CN105812317A - 一种基于数据分发服务规范的智能变电站报文映射方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于数据分发服务规范的智能变电站报文映射方法，该方法通过实时数据服务规范实现IEC61850的报文映射，包括：确定IEC61850的ACSI通信服务交换机制；将ACSI通信服务映射到IEC61850基于实时数据分发服务中；构建IED设备的通信节点。本发明提供的方法是基于发布/订阅方式的数据分发服务规范映射抽象通信服务接口的新方法；实时数据分发规范提供了丰富的服务质量策略，适合于实时性要求高的应用环境。相对于智能变电站现有实现方案，该方法是一种简便、规范、实时、可靠的报文映射实现方法。

Description

一种基于数据分发服务规范的智能变电站报文映射方法

技术领域

本发明涉及一种智能变电站的映射方法，具体讲涉及一种基于数据分发服务规范的智能变电站报文映射方法。

背景技术

目前，面向电网的通信架构受通信技术和软件架构发展的影响，以对象为中心居多。这些架构采用C/S模型或者C/S模型与Pub/Sub模型相结合的方式，具有复杂的运行机制。随着通信技术和软件架构的进步，智能电网需要更合适的通信模型和网络架构作支撑。传统的C/S结构的网络以服务器为中心枢纽，每个客户端与服务器直接通信，一个服务器通常会与多个客户端同时连接，客户端与服务器之间具有结构上的高度耦合的问题，使得系统的灵活性和可拓展性受到限制。而发布/订阅机制是点对点的通信，能高效地在各网络节点之间进行数据分发网络中的节点可以订阅其感兴趣的信息，或者发布其能提供的数据。同时，不同的节点可能对QoS有不同的要求。

对象管理组织OMG综合了各个实时数据发布中间件，基于实时CORBA的基础，制定了面向分布式实时系统的数据分发服务规范。它是以数据为中心的实时数据通信标准，将分布式实时系统中数据发布、传递和接收的接口和行为标准化而且定义了以数据为中心的发布/订阅机制，提供了丰富的Qos策略，简化并促进了分布式系统中数据高效、可靠地分发。该标准使用UML语言描述服务，提供了与平台无关的数据模型，能够映射到各种平台和编程语言。实时数据分发服务中的数据流如图1所示。

同时，智能变电站通信协议IEC61850中定义的抽象数据模型必须映射到标准化的通信协议才能得以真正的实施。标准的第7部分描述了核心ACSI服务映射到制造报文规范MMS。虽然MMS具有许多的技术优势，但由于它只有2级数据结构，并不能区分IEC61850众多的ACSI类。在很多情况下，MMS不能为IEC61850提供很准确的通信服务。

智能变电站是智能电网的重要环节，需要实时可靠的通信支持。IEC61850作为智能变电站的通信标准，没有定义具体的通讯协议的实现方法，造成具体实现中面临映射多样化、非标准化以及实现复杂的问题。

发明内容

为解决上述中现有技术的不足，本发明的目的是提供一种基于数据分发服务规范的智能变电站报文映射方法，该方法是基于发布/订阅(publish/subscribe)方式的数据分发服务规范映射抽象通信服务接口(abstractcommunicationserviceinterface，ACSI)的新方法；实时数据分发规范提供了丰富的服务质量策略，适合于实时性要求高的应用环境。相对于智能变电站现有实现方案，该方法是一种简便、规范、实时、可靠的报文映射实现方法。

本发明的目的是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于数据分发服务规范的智能变电站报文映射方法，其改进之处在于，所述方法通过实时数据服务规范实现IEC61850的报文映射，所述方法包括下述步骤：

(1)确定IEC61850的ACSI通信服务交换机制；

(2)将ACSI通信服务映射到IEC61850基于实时数据分发服务；

(3)构建IED设备的通信节点。

进一步地，所述步骤(1)中，确定IEC61850的ACSI通信服务交换机制包括：定义独立于具体应用层协议和实现的抽象通信服务接口ACSI；采用专用通信服务映射SCSM将抽象的通信服务、对象和参数映射到应用层；IEC61850的ACSI通信服务包括：用来控制和读取数值的服务，并采用C/S模式；对时间要求高(GOOSE报文通信,注释,本报文是快速控制报文,所以采用点对点通信方式)的情况和周期采样值传输服务，所述ACSI通信服务交换机制采用对等通信模式。

