控制器运行所需的系统参数和通信设备，通过调整系统参数改变汇聚控制器运行的行为。
本发明提供的汇聚控制器的设计过程如下：
1.感知层统一信息模型的实现
实现传感设备信息模型的统一标识，关注对各种类型不同厂家传感器的身份进行统一标识，使每一个传感器的地址具有唯一性。随着IPv6技术的成熟和RFID的发展，实现内容还包括统一标识与IPv6的MAC地址进行映射的研究课题、传感器统一标识与RFID的映射课题。
实现传感设备信息模型的统一语义，包括传感器信息模型的表达方式问题。在系统之间将会采用CIM XML进行模型的表达，实现语义的统一。其主要体现在关键字的统一、表述方法的统一和描述语言的统一。
实现统一的数据表达格式，引用IEC 61850标准对数据表达格式的定义，并结合IEEEP1451.4中对传感器数据流的表达方式，实现逻辑设备、逻辑节点、数据对象和数据内容表达格式的统一。
2.感知层到汇聚控制器统一通信规约的制定
通信规约是电力物联网网络层的核心内容之一。随着电力网终端采集设备数量日益庞大，种类日益繁多，制定统一的通信规约是一项极为紧迫的任务。
在通信规约方面，考虑到现状和未来发展趋势，智能电网物联网统一通信规约必须具备高可实现性，具有简洁性和高可扩展性的特点。制定统一的通信机制，规范统一信息模型到统一通信规约的映射原则，以适应设备与系统两个级别的各种模型的通信需求，实现不同设备信息模型的无缝交互。
统一通信规约主要基于以下两方面：
1)在IP环境中，IEC 61850标准推荐以MMS作为主要映射方式。MMS是一个国际信息通讯标准，提供适用于多种智能设备(IED)和控制设备范围广泛的服务。该标准不规定具体的实施或具体产品，也不约束具体的实体和接口的实施。目前IEC 16850的数据信息模型多数采用MMS进行映射。
2)在非IP环境中，考虑到IEC 60870-5-101更加符合在多种通信方式中使用，并且相比于MMS，IEC 60870-5-101属于轻量级规约，更加容易实现，所以，在非IP环境中参考IEC60870-5-101作为统一信息模型映射方式。
3.汇聚控制器主调度程序
汇聚控制器主程序的主要功能有：负责调度与监测装置通信的适配器模块；负责调度与统一接入网关通信的模块。
4.监测装置通信适配器
监测装置通信适配器主要包括通信方式类、规约类等，并使用公共的智能数据处理类和运行日志类。其中，通信方式类包括串口操作类、以太网操作类等；规约类包括串行通信规约类、TCP/IP框架规约类、其它规约类等。设计其它规约类是为了接入现有的感知设备，使汇聚控制器起到监测代理的作用。
如果通过串行接口通信，则相应的规约类为串行通信规约类，这时，汇聚控制器是主控端，监测装置是被控端；如果通过以太网通信，则相应的规约类为TCP/IP框架规约类，这时，监测装置是Server，汇聚控制器是Client，通信链路建立过程由汇聚控制器发起。
5.汇聚控制器IEC 61850建模工具
按照IEC 61850的智能设备模型，以SCL语言描述电力设备和传感器，来对电力设备和传感器进行统一建模，包括建立逻辑设备，逻辑节点，遥测数据，遥信数据，遥控数据，遥调数据等。
6.IEC 61850服务器
给外部系统提供IEC 61850数据服务，IEC 61850服务报文采用MMS协议，将IEC 61850模型以MMS协议报文格式发送。
7.IEC 61850客户端
IEC 61850客户端的功能是根据汇聚控制器IEC 61850的服务报文，解析出汇聚控制器的逻辑设备模型，各个逻辑接口模型，所有的遥测、遥控、遥信、遥调等数据模型。客户端向汇聚控制器请求IEC 61850服务，接收IEC 61850服务遥测、遥信、报告、日志、控制等信息。
8.预告警分析、处理和展示
对监测装置上送的传感器监测数据根据告警规则专家库进行分析，如有报警情况，需要对报警相关信息展示出来，并通知相关人员。
9.系统运行日志
对系统关键信息的记录及显示，用于程序运行状态监视及调试。
对于变电设备监测，汇聚控制器实现的主要功能包括：
1）以变电站为对象，汇集全站监测数据并上传主站系统；
2）实现本站传感器监测数据安全接入主站（如身份认证、数据加解密等），确保信息安全；
3）协调管理全站综合监测单元和传感器监测装置，转发主站系统对综合监测单元和传感器监测装置的配置和控制命令；
4）具有一定的就地数据分析处理能力。
对于配电线路等环节，监测代理位于传感器监测装置与主站系统之间，汇聚控制器实现的功能包括：
1）汇集监测数据；
2）集中实现数据远传；
3）集中实现数据的安全接入；
4）转发主站系统对物联网监测装置的配置和控制命令，为主站系统提供一个统一的标准化的远程交互控制节点；
5）并具有一定的就地数据分析处理能力。
