面向智能电网的通信中间件的研究关键技术

2016-08-08汪成志

大科技 2016年3期

关键词：中间件架构调度

汪成志黄东

（国网安徽省电力公司潜山县供电公司安徽潜山 246300）

面向智能电网的通信中间件的研究关键技术

汪成志黄东

（国网安徽省电力公司潜山县供电公司安徽潜山 246300）

随着环境污染情况的加重、可再生资源的逐渐减少，很多的智能电力设备与可再生能源被列入到电网当中。由于电网和客户以及电力市场之间的关系越来越紧密，使得客户对电能质量的要求也逐渐升高。现如今使得在智能电网中接入了大量的分布式网络，其对实时性的要求很难高，这就造成在正确的地点和时间获取正确的数据是一个难点。针对上述情况，本文对面向智能电网的通信中间件技术进行了详细的分析，提出了以数据分发服务为基础的面向智能电网的通信中间件技术。

智能电网；通信中间件；数据分发服务

网络通信的时延确定性、可靠性以及实时性直接影响着智能电网的性能。目前智能电网数字变电站逐渐成熟，然而在实际操作中仍然有设备互操作困难的问题。对智能电网通信技术的研究主要是分析组网拓扑结构与通信协议对电网通信的影响，分析通信中间件的关键技术对智能电网输送电的影响。

1 基于DDS的面向智能电网的通信中间件模型

1.1 面向智能电网的通信网络结构

由于通信软件架构与通信技术的影响，面向电网的通信架构的发展不是非常理想。目前常用的面向电网的通信架构基本上是以对象为中心的，比如：DCOM技术与CORBA技术，这些通信架构模型具有繁琐的运行机制，已经不适应当代智能电网通信的发展。

传统的C/S通信结构网络的中心枢纽是服务器，可以实现服务器和各个客户端的直接通信，确保客户端之间的通信，因此一个服务器可以实现和多个客户端的通信。由于服务器与客户端两者之间在结构上具有高度耦合性，导致智能电网系统的可拓展性与灵活性受到限制。在实时通信系统中其在分布式能源的实时数据采集以及分布式能源并网等方面有着很大的局限性。在订阅/发布模型当中，其通信方式是点对点额通信，能快速的实现各个网络节点之间的数据分发，网路中的各个节点也可以发布其能提供的数据信息，同时订阅其所感兴趣的信息。

1.2 数据分发服务

数据分发服务（datadistributionsservice，DDS）是在实时CORBA的基础之上由OMG组织的以数据为核心的一种实时数据通信标准。它能对分布式实时系统网络中的接收、传递以及数据发布的行为与接口进行标准化处理，同时还对以数据为核心的订阅/发布机制进行了定义，有效促进了数据的分发。数据分发服务规范对服务进行描述时使用的是UML语言，它提供了一个和平台不相关的数据模型，以实现到各个具体编程语言与平台的映射。

DDS规范的一个关键之处就是对用于创建分布式应用的应用程序编程接口（API）与底层通信模型进行了标准化处理，把那个对两个层次的接口进行了详细的描述，其中一个接口是以数据为核心的订阅/发布模型层，其式DDS规范的中心，是进行订阅通信和数据分布架构的基础。另外一个接口是可选的高层DLRL（datalocalreconstructionlayer），主要是用来进行数据的本地表示。它是以数据为中心的订阅/发布模型为基础建立的用来定义应用层与DCPS层的接口的，是通过融合的方式将数据传递给应用层的。图1介绍了经典的数据分布服务应用对象信息。

图1 经典的数据分布服务应用的对象模拟图

1.3 基于DDS的面向智能电网的通信中间件数据模型

以数据为核心的订阅/发布模型建立的基础是全局数据空间，所有的程序都可以接入到网络当中。具体见图2。

图2 以数据为核心的订阅者和发布者之间的DDS通信数据模型

从图2中可知，应用1采用主题1对新数据进行标识将信息发布到全局数据空间当中，订阅者对收到的数据主题进行判断查看是不是自己需要的数据。应用4为获取主题1当中的数据，只要订阅者判断其是自己需要的数据就可以接收来自主题1的数据。全局数据空间中包含全部数据对象，每个分布式应用节点都可对这些数据对象进行自由快速访问。

2 基于IEC/DDS61850的智能电网通信中间件调度系统

智能电网和电力系统的一项重要组成部分就是智能调度。由于在软件设计与信息孤岛等方面传统观的电力调度系统架构有着很高的耦合性，本文提出了一种基于IEC/DDS的智能电网通信中间件调度系统，因为以面向服务的软件设计理念为基础的电力调度系统存在着服务实体实现和服务粒度规划等问题，本文通过采用改进型的代理模型解决了上述两个问题，并建立了面向服务的自适应监听型Agent模型。

2.1 基于IEC/DDS61850的智能电网通信中间件的调度系统架构设计

IEC/DDS61850的通信中间件是以分解概念为基础建立的SOA软件架构中间件。电力调度包含的电厂、省调、变电站和低调等单元都是面向对象的个体，它们共同构成了不同的团体和职能分工。然而，一个单元不可能为整个电力调度工程提供全部的服务，所以就构成了分布式的服务环境。在这个环境当中，各个单元之间存在着松耦合关系，有着非常平凡的数据通信。其服务应用的实现方式主要有对等和有中心两种方式。有中心的智能电网调度架构在访问量比较大时，会使得处在中心的成员组织任务在短时间内增大，容易造成系统的瘫痪。对等的智能电网调度系统不需要中心就可以实现成员组织之间的直接通信，有利于对系统成员的隐私保护，有效的降低了对存储器的存储能力与中心服务器的计算能力的要求。

在面向服务的计算环境包括服务组装引擎、服务运行时环境、服务注册库和服务网关灯。基于ESC的服务总线与基于SOA的第三方支持系统可以提供最基本的面向服务的计算环境。服务运行时环境提供服务组件和服务的管理、运行和部署能力，服务总线支持系统能够以位置透明和技术透明的方式保证服务使用这的访问服务，以确保服务注册库的访问服务和支持存储的描述；支持服务编程模型是用来确保智能调度系统的性能与安全等质量要素的。

基于IEC/DDS的智能电网通信中间件能够提供对需传输服务所需要的再包装服务，以实现系统信息接口的统一。

2.2 基于Multi-Agent的面向服务的智能电网电力调度系统架构

Multi-Agent系统是由多个半自主或者全自主的智能体构成的，每个Agent可以单独的履行自己的职责，也可以和其他的Agent之间进行通信以互相协作的方式求解问题。和单个Agent相比，MAS的合作特性的借此狐是基于SOA的架构系统的。这种系统可以确保系统的每个成员都有极大的自治性。MAS的这种分布协调理念在厂站自动化系统、DMS和EMS系统之间的分布协调控制有着十分广泛的应用。

基于SOA的计算环境，企业级别的Agent通过服务提出的方式把服务请求发布到企业服务总线，并通过企业服务总线的ESB名空间确定此类服务应归属到何种企业和服务请求当中，同时，对相应的业务服务注册Agent进行激活，通过业务服务注册Agent探寻出符合请求条件的相应服务，并把探寻出的这些符合要求的服务信息传送到业务编排Agent中。此Agent依据知识库，输出合理的业务流程，并将其反馈给服务请求Agent。此Agent爱获得可用服务信息之后，对服务提供Agent发送服务请求。经过ESB网关，对发送的服务请求信息进行安全评估，在确定合格之后，将其传送给服务提供者Agent，该Agent分析请求信息中的协议并对其进行自适应配置，对信息进行核对分析，如果符合企业的需求就提供服务。