进一步地，所述步骤(2)中，实时数据分发服务采用以数据为中心的信息交换模型，所述信息交换模型包括应用模块、发布者、传输层、物理层和订阅者；

所述发布者通过传输层发布数据，数据通过发布者的具有传输协议的物理层传输到订阅者的具有传输协议的物理层，远程订阅者获取数据，发布者与订阅者之间相互独立。

进一步地，所述步骤(2)中，基于实时数据分发服务的IEC61850映射包括：将ACSI节点中的逻辑节点和逻辑设备映射到基于实时数据分发服务中的域对象类；将ACSI节点中的数据组映射到基于实时数据分发服务中的变量列表；

将ACSI服务中的成组整定控制映射到基于实时数据分发服务中的DDS主题；

将日志映射到基于实时数据分发服务中的日记。

进一步地，所述步骤(3)包括下述步骤：

1)定义IED设备通信数据空间域名，确定IED设备的通信范围；

2)定义IED设备在其通信数据空间中进行通信的主题；

3)建立IDL文件，定义所要通信的数据结构；

4)基于数据分发规范转换IDL文件到程序开发语言；

5)根据应用需求修改通信数据的变量赋值及通信频率；

6)根据应用需求设计修改服务质量QoS配置文件，建立符合IED设备要求的服务质量策略；

7)编译代码测试可执行文件。

与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有的优异效果是：

1.实现轻量级，结构松耦合：

本发明中使用的实时数据分发规范是一个轻量级的数据通信规范，对比于基于制造报文规范MMS的智能变电站报文映射方案具有实现简单高效的优点。同时基于数据分发规范的方案将智能变电站构建为以处理数据为中心的分布式应用系统，具有结构松耦合，动态灵活地特点。

2.消息Qos分级，服务实时：

制造报文规范MMS只有2级数据结构，不能区分IEC61850众多的ACSI类，不能为IEC61850提供很准确的通信服务，实时数据服务规范可实现一到多的事件的通信能力和定期数据分配的映射，可将数据按Qos分级传递，实现信息的实时分发。

附图说明

图1是本发明提供的实时数据分发服务中的数据流图；

图2是本发明提供的ACSI映射至通信栈示意图；

图3是本发明提供的实时数据分发服务通信应用模型图；

图4是IEC61850/MMS数据模型图；

图5是本发明提供的基于实时数据分发服务的IEC61850映射数据实例模型图；

图6是本发明提供的基于数据分发服务规范的智能变电站报文映射方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

本发明提供一种基于数据分发服务规范的智能变电站报文映射方法，所述方法通过实时数据服务规范实现IEC61850的报文映射，该方法的流程图如图6所示，包括下述步骤：

(1)确定IEC61850的ACSI通信服务交换机制；IEC61850根据电力生产过程中的要求和特点，归纳电力系统所必须的信息传输网络服务，定义了独立于具体应用层协议和实现的抽象通信服务接口ACSI。采用专用通信服务映射(specificcommunicationservicemap，SCSM)方法将抽象的通信服务、对象和参数映射到具体的应用层(即采用当前已经成熟的国际通信标准作为其通信协议栈)。这种映射的复杂性随网络通信技术而变化，一部分抽象通信服务接口可能无法被所有的映射支持。一个应用层可能使用一个或多个通信栈(1至6层)，如图2所示。IEC61850的ACSI通信服务主要包含2类方式：一类是用来控制和读取数值的服务；另一类是用于对时间要求较高的情况和周期采样值传输服务。

