CN104156448B - 基于iec61850客户端/服务器数据交换模型 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及微电网技术领域，具体公开了一种基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型，将微电网数据交换结构体系划分为三层：微电网过程层、数据协议转换层和微电网能量管理层；微电网过程层包括微电网物理设备的数据采集单元和控制单元，完成模拟量采样、开关量输入/输出和操作命令发送；数据协议转换层对下接收微电网过程层采集到的数据，并转换成协议数据传送给微电网能量管理层；对上接收微电网能量管理层下发的操作控制命令并下发给微电网过程层；微电网能量管理层接收数据协议转换层传送的数据，分析决策产生下一步控制命令集并下发到数据协议转化层。本发明模型结构简单，扩展灵活；能提高数据读取效率。
Description
技术领域
本发明涉及微电网技术领域，尤其涉及一种基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型。
背景技术
微电网是由分布式电源、储能装置、能量变换装置、相关负荷和监控保护装置汇集而成的小型发配电系统，是一个能够实现自我控制、保护和管理的自治系统。微电网将分布的电源相互协调起来，提高了发电效率，减小了输电损耗和对环境的污染。微电网能量管理系统主要应用于微电网的数据采集、状态监测、协调控制、能量优化、网络分析中，目的是对微电网中各微源进行管理，加强各微源间的协调能力，提高发电效率，保证微电网在不同运行模式过渡时的平稳转换。
然而，当前国内风机、光伏等分布式发电和储能系统生产厂家众多，通讯方式和通讯协议多样，还没有出台微电网数据交换的统一标准，这给微电网能量管理系统的设计和实现增加了实施困难。
发明内容
本发明要解决的问题是为解决微电网中通讯方式和通信协议多样的问题，将IEC61850协议标准引入微电网能量管理系统中，提供了一种基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型，是将微电网数据交换结构体系划分为三层：微电网过程层、数据协议转换层和微电网能量管理层；所述微电网过程层包括微电网物理设备的数据采集单元和控制单元，主要完成模拟量采样、开关量输入/输出和操作命令发送；所述数据协议转换层对下负责接收微电网过程层采集到的数据，并将数据转换成IEC61850协议数据传送给微电网能量管理层；对上负责接收微电网能量管理层下发的操作控制命令，并将操作控制命令下发给微电网过程层；所述微电网能量管理层接收数据协议转换层传送的实时数据，通过微电网能量管理系统对所述实时数据进行计算、分析并作出决策，产生微电网下一步优化运行的控制命令集并将这些控制命令集转化为IEC61850标准的命令下发到数据协议转化层；其中，所述数据协议转换层与微电网能量管理层之间的数据交换通过IEC61850客户端完成，主要为微电网能量管理系统提供数据接口，并自动存储采集到的实时数据；IEC61850服务器应用于所述微电网数据协议转换层，是微电网过程层和数据协议转换层的数据接口，其负责将数据协议转换层的协议转换并通过交换机与上层的IEC61850客户端进行实时通讯，并负责接收微电网过程层采集到的实时数据并转化为IEC61850协议数据和/或将 IEC61850协议的控制命令转换为微电网过程层可识别的操作控制命令并下发到微电网过程层。
优选地，所述微电网能量管理层通过微电网能量管理系统中的高级应用对所述实时数据进行计算、分析并作出决策，所述高级应用包含微电网实时运行监控、微电网潮流分析、光电/风电/负荷预测 、微电网实时优化 、状态估计、微电网经济调度。
优选地，所述微电网物理设备包括能源设备和电力电子设备，包括风机、光伏阵列、蓄电池组、燃料电池组、柴油机、整流器、逆变器、斩波器。
优选地，所述微电网物理设备为电力系统设备，包括断路器、变压器、交流母线、直流母线。
优选地，所述IEC61850服务器包括：微电网功能描述配置文件（ICD文件）解析模块、传统协议解析模块、服务映射模块和编码模块；主要服务包括：关联服务、目录服务、定义服务、数据集服务、报告服务、控制服务、抽象语法标记编解码服务、制造报文规范协议实现服务、应用接口定义与实现服务；解析微电网功能描述配置文件，并在所述的IEC61850服务器内部构建微电网IEC61850信息模型；与微电网物理设备层进行数据交换，所述交换的数据包括物理设备静态数据、测点实时数据以及设备的控制数据。
