CN107069950A - 一种配电主站对终端设备的自动识别方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种配电主站对终端设备的自动识别方法及系统，其技术特点是：包括以下步骤：步骤1、由配电终端主动向配电自动化主站提交注册信息，完成配电终端注册；步骤2、由配电自动化主站的前置服务器主动发现上线注册的配电终端，并创建底层的通信链接，为双方的通信交互提供点到点的通信服务；步骤3、配电终端上送基于IEC61850标准的SCL自描述模型文件至配电自动化主站；步骤4、配电自动化主站解析SCL自描述模型文件信息后更新数据库模型信息，并将配电终端的二次量测模型信息与配电自动化主站系统内的IEC61968模型做映射关联。本发明能够利用104规约报文资源实现配电自动化主站系统对配电终端的自动发现和自动识别。
Description
技术领域
本发明属于配网自动化系统的远动信息采集技术领域，涉及国际标准IEC61850在配电自动化领域的一种应用，尤其是一种配电主站对终端设备的自动识别方法及系统。
背景技术
随着配电网的数字化、信息化、自动化、互动化和智能化的发展历程，集现代计算机、通信网络、电力系统控制等技术于一体的智能配电网对配电网中的智能终端设备进行远方实时监视、控制、协调及维护的技术得到了迫切的需求。这就对配电系统提出了较高的要求：
(1)配电终端上送的数据要有明确的含义，数据之间的关联性强且不同厂商之间的设备需要实现较好的互操作性；
(2)终端设备需要具备自描述功能及统一的接口规范；
(3)需要研究并开发配网终端自动识别技术，着重减少配网自动化系统维护调试的工作量，从而提高工作效率；
(4)需要提供充足的配网自动化终端运行信息，能够及时准确排除现场故障；
(5)达到安全性，可靠性，灵敏性的要求。
在传统的配电网中，配电终端与配电主站之间采用信息转发表的方式进行调试，这种方法仅仅解决了数据传输的问题。其依靠人工方式传递遥信、遥测、遥控点表，再通过主站与终端进行逐点对试校核，然后主站手动将信息点表输入数据库的方式不仅存在数据含义不明确，各种数据之间关联性不强的问题；而且当有新的终端加入配电系统或终端出现故障时，不能及时发现并采取相应的措施。最终导致主站与终端之间，终端与终端之间不能实现IEC60870-5-104规约的配电终端自动识别是即插即用技术关键问题之一，因此研究一种配电终端的自动识别方法具有非常重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种能够利用104规约报文资源实现配电自动化主站系统对配电终端的自动发现和自动识别的配电主站对终端设备的自动识别方法及系统。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种配电主站对终端设备的自动识别方法，包括以下步骤：
步骤1、配电终端在工程现场安装完成并通电后，接入配电自动化通信网络，由配电终端主动向配电自动化主站提交注册信息，完成配电终端注册；
步骤2、配电自动化主站的前置服务器启用网络监听服务，对网络进行实时监听；由配电自动化主站的前置服务器主动发现上线注册的配电终端，并创建底层的通信链接，为双方的通信交互提供点到点的通信服务；
步骤3、配电终端上送基于IEC61850标准的SCL自描述模型文件至配电自动化主站；
步骤4、配电自动化主站解析SCL自描述模型文件信息后更新数据库模型信息，并将配电终端的二次量测模型信息与配电自动化主站系统内的IEC61968/IEC61970模型做映射关联，自动识别现场的配电终端设备。
而且，所述步骤1的具体步骤包括：
(1)配电终端在工程现场安装完成并通电后，将配电终端接入配电自动化系统；
(2)在配电终端与配电自动化主站建立连接后进行通信环境的初始化；在初始化过程中，配电终端的信息量采用面向对象的自描述方式，将设备自描述信息和配电终端具备的服务能力的相关信息传送至配电自动化主站，所述设备自描述信息包括终端设备名称、所支持的服务项目和通信能力；主站能够在配电终端所支持的服务项目内选择和订阅自身所需要的服务；
