朱文生（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司舒城縣供電公司，安徽 舒城 231300）

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面向智能電網(wǎng)通信中間件的關(guān)鍵技術(shù)研究

朱文生（國(guó)網(wǎng)安徽省電力公司舒城縣供電公司，安徽 舒城 231300）

我國(guó)電力企業(yè)為了應(yīng)對(duì)激烈的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，紛紛關(guān)注智能電網(wǎng)的建設(shè)，為了保證電能的質(zhì)量，對(duì)先進(jìn)的、現(xiàn)代化的技術(shù)給予了高度的關(guān)注。但目前，我國(guó)智能電網(wǎng)建設(shè)受技術(shù)問(wèn)題的影響，特別是在通信中間件方面，仍未掌握關(guān)鍵技術(shù)。因此，本文分析了智能電網(wǎng)建設(shè)中的通信技術(shù)，重點(diǎn)探討了其通信中間件的關(guān)鍵技術(shù)，旨在充分發(fā)揮通信中間件技術(shù)的作用，使我國(guó)智能電網(wǎng)的功能更加豐富、服務(wù)更加優(yōu)質(zhì)。

智能電網(wǎng)；通信中間件；關(guān)鍵技術(shù)

引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，生活與生產(chǎn)各個(gè)方面對(duì)電能質(zhì)量的要求不斷提高，對(duì)于現(xiàn)代電力通信網(wǎng)絡(luò)而言，其應(yīng)用具備實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性與高效性。在先進(jìn)技術(shù)支持下，智能網(wǎng)絡(luò)隨之出現(xiàn)，但在其發(fā)展過(guò)程中，面對(duì)一系列的技術(shù)問(wèn)題，為了推動(dòng)其實(shí)現(xiàn)健康與持續(xù)發(fā)展，本文探討了智能電網(wǎng)的通信中間件的關(guān)鍵技術(shù)，旨在為其發(fā)展提供可靠的技術(shù)保障。

1　面向智能電網(wǎng)的通信技術(shù)研究

在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展環(huán)境下，各國(guó)均十分注重國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)，美國(guó)總統(tǒng)提出應(yīng)積極利用信息化、自動(dòng)化及數(shù)字化技術(shù)，同時(shí)，通過(guò)自主創(chuàng)新，以此促進(jìn)電網(wǎng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，進(jìn)而逐漸構(gòu)建完善的智能電網(wǎng)。在國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究過(guò)程中，涉及的相關(guān)技術(shù)如下：

目前，在智能電網(wǎng)研究方面，成績(jī)最為突出的便是美國(guó)與歐洲，前者提出了復(fù)雜交互式網(wǎng)絡(luò)，后者提出了電力網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)相關(guān)公司，如：IBM、ABB及Google等也設(shè)計(jì)了不同的智能配網(wǎng)技術(shù)。根據(jù)相關(guān)研究可知，智能電網(wǎng)的信息系統(tǒng)是由基礎(chǔ)設(shè)施層、支撐平臺(tái)層及應(yīng)用體系層構(gòu)成的，在各層相互融合與互動(dòng)基礎(chǔ)上，從而為客戶提供了一體化的信息與服務(wù)。對(duì)于智能電網(wǎng)而言，其最為關(guān)鍵的技術(shù)便是信息與通信技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)為電力系統(tǒng)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，使其發(fā)電、輸電、配電及用電具有了高效性與節(jié)能性［1］。

在我國(guó)電網(wǎng)建設(shè)過(guò)程中，也對(duì)智能電網(wǎng)給予了高度關(guān)注，旨在通過(guò)創(chuàng)新與研發(fā)，從而構(gòu)建具有中國(guó)特色的智能電網(wǎng)，其構(gòu)建方案中涉及的技術(shù)有通信、信息及控制技術(shù)等，為了使我國(guó)電網(wǎng)具有信息化、數(shù)字化與信息化特點(diǎn)，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行全面的規(guī)劃、建設(shè)與完善。與國(guó)外智能電網(wǎng)建設(shè)相比，我國(guó)建設(shè)水平偏低，其成因主要為相關(guān)的技術(shù)匱乏，因此，相關(guān)學(xué)者應(yīng)對(duì)通信技術(shù)進(jìn)行積極的探索與研究。

