CN111092761A - 一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，终端设备向上级边缘节点注册源端一次设备模型，同时上报该终端设备所连接的其它终端设备；边缘节点把同一拓扑节点内终端设备的源端一次设备模型进行焊接，组装成源端模型片段；边缘节点把源端模型片段上送到主站系统；主站系统分析源端模型片段中的空挂端点，以及空挂端点在所属的源端一次设备模型中配置的可连接的其它一次设备，形成边界连接线列表，根据边界连接线列表，进行源端模型片段的拼接。本发明可以实现源端模型自动注册、边缘节点自动进行模型焊接并进行模型发布共享、主站订阅模型和模型拼接。

Description

一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法

技术领域

本发明涉及一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，属于电力物联网技术领域。

背景技术

目前，电力物联网技术的发展和电力自动化设备在配电和用电领域的普及，以及智慧家庭、智慧楼宇、智能电网等应用需求的日益增多，更多的电力设备需要快捷的接入电网，同时多级主站电力监控系统需要分别对接入的电力设备进行建模，完成设备模型构建、设备模块使能、设备数据通讯交互等功能，最终实现电力源端设备全模型在主站的构建，并进一步实现业务数据的接入，为上层应用分析提供模型数据服务。

现有模型维护都是在边缘节点进行人工建模维护，没有从终端设备自动获取源端设备模型，并且进行自动模型焊接的过程；同时现有边缘节点维护的模型没有和主站进行共享的方式，在主站系统还需要进行设备模型的人工建模过程。现有边缘节点和主站模型分别维护的过程可能存在不一致的情况，而且在新设备接入和设备变更时不能自动更新模型。

发明内容

目的：为了克服电力物联网环境下现有技术中存在的多次模型人工维护、源端模型无法多级共享的问题和缺陷，本发明提供一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，可以实现源端模型自动注册、边缘节点自动进行模型焊接并进行模型发布共享、主站订阅模型和模型拼接。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，包括如下步骤：

终端设备自动和上级边缘节点通信，向上级边缘节点注册源端一次设备模型，同时上报该终端设备所连接的其它终端设备；

边缘节点获取下级终端设备上报的运行信息、网络连通信息，对所管辖的终端设备进行网络拓扑，分析出下辖终端设备的连通性，得到拓扑节点；

边缘节点把同一拓扑节点内终端设备的源端一次设备模型进行焊接，组装成源端模型片段；边缘节点把源端模型片段上送到主站系统；

主站系统分析源端模型片段中的空挂端点，以及空挂端点在所属的源端一次设备模型中配置的可连接的其它一次设备，形成边界连接线列表，根据边界连接线列表，进行源端模型片段的拼接。

作为优选方案，还包括如下步骤：

主站系统根据边缘节点上送的源端模型片段，结合主站业务进行模型切片订阅，并下发给边缘节点订阅的模型切片需求；

边缘节点根据订阅的模型切片需求，按照不同主站系统和业务类型对源端模型片段进行分类和单独存储，形成不同的模型切片，并将与订阅的模型切片需求相应的模型切片上传给主站系统；

作为优选方案，还包括如下步骤：

当边缘节点下辖的终端设备增加、删除、更换时，边缘节点根据变化后的终端模型对应的一次设备进行焊接，更新模型切片中的源端一次设备模型，通知更新的模型切片所属的主站系统进行模型切片的订阅；

主站系统下发订阅的模型切片需求，边缘节点将更新的模型切片上传给主站系统。

作为优选方案，所述源端一次设备模型包括：公共信息模型、量测模型，公共信息模型包括一次设备的台账信息、参数信息；量测模型包括从一次设备采集的量测点的信息。

作为优选方案，边缘节点把同一拓扑节点内终端设备的源端一次设备模型进行焊接，包括如下步骤：

边缘节点遍历所有源端一次设备模型，根据一次设备不同端点配置的所能够连接的一次设备列表，并且结合连通信息，分析出该一次设备的每个端点所连接一次设备情况，并把所有连接的一次设备端点作为一个焊接点；