(3)由配电终端主动向配电自动化主站提交包括：IP、通信端口、版本信息和唯一标识名称的注册信息，将配电终端入网注册；
而且，所述步骤2的具体步骤包括：
(1)配电自动化主站的前置服务器启用网络监听服务，对网络进行实时监听；
(2)配电主站的前置服务器通过定时广播或组播的方式主动发现(Discover)上线注册的配电终端；
(3)配电自动化主站主动检测到配电终端网络IP的存在，采用IP网络通信方式，双方建立底层的通信连接。
而且，所述步骤3的配电终端的信息量采用面向对象的自描述方式，将包括：逻辑设备、逻辑节点和数据对象信息的基于IEC61850标准的SCL自描述模型文件上送至配电自动化主站。
而且，所述步骤4的具体步骤包括：
(1)在初始化过程结束后，配电自动化主站根据配电终端和配电自动化主站交互的结果各自生成SCL自描述模型配置文件，并根据该SCL自描述模型配置文件，解析配电终端的SCL自描述模型文件信息；
(2)配电主站根据配电终端的自描述模型文件信息更新主站系统的数据库，进而确定配电终端是首次接入还是通道退出后的再次接入，经过配电终端与配电自动化主站的协同处理自动识别配电终端；
(3)配电自动化主站将配电终端的自描述模型文件信息与配电自动化系统内已有的CIM模型相关联，自动生成二次量测模型信息。
一种配电主站对终端设备的自动识别系统，包括配电主站层和配电终端层；所述配电主站层由数据库服务器、应用服务器和前置服务器构成；所述配电终端层包括多个IED配电终端；
所述数据库服务器上安装CIM模型库和二次量测模型库，用于存储并处理配电终端接入的数据；
所述应用服务器用于配置配电自动化主站系统的应用功能；
所述前置服务器上安装IEC61850基础类库、SCL解析模块、系统配置模块和模型映射模块；该前置服务器配置前置的应用模块，通过网络通道采集终端数据，再送到应用服务器对数据进行处理；接收并处理配电终端上送的104规约点表信息，将各种不同类型终端上送的数据进行解码和识别，统一转化为主站系统内部的数据，实现配电终端的自动识别功能；
所述IEC61850基础类库是处理IEC61850模型及数据信息的基础，为SCL解析模块、系统配置模块及模型映射模块等的功能实现提供基础支撑服务；
所述IED配电终端为带自描述功能的配电终端，用于向主站发送SCL配电终端自描述文件；
所述SCL解析模块用于将收到的SCL文件解析成具体的配电终端自描述模型数据，为模型映射模块提供数据源；
所述模型映射模块用于在人工干预下将主站CIM模型与配电终端的自描述模型数据做映射，实现配电终端的自描述模型与主站CIM模型库的匹配；并同时在主站系统的二次量测模型库中生成对应的二次量测模型；
所述CIM模型库由PMS或GIS系统导入到配电主站系统，用于描述配电网的配网开关、配网刀闸和配网母线的模型一次设备模型信息；
所述二次量测模型库用于存储配电终端自身的自描述模型数据和配电终端的电压、电流、有功和无功的二次量测模型信息，并将匹配到的配电终端的自描述模型信息进行抽取或定制，生成新的SCL配电终端自描述文件，返回给模型映射模块；
所述系统配置模块用于实现对配电终端参数配置和为配电终端提供配电线路拓扑信息的配置功能，并将收到的返回信息生成SCD自描述配置文件，由配电主站将SCD自描述配置文件下发给配电终端，完成配电终端的自动识别。
而且，所述前置服务器还可以实现配电终端自动发现功能、配电终端资源分配功能、配电终端模型映射功能和配电终端配置及管理功能的信息处理功能。
本发明的优点和积极效果是：
1、本发明通过IEC61850标准配电终端到IEC60870-104标准模型映射技术的研究，借鉴IEC61850的建模思想，制定符合IEC61850标准的终端设备自描述信息文件；研究发现(Discover)和注册(Register)机制，由配电主站的前置服务器创建底层的通信链接，为双方的通信提供点到点的通信服务，从而实现配电终端的自动发现、自动识别。
