CN114069872A - 基于模块化配置的配电终端及其拓扑模型验证方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及配电网技术领域，公开了基于模块化配置的配电终端及其拓扑模型验证方法和装置。本发明的配电终端包括电源模块、核心控制模块和多个子功能模块，其中各所述子功能模块及核心控制模块之间采用基于抢占机制的全双工高速数据总线进行通信；所述核心控制模块用于对各所述子功能模块进行协调和控制，并用于对扩展的子功能模块进行自动识别和注册；该方法利用消息摘要算法生成每个配电终端拓扑信息的“指纹”，然后通过共识算法整合所有终端的信息，将结果与主站的标准指纹信息进行比较，以检验模型的正确性。本发明的配电终端具有较强的可扩展性和灵活性，基于该配电终端提出的拓扑模型验证方法具有验证精度及效率高的优点。

Description

基于模块化配置的配电终端及其拓扑模型验证方法和装置
技术领域
本发明涉及配电网技术领域，尤其涉及基于模块化配置的配电终端及其拓扑模型验证方法和装置。
背景技术
传统箱式结构的配电终端有统一的外箱，其中通过插槽设置固定数量的电源板、中央处理器板和模拟采集板。插槽的位置相对固定，插槽数量有限，在一定程度上限制了配电终端的可扩展性和灵活性，不能满足工程现场的实际情况。配电终端设升级意味着设备需要整体更换，改造维护成本较大。
为提高配电网可靠性，需要在配电终端中使用分布式FA(馈线自动化)。分布式FA可以通过配电终端的协调和协作来完成故障定位、隔离和恢复。它依赖于存储在配电终端本身的拓扑信息，不需要与主站通信。可见，分布式解决方案的有效性与存储在每个配电终端的拓扑模型的准确性密切相关。因此，为提高分布式FA的可靠性，有必要对配电终端的拓扑模型进行验证。
然而，大部分的研究都集中在主站的拓扑模型上，目前还没有有效的验证方法用于对配电终端的拓扑模型进行验证。
发明内容
本发明提供了基于模块化配置的配电终端及其拓扑模型验证方法和装置，解决了配电终端的扩展升级及所存储拓扑模型的验证的技术问题。
本发明第一方面提供一种基于模块化配置的配电终端，包括电源模块、核心控制模块和多个子功能模块；
所述电源模块通过电源总线连接所述核心控制模块及各所述子功能模块，以用于提供电源；
各所述子功能模块及核心控制模块之间采用基于抢占机制的全双工高速数据总线进行通信；
所述核心控制模块用于对各所述子功能模块进行协调和控制，并用于对扩展的子功能模块进行自动识别和注册。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述全双工高速数据总线包括两组差分数据总线和一组差分控制总线，所述差分数据总线用于数据传输，所述差分控制总线用于在数据传输时进行信道状态检测及信道资源抢占。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述核心控制模块包括用于对扩展的子功能模块进行识别和注册的更新检测单元；
所述更新检测单元包括：
接收子单元，用于接收扩展的子功能模块发送的注册请求，所述注册请求包括设备标识符；
识别子单元，用于根据所述设备标识符识别扩展的子功能模块的设备类型和物理地址；
注册子单元，用于根据所述设备类型和物理地址更新对应的设备配置信息。
根据本发明第一方面的一种能够实现的方式，所述多个子功能模块包括模拟采集模块、数字量采集模块、数字量输出模块、GPRS无线公共网络通信模块及广播和航空通讯模块。
本发明第二方面提供一种配电终端的拓扑模型验证方法，所述配电终端为如上任意一项能够实现的方式所述的基于模块化配置的配电终端，所述方法包括：
基于与邻居配电终端的点对点通信，收集所属区域的本地拓扑模型信息；
根据所述本地拓扑模型信息生成对应的SCL文件；
通过消息摘要算法对所述对应的SCL文件进行计算，得到对应的指纹信息；
基于与邻居配电终端的点对点通信，利用共识算法生成对应所有SCL文件的指纹平均值信息；
根据主站的第一验证请求向所述主站发送所述指纹平均值信息，以由所述主站根据所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息的比较结果来验证拓扑模型的正确性。
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
接收所述主站发送的修正指令，所述修正指令由所述主站在所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息不一致时发送；
根据所述修正指令对所存储拓扑模型进行修正。
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述方法还包括：
向所述主站发送第二验证请求；
接收所述主站基于所述第二验证请求发送的标准指纹信息；
将所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息进行比较，根据比较结果验证所存储拓扑模型的正确性。
根据本发明第二方面的一种能够实现的方式，所述根据比较结果验证所存储拓扑模型的正确性，包括：