优选地， 所述物理设备的静态数据包括：设备的类型、铭牌信息、额定值、告警限值，IEC61850服务器根据实际微电网物理设备来配置微电网中物理设备的静态数据。
优选地，所述测点实时数据包括：测点模拟测量值和物理设备的状态值；所述设备的控制数据包括：遥控、遥调、配置数据。
优选地，所述IEC61850客户端对采集到的实时数据进行自动存储的步骤如下：遍历微电网IEC61850数据模型中的数据，模型中每条数据都包含了此条数据的数据路径和约束条件；按照约束条件对IEC61850协议的实时数据进行分类筛选，实时数据包括遥测数据、遥信数据、遥控数据和遥调数据，其对应的约束条件分别是MX、ST、CO和SP；在内存数据库中分别建立遥测、遥信、遥控、遥调内存数据库表，并在数据库表中添加数据路径、时间戳、数据值、数据品质字段，其中数据路径为每条数据的固定值；将所述的实时数据分别插入对应的实时数据库表中，根据数据的数据路径与微电网物理设备的具体数据映射，也可根据其在实时数据库中对数据的进行查询。
优选地，IEC61850服务器与IEC61850客户端间的数据交换是基于微电网的信息模型上的数据交换，IEC61850协议标准的微电网信息模型的构建方法采用面向分布式电源整体系统或负荷单元系统的建模方法，信息模型的具体构建步骤如下：将微电网中的整个分布式电源系统或负荷单元系统看作是一个对象，针对所述对象来逐个建立模型；将分布式电源系统或负荷单元系统对象分解成数据信息，所述分解成的数据信息包含动态数据信息和静态数据信息；根据所述单个分布式电源系统或负荷单元系统分解成的动态数据信息和静态数据信息，参照IEC61850协议标准设计建模所需要的逻辑节、数据对象和数据属性；根据所述设计的逻辑节点、数据对象和数据属性通过IEC61850建模工具建立智能电子设备功能描述文件，利用XML语言来描述整个微电网：依据IEC61850协议标准和XML语法规范依次建立所述智能电子设备功能描述文件的Header、Communication、IED、Datatemplates四部分，完成一个完整的智能电子设备功能描述文件的建立；利用IEC61850开发软件解析所述智能电子设备功能描述文件，并将微电网信息模型放置在IEC61850服务器中。
优选地，所述利用XML语言来描述整个微电网具体是：在所述智能电子设备功能描述文件中，将整个微电网看作是一个智能电子设备；各个分布式电源系统、负荷单元或电气连接单元看作是一个逻辑设备；每个逻辑设备下包含一个LLN0逻辑节点、一个LPHD逻辑节点以及1-n个通用输入/输出逻辑节点GGIO，多个GGIO逻辑节点可以用前缀名和实例号来区分；在GGIO逻辑节点下添加根据微电网中的实时数据和静态数据信息设计成的数据对象和数据属性。
本发明所述的基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型，其有益效果为：
模型结构实现简单，扩展灵活；新设备可通过增加一个IEC61850服务器并
入已有的数据交换模型中。设备的新功能也可通过在ICD文件中添加新功能的数据对象或数据属性来实现，从而微电网系统或配电网系统的更改与扩展具有灵活性、开放性和高度自治性。
面向分布式电源整体系统或负荷单元系统的建模方式，设备建模只需要三
种逻辑节点，建模简单、方便避免创建新的逻辑节点，更符合IEC61850的规范；一个分布式电源或负荷单元中的所有动态数据都包含在一个通用输入/输出逻辑节点GGIO中，数据集成方便；避免了使用复杂的IEC61850数据结构，大大缩短了IEC61850客户端远程连接IEC61850服务器的时间，提高了IEC61850客户端读取IEC61850服务器中数据的效率。
附图说明
图1为本发明实施例基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型结构示意图；
图2为本发明实施例基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型中IEC61850服务器功能设计示意图；
图3为本发明实施例基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型中微电网建模思路示意图；