2、本发明支持原有配电主站系统IEC61968模型标准，提出了制定符合IEC61850标准的终端设备自描述实现方法，通过IEC61850标准配电终端到IEC60870-5-104标准模型映射及接入技术，构建了发现(Discover)和注册(Register)机制，利用104规约报文资源实现配电自动化主站系统对配电终端的自动发现、自动识别，减少配电自动化终端安装调试过程中的大量工作，同时为实现配电自动化主站与终端之间的相互识别提供模型基础。
3、本发明采用Discover/Register机制，利用配电主站的Discover命令和配电终端的Register命令，新的配电终端上线后或配电终端的配置信息改变后能自动被配电主站检测到，实现了配电终端的自动发现、自动识别，减少了配电自动化终端安装调试过程中的大量配置和人工核对点表工作。通过结合自描述功能、标准的信息模型和服务模型，从而实现配电自动化终端之间的相互识别，提高终端设备的智能化水平。
附图说明
图1是本发明的配电主站对终端设备的自动识别方法流程图；
图2是本发明的配电主站对终端设备的自动识别系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明实施例作进一步详述：
本发明提供一种基于104规约的配电主站对终端设备的自动识别方法，配电主站能够主动发现工程现场新安装的配电终端，并根据配电终端上送的自描述配置信息，创建配电终端量测模型库，自动识别配电终端上送的遥测、遥信实时数据。
本发明是针对配电终端接入配电自动化系统时，根据配电终端与主站之间通信的特点，为减少配电终端安装调试过程中的大量人工校核工作，研究配电主站前置服务器与配电终端的通信模式，通过IEC104规约报文资源实现配电自动化主站自动在线识别基于标准信息模型的配电终端的方法。
一种基于104规约的配电主站对终端设备的自动识别方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤1、配电终端在工程现场安装完成并通电后，接入配电自动化通信网络，由配电终端主动向配电自动化主站提交Register(注册)信息，完成配电终端注册；
所述步骤1的具体步骤包括：
(1)配电终端在工程现场安装完成并通电后，将配电终端接入配电自动化系统；
(2)在配电终端与配电自动化主站建立连接后进行通信环境的初始化；在初始化过程中，配电终端的信息量采用面向对象的自描述方式，将设备自描述信息和配电终端具备的服务能力的相关信息传送至配电自动化主站，所述设备自描述信息包括终端设备名称、所支持的服务项目和通信能力；主站能够在配电终端所支持的服务项目内选择和订阅自身所需要的服务；配电终端主要完成测量与控制功能，即遥测、遥信、遥控功能，以及短路故障检测等功能。
(3)由配电终端主动向配电自动化主站提交包括：IP、通信端口、版本信息和唯一标识名称的Register(注册)信息，将配电终端入网注册(Register)；
步骤2、配电自动化主站的前置服务器启用网络监听服务，对网络进行实时监听；由配电自动化主站的前置服务器主动Discover(发现)上线注册的配电终端，并创建底层的通信链接，为双方的通信交互提供点到点的通信服务；
所述步骤2的具体步骤包括：
(1)配电自动化主站的前置服务器启用网络监听服务，对网络进行实时监听；
(2)配电主站的前置服务器通过定时广播或组播的方式主动发现(Discover)上线注册的配电终端；
(3)配电自动化主站主动检测到配电终端网络IP的存在，采用IP网络通信方式，双方建立底层的通信连接。
步骤3、配电终端上送基于IEC61850标准的SCL自描述模型文件至配电自动化主站；
所述步骤3的配电终端的信息量采用面向对象的自描述方式，将包括：逻辑设备、逻辑节点和数据对象信息的基于IEC61850标准的SCL自描述模型文件上送至配电自动化主站。
