基于SOA構架的智能變電站設計平臺模式設計研究

唐偉，李大全，周楊，何源波

（1.珠海橫琴能源發展有限公司，廣東珠海519000；2.廣州健新科技股份有限公司，廣東廣州510000）

智能變電站是智能電網的關鍵組成部分，具有承上啟下的作用，既是智能電網順利運行的基礎，也是電網調度實現的根本。智能變電站的特色為數據采集處理子系統，該系統可以采集數據、分析數據與管控數據，為電網調度中心提供精確的數據支撐。該系統是智能變電站與傳統變電站的根本區別，使得智能變電站成為智能電網中不可或缺的部分，也使電網的智能化成為可能[1]。

智能變電站作為智能電網的核心環境，可以為全網提供可靠、標準的節點支撐。但是，智能變電站在設計與施工方面存在著一定的問題。例如，缺少相關工具、缺少經驗豐富的施工人員等。為此，提出建設智能變電站設計平臺。智能變電站設計平臺指的是以滿足用戶、設備制造商、設備集成商、設計部門以及施工單位等不同角色與任務需求的網絡平臺。智能變電站設計平臺模式決定著該平臺的運行效果，為智能變電站的順利運行提供保障[2]。

就現有的研究成果來看，傳統的智能變電站設計平臺模式存在服務效率低下的問題，為此提出基于SOA 構架的智能變電站設計平臺模式設計研究。SOA 構架指的是面向服務的架構，其實質上是一個組件模型，利用接口與契約將應用程序的不同功能單元連接起來[3]。其中，接口應該在硬件平臺、操作系統以及編程語言中使用[4]。SOA 構架具有可重用、松耦合、明確定義的接口，無狀態的服務設計以及開放標準等特點，廣泛應用于多個領域，希望通過SOA構架的應用，可以提升智能變電站設計平臺的服務效率。

1 智能變電站設計平臺模式設計

智能變電站設計平臺模式設計主要包括三方面，分別為架構搭建、功能構建以及服務模型建立。

1.1 智能變電站設計平臺架構搭建

引入SOA 構架，以此為基礎，搭建智能變電站設計平臺架構。SOA 構架主要包含3 個角色，分別為服務請求者、服務提供者以及服務注冊中心[5-6]。SOA 構架的主要操作為發布、查詢以及綁定與調用，構建服務中心與服務描述。SOA 構架示意圖如圖1所示。

圖1 SOA構架示意圖

基于SOA 架構搭建智能變電站設計平臺架構，其主要由站控層、站控層網絡、間隔層、過程層網絡以及過程層構成，簡稱為“三層兩網”組網方式架構[7]。

其中，站控層主要包括數據通信網關機、綜合應用服務器、工程師工作站、監控主機、操作員站、管理終端、同步相量測量設備等，功能為數據存儲、管理、配置與監控等。間隔層包括測控裝置、故障錄播裝置、計量裝置、繼電保護裝置以及溫控裝置等，功能為保護、測控以及記錄站內設備。過程層包括隔離開關、斷路器、互感器以及智能組件等，功能為接收并執行上層下發的命令、實現設備接口功能等[8]。智能變電站設計平臺架構如圖2所示。

圖2 智能變電站設計平臺架構

傳統智能變電站設計平臺采用的是“三層一網”組網方式，其與搭建“三層兩網”組網方式的區別如表1所示。

表1 “三層一網”與“三層兩網”組網方式區別表

通過表1可知，搭建的智能變電站設計平臺組網方式更加智能化，性能更強，有利于智能電網的穩定運行。

1.2 智能變電站設計平臺功能模塊構建

以上述搭建的智能變電站設計平臺架構為基礎，依據變電站以及電網的需求，構建智能變電站設計平臺功能模塊。

在智能電網系統中，智能變電站設計平臺的主要功能模塊為數據采集處理模塊。為此，詳細介紹數據采集處理模塊構建流程[9]。數據采集處理模塊主要包括數據收集單元、數據建模單元以及數據處理優先級設置單元。

智能變電站設計平臺數據采集單元采集數據類型如表2所示。

表2 數據采集單元采集數據類型表

數據建模單元模板如表3所示。

表3 數據建模單元模板表

智能變電站數據采集點眾多，數據類型也較多，為了防止通信通道發生滯留情況，應該為各類數據設置處理優先級。

數據處理優先級設置公式如式（1）所示。

其中，δ表示數據優先級數值；qi表示信息通道數量；T表示數據使用周期；η表示數據使用頻率；α表示數據優先級計算參數。

將式（1）計算結果依照從大到小的順序排序，以此順序為基礎，對采集數據進行處理[10]。

1.3 智能變電站設計平臺服務模型建立

以構建的智能變電站設計平臺功能模塊信息為基礎，建立設計平臺服務模型[11-12]。

服務類型不同對應的利益相關者也不同。在SOA 架構中，將智能變電站設計平臺服務對象看作利益相關者，探討獲取不同服務的方法。常規情況下，設計平臺服務對象主要包括用戶、設計部門、集成部門、設備提供商以及施工單位。服務對象功能需求如表4所示。

表4 服務對象功能需求表

依據表4信息可以看出智能變電站設計平臺的服務粗粒度，便于對其進行不斷地優化[13-14]。

以上述服務對象的功能需求信息為基礎，構建智能變電站設計平臺服務模型。具體如圖3所示[15-16]。

圖3 智能變電站設計平臺服務模型

文中采用用例圖表示服務與服務對象之間的相互關系。在服務模型中，SCD 管理服務是設計平臺至關重要的部分，與其相關的服務對象為設計人員、集成商、設備提供商以及施工單位，而SCD 管理服務類型為SCD 設計、維護、會審、更新以及下載。SCD管理服務的用例圖如圖4所示。

圖4 SCD管理服務用例圖

上述過程實現了基于SOA 架構的智能變電站設計平臺模式的設計，為智能變電站以及智能電網的穩定運行提供更加有效的支撐。

2 服務效率對比分析

上述過程實現了智能變電站設計平臺模式的設計，但是還無法確定設計模式是否能夠提升智能變電站設計平臺的服務效率，為此設計仿真對比實驗。

2.1 確定實驗對象

智能變電站設計平臺參數設置情況如表5所示。

表5 智能變電站設計平臺參數設置情況表

2.2 制定實驗流程

根據實驗需求制定實驗流程，如圖5所示。

圖5 實驗流程圖

2.3 分析實驗結果

通過實驗得到服務效率對比情況，如表6所示。

表6 服務效率對比情況表

由表6數據可知，設計模式的服務效率遠高于傳統模式，其最大值可以達到90%，充分表明基于SOA 構架的智能變電站設計平臺模式具備更好的服務性能。

3 結束語

文中基于SOA 構架的智能變電站設計平臺模式極大地提升了服務效率，可以為智能變電站以及智能電網的穩定運行提供更加有效的支撐。為了增加該模式的適用范圍，需要對設計模式進行不斷地改進與優化。