CN115277790A - 一种分布式电源即插即用的自注册通信方法 - Google Patents

一种分布式电源即插即用的自注册通信方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种分布式电源即插即用的自注册通信方法，包括：在云主站载入即插即用通讯装置的自描述ICD文件，并将即插即用通讯装置是否能与TTU通信的配对结果下发给智能融合终端TTU；智能融合终端TTU通过信息采集类APP发起边设备扫描请求，轮询扫描即插即用通讯装置，即插即用通讯装置将边设备扫描请求发送至分布式电源；分布式电源接收到边设备扫描请求后，对边设备扫描请求所携带的设备ID信息进行匹配；即插即用通讯装置接收到分布式电源上传的设备信息后，进行物理层以及链路层的转换和映射，并将设备信息映建立为统一的台区感知模型。本发明可以实现台区电力设备间的物联连接和通讯以及协议转换，完成设备之间的信息交互。

Description

一种分布式电源即插即用的自注册通信方法
技术领域
本发明涉及即插即用通信领域，具体是一种分布式电源即插即用的自注册通信方法。
背景技术
随着配电物联网工程的逐步推广建设，配电系统迎来新一轮技术升级，逐步形成了“云-边-端”体系架构。新型架构下，海量分布式源荷储等可控资源终端等的接入与新型智能电表等端设备的接入过程中仍存在人工接入工作量庞大、标准化程度不高、关联拓扑维护困难 等缺点。针对配电系统中台区智能终端以及端设备应用，终端在接入通信网络后，通过与配电主站信息交互，实现终端自动接入配电主站，并生成对应的数据采集点，以便及时掌握配电系统中台区智能终端以及端设备接入/退出与数据接入情况，简称为即插即用。
但配电台区范围较大，通讯布线难度和成本高，使得台区设备的通讯物理连接就存在诸多困难；而通讯协议方面，由于厂家非常多，造成通讯协议也是极多，使得不同厂家设备的互联互通很难。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提供一种分布式电源即插即用的自注册通信方法，可以实现台区电力设备间的物联连接和通讯以及协议转换，完成设备之间的信息交互。
为实现上述目的，本发明所采用以下技术方案：
一种分布式电源即插即用的自注册通信方法，应用于配电台区，所述配电台区包括云主站、智能融合终端TTU、即插即用通讯装置、分布式电源，所述即插即用通讯装置用于连接智能融合终端TTU和分布式电源，负责下发报文和应答报文的传输；所述方法包括如下步骤：
步骤一：在云主站载入即插即用通讯装置的自描述ICD文件，并将即插即用通讯装置是否能与TTU通信的配对结果下发给智能融合终端TTU；
步骤二：智能融合终端TTU通过信息采集类APP发起边设备扫描请求，轮询扫描即插即用通讯装置，所述边设备扫描请求包含设备ID信息，即插即用通讯装置将所述边设备扫描请求发送至分布式电源；
步骤三：分布式电源接收到边设备扫描请求后，对边设备扫描请求所携带的设备ID信息进行匹配；
若匹配成功，则在定时轮询间隔内上报分布式电源的设备信息，此步骤为被动接入；
若匹配不成功，则进行主动接入的自注册，即首先在云主站录入设备是否可接入的白名单，若设备允许接入，当分布式电源上电后，主动发送携带自身设备信息的报文进行主动注册；
步骤四：即插即用通讯装置接收到分布式电源上传的设备信息后，进行物理层以及链路层的转换和映射，并将设备信息映建立为统一的台区感知模型，并以Json形式表示，通过HPLC和统一ModBus点表的方式将台区感知模型上传至智能融合终端TTU。
进一步的，所述分布式电源的设备信息包括自身出厂ID、设备类型、设备属性。
进一步的，所述智能融合终端TTU通过即插即用通讯装置与分布式电源之间的即插即用，按台区设备的智能化程度分为主动接入与被动接入两种方案，主动接入方案适用于包含自描述信息的IP设备，被动接入方案适用于智能化程度较低、仅通过RS485方式交互数据的存量设备：