步骤4、配电自动化主站解析SCL自描述模型文件信息后更新数据库模型信息，并将配电终端的二次量测模型信息与配电自动化主站系统内的IEC61968/IEC61970模型做映射关联，自动识别现场的配电终端设备。
所述步骤4的具体步骤包括：
(1)在初始化过程结束后，配电自动化主站根据配电终端和配电自动化主站交互的结果各自生成SCL自描述模型配置文件，并根据该SCL自描述模型配置文件，解析配电终端的SCL自描述模型文件信息；
(2)配电主站根据配电终端的自描述模型文件信息更新主站系统的数据库，进而确定配电终端是首次接入还是通道退出后的再次接入，经过配电终端与配电自动化主站的协同处理自动识别配电终端。
(3)配电自动化主站将配电终端的自描述模型文件信息与配电自动化系统内已有的CIM模型相关联，自动生成二次量测模型信息；
例如：在保护节点表、测点遥测信息表中添加相应记录。
在通信过程中，配电主站也可以与配电终端进行协商，随时申请修改配电终端的服务项目，例如：在配电终端的能力范围内增加服务项目或者退订之前已经订阅的服务项目等，配电终端将会根据主站的请求对服务进行修改并修改自身的配置文件，配电自动化主站也根据请求的结果修改自身的数据库，从而实现了设备真正的智能化和自动化。
在本发明的自描述配电终端构成的配电网通信系统中，配电自动化主站前置服务器与配电终端实现通信，对数据进行预处理，实现系统时钟同步、通道的监视与切换、向其他自动化系统转发数据等功能。
通过解析自描述配电终端上送的特殊报文，能够实现自描述配电终端的自动识别、配电终端的发现、配电终端SCADA数据的获取、命令下发、对指定配电终端的远程维护、参数配置等功能。
本发明的一种配电主站对终端设备的自动识别方法能够大大缩短配电自动化主站与配电终端现场FTU、DTU进行对点等调试的时间，减少人为错误，提高可靠性。对于配电终端设备数量众多、分布及其分散的配电自动化系统的调试及维护来说具有非常重要的意义。
一种配电主站对终端设备的自动识别系统，如图2所示，包括配电主站层和配电终端层；所述配电主站层由数据库服务器、应用服务器和前置服务器构成；所述配电终端层包括多个IED配电终端。
所述数据库服务器上安装CIM模型库和二次量测模型库，用于存储并处理配电终端接入的数据；
所述应用服务器用于配置配电自动化主站系统的应用功能；如SCADA、FA、PAS等；
所述前置服务器上安装IEC61850基础类库、SCL解析模块、系统配置模块和模型映射模块；
所述前置服务器配置前置的应用模块，通过网络通道采集终端数据，再送到应用服务器对数据进行处理，是不同系统之间实时信息沟通的桥梁；该前置服务器主要用于完成信息交换、命令传递、规约的组织和解释、通道的编码与解码、卫星对时、采集资源的合理分配的基本任务，其它还包括报文监视与保存、站多源数据处理、为站端设备对时、设备或进程异常告警、SOE告警、维护界面管理等任务。
所述前置服务器是配电自动化主站系统与配电终端之间数据通信的桥梁，接受并处理配电终端上送的104规约点表信息，将各种不同类型终端上送的数据进行解码和识别，统一转化为主站系统内部的数据，实现配电终端的自动识别功能；
所述前置服务器还可以实现以下信息处理功能：配电终端自动发现功能、配电终端资源分配功能、配电终端模型映射功能和配电终端配置及管理功能。
(1)配电终端自动发现功能：配电主站通过实时监听，获取终端注册的IP地址、站点名称、终端型号等信息，发现新接入的配电终端；
(2)配电终端资源分配功能：对所有采集中的终端资源进行合理分配，多台前置服务器之间协调管理所有的通信值班任务，总体原则是对于同一个终端的多个通道会被分配在不同的前置服务器上处理；对于全部的通信值班任务按照负荷均分的原则。
(3)配电终端模型映射功能：配电主站主动获取终端上送的SCL自描述文件，并解析自描述文件信息，将配电终端的二次量测模型信息与配电主站系统内的IEC 61968/IEC61970模型做映射关联。
(4)配电终端配置及管理功能：实现对配电终端的参数配置，以及为配电终端提供配电线路拓扑信息，完成配电主站对配电终端的配置管理。
