CN105162871B - 一种基于本体映射的能源互联网通信系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于本体映射的能源互联网通信系统及其方法，至少包括：信息追踪单元，实时在线监测所监管区域内IED设备动态修改的通信服务配置信息，并将生成的报告报文发送给信息转换单元；信息转换单元，基于本体映射的方法将所接收到的MMS报文转换成OpenADR通信协议所认知的自动需求响应事件信息并将其插载入数据库；需求响应通信单元，在接收到正确映射的信息元素后，建立需求响应客户端与需求响应服务器之间的通信服务，将信息转换单元最终输出的数据信息发送给电网中心。采用本发明的映射方法实现两个通信协议IEC61850与OpenADR之间的通信转接，帮助实现信息在整个能源互联网通信系统中准确有效传输。

Description

一种基于本体映射的能源互联网通信系统及其方法

技术领域

本发明涉及一种基于本体映射的能源互联网通信系统及其方法，属于电力技术领域。

背景技术

当前，信息通信技术发展快速，更新频繁，当在电网中使用最新的通信技术时，需要同步具备良好的实时性，可适应性，自愈性的基础设施，从而构建发电商和用户之间的高速动态网络，保证信息安全，准确流通。

在整个电力系统信息传输的过程中，由于不同模块之间通信协议标准的差异可能导致信息在传输的过程中出现丢失，乱码等现象。事实上，变电站内通信主要采用IEC61850通信标准，其中间隔层与变电站层通过MMS通信服务进行信息传输，而控制层通信主要采用OpenADR通信标准，管理层中的电网中心如需获取变电站中智能设备的实时配置信息，就必须能够解析来自间隔层智能设备的报文信息。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种基于本体映射的能源互联网通信系统及其方法，能够实现电力系统中多标准之间的信息交互。

本发明解决上述技术问题的技术方案是：一种基于本体映射的能源互联网通信系统，包括：

信息追踪单元，该单元主要宿主于变电站自动化内的IED设备中，实时在线监测所监管区域内IED设备的通信服务配置信息，当配置信息被动态修改时，生成的报告报文发送给信息转换单元；

信息转换单元，建立IEC61850对象的ACSI服务与OpenADR通信语言服务的映射关系，接收解析MMS报文并将其转换成OpenADR通信协议所认知的需求响应事件信息，将转换得到的信息插入数据库；

需求响应通信单元，建立需求响应客户端与需求响应服务器之间的通信服务，将信息转换单元最终输出的数据信息发送给电网中心。

上述的一种基于本体映射的能源互联网通信系统中，所述的信息追踪单元包括：

事件监测模块，监测数据集中的实时数据，在满足事件触发的条件下生成报告报文，并将报告报文发送给报告处理模块；

报告处理模块，通过IEC61850定义的抽象通信服务接口ACSI和特殊通信服务映射方法SCSM的将IEC61850服务映射到MMS协议栈上，发送给信息转换单元；

报告控制模块，主要用于控制报告的生成以及报告的发送。

上述的一种基于本体映射的能源互联网通信系统中，所述的信息转换单元包括：

MMS报文接收模块，该模块中包含有MMS通信协议机，用于接收来自变电站自动化系统的MMS报文，传送给报文解析模块；

MMS报文解析模块，该模块主要是实现MMS报文信息还原到IEC61850ACSI信息模型的转换过程，方便映射模块提取IEC61850的语义信息；

映射模块，通过本体语义映射的方法，将IEC61850模型信息映射到OpenADR通信语言的本体元素中，获取需求响应事件信息，并且把映射得到的信息存入数据库。

上述的一种基于本体映射的能源互联网通信系统中，所述的需求响应通信单元包括：

信号接收模块，用于接收信息转换单元最终生成的需求响应事件信息；

事件服务模块，由信息转换单元发起，事件服务模块主动周期性地发送一个oadrPoll信号给自动需求响应服务器用于检查服务器的状态，后者则响应一个包含其最新状态信息的oadrDistributeEvent信号作为回应；