对于包含自描述信息的IP设备，将即插即用通讯装置设定至台区设备主动接入模式，该模式下，即插即用通讯装置通过以太网接口与台区设备连接，台区设备在完成线路安装工作后，工作人员向设备录入TTU设备ID、属性信息，设备读取确认后作为客户端主动发起注册请求，上传设备描述信息；
对于智能化程度较低的存量设备，将即插即用通讯装置设定至台区设备被动接入模式，该模式下，在完成台区设备安装接线后，TTU加载预设的台区设备资料，通过HPLC模块发起轮询，即插即用通讯装置响应包括设备类型和设备地址信息的轮询信息，自检台区设备接入情况，等待符合特征的台区设备响应设备扫描信息，台区设备匹配扫描信息，上报设备位置及状态，完成进一步注册。
进一步的，所述即插即用通讯装置与台区设备连接后为台区设备分配唯一地址，该地址也用于应答信息报文的判别标识，当台区设备上电后，即插即用通讯装置按照预定义的周期发送应答信息报文，要求台区设备响应，若在正常时延以内收到设备响应报文则证明设备在线；若接收不到响应信息，上报到智能融合终端等待处理。
进一步的，所述即插即用通讯装置还用于接收来自TTU的查询报文后，向台区设备发送应答信息报文，等待台区设备响应应答信息；即插即用通讯装置收到台区设备响应后，确认设备接入状态，并回复至TTU；或者，即插即用通讯装置定期向台区设备发送应答信息报文，若累计两次没有收到台区设备响应，并在第三次发送应答信息后的一个网络通信往返时延内没有收到台区设备响应，则判断设备出现异常。
进一步的，所述即插即用通讯装置向台区设备发起的设备应答信息报文包含台区设备地址与台区设备运行信息查询报文，设备相应返回的设备响应应答报文包含设备当前状态与设备当前时间。
进一步的，所述即插即用通讯装置在收到设备响应应答报文后，在设备列表内更新设备地址、设备名称及设备响应时间，建立即插即用通讯装置中设备列表更新周期与即插即用通讯装置发送设备响应信息报文周期的数学模型：
TL=kTH
i＜k=TL/TH
RTT=tb-ta
式中，TL和TH分别是即插即用通讯装置设备列表更新周期和即插即用通讯装置发送设备应答信息报文的周期；k是大于0的整数；i是即插即用通讯装置发送设备应答信息报文的次数，一般为3；是即插即用通讯装置从发送设备应答信息报文时刻ta到收到设备响应应答报文时刻tb的时间间隔。
进一步的，所述即插即用通讯装置判断设备是否在线的过程为：若即插即用通讯装置连续发送i次设备应答信息报文，且在发送第i次报文后等待一个RTT的时间仍未收到设备响应，则判断设备已经离线或处于故障状态，此时即插即用通讯装置从设备列表中删除该设备，释放相关通信资源，并将设备离线信息通知TTU。
进一步的，所述插即用通讯装置包括南向通讯接口和北向通讯接口，所述南向通讯接口是即插即用通讯装置为台区设备分配地址和数据交互和接口，以即插即用通讯装置为主机，台区设备为从机；所述北向通讯接口实现即插即用通讯装置与TTU的双向交互，所述北向通讯接口通过电力线连接即插即用通讯装置与TTU的HPLC模块，发送端调制信号，经电力线载波传递至接收端，解调后获得原始信息；或通过LoRa方式，即插即用通讯装置自组网建立Mesh网络，然后连接TTU上的LoRa主站，数据通过无线传输。
进一步的，台区设备通过RS485接口或通过以太网RJ45接口与通信即插即用通讯装置进行通信，其中对于通过RS485接口通信的台区设备，即插即用通讯装置上电后，南向通讯接口初始化串口，定时发送广播报文，若台区设备接入，则根据协议要求回应识别码，即插即用通讯装置根据识别码为新接入的设备分配地址，台区设备确认地址，完成接入后以开始收发数据；对于通过以太网RJ45接口通信的台区设备，即插即用通讯装置上电后，南向通讯接口通过创建一个套接字用于保留通信资源，根据配置将地址与端口分配到套接字中，进入监听状态，等待台区设备通过以太网RJ45接口接入终端，台区设备物理接入后，根据配置发送连接请求，即插即用通讯装置受理请求，完成网络连接后开始收发数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过在边（智能融合终端）端（分布式电源、储能、可控负荷等可控资源）之间插入了即插即用通讯装置用于通信协议转换，可实现配电台区不同设备间的通讯连接和信息传输，可以将不同厂家生产的分布式可控设备使用的协议进行转换，实现主动接入与被动接入两种自注册通信方法，解决了解决海量台区设备由于不同协议难以通信的问题。
附图说明
图1是本发明所应用于配电台区的整体框架结构图；
图2是本发明中台区设备接入状态监测过程图；
图3是本发明中台区设备应答报文结构图；
图4是本发明中台区设备接入状态监测流程图；
图5是本发明中即插即用通讯装置的结构示意图；
图6是本发明中南向设备接入流程图；
图7是本发明中北向设备接入流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。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的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1所示为本发明实施例的一种分布式电源即插即用的自注册通信方法应用于配电台区，所述配电台区包括云主站、智能融合终端TTU、即插即用通讯装置、分布式电源，其中分布式电源包括光伏、储能、电动汽车充电桩等可控资源。所述方法包括如下步骤：
步骤（1）：在云主站载入即插即用通讯装置的自描述ICD文件（即插即用设备的ICD文件，包括即插即用通信装置设备ID信息，如01），并将即插即用通讯装置是否能与TTU通信的配对结果下发给智能融合终端TTU；
步骤（2）：智能融合终端TTU通过信息采集类APP发起边设备扫描请求，轮询扫描即插即用通讯装置，所述边设备扫描请求包含设备ID信息，即插即用通讯装置将所述边设备扫描请求发送至分布式电源；
步骤（3）：分布式电源接收到边设备扫描请求后，对边设备扫描请求所携带的设备ID信息进行匹配；
若匹配成功，则在定时轮询间隔内上报自身出厂ID、设备类型、设备属性等分布式电源的设备信息，此步骤为被动接入；
若匹配不成功，则进行主动接入的自注册，即首先在云主站录入设备是否可接入的白名单，若设备允许接入，当分布式电源上电后，主动发送携带自身设备信息的报文进行主动注册。
步骤（4）：即插即用通讯装置接收到分布式电源上传的设备信息后，进行物理层以及链路层的转换和映射，并将设备信息映建立为统一的台区感知模型，并以Json形式表示，通过HPLC和统一ModBus点表的方式将台区感知模型上传至智能融合终端TTU。
在本实施例中，描述分布式电源设备自身能力的自描述ICD文件包含四个部分，分别是：
第一部分为头文件，每个ICD只有一个头文件，主要包含SCL的版本信息、修订信息、开发工具、历史信息等，其中SCL语言用来定义配电网系统的参数配置和厂站结构、IED的配置及它们之间的关联信息。
第二部分为通信参数配置，包含通信子网、连接到子网的访问点以及地址三个部分。
第三部分为部分，这部分主要介绍了分布式电源的模型信息以及信息交换模型等。 信息交换模型即Services部分，包括Association(关联)、Getfile(文件获取)、ReadWrite (读写数据)等服务。
第四部分为实例化的数据类型模板，该部分主要定义的元素有EnumType(数组类型)、DAType(数据属性类型)、DOType(数据对象类型)以及LNodeType(逻辑节点类型)。
在本实施例中，本发明所提出自注册方式分为两种，智能融合终端TTU通过即插即用通讯装置与分布式电源之间的即插即用方案，可以按台区设备的智能化程度分为主动接入与被动接入两种方案，主动接入方案适用于包含自描述信息的IP设备；被动接入方案适用于智能化程度较低，仅通过RS485等方式交互数据的存量设备。