(2)IEC61850基于实时数据分发服务的映射；

实时数据分发服务采用以数据为中心的信息交换模型，所述信息交换模型包括应用模块、发布者、传输层、物理层和订阅者；

所述发布者通过传输层发布数据，数据通过发布者的具有传输协议的物理层传输到订阅者的具有传输协议的物理层，远程订阅者获取数据，发布者与订阅者之间相互独立。

基于实时数据分发服务的IEC61850映射包括：将ACSI节点中的逻辑节点和逻辑设备映射到基于实时数据分发服务中的域对象类；将ACSI节点中的数据组映射到基于实时数据分发服务中的变量列表；

将ACSI服务中的成组整定控制映射到基于实时数据分发服务中的DDS主题；

将日志映射到基于实时数据分发服务中的日记。

实时数据分发服务采用以数据为中心的信息交换模型，某些应用程序发布(发布者)数据，然后对其感兴趣的远程应用程序(订阅者)获取这些数据，发布者与订阅者之间相互独立，它们只关心如何以最小的通信负载实时和可靠地进行数据传递。实时数据分发服务的数据通信应用模型如图3所示。

基于IEC61850的要求，结合实时数据分发服务以数据为中心的发布/订阅通信模型的特点，ACSI的对象映射到相应的数据分发服务实例如下表1所示。

表1基于实时数据分发服务的IEC61850映射表

对比图4所示传统的IEC61850/MMS数据模型，建立IEC61850映射到DDS的数据模型，如图5所示。面向原有的IEC61850/MMS数据典型模型，实现基于实时数据分发服务的智能变电站报文映射。

图4给出了具有单母线、一条220kV进线和2条110kV出线的某变电站的一次接线图，它被划分为D1Q1(220kv和132kv分别用D和E表示，这边的这些都是典型智能变电站的接线图的缩写，具有通用性，D1Q1/E1Q1/E1Q2/E1Q3是4个间隔，图中是一个具有单母线、一条220kv进线和2条110kv出线的某变电站的一次接线图)、E1Q1、E1Q2和E1Q3四个间隔。以E1Q2为例：TCTR、TVTR、XCBR(TCTR:电流互感器、TVTR电压互感器、XCBR断路器)和XSWI(隔离开关)等逻辑节点分布在过程层，MMXU(测量单元)、PIOC(瞬时过电流)、MMTR(计量单元)和CSWI(开关控制器)等逻辑节点分布在间隔层，断路器XCBR和隔离开关XSWI的闭合控制通过CSWI实现，电流互感器TCTR、电压互感器TVTR的测量和计量通过MMXU、MMTR和PIOC得以实现。

本发明将IEC61850的逻辑节点TCTR、TVTR、XCBR、XSWI、MMXU、PIOC、MMTR和CSWI映射为数据分发规范中具有独立性和自主性的“发布者”和“订阅者”。以智能电子设备MMXU实现对电流互感器TCTR和电压互感器TVTR的测量和计量的通信过程为例，说明IEC61850协议到实际通信协议映射的实现。智能电子设备MMXU订阅域名为“MMXU”，主题为“PtPV”的数据，随即侦听全局数据空间中的信息，对比是否有域名为“MMXU”、主题为“PtPV”的数据流。若不存在，则持续监听；存在，则进一步对比QoS是否匹配。若QoS匹配，则建立连接，进行数据传输。智能设备TVTR和TCTR根据自身功能设置以控制信号为指令自主的发布数据。智能电子设备(intelligentelectronicdevices，IED)各自是独立的，采用点对点通信，有效地降低了各个IED设备间的耦合度。一旦某个IED出问题，只会影响自己，其他IED仍然可以照常工作。