报告服务模块，报告服务决定报告的类型，并决定需求响应服务器是否将需求响应事件信息报告给电网中心。

一种基于本体映射的能源互联网通信方法，包括以下步骤：

1)信息追踪单元实时监测所监管区域内IED设备中的通信服务配置信息，当配置信息发生变化时，由事件触发机制触发生成配置信息追踪报告报文，通过MMS通信将报告报文发送至信息转换单元；

2)信息转换单元的报文解析模块对接收到的报告报文进行解析，将所接收到的MMS报文还原成IEC61850ACSI信息模型，提取其中的配置信息；

3)映射模块获取配置信息同时根据IEC61850对象的ACSI服务与OpenADR通信语言服务的映射关系加载映射规则，生成配置信息变体，提取原配置信息和生成的配置信息本体的映射验证对；

4)使用映射验证算法验证所提取的映射验证对是否正确，如果正确，则提取正确的OpenADR通信语言的本体概念元素，获取需求响应事件信息将其存入数据库，若检验失败则重新提取映射验证对，再次验证，一直到提取到正确的本体概念元素为止；

5)整个信息转换单元相当于OpenADR通信标准中的自动需求响应客户端，转换单元提取到正确的需求响应事件信息，将其发送给需求响应通信单元，该单元中的事件服务模块发送一个oadrPoll信号，检测需求响应服务器的状态，在状态允许的情况下报告服务模块决定信息转换单元将需求响应事件信息报告给需求响应服务器，并由需求响应服务器发送给电网中心。

本发明的技术效果在于：本发明构建信息追踪单元，信息转换单元，需求相应通信单元，通过信息追踪单元实时监测各个IED中的配置信息，当配置信息发生改变生成服务追踪报告报文，通过MMS通信发送给信息转换单元。转换单元将接收到的报文转换成IEC61850ACSI信息模型，同时映射模块将IEC61850ACSI格式的配置信息映射到管理层通信语言的本体元素中。通过映射验证算法，验证其所获取的本体是否正确。最后需求响应通信单元获取正确的自动需求响应事件信息，通过事件服务和报告服务将信息报告给电网中心。本发明采用的信息模型和通信服务遵循IEC61850标准和OpenADR标准，功能模块具有分布式、松耦合特性，便于复用和重构，解决了管理层从变电站系统中获取配置信息的技术问题。

附图说明

图1为本发明的结构框图。

图2为本发明中信息追踪单元的结构框图。

图3为本发明中信息转换单元的结构框图。

图4为本发明中转换单元中映射模块的工作流程图。

图5为本发明的需求响应通信单元结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的详细说明。

一种基于本体映射的能源互联网通信系统及其方法，参见图1，本发明包括信息追踪单元、信息转换单元、需求响应通信单元。所述信息追踪单元用于监测所监管区域内设备的通信服务配置信息，如果监测到IED设备的配置信息发生改变，就生成配置信息追踪报文并通过MMS通信发送给信息转换单元；所述信息转换单元将所接收到的MMS报文进行解析、处理，将其还原成IEC61850ACSI信息模型，提取配置信息，同时建立IEC61850对象的ACSI服务与OpenADR通信语言服务的映射关系，将IEC61850ACSI格式的配置信息映射到管理层通信语言中，获取经映射后得到的需求响应事件信息，将其插入数据库。最后需求响应通信单元将自动需求响应事件信息报告给电网中心。

信息追踪单元和信息转换单元的信息交互是信息追踪单元向信息转换单元发送设备的配置信息追踪报告报文。位于间隔层的信息追踪单元与位于变电站层的信息转换单元的信息传输通过MMS通信协议实现。管理层采用OpenADR通信标准，信息转换单元与OpenADR报告模块通过OpenADR2.0bReportService进行信息传输。信息转换单元中的映射模块，采用基于概念相似度的本体映射算法，通过计算概念相似度，直接将原本体映射到目标本体库中的本体，解决两标准中信息模型不兼容的问题。