若所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息一致，判定所存储拓扑模型为正确模型；
若所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息不一致，对所存储拓扑模型进行修正。
本发明第三方面提供一种配电终端的拓扑模型验证装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储指令；其中，所述指令为可实现如上所述的配电终端的拓扑模型验证方法的指令；
处理器，用于执行所述存储器中的指令。
本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的配电终端的拓扑模型验证方法。
从以上技术方案可以看出，本发明具有以下优点：
本发明的配电终端包括电源模块、核心控制模块和多个子功能模块，其中各所述子功能模块及核心控制模块之间采用基于抢占机制的全双工高速数据总线进行通信；所述核心控制模块用于对各所述子功能模块进行协调和控制，并用于对扩展的子功能模块进行自动识别和注册；本发明的配电终端基于模块化配置，利用全双工高速数据总线实现通信，并基于自动识别和注册机制实现功能模块的即插即用，使设备可以轻松扩展、更换和维护，使配电终端具有较强的可扩展性和灵活性；
本发明还基于该配电终端提出拓扑模型的验证方法，该方法利用消息摘要算法生成每个配电终端拓扑信息的“指纹”，然后通过共识算法整合所有终端的信息，将结果与主站的标准指纹信息进行比较，以检验模型的正确性；本发明的方法具有验证精度及效率高的优点，其充分利用了分布式FA的对等通信，简化了耗时最长的模型解释过程，主站只需与一个终端通信就可以完成整个电网的检查过程，大大减少了检查过程的时间，且分布式FA的动态不会受到影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明一个可选实施例提供的一种基于模块化配置的配电终端的结构框图；
图2为本发明一个可选实施例提供的一种基于模块化配置的配电终端的硬件模块结构图；
图3为本发明一个可选实施例提供的一种配电终端的拓扑模型验证方法的流程图。
附图说明：
1-电源模块；2-核心控制模块；3-子功能模块；31-模拟采集模块；32-数字量采集模块；33-数字量输出模块；34-GPRS无线公共网络通信模块；35-广播和航空通讯模块。
具体实施方式
本发明实施例提供了基于模块化配置的配电终端及其拓扑模型验证方法和装置，用于解决配电终端的扩展升级及所存储拓扑模型的验证的技术问题。
为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，图1示出了本发明实施例提供的一种基于模块化配置的配电终端的结构示意图。
本发明的一种基于模块化配置的配电终端，包括电源模块1、核心控制模块2和多个子功能模块3；
所述电源模块1通过电源总线连接所述核心控制模块2及各所述子功能模块3，以用于提供电源；
各所述子功能模块3及核心控制模块2之间采用基于抢占机制的全双工高速数据总线进行通信；
所述核心控制模块2用于对各所述子功能模块3进行协调和控制，并用于对扩展的子功能模块3进行自动识别和注册。
本发明实施例中，根据不同的功能需求将配电终端的各硬件设计为独立的硬件模块，各模块可以任意组合安装。
进行结构的具体设计时，子功能模块3作为核心控制模块2的连接模块，可以安装在导轨地板上，而核心控制模块2可独立安装在连接地板上，从而可以在不拆除底部接线的情况下拔出核心控制模块2，以实现核心控制模块2的更换。
子功能模块3的类型和数量，可以根据项目需求而定。现场配置时，由于不再使用机箱插件结构设计，项目现场可以根据需要任意展开和组装子功能模块3。按照模块类型进行分类，所述多个子功能模块3可以包括模拟采集模块31、数字量采集模块32、数字量输出模块33、GPRS无线公共网络通信模块34及广播和航空通讯模块35，各子功能模块3在核心控制模块2的统一协调和调度下提供相应的服务。各子功能模块3与核心控制模块2、电源模块1的连接关系如图2所示。
基于模块化配置的配电终端，在电源模块1的辅助下，通过核心控制模块2协调和控制整个设备的运行。各子功能模块3独立完成各自的数据采集和系统运行监控功能，并将采集和监控的数据实时上报给所述核心控制模块2。核心控制模块2对数据进行存储和计算，并上传至主站。同时，各子功能模块3接收并执行核心控制模块2发出的参数设置和控制指令。
模块间的通信接口采用高速全双工数据总线设计。最高通信速率可达10Mbps以上。为了保证通信的可靠性，采用差分信号来发送信号。在数据传输过程中，核心控制模块2是通信的主要模块。在硬件上，通信接口包括两组差分信号和一组状态信号，这两组差分信号分别是下行数据传输信号和上行数据传输信号。状态信号用于检测总线状态，并在模块传输数据时抢占上游数据总线的使用权。
在一种能够实现的方式中，所述全双工高速数据总线包括两组差分数据总线和一组差分控制总线，所述差分数据总线用于数据传输，所述差分控制总线用于在数据传输时进行信道状态检测及信道资源抢占。