图4为本发明实施例基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型风力发电单元建模思路示意图；
图5为本发明实施例基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型风力发电单元建模示意图；
图6为本发明实施例基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型中IEC61850客户端读取数据流程图；
图7为本发明实施例基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型中IEC61850客户端实时数据自动存储流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例：
参照图1，本发明所述基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型，是将微电网数据交换结构体系划分为三层：微电网过程层、数据协议转换层和微电网能量管理层。
微电网过程层：是基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型的最底层，直接与微电网物理设备进行通讯，主要完成模拟量采样、开关量输入/输出和操作命令的发送；微电网过程层包括微电网物理设备的数据采集单元和控制单元。所述微电网物理设备包括风机、光伏阵列、蓄电池组、燃料电池组、柴油机等能源设备及其整流器、逆变器、斩波器等电力电子设备接口，也包括断路器、变压器、交流母线、直流母线等电力系统设备。微电网中的每种设备都有自己的数据测量及转化模块，其通讯协议可以使IEC61850协议也可以是非IEC61850协议。
数据协议转换层：对下主要负责接收微电网过程层采集到的数据，并将数据转换成IEC61850协议数据传送给微电网能量管理层；对上负责接收微电网能量管理层下发的操作控制命令，并将操作控制命令下发给微电网过程层；数据协议转换层主要包含IEC61850服务器，其负责将数据协议转换层的协议转换并通过交换机与上层的IEC61850客户端进行实时通讯，实现与微电网过程层和微电网能量管理层的数据交换，并自动存储采集到的实时数据；所述数据协议转换层的信息模型与通信协议相对独立，其包含的IEC61850服务器可以是一个也可以是多个。
数据协议转换层与微电网能量管理层之间的数据交换通过IEC61850客户端完成，主要为微电网能量管理系统提供数据接口，并自动存储采集到的实时数据；IEC61850服务器应用于所述微电网数据协议转换层，是微电网过程层和数据协议转换层的数据接口，其负责将数据协议转换层的协议转换并通过交换机与上层的IEC61850客户端进行实时通讯，并负责接收微电网过程层采集到的实时数据并转化为IEC61850协议数据和/或将IEC61850协议的控制命令转换为微电网过程层可识别的操作控制命令并下发到微电网过程层。
其中，自动存储步骤为：遍历微电网IEC61850数据模型中的数据，模型
中每条数据都包含了此条数据的数据路径和约束条件；按照约束条件对IEC61850协议的实时数据进行分类筛选，实时数据包括遥测数据、遥信数据、遥控数据和遥调数据，其对应的约束条件分别是MX、ST、CO和SP；在内存数据库中分别建立遥测、遥信、遥控、遥调内存数据库表，并在数据库表中添加数据路径、时间戳、数据值、数据品质字段，其中数据路径为每条数据的固定值；将所述的实时数据分别插入对应的实时数据库表中，根据数据的数据路径与微电网物理设备的具体数据映射，也可根据其在实时数据库中对数据的进行查询。
微电网能量管理层：完成对数据协议转换层传送上来的实时数据的接收，通过微电网能量管理系统中的高级应用对这些实时数据进行计算、分析并作出决策，产生微电网下一步优化运行的控制命令集并将这些控制命令转化为IEC61850标准的命令下发到数据协议转化层；微电网能量管理层包括IEC61850客户端和微电网实时运行监控、微电网潮流分析、光电/风电/负荷预测 、微电网实时优化 、状态估计、微电网经济调度等微电网能量管理系统的高级应用。 