遍历所有一次设备，把所有拓扑连通的一次设备划分在一起，形成拓扑节点；

将在边缘节点下的同一个拓扑节点内一次设备拓扑连通，并且通过连接点焊接成一个源端模型片段。

作为优选方案，终端设备、边缘节点、主站系统之间通过消息队列遥测传输协议进行通信。

作为优选方案，所述主站系统采用云平台上的虚拟主站，或者物理服务器上的主站。

有益效果：本发明提供的一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，取得了源端模型一次维护多级、多次共享的进步，同时在源端模型维护时，只要人工进行基本的源端模型所连设备的配置，后续模型焊接和模型拼接的过程都可以自动完成，节省了边缘节点和主站系统大量人工维护的过程。由于源端模型都是通过源端维护后和多级主站共享的，避免了不同主站多次维护的过程。另外在边缘节点按照不同主站业务需求分别存储模型切片，能够隔离不同主站和不同业务的源端模型耦合，保持源端模型和纵向业务的独立性。同时重复发挥边缘节点的计算和存储能力。

附图说明

图1 是本发明的源端模型维护和共享整体流程图；

图2 是本发明中边缘节点焊接过程示意图；

图3 是本发明中主站系统模型拼接过程示意图；

图4 是本发明中模型切片和共享流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

本发明中所描述的主站系统可以是运行于云平台上的虚拟主站系统，也可以是运行于常规物理服务器上的调度监控主站。

本发明采用通用的物联网环境，包含终端设备、边缘节点、主站系统三层结构，终端设备用于采集监测与其连接的一次设备的信息，并构建源端一次设备模型，再向所属边缘节点注册源端一次设备模型；边缘节点用于组装焊接源端一次设备模型，并将边缘节点范围内的由源端一次设备模型组装焊接的源端模型片段发布共享给主站系统；主站系统用于拼接源端模型片段，构建完整的电力系统设备模型。

在构建完整的电力系统设备模型之后，主站系统、边缘节点、终端设备之间可以根据业务需要进行运行数据的交互。典型的上行数据传输方式为，终端设备用于采集一次设备运行数据，并且通过MQTT（Message Queuing Telemetry Transport,消息队列遥测传输）等主流传输协议上送到边缘节点，边缘节点汇总本节点范围内所有一次设备运行数据，并且采用MQTT传输协议上送主站系统；典型下行数据传输方式为，主站系统根据业务应用需求，控制边缘节点或者终端设备对应的一次设备的运行状态，可以通过MQTT传输协议把控制数据发送给边缘节点或者终端设备对应的一次设备进行执行。

如图1所示，本发明提供一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，包含如下具体步骤：

（1）终端设备即插即用

终端设备中存储监测的电网一次设备的公共信息模型和量测模型，公共信息模型和量测模型组成源端一次设备模型，其中，公共信息模型中包括一次设备的台账信息、参数信息；量测模型中包括从一次设备采集的量测点的信息。比如一条负荷设备是一次设备，其有专门的终端设备负责采集和控制该负荷设备，那么这台终端设备中就存储了该负荷设备的公共信息模型（包含名称、唯一编码、额定电流、阻抗参数、端点数量等）和量测模型（包含有功功率、无功功率、电流、电压等量测对象）。公共信息模型和量测模型依据IEC-61970和IEC-61850建模规范进行描述。

终端设备采用即插即用的方式，在终端设备接入时就配置该终端设备需要包含的一次设备的公共信息模型、量测模型信息，同时配置该终端设备通信交互的上级边缘节点和平级的终端设备。其中，平级的终端设备配置具体通信端点。比如断路器是双端点设备，其两端能够连通的设备是不同的，在断路器对应的终端设备中配置其两个端点能够通信连接的设备分别是第一隔离刀闸和第二隔离刀闸。

当终端设备接入之后自动和上级边缘节点通信，注册公共信息模型和量测模型信息，同时上报该终端设备所能够连接的其它终端设备，在得到边缘节点确认之后，该终端设备正式使用，开始采集量测运行数据并实时上报给边缘节点，同时联通其它可连接的终端设备，并把联通情况上报边缘节点。终端设备可采用主流的物联网通信规约进行数据上报。