参见图2，本发明中信息追踪单元包括事件监测模块、报告处理模块、和报告控制模块。信息追踪单元的运行流程：事件监测器负责监测控制块引用数据集的实时数据，并在定制的事件报告触发条件下生成内部通告发送给报告处理器；报告处理器接收到内部通告后，根据不同通信设置情况，对内部通告添加条目标识符(EntryID)等，将报告格式化；报告控制模块负责对不同通信要求下的报告控制块进行配置，以及控制报告的生成及发布。针对图2信息追踪单元的结构框图，具体说明如下：

(1)事件监测模块采用服务追踪模型。本发明的服务追踪模型为控制块服务追踪，控制块服务追踪的数据对象为“objRef”(对象引用)，触发选项均为“dupd”(数据更新)。本发明“objRef”指设置控制块配置信息的服务中的控制块引用参数。本发明的配置信息追踪采用Reporting机制实现。Reporting机制是以事件驱动来实现信息交换的机制，事件发生满足触发条件便立即发送报告报文。

(2)报告模型采用BRCB服务模型。BRCB服务模型包括触发选项设计、数据集构造和报告控制块实例配置。具体说明如下：

1)报告模型监视控制块实例中触发选项设置为“TRUE”的触发选项类型，触发选项(TrgOps)类型包括dchg(数据改变)、dupd(数据更新)、qchg(品质改变)、integrity(完整性)、general-interrogation(总召唤)。当数据集引用成员的属性-触发选项(TrgOp)与报告控制块实例中可监视的触发类型相同时才被监视；

2)数据集(DATA-SET)是有序的数据对象或数据属性。当数据集成员是数据对象(Dataobject)时，它的某个数据属性的触发将引起该数据对象全体属性值被报告。本发明中配置信息追踪报文中需要包括智能电子IED设备中的通信服务的所有配置信息，构造的数据集中应将“LTRK”逻辑节点中的BrcbTrk、UrcbTrk、LocbTrk、GocbTrk、MsvcbTrk、UsvcbTrk数据对象作为数据集成员；

3)报告报文的内容由报告机制中“OptFlds”的配置来决定。配置信息追踪报文的目的是追踪上述构造数据集中的包含配置信息的数据对象，因此，“OptFlds”中的data-set-name(数据集引用名)应该设置为TRUE。

(3)报告控制模块负责将IEC61850ACSI格式的信息模型映射到MMS的协议栈上，然后通过MMS通信协议发送给信息转换单元中的MMS报文接收模块。

参见图3，信息转换单元包括MMS报文接收模块、MMS报文解析模块和映射模块，报文接收模块，该模块集成了MMS通信协议机，能够接收来自变电站的MMS报文。报文解析模块，实现MMS报文信息映射到IEC61850ACSI信息模型。方便映射模块对IEC61850语义信息的提取。映射模块，通过本体映射的方法，实现将IEC61850信息映射到OpenADR通信语言的本体元素中的过程，提取最终获取的需求相应事件信息并存入内部的数据库。

针对图3信息转换单元的具体说明如下:

(1)变电站间隔层设备进行MMS通信服务时，采用使用中继代理的形式实现信息传输，MMS信息发送端将信息传送给中继代理，由中继代理建立连接链路，把信息传送至接收方的中继代理，信息被接收方的中继代理传送给信息转换单元中的MMS信息接收模块。

(2)MMS报文解析模块接收到MMS报文后，将信息还原成IEC61850ACSI信息模型，IEC61850通信标准定义了变电站配置语言SCL，会以SCL编写的XML文件表示所解析出的报告报文。因此报文解析模块需从XML文件中提取所对应设备的配置信息。

