汪成志 黃 東

（國網(wǎng)安徽省電力公司潛山縣供電公司 安徽潛山 246300）

面向智能電網(wǎng)的通信中間件的研究關(guān)鍵技術(shù)

汪成志 黃 東

（國網(wǎng)安徽省電力公司潛山縣供電公司 安徽潛山 246300）

隨著環(huán)境污染情況的加重、可再生資源的逐漸減少，很多的智能電力設(shè)備與可再生能源被列入到電網(wǎng)當(dāng)中。由于電網(wǎng)和客戶以及電力市場之間的關(guān)系越來越緊密，使得客戶對(duì)電能質(zhì)量的要求也逐漸升高。現(xiàn)如今使得在智能電網(wǎng)中接入了大量的分布式網(wǎng)絡(luò)，其對(duì)實(shí)時(shí)性的要求很難高，這就造成在正確的地點(diǎn)和時(shí)間獲取正確的數(shù)據(jù)是一個(gè)難點(diǎn)。針對(duì)上述情況，本文對(duì)面向智能電網(wǎng)的通信中間件技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)的分析，提出了以數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)為基礎(chǔ)的面向智能電網(wǎng)的通信中間件技術(shù)。

智能電網(wǎng)；通信中間件；數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)

網(wǎng)絡(luò)通信的時(shí)延確定性、可靠性以及實(shí)時(shí)性直接影響著智能電網(wǎng)的性能。目前智能電網(wǎng)數(shù)字變電站逐漸成熟，然而在實(shí)際操作中仍然有設(shè)備互操作困難的問題。對(duì)智能電網(wǎng)通信技術(shù)的研究主要是分析組網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與通信協(xié)議對(duì)電網(wǎng)通信的影響，分析通信中間件的關(guān)鍵技術(shù)對(duì)智能電網(wǎng)輸送電的影響。

1 基于DDS的面向智能電網(wǎng)的通信中間件模型

1.1 面向智能電網(wǎng)的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

由于通信軟件架構(gòu)與通信技術(shù)的影響，面向電網(wǎng)的通信架構(gòu)的發(fā)展不是非常理想。目前常用的面向電網(wǎng)的通信架構(gòu)基本上是以對(duì)象為中心的，比如：DCOM技術(shù)與CORBA技術(shù)，這些通信架構(gòu)模型具有繁瑣的運(yùn)行機(jī)制，已經(jīng)不適應(yīng)當(dāng)代智能電網(wǎng)通信的發(fā)展。

傳統(tǒng)的C/S通信結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的中心樞紐是服務(wù)器，可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器和各個(gè)客戶端的直接通信，確保客戶端之間的通信，因此一個(gè)服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)和多個(gè)客戶端的通信。由于服務(wù)器與客戶端兩者之間在結(jié)構(gòu)上具有高度耦合性，導(dǎo)致智能電網(wǎng)系統(tǒng)的可拓展性與靈活性受到限制。在實(shí)時(shí)通信系統(tǒng)中其在分布式能源的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集以及分布式能源并網(wǎng)等方面有著很大的局限性。在訂閱/發(fā)布模型當(dāng)中，其通信方式是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)額通信，能快速的實(shí)現(xiàn)各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)分發(fā)，網(wǎng)路中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)也可以發(fā)布其能提供的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)訂閱其所感興趣的信息。

1.2 數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)

數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)（datadistributionsservice，DDS）是在實(shí)時(shí)CORBA的基礎(chǔ)之上由OMG組織的以數(shù)據(jù)為核心的一種實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信標(biāo)準(zhǔn)。它能對(duì)分布式實(shí)時(shí)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的接收、傳遞以及數(shù)據(jù)發(fā)布的行為與接口進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，同時(shí)還對(duì)以數(shù)據(jù)為核心的訂閱/發(fā)布機(jī)制進(jìn)行了定義，有效促進(jìn)了數(shù)據(jù)的分發(fā)。數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)規(guī)范對(duì)服務(wù)進(jìn)行描述時(shí)使用的是UML語言，它提供了一個(gè)和平臺(tái)不相關(guān)的數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)到各個(gè)具體編程語言與平臺(tái)的映射。