数据协议转换层和微电网能量管理层的数据交换是基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型来进行的；IEC61850服务器与IEC61850客户端间的数据交换是基于微电网的信息模型上的数据交换，IEC61850协议标准的微电网信息模型的构建方法采用面向分布式电源整体系统或负荷单元系统的建模方法，信息模型的具体构建步骤如下：将微电网中的整个分布式电源系统或负荷单元系统看作是一个对象，针对所述对象来逐个建立模型；将分布式电源系统或负荷单元系统对象分解成数据信息，所述分解成的数据信息包含动态数据信息和静态数据信息；根据所述单个分布式电源系统或负荷单元系统分解成的动态数据信息和静态数据信息，参照IEC61850协议标准设计建模所需要的逻辑节、数据对象和数据属性；根据所述设计的逻辑节点、数据对象和数据属性通过IEC61850建模工具建立智能电子设备功能描述文件，利用XML语言来描述整个微电网：依据IEC61850协议标准和XML语法规范依次建立所述智能电子设备功能描述文件的Header、Communication、IED、Datatemplates四部分，完成一个完整的智能电子设备功能描述文件的建立；利用IEC61850开发软件解析所述智能电子设备功能描述文件，并将微电网信息模型放置在IEC61850服务器中。
利用XML语言来描述整个微电网具体是：在所述智能电子设备功能描述文件中，将整个微电网看作是一个智能电子设备；各个分布式电源系统、负荷单元或电气连接单元看作是一个逻辑设备；每个逻辑设备下包含一个LLN0逻辑节点、一个LPHD逻辑节点以及1-n个通用输入/输出逻辑节点GGIO，多个GGIO逻辑节点可以用前缀名和实例号来区分；在GGIO逻辑节点下添加根据微电网中的实时数据和静态数据信息设计成的数据对象和数据属性。
IEC61850服务器是微电网过程层和数据协议转换层的数据接口，主要负责协议转换，相当于一个协议网关，而IEC61850客户端主要负责与IEC61850服务器通讯为微电网能量管理系统提供数据接口，这种模式下整个微电网中不同协议的数据都将遵循IEC61850协议标准来传输。
IEC61850服务器的设计：IEC61850服务器处于数据协议转换层，可将底层微电网设备的传统协议转化为IEC61850通信协议，内部实现过程参照图2。
IEC61850服务器包括：微电网功能描述配置文件（ICD文件）解析模块、传统协议解析模块、服务映射模块和编码模块；主要服务包括：关联服务、目录服务、定义服务、数据集服务、报告服务、控制服务、抽象语法标记编解码服务、制造报文规范协议实现服务、应用接口定义与实现服务；解析微电网功能描述配置文件，并在所述的IEC61850服务器内部构建
微电网IEC61850信息模型；与微电网物理设备层进行数据交换，所述交换的数据包括物理设备静态数据、测点实时数据以及设备的控制数据。测点实时数据包括：测点模拟测量值和物理设备的状态值；所述设备的控制数据包括：遥控、遥调、配置数据。
ICD文件解析模块：IEC61850服务器解析描述微电网底层物理设备的ICD文件从而生成IEC61850服务器的抽象通信接口（ACSI）信息模型和服务，建立好描述微电网的ICD文件是信息建模的基础，也是设计IEC61850服务器的重要环节。一份完整的ICD文件包含四个部分<Header>、<Communication>、<IED>、<DataTypeTemplates>。<Header>部分包含了此ICD文件的名称（id）、结构名称、版本号、作者等信息。<Communication>部分定义了通讯子网中IED接入点的相关通讯信息和通信参数配置信息。通信部分中包含一个子网，子网的协议类型一般是8-MMS/TCP。通信子网部分主要包含装置的网络地址信息，其中最主要的是IP地址和子网掩码。<IED>部分是整个ICD文件的核心部分，描述了IED的配置情况，包括逻辑设备、逻辑节点、数据对象、数据属性实例和所具备的通信服务能力。<IED>部分主要包含三个部分<Private>、<Services>、<Accesspoint>。<Private>部分用于存放对SCL语言的私有扩展信息。<Services>用于描述该IED所支持的ACSI服务类型，如“GetDirectory（读取目录）”服务、“GetDataSetValue（读数据集值）”服务、“ReadWrite（读/写）”服务等。此外，<Services>部分还包含了一些用于描述IED通信能力的配置信息。<Accesspoint>部分是MMS服务的访问点，访问点包含一个服务器Server。服务器中包含1~n逻辑设备LDevice；逻辑设备中包含公共逻辑节点LLN0和LPHD，以及兼容逻辑节点LN1~LNn；逻辑节点中包含数据对象实例DOI；数据对象实例中包含数据属性实例DAI或子数据实例SDI。<DataTypeTemplates>部分是可实例的数据类型模板，包含LNodeType（逻辑节点类型）、DOType（数据对象类型）、DAType（数据属性类型）和EnumType（枚举类型）四个部分。根据<DataTypeTemplates>中的数据类型模板可实例化<IED>部分的逻辑节点、数据对象、数据属性实例。
