基于SOA构架的智能变电站设计平台模式设计研究

唐伟，李大全，周杨，何源波

（1.珠海横琴能源发展有限公司，广东珠海519000；2.广州健新科技股份有限公司，广东广州510000）

智能变电站是智能电网的关键组成部分，具有承上启下的作用，既是智能电网顺利运行的基础，也是电网调度实现的根本。智能变电站的特色为数据采集处理子系统，该系统可以采集数据、分析数据与管控数据，为电网调度中心提供精确的数据支撑。该系统是智能变电站与传统变电站的根本区别，使得智能变电站成为智能电网中不可或缺的部分，也使电网的智能化成为可能[1]。

智能变电站作为智能电网的核心环境，可以为全网提供可靠、标准的节点支撑。但是，智能变电站在设计与施工方面存在着一定的问题。例如，缺少相关工具、缺少经验丰富的施工人员等。为此，提出建设智能变电站设计平台。智能变电站设计平台指的是以满足用户、设备制造商、设备集成商、设计部门以及施工单位等不同角色与任务需求的网络平台。智能变电站设计平台模式决定着该平台的运行效果，为智能变电站的顺利运行提供保障[2]。

就现有的研究成果来看，传统的智能变电站设计平台模式存在服务效率低下的问题，为此提出基于SOA 构架的智能变电站设计平台模式设计研究。SOA 构架指的是面向服务的架构，其实质上是一个组件模型，利用接口与契约将应用程序的不同功能单元连接起来[3]。其中，接口应该在硬件平台、操作系统以及编程语言中使用[4]。SOA 构架具有可重用、松耦合、明确定义的接口，无状态的服务设计以及开放标准等特点，广泛应用于多个领域，希望通过SOA构架的应用，可以提升智能变电站设计平台的服务效率。

1 智能变电站设计平台模式设计

智能变电站设计平台模式设计主要包括三方面，分别为架构搭建、功能构建以及服务模型建立。

1.1 智能变电站设计平台架构搭建

引入SOA 构架，以此为基础，搭建智能变电站设计平台架构。SOA 构架主要包含3 个角色，分别为服务请求者、服务提供者以及服务注册中心[5-6]。SOA 构架的主要操作为发布、查询以及绑定与调用，构建服务中心与服务描述。SOA 构架示意图如图1所示。

图1 SOA构架示意图

基于SOA 架构搭建智能变电站设计平台架构，其主要由站控层、站控层网络、间隔层、过程层网络以及过程层构成，简称为“三层两网”组网方式架构[7]。

其中，站控层主要包括数据通信网关机、综合应用服务器、工程师工作站、监控主机、操作员站、管理终端、同步相量测量设备等，功能为数据存储、管理、配置与监控等。间隔层包括测控装置、故障录播装置、计量装置、继电保护装置以及温控装置等，功能为保护、测控以及记录站内设备。过程层包括隔离开关、断路器、互感器以及智能组件等，功能为接收并执行上层下发的命令、实现设备接口功能等[8]。智能变电站设计平台架构如图2所示。

图2 智能变电站设计平台架构

传统智能变电站设计平台采用的是“三层一网”组网方式，其与搭建“三层两网”组网方式的区别如表1所示。

表1 “三层一网”与“三层两网”组网方式区别表

通过表1可知，搭建的智能变电站设计平台组网方式更加智能化，性能更强，有利于智能电网的稳定运行。

1.2 智能变电站设计平台功能模块构建

以上述搭建的智能变电站设计平台架构为基础，依据变电站以及电网的需求，构建智能变电站设计平台功能模块。

在智能电网系统中，智能变电站设计平台的主要功能模块为数据采集处理模块。为此，详细介绍数据采集处理模块构建流程[9]。数据采集处理模块主要包括数据收集单元、数据建模单元以及数据处理优先级设置单元。

智能变电站设计平台数据采集单元采集数据类型如表2所示。

表2 数据采集单元采集数据类型表

数据建模单元模板如表3所示。

表3 数据建模单元模板表

智能变电站数据采集点众多，数据类型也较多，为了防止通信通道发生滞留情况，应该为各类数据设置处理优先级。

数据处理优先级设置公式如式（1）所示。

其中，δ表示数据优先级数值；qi表示信息通道数量；T表示数据使用周期；η表示数据使用频率；α表示数据优先级计算参数。

将式（1）计算结果依照从大到小的顺序排序，以此顺序为基础，对采集数据进行处理[10]。

1.3 智能变电站设计平台服务模型建立

以构建的智能变电站设计平台功能模块信息为基础，建立设计平台服务模型[11-12]。

服务类型不同对应的利益相关者也不同。在SOA 架构中，将智能变电站设计平台服务对象看作利益相关者，探讨获取不同服务的方法。常规情况下，设计平台服务对象主要包括用户、设计部门、集成部门、设备提供商以及施工单位。服务对象功能需求如表4所示。

表4 服务对象功能需求表

依据表4信息可以看出智能变电站设计平台的服务粗粒度，便于对其进行不断地优化[13-14]。

以上述服务对象的功能需求信息为基础，构建智能变电站设计平台服务模型。具体如图3所示[15-16]。

图3 智能变电站设计平台服务模型

文中采用用例图表示服务与服务对象之间的相互关系。在服务模型中，SCD 管理服务是设计平台至关重要的部分，与其相关的服务对象为设计人员、集成商、设备提供商以及施工单位，而SCD 管理服务类型为SCD 设计、维护、会审、更新以及下载。SCD管理服务的用例图如图4所示。

图4 SCD管理服务用例图

上述过程实现了基于SOA 架构的智能变电站设计平台模式的设计，为智能变电站以及智能电网的稳定运行提供更加有效的支撑。

2 服务效率对比分析

上述过程实现了智能变电站设计平台模式的设计，但是还无法确定设计模式是否能够提升智能变电站设计平台的服务效率，为此设计仿真对比实验。

2.1 确定实验对象

智能变电站设计平台参数设置情况如表5所示。

表5 智能变电站设计平台参数设置情况表

2.2 制定实验流程

根据实验需求制定实验流程，如图5所示。

图5 实验流程图

2.3 分析实验结果

通过实验得到服务效率对比情况，如表6所示。

表6 服务效率对比情况表

由表6数据可知，设计模式的服务效率远高于传统模式，其最大值可以达到90%，充分表明基于SOA 构架的智能变电站设计平台模式具备更好的服务性能。

3 结束语

文中基于SOA 构架的智能变电站设计平台模式极大地提升了服务效率，可以为智能变电站以及智能电网的稳定运行提供更加有效的支撑。为了增加该模式的适用范围，需要对设计模式进行不断地改进与优化。