（2）边缘节点焊接

边缘节点通过物联网规约获取到下级终端设备的公共信息模型、量测模型，并结合终端设备上报的运行信息、网络连通信息，对所管辖的终端设备进行网络拓扑，分析出下辖终端设备的连通性，得到拓扑节点。其中拓扑节点是多个连通的终端设备的集合。边缘节点内的拓扑节点分析的过程是后续模型焊接的基础。

在分析出拓扑节点之后，边缘节点把同一拓扑节点内终端设备的源端一次设备模型进行焊接，组装成源端模型片段，源端模型片段是同一拓扑节点内的终端设备对应的源端一次设备模型信息的集合。比如一个线路间隔包含断路器、隔离刀闸、接地刀闸、线路等一次设备及对应的终端设备，同一个间隔内的所有终端设备在同一个拓扑节点内，其包含的所有一次设备的模型信息就能够焊接成一个源端模型片段。边缘节点把源端模型片段通过网络协议上送到主站系统，主站系统根据不同边缘节点上送的源端模型片段进行全模型拼接。

如图2所示，是边缘节点源端一次设备模型焊接的过程。源端一次设备模型焊接的算法说明：遍历所有源端一次设备模型，根据一次设备不同端点配置的所能够连接的一次设备列表，并且结合连通信息，分析出该一次设备的每个端点所连接一次设备情况，并把所有连接的一次设备端点作为一个焊接点，焊接点作为公共信息模型的连接点（ConnectivityNode），当所有一次设备遍历完成之后，一次设备之间的连通性就已形成。然后再遍历所有一次设备，把所有拓扑连通的一次设备划分在一起，形成拓扑节点。至此在边缘节点下的同一个拓扑节点内设备都拓扑连通，并且通过连接点焊接成一个源端模型片段。

源端模型片段中包含若干空挂端点，这些空挂端点是用于和其他源端模型片段连接的。

（3）主站系统拼接

边缘节点把自身管辖范围内的源端模型片段通过网络协议上送主站系统，这里的主站系统可以是运行在云平台上的虚拟主站，也可以是常规运行在物理服务器上的主站。主站系统在接收到源端模型片段之后，分析源端模型片段中的空挂端点，以及这些空挂端点在所属的源端一次设备模型中配置的可连接的其它一次设备，这个可连接的其他一次设备必然在其他边缘节点上送的源端模型片段中，这样两个终端设备对应的一次设备就形成一个边界连接线。

在主站系统中通过分析所有源端模型片段，形成所有边界连接线列表，再根据边界连接线列表，进行源端模型片段的拼接，形成完整的监控区域内的完整的电力系统设备模型。图3说明了主站系统模型拼接的过程。

（4）源端模型共享流程

由于边缘节点在源端一次设备模型焊接维护之后是无法知道有多少主站系统和主站业务应用的，因此是无法立即进行复制并裁剪模型切片。

终端设备的源端一次设备模型发布给边缘节点，边缘节点和主站系统进行交互，边缘节点首先进行源端一次设备模型焊接的维护处理，然后根据交互信息按照不同主站和业务需求存储源端模型片段的模型切片。

边缘节点以自身管辖范围内焊接的源端模型片段为基础，按照业务功能需求把源端模型片段复制并裁剪成不同的模型切片，模型切片能够满足不同主站、不同主站业务功能的模型需求。

在实际的电网主站系统中不同主站对相同的源端模型片段的监视范围是不同的，比如一个常规的220kV变电站包含220kV模型、110kV模型、35kV模型的电网模型，在地市级主站系统监视的是220kV、110kV和35kV的全模型的设备运行状态，在省级主站系统监视的是220kV的模型的设备运行状态。

在同一级主站系统的不同业务应用对相同的源端模型片段的监视范围也是不同的，比如在一个常规的110kV变电站包含110kV电网模型、10kV电网模型，在调度监控主站系统中监视的范围是110kV电网模型和10kV电网模型的站内设备状态，在配网自动化主站系统中监视的范围是10kV出线及对下所连接的馈线设备状态。