利用建模工具Altova XMLSpy建立微电网的ICD文件时，需要参照IEC61850标准中对建模所使用到的逻辑节点的规范，并根据实际需求筛选建模时所需要的逻辑节点/数据对象/数据属性等。
传统协议解析模块：传统协议解析模块将解析微电网过程层传送至数据协议转换层中的传统协议数据，并将解析后的数据与微电网信息模型中的数据一一映射，传统协议解析模块支持解析的传统协议包括101、103、104、mosbus协议数据。
服务映射模块：IEC61850服务器解析ICD文件从而生成ACSI信息模型和服务，ACSI信息模型和服务通过特殊通信服务映射（SCSM）映射到底层可传输的MMS协议，其具体映射如表1所示。
表1.抽象服务通信接口（ACSI）向MMS服务映射表
编码模块：IEC61850服务器通过编码模块，采用规范、灵活、易扩展的抽象语法标记（ASN.1）将MMS PDU进行编码变成二进制数据流，发送到网络上传输。IEC61850服务器设计完成后将通过基于TCP/IP协议的MMS协议与上层IEC61850客户端通信。
微电网IEC61850信息模型的设计
针对由光伏发电、风力发电、燃料电池发电、微型燃气轮机发电等微电源发电系统，蓄电池组、超级电容组及飞轮等储能单元，以及负荷单元组成的微电网系统，来说明本发明中微电网信息模型的设计过程。
基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型首先要针对微电网物理设备层建立IEC61850信息模型。本发明的微电网信息模型中具体包含的逻辑设备如下：
1）发电单元的逻辑设备包括光伏发电单元逻辑设备、风力发电单元逻辑设备、燃料电池发电单元逻辑设备、微型燃气轮机发电单元逻辑设备、柴油机发电单元逻辑设备。
2）储能单元的逻辑设备包括蓄电池组储能单元逻辑设备、超级电容组储能单元逻辑设备、飞轮储能单元逻辑设备。
3）负荷单元的逻辑设备包括直流负荷单元逻辑设备、交流负荷单元逻辑设备和热负荷单元逻辑设备。
4）电气连接单元逻辑设备。
建模思路：
本发明采用面向分布式电源整体系统或负荷单元系统的建模思想来建立微电网信息模型。参照图3所示，面向分布电源整体系统或负荷单元系统的建模思想，即在建模时根据面向对象的思想，把每个分布式电源系统或负荷单元系统看作一个整体，将描述将此类该分布式电源整体系统的所有设备状态的测点信息分类为遥控点、遥测点、遥信点、遥调点，并设计成描述这个设备对象的动态属性；将该分布式电源整体系统所有设备的固有属性进行总结，并设计成描述这个设备对象的固有属性,从而建立微电网底层设备的IEC61850信息模型。
建模过程：
以风力发电单元为例介绍面向分布式电源整体系统或负荷单元系统的建模方式建模的具体过程。
本发明中将整个风力发电系统看作一个整体，系统中的各测点数据和设备的固有属性数据都包含在一个通用输入输出逻辑节点GGIO中，参照图4所示。除两个公共逻辑节点LLN0和LPHD外，风力发电单元所需逻辑节点只需通用输入/输出逻辑节点GGIO，GGIO包含的部分数据对象与微电网设备测点的对应表如表2所示。
表2.GGIO包含的部分数据对象与微电网设备测点的对应表
参照图5，如一个微电网系统中的风力发电系统中包含了3个风力发电单元，每个风力发电单元包含风力机、风力发电机、电力电子变换器、断路器、变压器、风力发电机组控制器等设备。
1）建模时将IEC61850标准中的逻辑设备对应微电网中的风力发电单元，在ICD文件中命名为WT。
2）逻辑设备下包含五个逻辑节点：LLN0和LPHD为公共逻辑节点，wguGGIO1中包含1#风力发电单元的所有测点信息（其中wgu为逻辑节点GGIO的前缀表示风力发电单元，1为逻辑节点实例号表示1号），wguGGIO2包含2#风力发电单元的所有测点信息，wguGGIO3包含3#风力发电单元的所有测点信息。