2　面向智能電網(wǎng)的通信中間件的關(guān)鍵技術(shù)研究

根據(jù)國(guó)內(nèi)外研究可知，智能電網(wǎng)通信技術(shù)雖然在不斷發(fā)展，但其中存在的諸多問(wèn)題不容忽視，如：偏低的設(shè)備互操作性、復(fù)雜的結(jié)構(gòu)等，為了有效解決上述問(wèn)題，本文探討了通信中間件的關(guān)鍵技術(shù)，具體內(nèi)容如下：

2.1通信中間件模型

當(dāng)前，計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域均扮演著重要的角色，將其用于通信系統(tǒng)，提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量，使其具備的實(shí)時(shí)性與靈活性。但對(duì)于我國(guó)電網(wǎng)而言，由于其中涉及大量的分布式系統(tǒng)，使其呈現(xiàn)出了明顯的復(fù)雜性，在此情況下，為了保證系統(tǒng)服務(wù)質(zhì)量，數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確獲取得到了廣泛的關(guān)注?，F(xiàn)階段，我國(guó)電網(wǎng)架構(gòu)模型主要有兩種：①客戶端/服務(wù)器結(jié)構(gòu)；②發(fā)布/訂閱結(jié)構(gòu)，由于前者難以滿足分布式系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性需求，因此，分布式系統(tǒng)中普遍采用發(fā)布/訂閱結(jié)構(gòu)作為網(wǎng)絡(luò)通信中間件，其優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為保證了數(shù)據(jù)的共享性，提高了通信系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的效率，使其具有了實(shí)時(shí)性與可靠性［2］。

在電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中，常見(jiàn)以對(duì)象為中心的通信架構(gòu)，由于其結(jié)合了不同的模型，導(dǎo)致其運(yùn)行機(jī)制具有復(fù)雜性。在先進(jìn)技術(shù)的支持下，智能電網(wǎng)隨之出現(xiàn)，其對(duì)通信模型及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提出了更好的要求。根據(jù)實(shí)踐可知，發(fā)布/訂閱結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性、可靠性、實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，同時(shí)其采用了命名式發(fā)布、匿名式通訊、驅(qū)動(dòng)式數(shù)據(jù)傳送及多節(jié)點(diǎn)同時(shí)通信。為了使其更加適應(yīng)智能電網(wǎng)建設(shè)的需求，相關(guān)學(xué)者提出了基于DDS的中間件數(shù)據(jù)通信模型。DDS即數(shù)據(jù)分布服務(wù)規(guī)范，它作為設(shè)計(jì)新規(guī)范，具有專門性，同時(shí)其中間件的體現(xiàn)形式，屏蔽了網(wǎng)絡(luò)底層設(shè)計(jì)、減輕了開(kāi)發(fā)人員的編程工作量。DDS最為顯著的特點(diǎn)便是以數(shù)據(jù)為中心的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)，將其用于分布式智能電網(wǎng)建設(shè)，借助中間件技術(shù)，提高了電力系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與通信效率，基于發(fā)布/訂閱的DDS通信模型如圖1所示。

圖1　發(fā)布/訂閱的DDS通信模型

2.2智能變電站映射方法

在現(xiàn)代電力系統(tǒng)中智能變電站十分重要，同時(shí)它也是智能電網(wǎng)的主要構(gòu)成部分，因此，其安全性與可靠性應(yīng)不斷提高。但目前，智能變電站的設(shè)備仍未能實(shí)現(xiàn)互操作，因此，相關(guān)的通信技術(shù)研究應(yīng)不斷深入。在智能變電站系統(tǒng)中采用了以處理數(shù)據(jù)為中心的分布式應(yīng)用，此時(shí)數(shù)據(jù)通信服務(wù)的成效對(duì)系統(tǒng)服務(wù)有著直接的影響。當(dāng)前，在世界范圍內(nèi)，變電站自動(dòng)化系統(tǒng)所采用的協(xié)議均為IEC 61850，與傳統(tǒng)通信協(xié)議相比，前者優(yōu)勢(shì)顯著，其提供的通信功能具有通用性，抽象接口具有共同性，但它也存在不足，主要表現(xiàn)在映射現(xiàn)存問(wèn)題。為了有效解決此問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外學(xué)者均對(duì)其進(jìn)行了研究，并提出了ACSI通信服務(wù)交換機(jī)制，其涉及的方式有兩種：①C/S模式，主要提供的服務(wù)為控制與讀取數(shù)值；②對(duì)等通信模式，其提供的服務(wù)主要為傳輸周期采樣值［3］。