所述IEC61850基础类库是处理IEC61850模型及数据信息的基础，为SCL解析模块、系统配置模块及模型映射模块等的功能实现提供基础支撑服务。
所述IED配电终端为带自描述功能的配电终端，用于向主站发送SCL配电终端自描述文件；
所述SCL解析模块用于将收到的SCL文件解析成具体的配电终端自描述模型数据，为模型映射模块提供数据源；
所述模型映射模块是配电自动化实现配电终端即插即用的核心，用于在人工干预下将主站CIM模型与配电终端的自描述模型数据做映射，实现配电终端的自描述模型与主站CIM模型库的匹配；并同时在主站系统的二次量测模型库中生成对应的二次量测模型；
所述CIM模型库由PMS或GIS系统导入到配电主站系统，用于描述配电网一次设备模型信息，比如配网开关、配网刀闸、配网母线等模型。
所述二次量测模型库用于存储配电终端自身的自描述模型数据和配电终端的电压、电流、有功和无功的二次量测模型信息，并将匹配到的配电终端的自描述模型信息进行抽取或定制，生成新的SCL配电终端自描述文件，返回给模型映射模块；
所述系统配置模块用于实现对配电终端参数配置和为配电终端提供配电线路拓扑信息的配置功能，并将收到的返回信息生成SCD自描述配置文件，由配电主站将SCD自描述配置文件下发给配电终端，完成配电终端的自动识别。
下面对本发明的工作原理和过程进行说明：
IED配电终端(带自描述功能的配电终端)向主站发送配电终端自描述文件(SCL文件)；
配电主站层SCL解析模块解析收到的SCL文件形成具体的配电模型数据；
模型映射模块将已解析的SCL文件与主站数据中的CIM模型进行映射，实现终端模型与主站CIM模型库的匹配；同时在主站系统的二次量测模型库中生成对应的二次量测模型；
二次量测模型库将匹配到的模型信息进行抽取或者定制，生成新的SCL文件，返回给模型映射模块；
系统配置模块将收到的返回信息生成自描述配置文件(SCD文件)；
配电主站将SCD文件下发给配电终端，完成配电终端的自动识别。
在本实施例中，各模块之间通过文件缓冲区进行交互，主站与配电终端之间采用sftp和WebService两种通信传输模式，主要传输模型信息。
在本实施例中，配电自动化主站是整个配电自动化系统的核心，前置服务器(功能)是配电自动化主站系统与配电终端之间数据通信的桥梁，接受并处理配电终端上送的104规约点表信息，将各种不同类型终端上送的数据进行解码和识别，统一转化为主站系统内部的数据，实现配电终端的自动识别功能。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种配电主站对终端设备的自动识别方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1、配电终端在工程现场安装完成并通电后，接入配电自动化通信网络，由配电终端主动向配电自动化主站提交注册信息，完成配电终端注册；
步骤2、配电自动化主站的前置服务器启用网络监听服务，对网络进行实时监听；由配电自动化主站的前置服务器主动发现上线注册的配电终端，并创建底层的通信链接，为双方的通信交互提供点到点的通信服务；
步骤3、配电终端上送基于IEC61850标准的SCL自描述模型文件至配电自动化主站；
步骤4、配电自动化主站解析SCL自描述模型文件信息后更新数据库模型信息，并将配电终端的二次量测模型信息与配电自动化主站系统内的IEC61968/IEC61970模型做映射关联，自动识别现场的配电终端设备。
2.根据权利要求1所述的一种配电主站对终端设备的自动识别方法，其特征在于：所述步骤1的具体步骤包括：
(1)配电终端在工程现场安装完成并通电后，将配电终端接入配电自动化系统；
(2)在配电终端与配电自动化主站建立连接后进行通信环境的初始化；在初始化过程中，配电终端的信息量采用面向对象的自描述方式，将设备自描述信息和配电终端具备的服务能力的相关信息传送至配电自动化主站，所述设备自描述信息包括终端设备名称、所支持的服务项目和通信能力；主站能够在配电终端所支持的服务项目内选择和订阅自身所需要的服务；