3）根据风力发电单元中的所有测点数据和静态数据，在GGIO逻辑节点下设计每个GGIO包括的数据对象，如1#风力发电单元的风速遥测值则设计成wguGGIO1逻辑节点下的AnIn1数据对象，遥控点可设计成wguGGIO1逻辑节点下的SPCSO数据对象，遥信点设计成wguGGIO1逻辑节点下的Ind数据对象等；
4）ICD文件配置完成后，将微电网的ICD文件放入IEC61850服务器中解析，形成微电网的信息模型，建模完成。
IEC61850客户端的设计
本发明中IEC61850客户端在微电网数据交换模型结构中位于微电网能量管理层。主要负责为微电网能量管理系统的高级应用提供数据接口。
IEC61850客户端通过IEC61850服务器的IP地址和串口号与IEC61850服务器建立远程连接，并完成IEC61850客户端服务的初始化。IEC61850客户端通过ACSI服务映射的MMS服务从IEC61850服务器中获取微电网信息模型。IEC61859客户端的功能模块包括数据接收模块、数据存储模块、控制模块；
数据接收模块
IEC61850客户端中的数据接收模块负责向IEC61850服务器发送读取命令，接收IEC61850服务器中的主动上传和被动上传的IEC61850协议数据。IEC61850服务器向IEC61850客户端上传数据的方式有三种：①上位机IEC61850客户端定时发起 ②IEC61850客户端即时发起 ③IEC61850服务器通过报告控制模块主动上传，报告的上传周期、触发条件可在IEC61850客户端设置也可以在IEC61850服务器中配置；数据接收模块接收的数据可包括遥测值、遥信值、数据集、报告控制及物理设备的静态数据。物理设备的静态数据包括：设备的类型、铭牌信息、额定值、告警限值，IEC61850服务器根据实际微电网物理设备来配置微电网中物理设备的静态数据。
IEC61850客户端主动读取数据的方式有两种：1）通过单个数据路径逐个读取所需要的数据；2）通过读取数据集路径一次性读取完所有数据集中的所有数据。
IEC61850客户端读取数据的流程参照图6所示，IEC61850客户端可通过数据集和逐条数据路径分别在单线程和多线程机制下获取数据。实验测试了IEC61850客户端通过不同方式在不同运行机制下获取实时数据的时间，测试结果如表3所示。
表3.不同读取数据方式下IEC61850客户端获取数据所需时间对比表
结果表明通过数据集在多线程并发机制下，IEC61859客户端读取到的数据最快。
控制模块：IEC61850客户端中的控制模块负责接收微电网能量管理系统发送的决策指令，并转化为IEC61850协议的控制指令下发至IEC61850服务器中。
数据存储模块：数据存储模块负责对数据接收模块接收到的数据按照约束条件的不同进行分类存储，并对存储的数据进行管理。
数据自动存储测试中的数据库为MySql数据库，实时数据库为MySql内存数据库，其存储引擎为MEMORY，历史数据库为MySql关系型数据库，存储引擎为InnoDB。
IEC61850协议的实时数据在IEC61850客户端的数据存储流程如图7所示，具体步骤如下：
1）当实时数据通过IEC61850服务器主动或被动上传到IEC61850客户端后，IEC61850客户端将遍历信息模型中的逻辑设备集合，读取模型中所有的逻辑设备；
2）遍历各逻辑设备下的逻辑节点集合，读取模型中所有的逻辑节点；
3）遍历各逻辑节点下的数据对象集合，最后获取模型中所有的数据对象；
将所有的数据对象转化为约束模型节点，每个数据对象就会带有约束条件的属性；
4）数据存储模块通过各数据对象的约束条件将实时数据进行分类如约束条件FC=MX为遥测量、FC=CO为遥控量、FC=ST为遥信量、FC=SP为遥调量，数据分类后分别存储到相应的实时数据库内存表中；
5）在内存数据库中分别建立遥测、遥信、遥控、遥调内存数据库表，并在数据库表中添加数据路径、时间戳、数据值、数据品质字段，其中数据路径为每条数据的固定值；
6）将所述的四种实时数据分别插入对应的实时数据库表中，根据数据的数据路径与微电网物理设备的具体数据映射，也可根据其在实时数据库中对数据的进行查询。
微电网底层物理设备的固有属性数据可使用同样方法通过IEC61850客户端存储到设备数据库中。将微电网模型中三个逻辑节点中共75条遥测点数据一次插入数据库表中。通过不同的数据存储方式测试了数据存入数据库所消耗的时间。表4为数据存储所需时间的测试结果。