在数据传输的过程中，所述差分控制总线首先检测信道状态。如果信道空闲，则快速获得使用该信道的权限以进行数据传输。数据传输完成后，该信道的使用权限将被释放。为了保证模块之间数据传输的效率，每个模块必须对传输的数据量进行一次限制，以确保所有的数据传输都在权限使用的时限内完成。一旦拥有时间超过限制，信道使用权将被强制释放。
为了降低配电终端的设备安装、调试和运行维护成本，配电终端的各个模块之间必须实现基于自动注册/发现/退出机制的即插即用功能。当需要扩展模块时，只需将扩展的子功能模块3安装在导轨上，并完成外部布线，无需承担任何责任。每个子功能模块3上电后，应先注册到核心控制模块2。注册成功后，核心控制模块2对其进行协调和控制。当有需要更换的模块时，只需要更换对应模块的硬件，上电后，新模块也会被更换。当某个模块需要退出系统时，需要将该模块的硬件从导轨中取出。
为实现模块的即插即用功能，在一种能够实现的方式中，所述核心控制模块2包括用于对扩展的子功能模块3进行识别和注册的更新检测单元；
所述更新检测单元包括：
接收子单元，用于接收扩展的子功能模块3发送的注册请求，所述注册请求包括设备标识符；
识别子单元，用于根据所述设备标识符识别扩展的子功能模块3的设备类型和物理地址；
注册子单元，用于根据所述设备类型和物理地址更新对应的设备配置信息。
其中，设备标识符为用32位整数表示的标识，其中，0-23位用于标识物理地址，24-31位用于表示设备类型。每个子功能模块3都有唯一的模块类型标识。物理地址识别是通过拨号产生的，当有多个相同模块时，根据需要调整拨号代码，以获得不同的物理地址。
本发明还提供一种配电终端的拓扑模型验证方法，所述配电终端为如上任意一项能够实现的方式所述的基于模块化配置的配电终端。
请参阅图3，图3示出了本发明实施例提供的一种配电终端的拓扑模型验证方法的流程图。
所述方法包括：
步骤S1，基于与邻居配电终端的点对点通信，收集所属区域的本地拓扑模型信息；
步骤S2，根据所述本地拓扑模型信息生成对应的SCL文件；
步骤S3，通过消息摘要算法对所述对应的SCL文件进行计算，得到对应的指纹信息；
步骤S4，基于与邻居配电终端的点对点通信，利用共识算法生成对应所有SCL文件的指纹平均值信息；
步骤S5，根据主站的第一验证请求向所述主站发送所述指纹平均值信息，以由所述主站根据所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息的比较结果来验证拓扑模型的正确性。
作为优选，该消息摘要算法为MD5摘要算法(消息摘要算法第五版)。其是一种被广泛使用的密码散列函数，可以产生出一个128位(16字节)的散列值，用于确保信息传输完整一致。
传统的验证方法要求每个配电终端通过IEC60870-5-104等协议与主站进行通信。因此，传统的验证方法使得主站通信负担沉重，不适用于主站通信能力有限的配电网。本实施例利用对等通信链路跟随一个一致变量来表示全局信息。在比较过程中，由消息摘要算法生成SCL文件的指纹信息，这将大大减少通信时间。此外，主站与任意配电终端通信，以比较由自己的模型产生的一致变量。如果两个变量相同，则意味着两种模型相同；如果两个变量不同，则利用修正过程更新模型。这意味着在验证过程中只需要一次通信，大大降低了主站的通信负担。
本实施例利用共识算法生成对应所有SCL文件的指纹平均值信息。共识问题起源于计算机科学，它用于促进大量分布式终端之间的协作。共识算法的一般目的是通过点对点通信强制一组终端就几个数量达成协议。考虑到数字通信的离散性，一致变量应写成离散形式：
Figure BDA0003378363780000081
式中，Ni表示相邻配电终端的集合，其中配电终端i的相邻配电终端为与该配电终端i存在通信链路的其他配电终端。
Figure BDA0003378363780000082
为第k次迭代时的一致变量，
Figure BDA0003378363780000083
为第k+1次迭代时的一致变量，ε是用于调整一致算法动态的边权值。
整个系统的紧致形式可以写成：
Figure BDA0003378363780000084
式中，ck＝(ck1,ck2,…,ckn)，其表示整个系统的一致性变量向量，L为拉普拉斯矩阵，其定义了一致性算法的动态。
在一种能够实现的方式中，所述方法还包括：
接收所述主站发送的修正指令，所述修正指令由所述主站在所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息不一致时发送；
根据所述修正指令对所存储拓扑模型进行修正。
在一种能够实现的方式中，所述方法还包括：
向所述主站发送第二验证请求；
接收所述主站基于所述第二验证请求发送的标准指纹信息；
将所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息进行比较，根据比较结果验证所存储拓扑模型的正确性。
在一种能够实现的方式中，所述根据比较结果验证所存储拓扑模型的正确性，包括：