(3)映射模块是信息转换单元功能实现的核心模块，基于本发明提出本体语义映射的方法，将IEC61850对象的ACSI服务与OpenADR通信语言服务一一对应，将报文解析模块提取的配置信息映射到OpenADR通信语言的本体元素中，实现管理层事件服务模块对配置信息的有效读取。该模块打破IEC61850与OpenADR两个通信标准之间的鸿沟，使得遵循不同标准的模块能够进行信息传输。

针对图4信息转换单元中映射模块的工作流程的具体说明如下：

为了保证映射的准确性，映射模块包含了关于本体映射的相关算法，映射验证算法可以自行选择。首先提取接收到的配置信息，加载映射规则，生成信息变体，接着使用映射验证算法验证原有的配置信息与生成的信息变体，若验证正确，则输出正确的信息变体，若验证失败，则重新提取映射中的验证对再验证，直到得到准确的信息变体，获取正确的需求响应事件信息，将其存入数据库，方便下次相同信息映射时直接获取变体信息，同时优化映射关联。

参见图5，需求响应通信单元包括信号接收模块，事件服务模块，报告服务模块。需求响应通信单元的运行流程：信号接收模块接收来自信息转换单元的需求响应事件信息，发送给事件服务模块。事件服务模块在接收到了需求响应事件信号后检测服务器的状态，在状态允许的情况下由报告服务模块将需求响应事件信息发送给需求响应服务器，再由需求响应服务器发送给电网中心。

针对图5需求响应通信单元的具体说明如下：

(1)事件服务包括两种不同的通信模式：PUSH模式和PULL模式。本发明中采用PULL模式。在PULL模式下，需求响应客户端发起通信。需求响应客户端主动周期性发送一个oadrPoll信号给自动需求响应服务器用于检测服务器的状态，后者则会回应一个oadrDistributeEvent信号，该信号包含其最新的状态信息。之后，需求响应客户端也会周期性地生成一个oadrCreatedEvent信号反馈给自动需求响应服务器，该信号中包含了自动需求响应客户端所需要的状态信息。在PULL模式下，需求响应客户端可以不断检测服务器的状态，避免拥堵，保证双方准确有效地通信。

(2)报告服务决定报告的类型，并决定操作源(自动需求响应服务器或需求响应客户端)是否对需求响应事件信息进行报告，若决定报告，操作源便会产生一个包含报告信息和报告类型的oadrUpdateReport报文，发送给操作目标(需求响应客户端或自动需求响应服务器)，之后操作目标便响应一个oadrUpdatedReport报文给操作源，表示做好接收信息的准备。操作源同样可以发送报文来取消相关信息的报告。

本发明的一种基于本体映射的能源互联网通信系统及方法，包括以下步骤：

1)信息追踪单元实时监测所监管区域内IED设备中的通信服务配置信息，当配置信息发生变化时，由事件触发机制触发生成配置信息追踪报告报文，通过MMS通信将报告报文发送至信息转换单元；

2)信息转换单元的报文解析模块对接收到的报告报文进行解析，将所接收到的MMS报文还原成IEC61850ACSI信息模型，提取其中的配置信息；

3)映射模块获取配置信息同时根据IEC61850对象的ACSI服务与OpenADR通信语言服务的映射关系加载映射规则，生成配置信息变体，提取原配置信息和生成的配置信息变体的映射验证对；

4)使用映射验证算法验证所提取的映射验证对是否正确，如果正确，则提取正确的OpenADR通信语言的本体概念元素，获取需求响应事件信息将其存入数据库，若检验失败则重新提取映射验证对，再次验证，一直到提取到正确的本体概念元素为止；

5)整个信息转换单元相当于OpenADR通信标准中的自动需求响应客户端，转换单元提取到正确的需求响应事件信息，将其发送给需求响应通信单元，该单元中的事件服务模块发送一个oadrPoll信号，检测需求响应服务器的状态，在状态允许的情况下报告服务模块决定信息转换单元将需求响应事件信息报告给需求响应服务器，并由需求响应服务器发送给电网中心。