表4.不同数据存储方式所消耗的时间对比
| 数据存储方式 | 数据通过单个数据路径获取数据再存入实时库 | 数据通过数据集获取再存入实时库 | 数据存入实时数据库 | 数据直接存入历史数据库 | 数据先存入实时库再转存历史库 | 数据先直接存入实时库再直接存入历史库 |
| 消耗时间 | 930ms | 360ms | 310ms | 2200ms | 550ms | 2300ms |
由表4可知数据通过读取数据集方式获得数据，先将数据存入实时库中再将数据转存到历史数据库中的方法所消耗的时间最短，最有利于保持数据的实时性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型的通讯方法，其特征在于：
将微电网数据交换结构体系划分三层：微电网过程层、数据协议转换层和微电网能量管理层；所述微电网过程层包括微电网物理设备的数据采集单元和控制单元，主要完成模拟量采样、开关量输入/输出和操作命令发送；
所述数据协议转换层对下负责接收微电网过程层采集到的数据，并将数据转换成IEC61850协议数据传送给微电网能量管理层；对上负责接收微电网能量管理层下发的操作控制命令，并将操作控制命令下发给微电网过程层；
所述微电网能量管理层接收数据协议转换层传送的实时数据，通过微电网能量管理系统对所述实时数据进行计算、分析并作出决策，产生微电网下一步优化运行的控制命令集并将这些控制命令集转化为IEC61850标准的命令下发到数据协议转换层；
其中，所述数据协议转换层与微电网能量管理层之间的数据交换通过IEC61850客户端完成，主要为微电网能量管理系统提供数据接口，并自动存储采集到的实时数据；IEC61850服务器应用于所述数据协议转换层，是微电网过程层和数据协议转换层的数据接口，其负责将数据协议转换层的协议转换并通过交换机与上层的IEC61850客户端进行实时通讯，并负责接收微电网过程层采集到的实时数据并转化为IEC61850协议数据和/或将IEC61850协议的控制命令转换为微电网过程层可识别的操作控制命令并下发到微电网过程层；
IEC61850协议数据在IEC61850客户端的数据存储流程具体步骤如下：
1)当实时数据通过IEC61850服务器主动或被动上传到IEC61850客户端后，IEC61850客户端将遍历信息模型中的逻辑设备集合，读取信息模型中所有的逻辑设备；
2)遍历各逻辑设备下的逻辑节点集合，读取信息模型中所有的逻辑节点；
3)遍历各逻辑节点下的数据对象集合，最后获取信息模型中所有的数据对象；将所有的数据对象转化为约束模型节点，每个数据对象就会带有约束条件的属性；
4)数据存储模块通过各数据对象的约束条件将实时数据进行分类：约束条件FC＝MX为遥测量、FC＝CO为遥控量、FC＝ST为遥信量、FC＝SP为遥调量，数据分类后分别存储到相应的实时数据库内存表中；
5)在内存数据库中分别建立遥测、遥信、遥控、遥调内存数据库表，并在内存数据库表中添加数据路径、时间戳、数据值、数据品质字段，其中数据路径为每条数据的固定值；
6)将遥测量、遥控量、遥信量和遥调量四种实时数据分别插入对应的实时数据库表中，根据数据的数据路径与微电网物理设备的具体数据映射，或根据数据在实时数据库中的地址对数据进行查询。
2.根据权利要求1所述基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型的通讯方法，其特征在于：所述微电网能量管理层通过微电网能量管理系统中的高级应用对所述实时数据进行计算、分析并作出决策，所述高级应用包含微电网实时运行监控、微电网潮流分析、光电/风电/负荷预测、微电网实时优化、状态估计、微电网经济调度。
3.根据权利要求1所述基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型的通讯方法，其特征在于：所述微电网物理设备包括能源设备和电力电子设备，包括风机、光伏阵列、蓄电池组、燃料电池组、柴油机、整流器、逆变器、斩波器。
4.根据权利要求1所述基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型的通讯方法，其特征在于：所述微电网物理设备为电力系统设备，包括断路器、变压器、交流母线、直流母线。