对于包含自描述信息的IP设备，将即插即用通讯装置设定至台区设备主动接入模式。该模式下，即插即用通讯装置通过以太网接口与台区设备连接。台区设备在完成线路安装工作后，工作人员向设备录入TTU设备ID、属性等信息，设备读取确认后作为客户端主动发起注册请求，上传设备描述信息。
对于智能化程度较低的存量设备，将即插即用通讯装置设定至台区设备被动接入模式。该模式下，在完成台区设备安装接线后，TTU加载预设的台区设备资料，通过HPLC模块发起轮询。即插即用通讯装置响应包括设备类型和设备地址等信息的轮询信息，自检台区设备接入情况，等待符合特征的台区设备响应设备扫描信息。台区设备匹配扫描信息，上报设备位置及状态，完成进一步注册。
在本实施例中，当分布式电源成功接入完成一段时间后，配电台区电力设备离线或出现通信故障时，由于通信协议限制，台区设备无法主动向主站发送自身状态。本发明设计了一种基于应答信息的设备状态检测方式，通过定期发起应答信息，实现台区设备运行状态的实时监测。即插即用通讯装置与台区设备连接后为台区设备分配唯一地址，该地址也用于应答信息报文的判别标识。当台区设备上电后，即插即用通讯装置按照预定义的周期发送应答信息报文，要求台区设备响应。若在正常时延以内收到设备响应报文则证明设备在线；若接收不到响应信息，设备有可能出现故障，需要上报到智能融合终端等待处理。如图2所示，TTU可以主动发起台区设备接入状态查询，即插即用通讯装置收到来自TTU的查询报文后，向台区设备发送应答信息报文，等待台区设备响应应答信息；即插即用通讯装置收到台区设备响应后，确认设备接入状态，并回复至TTU；即插即用通讯装置定期向台区设备发送应答信息报文，若累计两次没有收到台区设备响应，并在第三次发送应答信息后的一个网络通信往返时延内没有收到台区设备响应，则判断设备出现异常。
在本实施例中，即插即用通讯装置向台区设备发起的设备应答信息报文包含台区设备地址与台区设备运行信息查询报文，设备相应返回的设备响应应答报文包含设备当前状态与设备当前时间，精确到秒。设备应答信息报文与设备响应应答报文的组成如图3所示。
即插即用通讯装置在收到设备响应应答报文后，在设备列表内更新设备地址、设备名称及设备响应时间，建立即插即用通讯装置中设备列表更新周期与即插即用通讯装置发送设备响应信息报文周期的数学模型：
TL=kTH
i＜k=TL/TH
RTT=tb-ta
式中，TL和TH分别是即插即用通讯装置设备列表更新周期和即插即用通讯装置发送设备应答信息报文的周期；k是大于0的整数；i是即插即用通讯装置发送设备应答信息报文的次数，一般为3；是即插即用通讯装置从发送设备应答信息报文时刻ta到收到设备响应应答报文时刻tb的时间间隔。
即插即用通讯装置判断设备是否在线的过程为：若即插即用通讯装置连续发送i次设备应答信息报文，且在发送第i次报文后等待一个RTT的时间仍未收到设备响应，则判断设备已经离线或处于故障状态，此时即插即用通讯装置从设备列表中删除该设备，释放相关通信资源，并将设备离线信息通知TTU。流程如图4所示。
在本实施例中，即插即用通讯装置的结构如图5所示，包括南向通讯接口和北向通讯接口。南向通讯接口是即插即用通讯装置为台区设备分配地址和数据交互和接口，以即插即用通讯装置为主机，台区设备（分布式电源、储能、负荷等）为从机。对于通过RS485接口通信的台区设备和通过以太网RJ45接口通信的台区设备，设备接入上线与断联的流程不同。
1）通过RS485接口通信
即插即用通讯装置上电后，南向通讯接口初始化串口，定时发送广播报文，若台区设备接入，则根据协议要求回应识别码。即插即用通讯装置根据识别码为新接入的设备分配地址，台区设备确认地址，完成接入，可以开始收发数据。流程如图6中（a）所示。
2）通过以太网RJ45接口通信
