面向智能電網的通信中間件的研究關鍵技術

汪成志 黃 東

（國網安徽省電力公司潛山縣供電公司 安徽潛山 246300）

面向智能電網的通信中間件的研究關鍵技術

汪成志 黃 東

（國網安徽省電力公司潛山縣供電公司 安徽潛山 246300）

隨著環境污染情況的加重、可再生資源的逐漸減少，很多的智能電力設備與可再生能源被列入到電網當中。由于電網和客戶以及電力市場之間的關系越來越緊密，使得客戶對電能質量的要求也逐漸升高。現如今使得在智能電網中接入了大量的分布式網絡，其對實時性的要求很難高，這就造成在正確的地點和時間獲取正確的數據是一個難點。針對上述情況，本文對面向智能電網的通信中間件技術進行了詳細的分析，提出了以數據分發服務為基礎的面向智能電網的通信中間件技術。

智能電網；通信中間件；數據分發服務

網絡通信的時延確定性、可靠性以及實時性直接影響著智能電網的性能。目前智能電網數字變電站逐漸成熟，然而在實際操作中仍然有設備互操作困難的問題。對智能電網通信技術的研究主要是分析組網拓撲結構與通信協議對電網通信的影響，分析通信中間件的關鍵技術對智能電網輸送電的影響。

1 基于DDS的面向智能電網的通信中間件模型

1.1 面向智能電網的通信網絡結構

由于通信軟件架構與通信技術的影響，面向電網的通信架構的發展不是非常理想。目前常用的面向電網的通信架構基本上是以對象為中心的，比如：DCOM技術與CORBA技術，這些通信架構模型具有繁瑣的運行機制，已經不適應當代智能電網通信的發展。

傳統的C/S通信結構網絡的中心樞紐是服務器，可以實現服務器和各個客戶端的直接通信，確保客戶端之間的通信，因此一個服務器可以實現和多個客戶端的通信。由于服務器與客戶端兩者之間在結構上具有高度耦合性，導致智能電網系統的可拓展性與靈活性受到限制。在實時通信系統中其在分布式能源的實時數據采集以及分布式能源并網等方面有著很大的局限性。在訂閱/發布模型當中，其通信方式是點對點額通信，能快速的實現各個網絡節點之間的數據分發，網路中的各個節點也可以發布其能提供的數據信息，同時訂閱其所感興趣的信息。

1.2 數據分發服務

數據分發服務（datadistributionsservice，DDS）是在實時CORBA的基礎之上由OMG組織的以數據為核心的一種實時數據通信標準。它能對分布式實時系統網絡中的接收、傳遞以及數據發布的行為與接口進行標準化處理，同時還對以數據為核心的訂閱/發布機制進行了定義，有效促進了數據的分發。數據分發服務規范對服務進行描述時使用的是UML語言，它提供了一個和平臺不相關的數據模型，以實現到各個具體編程語言與平臺的映射。

DDS規范的一個關鍵之處就是對用于創建分布式應用的應用程序編程接口（API）與底層通信模型進行了標準化處理，把那個對兩個層次的接口進行了詳細的描述，其中一個接口是以數據為核心的訂閱/發布模型層，其式DDS規范的中心，是進行訂閱通信和數據分布架構的基礎。另外一個接口是可選的高層DLRL（datalocalreconstructionlayer），主要是用來進行數據的本地表示。它是以數據為中心的訂閱/發布模型為基礎建立的用來定義應用層與DCPS層的接口的，是通過融合的方式將數據傳遞給應用層的。圖1介紹了經典的數據分布服務應用對象信息。

圖1 經典的數據分布服務應用的對象模擬圖

1.3 基于DDS的面向智能電網的通信中間件數據模型

以數據為核心的訂閱/發布模型建立的基礎是全局數據空間，所有的程序都可以接入到網絡當中。具體見圖2。

圖2 以數據為核心的訂閱者和發布者之間的DDS通信數據模型

從圖2中可知，應用1采用主題1對新數據進行標識將信息發布到全局數據空間當中，訂閱者對收到的數據主題進行判斷查看是不是自己需要的數據。應用4為獲取主題1當中的數據，只要訂閱者判斷其是自己需要的數據就可以接收來自主題1的數據。全局數據空間中包含全部數據對象，每個分布式應用節點都可對這些數據對象進行自由快速訪問。