(3)构建IED设备的通信节点，包括下述步骤：

1)定义IED设备通信数据空间域名，确定IED设备的通信范围；

2)定义IED设备在其通信数据空间中进行通信的主题；

3)建立IDL文件，定义所要通信的数据结构；

4)基于数据分发规范转换IDL文件到程序开发语言；

5)根据应用需求修改通信数据的变量赋值及通信频率；

6)根据应用需求设计修改服务质量QoS配置文件，建立符合IED设备要求的服务质量策略；

7)编译代码测试可执行文件。

本发明采用的数据分发服务规范既不需要因远程获取数据而人为地创建CORBA对象,也不需要开发特定的事件/消息方案,是以数据为中心的分布式应用的一种简单的编程模型。

其以数据为中心的发布/订阅模型基于“全局数据空间”的概念，所有应用程序都能接入并成为数据发布者和订阅者。当发布者将新数据发送到全局数据空间中，订阅者就可以实时的从该数据空间获取。应用1将新数据以主题1为标识发布到全局数据空间，订阅者通过对比主题来判断是否是自己需要的数据。应用2需要获取主题1的数据，所以当订阅应用监听到符合自己要求的主题时开始接收主题1数据。在这个共享的“全局数据空间”中存在着所有的数据对象，各个分布式应用节点可以自由快速的访问这些数据对象。事实上,发布/订阅模型的关键在于所有数据只在对它感兴趣的那些应用程序的本地缓存中活动。每个以数据为中心的发布/订阅模型的底层都有一个“全局数据空间”，并指定了各对象成员与此空间联系。此数据模型结构并不复杂，每个结构都用Topic和Type加以标识，可看作是一组相互之间没有关系的数据结构的集合。Topic是标识符，在全局数据空间中起唯一标示某些数据项的作用；Type提供结构信息让中间件知道该如何操作这些数据，允许中间件提供一定的类型保护措施。以数据为中心的发布/订阅模型为信息发布者与订阅者之间提供松耦合关系。实现系统各个组成部分间去除稱合，大大增强了系统设计的灵活性，便于系统的维护和规模的扩展。

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，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于数据分发服务规范的智能变电站报文映射方法，其特征在于，所述方法通过实时数据服务规范实现IEC61850的报文映射，所述方法包括下述步骤：

(1)确定IEC61850的ACSI通信服务交换机制；

(2)将ACSI通信服务映射到IEC61850基于实时数据分发服务中；

(3)构建IED设备的通信节点。

2.如权利要求1所述的智能变电站报文映射方法，其特征在于，所述步骤(1)中，确定IEC61850的ACSI通信服务交换机制包括：定义独立于具体应用层协议和实现的抽象通信服务接口ACSI；采用专用通信服务映射SCSM将抽象的通信服务、对象和参数映射到应用层；IEC61850的ACSI通信服务包括：用来控制和读取数值的服务，并采用C/S模式；对时间要求高的情况和周期采样值传输服务，所述ACSI通信服务交换机制采用对等通信模式。

3.如权利要求1所述的智能变电站报文映射方法，其特征在于，所述步骤(2)中，实时数据分发服务采用以数据为中心的信息交换模型，所述信息交换模型包括应用模块、发布者、传输层、物理层和订阅者；

所述发布者通过传输层发布数据，数据通过发布者的具有传输协议的物理层传输到订阅者的具有传输协议的物理层，远程订阅者获取数据，发布者与订阅者之间相互独立。

4.如权利要求3所述的智能变电站报文映射方法，其特征在于，所述步骤(2)中，基于实时数据分发服务的IEC61850映射包括：将ACSI节点中的逻辑节点和逻辑设备映射到基于实时数据分发服务中的域对象类；将ACSI节点中的数据组映射到基于实时数据分发服务中的变量列表；

将ACSI服务中的成组整定控制映射到基于实时数据分发服务中的DDS主题；

将日志映射到基于实时数据分发服务中的日记。

5.如权利要求1所述的智能变电站报文映射方法，其特征在于，所述步骤(3)包括下述步骤：

1)定义IED设备通信数据空间域名，确定IED设备的通信范围；

2)定义IED设备在其通信数据空间中进行通信的主题；

3)建立IDL文件，定义所要通信的数据结构；

4)基于数据分发规范转换IDL文件到程序开发语言；

5)根据应用需求修改通信数据的变量赋值及通信频率；

6)根据应用需求设计修改服务质量QoS配置文件，建立符合IED设备要求的服务质量策略；

7)编译代码测试可执行文件。