(3)由配电终端主动向配电自动化主站提交包括：IP、通信端口、版本信息和唯一标识名称的注册信息，将配电终端入网注册。
3.根据权利要求1所述的一种配电主站对终端设备的自动识别方法，其特征在于：所述步骤2的具体步骤包括：
(1)配电自动化主站的前置服务器启用网络监听服务，对网络进行实时监听；
(2)配电主站的前置服务器通过定时广播或组播的方式主动发现(Discover)上线注册的配电终端；
(3)配电自动化主站主动检测到配电终端网络IP的存在，采用IP网络通信方式，双方建立底层的通信连接。
4.根据权利要求1所述的一种配电主站对终端设备的自动识别方法，其特征在于：所述步骤3的配电终端的信息量采用面向对象的自描述方式，将包括：逻辑设备、逻辑节点和数据对象信息的基于IEC61850标准的SCL自描述模型文件上送至配电自动化主站。
5.根据权利要求1所述的一种配电主站对终端设备的自动识别方法，其特征在于：所述步骤4的具体步骤包括：
(1)在初始化过程结束后，配电自动化主站根据配电终端和配电自动化主站交互的结果各自生成SCL自描述模型配置文件，并根据该SCL自描述模型配置文件，解析配电终端的SCL自描述模型文件信息；
(2)配电主站根据配电终端的自描述模型文件信息更新主站系统的数据库，进而确定配电终端是首次接入还是通道退出后的再次接入，经过配电终端与配电自动化主站的协同处理自动识别配电终端；
(3)配电自动化主站将配电终端的自描述模型文件信息与配电自动化系统内已有的CIM模型相关联，自动生成二次量测模型信息。
6.一种如权利要求1至5任一项所述的一种配电主站对终端设备的自动识别方法的专用系统，其特征在于：包括配电主站层和配电终端层；所述配电主站层由数据库服务器、应用服务器和前置服务器构成；所述配电终端层包括多个IED配电终端；
所述数据库服务器上安装CIM模型库和二次量测模型库，用于存储并处理配电终端接入的数据；
所述应用服务器用于配置配电自动化主站系统的应用功能；
所述前置服务器上安装IEC61850基础类库、SCL解析模块、系统配置模块和模型映射模块；该前置服务器配置前置的应用模块，通过网络通道采集终端数据，再送到应用服务器对数据进行处理；接收并处理配电终端上送的104规约点表信息，将各种不同类型终端上送的数据进行解码和识别，统一转化为主站系统内部的数据，实现配电终端的自动识别功能；
所述IEC61850基础类库是处理IEC61850模型及数据信息的基础，为SCL解析模块、系统配置模块及模型映射模块等的功能实现提供基础支撑服务；
所述IED配电终端为带自描述功能的配电终端，用于向主站发送SCL配电终端自描述文件；
所述SCL解析模块用于将收到的SCL文件解析成具体的配电终端自描述模型数据，为模型映射模块提供数据源；
所述模型映射模块用于在人工干预下将主站CIM模型与配电终端的自描述模型数据做映射，实现配电终端的自描述模型与主站CIM模型库的匹配；并同时在主站系统的二次量测模型库中生成对应的二次量测模型；
所述CIM模型库由PMS或GIS系统导入到配电主站系统，用于描述配电网的配网开关、配网刀闸和配网母线的模型一次设备模型信息；
所述二次量测模型库用于存储配电终端自身的自描述模型数据和配电终端的电压、电流、有功和无功的二次量测模型信息，并将匹配到的配电终端的自描述模型信息进行抽取或定制，生成新的SCL配电终端自描述文件，返回给模型映射模块；
所述系统配置模块用于实现对配电终端参数配置和为配电终端提供配电线路拓扑信息的配置功能，并将收到的返回信息生成SCD自描述配置文件，由配电主站将SCD自描述配置文件下发给配电终端，完成配电终端的自动识别。
7.根据权利要求6所述的一种配电主站对终端设备的自动识别方法的专用系统，其特征在于：所述前置服务器还可以实现配电终端自动发现功能、配电终端资源分配功能、配电终端模型映射功能和配电终端配置及管理功能的信息处理功能。
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