DDS規(guī)范的一個(gè)關(guān)鍵之處就是對(duì)用于創(chuàng)建分布式應(yīng)用的應(yīng)用程序編程接口（API）與底層通信模型進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理，把那個(gè)對(duì)兩個(gè)層次的接口進(jìn)行了詳細(xì)的描述，其中一個(gè)接口是以數(shù)據(jù)為核心的訂閱/發(fā)布模型層，其式DDS規(guī)范的中心，是進(jìn)行訂閱通信和數(shù)據(jù)分布架構(gòu)的基礎(chǔ)。另外一個(gè)接口是可選的高層DLRL（datalocalreconstructionlayer），主要是用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的本地表示。它是以數(shù)據(jù)為中心的訂閱/發(fā)布模型為基礎(chǔ)建立的用來定義應(yīng)用層與DCPS層的接口的，是通過融合的方式將數(shù)據(jù)傳遞給應(yīng)用層的。圖1介紹了經(jīng)典的數(shù)據(jù)分布服務(wù)應(yīng)用對(duì)象信息。

圖1 經(jīng)典的數(shù)據(jù)分布服務(wù)應(yīng)用的對(duì)象模擬圖

1.3 基于DDS的面向智能電網(wǎng)的通信中間件數(shù)據(jù)模型

以數(shù)據(jù)為核心的訂閱/發(fā)布模型建立的基礎(chǔ)是全局?jǐn)?shù)據(jù)空間，所有的程序都可以接入到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。具體見圖2。

圖2 以數(shù)據(jù)為核心的訂閱者和發(fā)布者之間的DDS通信數(shù)據(jù)模型

從圖2中可知，應(yīng)用1采用主題1對(duì)新數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)識(shí)將信息發(fā)布到全局?jǐn)?shù)據(jù)空間當(dāng)中，訂閱者對(duì)收到的數(shù)據(jù)主題進(jìn)行判斷查看是不是自己需要的數(shù)據(jù)。應(yīng)用4為獲取主題1當(dāng)中的數(shù)據(jù)，只要訂閱者判斷其是自己需要的數(shù)據(jù)就可以接收來自主題1的數(shù)據(jù)。全局?jǐn)?shù)據(jù)空間中包含全部數(shù)據(jù)對(duì)象，每個(gè)分布式應(yīng)用節(jié)點(diǎn)都可對(duì)這些數(shù)據(jù)對(duì)象進(jìn)行自由快速訪問。

2 基于IEC/DDS61850的智能電網(wǎng)通信中間件調(diào)度系統(tǒng)

智能電網(wǎng)和電力系統(tǒng)的一項(xiàng)重要組成部分就是智能調(diào)度。由于在軟件設(shè)計(jì)與信息孤島等方面?zhèn)鹘y(tǒng)觀的電力調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)有著很高的耦合性，本文提出了一種基于IEC/DDS的智能電網(wǎng)通信中間件調(diào)度系統(tǒng)，因?yàn)橐悦嫦蚍?wù)的軟件設(shè)計(jì)理念為基礎(chǔ)的電力調(diào)度系統(tǒng)存在著服務(wù)實(shí)體實(shí)現(xiàn)和服務(wù)粒度規(guī)劃等問題，本文通過采用改進(jìn)型的代理模型解決了上述兩個(gè)問題，并建立了面向服務(wù)的自適應(yīng)監(jiān)聽型Agent模型。

2.1 基于IEC/DDS61850的智能電網(wǎng)通信中間件的調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

IEC/DDS61850的通信中間件是以分解概念為基礎(chǔ)建立的SOA軟件架構(gòu)中間件。電力調(diào)度包含的電廠、省調(diào)、變電站和低調(diào)等單元都是面向?qū)ο蟮膫€(gè)體，它們共同構(gòu)成了不同的團(tuán)體和職能分工。然而，一個(gè)單元不可能為整個(gè)電力調(diào)度工程提供全部的服務(wù)，所以就構(gòu)成了分布式的服務(wù)環(huán)境。在這個(gè)環(huán)境當(dāng)中，各個(gè)單元之間存在著松耦合關(guān)系，有著非常平凡的數(shù)據(jù)通信。其服務(wù)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)方式主要有對(duì)等和有中心兩種方式。有中心的智能電網(wǎng)調(diào)度架構(gòu)在訪問量比較大時(shí)，會(huì)使得處在中心的成員組織任務(wù)在短時(shí)間內(nèi)增大，容易造成系統(tǒng)的癱瘓。對(duì)等的智能電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)不需要中心就可以實(shí)現(xiàn)成員組織之間的直接通信，有利于對(duì)系統(tǒng)成員的隱私保護(hù)，有效的降低了對(duì)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)能力與中心服務(wù)器的計(jì)算能力的要求。