Claims (5)

1.一种基于本体映射的能源互联网通信系统，包括信息追踪单元、信息转换单元和需求响应通信单元，其特征在于，至少还包括，

所述的信息追踪单元，该单元主要宿主于变电站自动化内的IED设备中，实时在线监测所监管区域内IED设备的通信服务配置信息，当配置信息被动态修改时，生成报告报文发送给信息转换单元；

所述的信息转换单元，建立IEC61850对象的ACSI服务与OpenADR通信语言服务的映射关系，接收解析MMS报文并将其转换成OpenADR通信协议所认知的需求响应事件信息，将转换得到的信息插入数据库；

所述的需求响应通信单元，建立需求响应客户端与需求响应服务器之间的通信服务，将信息转换单元最终输出的数据信息发送给电网中心。

2.根据权利要求1所述的一种基于本体映射的能源互联网通信系统，其特征在于，所述的信息追踪单元至少还包括，

事件检测模块，监测数据集中的实时数据，在满足事件触发的条件下生成报告报文，并将报告报文发送给报告处理模块；

报告处理模块，通过IEC61850定义的抽象通信服务接口ACSI和特殊通信服务映射方法SCSM的将IEC61850服务映射到MMS协议栈上，发送给信息转换单元；

报告控制模块，主要用于控制报告的生成以及报告的发送。

3.根据权利要求1所述的一种基于本体映射的能源互联网通信系统，其特征在于，所述的信息转换单元至少还包括，

MMS报文接收模块，该模块中包含有MMS通信协议机，用于接收来自变电站自动化系统的MMS报文，传送给报文解析模块；

MMS报文解析模块，该模块主要是实现MMS报文信息还原到IEC61850ACSI信息模型的转换过程，方便映射模块提取IEC61850的语义信息；

映射模块，通过本体语义映射的方法，将IEC61850模型信息映射到OpenADR通信语言的本体元素中，并且把映射得到的信息存入数据库。

4.根据权利要求1所述的一种基于本体映射的能源互联网通信系统，其特征在于，所述的需求响应通信单元至少还包括，

信号接收模块，用于接收转换单元最终生成的需求响应事件信息；

事件服务模块，由信息转换单元发起，信息转换单元主动周期性地发送一个oadrPoll信号给需求响应服务器用于检查服务器的状态，后者者则响应一个包含其最新状态信息的oadrDistributeEvent信号作为回应；

报告服务模块，报告服务决定报告的类型，并决定需求响应服务器是否将需求响应事件信息报告给电网中心。

5.一种基于本体映射的能源互联网通信方法，至少包括以下步骤：

1)信息追踪单元实时监测所监管区域内IED设备中的通信服务配置信息，当配置信息发生变化时，由事件触发机制触发生成配置信息追踪报告报文，通过MMS通信将报告报文发送至信息转换单元；

2)信息转换单元的报文解析模块对接收到的报告报文进行解析，将接收到的MMS报文还原成IEC61850ACSI信息模型，提取其中的配置信息；

3)映射模块获取配置信息同时根据IEC61850对象的ACSI服务与OpenADR通信服务的映射关系加载映射规则，生成配置信息变体，提取原配置信息和生成的配置信息本体的映射验证对；

4)使用映射验证算法验证所提取的映射验证对是否正确，如果正确，则提取正确的OpenADR通信语言的本体概念元素，获取需求响应事件信息将其存入数据库，若检验失败则重新提取映射验证对，再次验证，一直到提取到正确的本体概念元素为止；

5)整个信息转换单元相当于OpenADR通信标准中的自动需求响应客户端，转换单元提取到正确的需求响应事件信息，将其发送给需求响应通信单元，该单元中的事件服务模块发送一个oadrPoll信号，检测需求响应服务器的状态，在状态允许的情况下报告服务模块决定信息转换单元将需求响应事件信息报告给需求响应服务器，并由需求响应服务器发送给电网中心。