若所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息一致，判定所存储拓扑模型为正确模型；
若所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息不一致，对所存储拓扑模型进行修正。
本发明实施例中，该方法利用消息摘要算法和共识算法生成模型的指纹信息，并通过指纹信息比较。这样，主站只需与一个配电终端进行通信就可以实现比较，大大简化了拓扑模型的验证过程，提高了验证速度。
本发明还提供了一种配电终端的拓扑模型验证装置，包括：
存储器，用于存储指令；其中，所述指令为可实现如上任意一项实施例所述的配电终端的拓扑模型验证方法的指令；
处理器，用于执行所述存储器中的指令。
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任意一项实施例所述的配电终端的拓扑模型验证方法。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，模块或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于模块化配置的配电终端，其特征在于，包括电源模块、核心控制模块和多个子功能模块；
所述电源模块通过电源总线连接所述核心控制模块及各所述子功能模块，以用于提供电源；
各所述子功能模块及核心控制模块之间采用基于抢占机制的全双工高速数据总线进行通信；
所述核心控制模块用于对各所述子功能模块进行协调和控制，并用于对扩展的子功能模块进行自动识别和注册。
2.根据权利要求1所述的基于模块化配置的配电终端，其特征在于，所述全双工高速数据总线包括两组差分数据总线和一组差分控制总线，所述差分数据总线用于数据传输，所述差分控制总线用于在数据传输时进行信道状态检测及信道资源抢占。
3.根据权利要求1所述的基于模块化配置的配电终端，其特征在于，所述核心控制模块包括用于对扩展的子功能模块进行识别和注册的更新检测单元；
所述更新检测单元包括：
接收子单元，用于接收扩展的子功能模块发送的注册请求，所述注册请求包括设备标识符；
识别子单元，用于根据所述设备标识符识别扩展的子功能模块的设备类型和物理地址；
注册子单元，用于根据所述设备类型和物理地址更新对应的设备配置信息。
4.根据权利要求1所述的基于模块化配置的配电终端，其特征在于，所述多个子功能模块包括模拟采集模块、数字量采集模块、数字量输出模块、GPRS无线公共网络通信模块及广播和航空通讯模块。
5.一种配电终端的拓扑模型验证方法，其特征在于，所述配电终端为如权利要求1-4任意一项所述的基于模块化配置的配电终端，所述方法包括：
基于与邻居配电终端的点对点通信，收集所属区域的本地拓扑模型信息；
根据所述本地拓扑模型信息生成对应的SCL文件；
通过消息摘要算法对所述对应的SCL文件进行计算，得到对应的指纹信息；
基于与邻居配电终端的点对点通信，利用共识算法生成对应所有SCL文件的指纹平均值信息；
根据主站的第一验证请求向所述主站发送所述指纹平均值信息，以由所述主站根据所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息的比较结果来验证拓扑模型的正确性。
6.根据权利要求5所述的配电终端的拓扑模型验证方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收所述主站发送的修正指令，所述修正指令由所述主站在所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息不一致时发送；
根据所述修正指令对所存储拓扑模型进行修正。
7.根据权利要求5所述的配电终端的拓扑模型验证方法，其特征在于，所述方法还包括：
向所述主站发送第二验证请求；
接收所述主站基于所述第二验证请求发送的标准指纹信息；
将所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息进行比较，根据比较结果验证所存储拓扑模型的正确性。
8.根据权利要求7所述的配电终端的拓扑模型验证方法，其特征在于，所述根据比较结果验证所存储拓扑模型的正确性，包括：
若所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息一致，判定所存储拓扑模型为正确模型；
若所述指纹平均值信息与所述标准指纹信息不一致，对所存储拓扑模型进行修正。
9.一种配电终端的拓扑模型验证装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储指令；其中，所述指令为可实现如权利要求5所述的配电终端的拓扑模型验证方法的指令；
处理器，用于执行所述存储器中的指令。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5所述的配电终端的拓扑模型验证方法。
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