边缘节点根据不同主站系统和主站系统功能的需求克隆出模型切片，分别存储。模型切片相对独立，各自不影响。当边缘节点的模型切片内的源端一次设备模型发生改变后，通知各主站系统，根据主站系统的订阅请求进行各自模型切片对应的源端一次设备模型的变更。

如图4所示，是边缘节点接入终端设备模型之后模型共享的过程。

边缘节点的源端模型共享过程如下：（a）边缘节点和终端设备进行交互，召唤源端一次设备模型并进行模型焊接，形成边缘节点源端模型片段；（b）边缘节点和主站系统进行交互，把边缘节点的源端模型片段发布给主站系统；（c）主站系统根据边缘节点上送的源端模型片段，结合主站业务自身需要进行模型切片订阅，筛选主站系统需要的模型切片，；（d）主站系统下发给边缘节点已订阅的模型切片；（e）边缘节点在收到主站系统的订阅模型切片后，按照主站系统和业务类型进行单独存储；（f）如果有新的主站系统或者主站业务需要订阅源端模型，按照第b-e步进行模型召唤、订阅、存储的过程；（g）当边缘节点下辖的终端设备增加、删除、更换时，首先边缘节点对变化的终端模型对应的一次设备进行焊接，更新模型切片中的源端一次设备模型，然后通知更新模型切片所属的主站系统进行新模型切片的订阅发布过程。

以上所述仅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，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，其特征在于：包括如下步骤：

终端设备自动和上级边缘节点通信，向上级边缘节点注册源端一次设备模型，同时上报该终端设备所连接的其它终端设备；

边缘节点获取下级终端设备上报的运行信息、网络连通信息，对所管辖的终端设备进行网络拓扑，分析出下辖终端设备的连通性，得到拓扑节点；

边缘节点把同一拓扑节点内终端设备的源端一次设备模型进行焊接，组装成源端模型片段；边缘节点把源端模型片段上送到主站系统；

主站系统分析源端模型片段中的空挂端点，以及空挂端点在所属的源端一次设备模型中配置的可连接的其它一次设备，形成边界连接线列表，根据边界连接线列表，进行源端模型片段的拼接。

2.根据权利要求1所述的一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，其特征在于：还包括如下步骤：

主站系统根据边缘节点上送的源端模型片段，结合主站业务进行模型切片订阅，并下发给边缘节点订阅的模型切片需求；

边缘节点根据订阅的模型切片需求，按照不同主站系统和业务类型对源端模型片段进行分类和单独存储，形成不同的模型切片，并将与订阅的模型切片需求相应的模型切片上传给主站系统。

3.根据权利要求2所述的一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，其特征在于：还包括如下步骤：

当边缘节点下辖的终端设备增加、删除、更换时，边缘节点根据变化后的终端模型对应的一次设备进行焊接，更新模型切片中的源端一次设备模型，通知更新的模型切片所属的主站系统进行模型切片的订阅；

主站系统下发订阅的模型切片需求，边缘节点将更新的模型切片上传给主站系统。

4.根据权利要求1所述的一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，其特征在于：所述源端一次设备模型包括：公共信息模型、量测模型，公共信息模型包括一次设备的台账信息、参数信息；量测模型包括从一次设备采集的量测点的信息。

5.根据权利要求1所述的一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，其特征在于：边缘节点把同一拓扑节点内终端设备的源端一次设备模型进行焊接，包括如下步骤：

边缘节点遍历所有源端一次设备模型，根据一次设备不同端点配置的所能够连接的一次设备列表，并且结合连通信息，分析出该一次设备的每个端点所连接一次设备情况，并把所有连接的一次设备端点作为一个焊接点；

遍历所有一次设备，把所有拓扑连通的一次设备划分在一起，形成拓扑节点；

将在边缘节点下的同一个拓扑节点内一次设备拓扑连通，并且通过连接点焊接成一个源端模型片段。

6.根据权利要求1所述的一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，其特征在于：终端设备、边缘节点、主站系统之间通过消息队列遥测传输协议进行通信。

7.根据权利要求1所述的一种电力物联网环境下源端模型维护和共享方法，其特征在于：所述主站系统采用云平台上的虚拟主站，或者物理服务器上的主站。

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