2 基于IEC/DDS61850的智能電網通信中間件調度系統

智能電網和電力系統的一項重要組成部分就是智能調度。由于在軟件設計與信息孤島等方面傳統觀的電力調度系統架構有著很高的耦合性，本文提出了一種基于IEC/DDS的智能電網通信中間件調度系統，因為以面向服務的軟件設計理念為基礎的電力調度系統存在著服務實體實現和服務粒度規劃等問題，本文通過采用改進型的代理模型解決了上述兩個問題，并建立了面向服務的自適應監聽型Agent模型。

2.1 基于IEC/DDS61850的智能電網通信中間件的調度系統架構設計

IEC/DDS61850的通信中間件是以分解概念為基礎建立的SOA軟件架構中間件。電力調度包含的電廠、省調、變電站和低調等單元都是面向對象的個體，它們共同構成了不同的團體和職能分工。然而，一個單元不可能為整個電力調度工程提供全部的服務，所以就構成了分布式的服務環境。在這個環境當中，各個單元之間存在著松耦合關系，有著非常平凡的數據通信。其服務應用的實現方式主要有對等和有中心兩種方式。有中心的智能電網調度架構在訪問量比較大時，會使得處在中心的成員組織任務在短時間內增大，容易造成系統的癱瘓。對等的智能電網調度系統不需要中心就可以實現成員組織之間的直接通信，有利于對系統成員的隱私保護，有效的降低了對存儲器的存儲能力與中心服務器的計算能力的要求。

在面向服務的計算環境包括服務組裝引擎、服務運行時環境、服務注冊庫和服務網關燈。基于ESC的服務總線與基于SOA的第三方支持系統可以提供最基本的面向服務的計算環境。服務運行時環境提供服務組件和服務的管理、運行和部署能力，服務總線支持系統能夠以位置透明和技術透明的方式保證服務使用這的訪問服務，以確保服務注冊庫的訪問服務和支持存儲的描述；支持服務編程模型是用來確保智能調度系統的性能與安全等質量要素的。

基于IEC/DDS的智能電網通信中間件能夠提供對需傳輸服務所需要的再包裝服務，以實現系統信息接口的統一。

2.2 基于Multi-Agent的面向服務的智能電網電力調度系統架構

Multi-Agent系統是由多個半自主或者全自主的智能體構成的，每個Agent可以單獨的履行自己的職責，也可以和其他的Agent之間進行通信以互相協作的方式求解問題。和單個Agent相比，MAS的合作特性的借此狐是基于SOA的架構系統的。這種系統可以確保系統的每個成員都有極大的自治性。MAS的這種分布協調理念在廠站自動化系統、DMS和EMS系統之間的分布協調控制有著十分廣泛的應用。

基于SOA的計算環境，企業級別的Agent通過服務提出的方式把服務請求發布到企業服務總線，并通過企業服務總線的ESB名空間確定此類服務應歸屬到何種企業和服務請求當中，同時，對相應的業務服務注冊Agent進行激活，通過業務服務注冊Agent探尋出符合請求條件的相應服務，并把探尋出的這些符合要求的服務信息傳送到業務編排Agent中。此Agent依據知識庫，輸出合理的業務流程，并將其反饋給服務請求Agent。此Agent愛獲得可用服務信息之后，對服務提供Agent發送服務請求。經過ESB網關，對發送的服務請求信息進行安全評估，在確定合格之后，將其傳送給服務提供者Agent，該Agent分析請求信息中的協議并對其進行自適應配置，對信息進行核對分析，如果符合企業的需求就提供服務。

3 總結

目前，智能電網系統接入了很多分布式系統，使智能電網系統變得繁瑣，對在正確的時間和地點獲取正確的信息帶來了具大的挑戰，本文針對智能電網通信的新需求，分析了面向服務的智能電網通信中間件技術，提出了基于IEC/DDS61850的智能電網通信中間件調度系統設計方案。

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2016-1-10