汇聚控制器作为连接监测装置和统一接入网关的中间环节，其作用主要体现在：部署在变电站内的，能以标准方式对站内各类综合监测单元或监测装置进行监测信息获取及控制；部署在配电线路等环节，可接入不同类型、不同厂家甚至不同线路上的监测装置，实现在配电、用电环节下各类监测装置的标准化接入、安全接入和智能化接入，实现监测装置数据接入代理功能。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (8)
1.一种汇聚控制器，其特征在于：所述汇聚控制器包括
通信适配器单元、监测数据智能处理单元、监测数据存储单元、监测数据读取单元、总调度程序单元、统一信息模型单元、监测装置配置单元和系统运行日志单元；
其中，所述通信适配器单元包括通信适配器单元M1和通信适配器单元M2；
所述汇聚控制器通过通信适配器单元M1与监测装置进行通信，将监测装置上送的监测数据发送给监测数据智能处理单元；所述监测数据智能处理单元对监测数据进行分析和过滤，并进行预告警分析，经分析过滤的监测数据由监测数据存储单元存入实时数据库和历史数据库；监测数据读取单元从实时数据库中读取监测数据，通过通信适配器单元M2传输到统一接入网关，由统一接入网关将监测数据转发给应用层；
当应用层下发遥控和遥调命令时，由统一接入网关经通信适配器单元M2存入实时数据库，总调度程序单元从实时数据库中调取遥控和遥调数据，进行分析并经通信适配器单元M1发送到监测装置；
所述统一信息模型单元描述传感器统一信息模型；所述监测装置配置单元配置汇聚控制器运行所需的系统参数和通信设备；所述系统运行日志单元对汇聚控制器的运行情况和性能参数进行记录。
2.根据权利要求1所述的汇聚控制器，其特征在于：所述通信适配器单元M1包括通信介质类和通信规约类；
所述通信介质类包括串口操作类和以太网操作类，所述通信规约类包括串行通信规约类和TCP/IP框架规约类，使汇聚控制器具备监测代理的作用；
所述通信适配器单元M2包括以太网操作类和TCP/IP框架规约类。
3.根据权利要求1所述的汇聚控制器，其特征在于：所述通信适配器单元以动态链接库形式实现通信，每种规约封装成动态链接库，由通讯服务程序或者子站主程序根据调用规则进行调用；所述调用规则包括：
1)从数据库装置列表中读取站内监测装置通信配置信息；
2)按照通讯方式的不同，启动相应动态链接库连接装置；对应关系为：通讯硬件环境-对应装置-对应规约-对应动态链接库，如果有两台以上监测装置通讯环境相同，且为同一个串口号，则多台装置共用一个动态链接库来负责通讯，监测装置之间通过地址或者装置ID号来区分；
3)动态链接库创建线程，用于维护动态链接库对应装置的通讯及命令操作；
4)同一动态链接库因为通讯环境的不同，可以被多次调用，在动态链接库内有一列表，用于维护动态链接库释放和传递主服务程序与动态链接库之间的命令；
5)主调度程序可以通过动态链接库提供的SetDevCommand函数来完成针对站内各装置的单独操作；
6)针对TCP/IP的连接方式，以Socket的连接状态来判断装置的连接状态；
7)针对RS485通讯口，通过发送一查询帧，等待数据回应，如果超过设定时间没有接收到回复报文，则认为此装置已经断开连接，可以发送刷新界面装置连接状态消息。
4.根据权利要求1所述的汇聚控制器，其特征在于：所述监测数据智能处理单元对监测数据进行分析和过滤，并根据告警规则专家库进行预告警的分析和处理；通信适配器单元M1将监测数据从监测装置收集并输入监测数据智能处理单元进行分析，经分析的监测数据由监测数据存储单元进行存储。
5.根据权利要求1所述的汇聚控制器，其特征在于：所述监测数据存储单元将监测数据智能处理单元分析后的监测数据存储到实时数据库和历史数据库，并按需从实时数据库和历史数据库取出数据，监测数据存储单元支持类型为Oracle、SQL Server、DB2、Sybase、MySQL、和SQLite的历史数据库。
6.根据权利要求1所述的汇聚控制器，其特征在于：所述总调度程序单元控制监测装置的启动，建立连接进行通信，并且当应用层下发配置和控制命令时，由统一接入网关通过通信适配器单元M2转发给汇聚控制器总调度程序单元，然后由总调度程序单元将配置和控制命令发送给监测装置。
7.根据权利要求1所述的汇聚控制器，其特征在于：所述统一信息模型单元用于对传感器统一信息模型的描述，其在汇聚控制器上基于IEC 61850对传感器进行建模，实现感知层的统一信息模型，建立IEC 61850服务器端，对外提供IEC 61850服务。
8.根据权利要求1所述的汇聚控制器，其特征在于：所述监测装置配置单元用于配置汇聚控制器运行所需的系统参数和通信设备，通过调整系统参数改变汇聚控制器运行的行为。
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