即插即用通讯装置上电后，南向通讯接口通过创建一个套接字用于保留通信资源，根据配置将地址与端口分配到套接字中，进入监听状态，等待台区设备通过以太网RJ45接口接入终端。台区设备物理接入后，根据配置发送连接请求。即插即用通讯装置受理请求，完成网络连接，可以开始收发数据。流程如图6中（b）所示。
北向通讯接口主要实现即插即用通讯装置与TTU的双向交互。北向通讯接口通过电力线连接即插即用通讯装置与TTU的HPLC模块，发送端调制信号，经电力线载波传递至接收端，解调后获得原始信息；或通过LoRa方式，即插即用通讯装置自组网建立Mesh网络，然后连接TTU上的LoRa主站，数据通过无线传输。
HPLC模块强电管脚连接220V低压电力线，转换出5V为即插即用通讯装置供电。上电后，即插即用通讯装置设置HPLC模块的波特率、数据位、停止位、校验方式等。HPLC模块等待接收由集中器下发的寻呼报文，提取报文中继地址和目标地址。若中继地址与自身地址相同，转发报文；若目标地址与自身地址相同，以原路径向集中器回应应答报文。具体流程如图7所示。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何属于本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种分布式电源即插即用的自注册通信方法，其特征在于：应用于配电台区，所述配电台区包括云主站、智能融合终端TTU、即插即用通讯装置、分布式电源，所述即插即用通讯装置用于连接智能融合终端TTU和分布式电源，负责下发报文和应答报文的传输；所述方法包括如下步骤：
步骤一：在云主站载入即插即用通讯装置的自描述ICD文件，并将即插即用通讯装置是否能与TTU通信的配对结果下发给智能融合终端TTU；
步骤二：智能融合终端TTU通过信息采集类APP发起边设备扫描请求，轮询扫描即插即用通讯装置，所述边设备扫描请求包含设备ID信息，即插即用通讯装置将所述边设备扫描请求发送至分布式电源；
步骤三：分布式电源接收到边设备扫描请求后，对边设备扫描请求所携带的设备ID信息进行匹配；
若匹配成功，则在定时轮询间隔内上报分布式电源的设备信息，此步骤为被动接入；
若匹配不成功，则进行主动接入的自注册，即首先在云主站录入设备是否可接入的白名单，若设备允许接入，当分布式电源上电后，主动发送携带自身设备信息的报文进行主动注册；
步骤四：即插即用通讯装置接收到分布式电源上传的设备信息后，进行物理层以及链路层的转换和映射，并将设备信息映建立为统一的台区感知模型，并以Json形式表示，通过HPLC和统一ModBus点表的方式将台区感知模型上传至智能融合终端TTU。
2.如权利要求1所述的分布式电源即插即用的自注册通信方法，其特征在于：所述分布式电源的设备信息包括自身出厂ID、设备类型、设备属性。
3.如权利要求1所述的分布式电源即插即用的自注册通信方法，其特征在于：所述智能融合终端TTU通过即插即用通讯装置与分布式电源之间的即插即用，按台区设备的智能化程度分为主动接入与被动接入两种方案，主动接入方案适用于包含自描述信息的IP设备，被动接入方案适用于智能化程度较低、仅通过RS485方式交互数据的存量设备：
对于包含自描述信息的IP设备，将即插即用通讯装置设定至台区设备主动接入模式，该模式下，即插即用通讯装置通过以太网接口与台区设备连接，台区设备在完成线路安装工作后，工作人员向设备录入TTU设备ID、属性信息，设备读取确认后作为客户端主动发起注册请求，上传设备描述信息；
对于智能化程度较低的存量设备，将即插即用通讯装置设定至台区设备被动接入模式，该模式下，在完成台区设备安装接线后，TTU加载预设的台区设备资料，通过HPLC模块发起轮询，即插即用通讯装置响应包括设备类型和设备地址信息的轮询信息，自检台区设备接入情况，等待符合特征的台区设备响应设备扫描信息，台区设备匹配扫描信息，上报设备位置及状态，完成进一步注册。