在面向服務(wù)的計(jì)算環(huán)境包括服務(wù)組裝引擎、服務(wù)運(yùn)行時(shí)環(huán)境、服務(wù)注冊(cè)庫和服務(wù)網(wǎng)關(guān)燈?；贓SC的服務(wù)總線與基于SOA的第三方支持系統(tǒng)可以提供最基本的面向服務(wù)的計(jì)算環(huán)境。服務(wù)運(yùn)行時(shí)環(huán)境提供服務(wù)組件和服務(wù)的管理、運(yùn)行和部署能力，服務(wù)總線支持系統(tǒng)能夠以位置透明和技術(shù)透明的方式保證服務(wù)使用這的訪問服務(wù)，以確保服務(wù)注冊(cè)庫的訪問服務(wù)和支持存儲(chǔ)的描述；支持服務(wù)編程模型是用來確保智能調(diào)度系統(tǒng)的性能與安全等質(zhì)量要素的。

基于IEC/DDS的智能電網(wǎng)通信中間件能夠提供對(duì)需傳輸服務(wù)所需要的再包裝服務(wù)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)信息接口的統(tǒng)一。

2.2 基于Multi-Agent的面向服務(wù)的智能電網(wǎng)電力調(diào)度系統(tǒng)架構(gòu)

Multi-Agent系統(tǒng)是由多個(gè)半自主或者全自主的智能體構(gòu)成的，每個(gè)Agent可以單獨(dú)的履行自己的職責(zé)，也可以和其他的Agent之間進(jìn)行通信以互相協(xié)作的方式求解問題。和單個(gè)Agent相比，MAS的合作特性的借此狐是基于SOA的架構(gòu)系統(tǒng)的。這種系統(tǒng)可以確保系統(tǒng)的每個(gè)成員都有極大的自治性。MAS的這種分布協(xié)調(diào)理念在廠站自動(dòng)化系統(tǒng)、DMS和EMS系統(tǒng)之間的分布協(xié)調(diào)控制有著十分廣泛的應(yīng)用。

基于SOA的計(jì)算環(huán)境，企業(yè)級(jí)別的Agent通過服務(wù)提出的方式把服務(wù)請(qǐng)求發(fā)布到企業(yè)服務(wù)總線，并通過企業(yè)服務(wù)總線的ESB名空間確定此類服務(wù)應(yīng)歸屬到何種企業(yè)和服務(wù)請(qǐng)求當(dāng)中，同時(shí)，對(duì)相應(yīng)的業(yè)務(wù)服務(wù)注冊(cè)Agent進(jìn)行激活，通過業(yè)務(wù)服務(wù)注冊(cè)Agent探尋出符合請(qǐng)求條件的相應(yīng)服務(wù)，并把探尋出的這些符合要求的服務(wù)信息傳送到業(yè)務(wù)編排Agent中。此Agent依據(jù)知識(shí)庫，輸出合理的業(yè)務(wù)流程，并將其反饋給服務(wù)請(qǐng)求Agent。此Agent愛獲得可用服務(wù)信息之后，對(duì)服務(wù)提供Agent發(fā)送服務(wù)請(qǐng)求。經(jīng)過ESB網(wǎng)關(guān)，對(duì)發(fā)送的服務(wù)請(qǐng)求信息進(jìn)行安全評(píng)估，在確定合格之后，將其傳送給服務(wù)提供者Agent，該Agent分析請(qǐng)求信息中的協(xié)議并對(duì)其進(jìn)行自適應(yīng)配置，對(duì)信息進(jìn)行核對(duì)分析，如果符合企業(yè)的需求就提供服務(wù)。

3 總結(jié)

目前，智能電網(wǎng)系統(tǒng)接入了很多分布式系統(tǒng)，使智能電網(wǎng)系統(tǒng)變得繁瑣，對(duì)在正確的時(shí)間和地點(diǎn)獲取正確的信息帶來了具大的挑戰(zhàn)，本文針對(duì)智能電網(wǎng)通信的新需求，分析了面向服務(wù)的智能電網(wǎng)通信中間件技術(shù)，提出了基于IEC/DDS61850的智能電網(wǎng)通信中間件調(diào)度系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。

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2016-1-10