智能電網(wǎng)為了進(jìn)一步提高自身的實(shí)時(shí)性與可靠性，應(yīng)構(gòu)建基于DDS實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通信。在實(shí)際構(gòu)建中可利用發(fā)布/訂閱模型，它作為以數(shù)據(jù)為中心的信息交換模型，其包括的元素主要為發(fā)布者、訂閱者與主題，各節(jié)點(diǎn)具有獨(dú)立性與自主性，同時(shí)也保持著對(duì)等的關(guān)系，因此，可采用多元的通信方式。在數(shù)據(jù)發(fā)布過(guò)程中，發(fā)布者可采用廣播形式，此后訂閱者對(duì)主題進(jìn)行比較與判斷，從而獲取自身所需的數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，為了提高其質(zhì)量，可利用DDS規(guī)范。對(duì)于智能變電站而言，IEC 61850將其物理裝置劃分為兩部分，分別為服務(wù)器與應(yīng)用，其中前者主要是借助子網(wǎng)與站網(wǎng)進(jìn)行連接的，每個(gè)智能電子設(shè)備均承擔(dān)著雙重的角色，分別為服務(wù)器與客戶。為了有效解決IEC 61850的映射問(wèn)題，應(yīng)明確DDS的發(fā)布/訂閱模型的特點(diǎn)，同時(shí)也要滿足IEC 61850的要求，以ACSI為例，其映射規(guī)范如表1所示。

表1　IEC61850到DDS的映射規(guī)范

在解決映射問(wèn)題中，利用面向服務(wù)的中間件，此優(yōu)點(diǎn)主要表現(xiàn)為：①簡(jiǎn)化了底層通信映射的復(fù)雜性；②提高了電力系統(tǒng)工程師的工作效率，因此，利于智能電變站系統(tǒng)的有序建設(shè)與高效發(fā)展。

2.3電力智能調(diào)度系統(tǒng)

當(dāng)前，智能電網(wǎng)研究的焦點(diǎn)之一便是智能調(diào)度問(wèn)題，對(duì)于傳統(tǒng)電力調(diào)度系統(tǒng)而言，其存在的信息孤島及軟件設(shè)計(jì)問(wèn)題較為突出，為了適應(yīng)智能電網(wǎng)發(fā)展的需求，提出了基于DDS 或IEC 61850通信中間件的方案，在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，借助面向服務(wù)的設(shè)計(jì)手段，從而保證了設(shè)計(jì)的獨(dú)立性與靈活性。面向服務(wù)電力系統(tǒng)架構(gòu)對(duì)業(yè)務(wù)功能與業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行了細(xì)化，經(jīng)分解使其轉(zhuǎn)變?yōu)楦〉莫?dú)立功能與邏輯單元，同時(shí)在聚合技術(shù)支持下，重構(gòu)上述單元使其成為相對(duì)較大的單元，進(jìn)而保證了服務(wù)的獨(dú)立性［4］。

3　總結(jié)

綜上所述，在智能電網(wǎng)發(fā)展過(guò)程中，受諸多技術(shù)問(wèn)題的困擾，影響著其發(fā)展的速度。為了增強(qiáng)智能電網(wǎng)的信息化、自動(dòng)化與數(shù)字化，本文對(duì)其通信中間件的關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)了探討，分析了其國(guó)內(nèi)外對(duì)智能電網(wǎng)通信技術(shù)的研究，闡述了通信中間件模型、智能變電站映射方法及電力智能調(diào)度系統(tǒng)，相信，在各關(guān)鍵技術(shù)的支持下，智能電網(wǎng)的建設(shè)成效將更加顯著，其將為社會(huì)生產(chǎn)與生活提供高質(zhì)量的電能服務(wù)。

［1］徐 毅.面向智能電網(wǎng)的通信中間件的關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2016，01：26.

［2］丁耿佳.面向智能倉(cāng)儲(chǔ)的物聯(lián)網(wǎng)中間件的關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用［D］.華南理工大學(xué)，2014.

［3］彭小圣，鄧迪元，程時(shí)杰，等.面向智能電網(wǎng)應(yīng)用的電力大數(shù)據(jù)關(guān)鍵技術(shù)［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015，03：503～511.

［4］沈 輝.基于智能電網(wǎng)建設(shè)的通信中間件關(guān)鍵技術(shù)探討［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2014，24：45.

2016-3-8

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A

2095-2066（2016）09-0035-02