4.如权利要求1所述的分布式电源即插即用的自注册通信方法，其特征在于：所述即插即用通讯装置与台区设备连接后为台区设备分配唯一地址，该地址也用于应答信息报文的判别标识，当台区设备上电后，即插即用通讯装置按照预定义的周期发送应答信息报文，要求台区设备响应，若在正常时延以内收到设备响应报文则证明设备在线；若接收不到响应信息，上报到智能融合终端等待处理。
5.如权利要求1所述的分布式电源即插即用的自注册通信方法，其特征在于：所述即插即用通讯装置还用于接收来自TTU的查询报文后，向台区设备发送应答信息报文，等待台区设备响应应答信息；即插即用通讯装置收到台区设备响应后，确认设备接入状态，并回复至TTU；或者，即插即用通讯装置定期向台区设备发送应答信息报文，若累计两次没有收到台区设备响应，并在第三次发送应答信息后的一个网络通信往返时延内没有收到台区设备响应，则判断设备出现异常。
6.如权利要求5所述的分布式电源即插即用的自注册通信方法，其特征在于：所述即插即用通讯装置向台区设备发起的设备应答信息报文包含台区设备地址与台区设备运行信息查询报文，设备相应返回的设备响应应答报文包含设备当前状态与设备当前时间。
7.如权利要求6所述的分布式电源即插即用的自注册通信方法，其特征在于：所述即插即用通讯装置在收到设备响应应答报文后，在设备列表内更新设备地址、设备名称及设备响应时间，建立即插即用通讯装置中设备列表更新周期与即插即用通讯装置发送设备响应信息报文周期的数学模型：
TL=kTH
i＜k=TL/TH
RTT=tb-ta
式中，TL和TH分别是即插即用通讯装置设备列表更新周期和即插即用通讯装置发送设备应答信息报文的周期；k是大于0的整数；i是即插即用通讯装置发送设备应答信息报文的次数；RTT是即插即用通讯装置从发送设备应答信息报文时刻ta到收到设备响应应答报文时刻tb的时间间隔。
8.如权利要求7所述的分布式电源即插即用的自注册通信方法，其特征在于：所述即插即用通讯装置判断设备是否在线的过程为：若即插即用通讯装置连续发送i次设备应答信息报文，且在发送第i次报文后等待一个RTT的时间仍未收到设备响应，则判断设备已经离线或处于故障状态，此时即插即用通讯装置从设备列表中删除该设备，释放相关通信资源，并将设备离线信息通知TTU。
9.如权利要求1所述的分布式电源即插即用的自注册通信方法，其特征在于：所述插即用通讯装置包括南向通讯接口和北向通讯接口，所述南向通讯接口是即插即用通讯装置为台区设备分配地址和数据交互和接口，以即插即用通讯装置为主机，台区设备为从机；所述北向通讯接口实现即插即用通讯装置与TTU的双向交互，所述北向通讯接口通过电力线连接即插即用通讯装置与TTU的HPLC模块，发送端调制信号，经电力线载波传递至接收端，解调后获得原始信息；或通过LoRa方式，即插即用通讯装置自组网建立Mesh网络，然后连接TTU上的LoRa主站，数据通过无线传输。
10.如权利要求9所述的分布式电源即插即用的自注册通信方法，其特征在于：台区设备通过RS485接口或通过以太网RJ45接口与通信即插即用通讯装置进行通信，其中对于通过RS485接口通信的台区设备，即插即用通讯装置上电后，南向通讯接口初始化串口，定时发送广播报文，若台区设备接入，则根据协议要求回应识别码，即插即用通讯装置根据识别码为新接入的设备分配地址，台区设备确认地址，完成接入后以开始收发数据；对于通过以太网RJ45接口通信的台区设备，即插即用通讯装置上电后，南向通讯接口通过创建一个套接字用于保留通信资源，根据配置将地址与端口分配到套接字中，进入监听状态，等待台区设备通过以太网RJ45接口接入终端，台区设备物理接入后，根据配置发送连接请求，即插即用通讯装置受理请求，完成网络连接后开始收发数据。
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