5.根据权利要求1所述基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型的通讯方法，其特征在于：所述IEC61850服务器包括：微电网功能描述配置ICD文件解析模块、传统协议解析模块、服务映射模块和编码模块；
主要服务包括：关联服务、目录服务、定义服务、数据集服务、报告服务、控制服务、抽象语法标记编解码服务、制造报文规范协议实现服务、应用接口定义与实现服务；
解析微电网功能描述配置文件，并在所述的IEC61850服务器内部构建微电网IEC61850信息模型；与微电网物理设备层进行数据交换，交换的数据包括物理设备静态数据、测点实时数据以及设备的控制数据。
6.根据权利要求5所述基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型的通讯方法，其特征在于：所述物理设备静态数据包括：设备的类型、铭牌信息、额定值、告警限值，IEC61850服务器根据实际微电网物理设备来配置微电网中物理设备的静态数据。
7.根据权利要求5所述基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型的通讯方法，其特征在于：所述测点实时数据包括：测点模拟测量值和物理设备的状态值；所述设备的控制数据包括：遥控、遥调、配置数据。
8.根据权利要求1所述基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型的通讯方法，其特征在于：所述IEC61850客户端对采集到的实时数据进行自动存储的步骤如下：
遍历微电网IEC61850数据模型中的数据，数据模型中每条数据都包含了此条数据的数据路径和约束条件；按照约束条件对IEC61850协议数据进行分类筛选，实时数据包括遥测数据、遥信数据、遥控数据和遥调数据，其对应的约束条件分别是MX、ST、CO和SP；在内存数据库中分别建立遥测、遥信、遥控、遥调内存数据库表，并在内存数据库表中添加数据路径、时间戳、数据值、数据品质字段，其中数据路径为每条数据的固定值；将所述的实时数据分别插入对应的实时数据库表中，根据数据的数据路径与微电网物理设备的具体数据映射，或根据数据在实时数据库中的地址对数据进行查询。
9.根据权利要求1所述基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型的通讯方法，其特征在于：IEC61850服务器与IEC61850客户端间的数据交换是基于微电网的信息模型上的数据交换，IEC61850协议标准的微电网信息模型的构建方法采用面向分布式电源整体系统或负荷单元系统的建模方法，信息模型的具体构建步骤如下：
将微电网中的整个分布式电源系统或负荷单元系统看作是一个对象，针对所述对象来逐个建立信息模型；将分布式电源系统或负荷单元系统对象分解成数据信息，分解成的数据信息包含动态数据信息和静态数据信息；根据单个分布式电源系统或负荷单元系统分解成的动态数据信息和静态数据信息，参照IEC61850协议标准设计建模所需要的逻辑节点、数据对象和数据属性；根据设计的逻辑节点、数据对象和数据属性通过IEC61850建模工具建立智能电子设备功能描述文件，利用XML语言来描述整个微电网：依据IEC61850协议标准和XML语法规范依次建立所述智能电子设备功能描述文件的Header、Communication、IED、Datatemplates四部分，完成一个完整的智能电子设备功能描述文件的建立；利用IEC61850开发软件解析所述智能电子设备功能描述文件，并将微电网信息模型放置在IEC61850服务器中。
10.根据权利要求9所述基于IEC61850客户端/服务器数据交换模型的通讯方法，其特征在于：所述利用XML语言来描述整个微电网具体是：在所述智能电子设备功能描述文件中，将整个微电网看作是一个智能电子设备；各个分布式电源系统、负荷单元或电气连接单元看作是一个逻辑设备；每个逻辑设备下包含一个LLN0逻辑节点、一个LPHD逻辑节点以及1-n个通用输入/输出逻辑节点GGIO，多个GGIO逻辑节点用前缀名和实例号来区分；在GGIO逻辑节点下添加根据微电网中的微电网过程层采集到的实时数据和静态数据信息设计成的数据对象和数据属性。
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