智能电网调度控制系统数据总线技术

张瑜

摘要：在智能电网调度控制系统中,现有的数据传输机制很难解决上述所有问题,因此本文提出了一种横向集成、纵向贯通的数据总线技术。该技术通过对总线技术、中间件技术、订阅或发布策略等进行融合、扩展,使智能电网调度控制系统中应用程序可以实现横向跨区传输,同时支持各级调度中心之间的数据交互,满足了智能电网调度控制系统在多级调控中心数据广域范围共享的要求。

关键词：数据传输；数据总线；消息总线；服务总线；消息邮件

智能电网调度控制系统存在大量数据传输的业务场景。随着电网的技术进步和业务发展,智能电网调度控制系统功能日益强大,各类应用在数据通信方面呈现出复杂性和多样化的特点,主要体现在传输数据量大、数据获取方式多样、数据交互实时性高等方面,对数据通信的安全性、可靠性等要求越来越高。为适应电网发展需求,研究智能电网调度控制系统的数据传输技术已经迫在眉睫。

在智能电网调度控制系统中,为了实现调度控制系统的横向集成、纵向贯通,针对业务协同和数据共享对数据传输提出的高效实时、安全可靠、跨区跨级传输等要求,提出了数据总线技术。该技术通过对工业总线技术、中间件技术、订阅、发布策略等进行融合、扩展,实现了横向跨区的数据传输,同时支持各级调控中心之间的数据交互。数据总线技术已应用于智能电网调度控制系统,并实现了国调、“三华”等多级调度的部署运行。实践证明,数据总线技术能够较好地满足智能电网调度控制系统的数据传输需要,保障电网调度控制系统的安全稳定运行。

1、系统总线架构

数据总线由消息总线、服务总线、消息邮件3个部分构成,其为智能电网调度控制系统应用程序提供横向集成、纵向贯通的数据交互服务。

2、消息总线

2.1概述

智能电网调度控制系统对电网事件的实时监控要求较高,需要快速传递遥测数据、开关变位、事故信号、控制指令等各类实时数据和事件。为满足系统实时监控的需求,消息总线为应用程序间数据通信提供高效、通用的信息交互机制。

为解决系统中实时消息在不同应用间的传输问题,消息总线屏蔽繁琐复杂的底层通信细节,通过提供简单、通用的消息原语,支持应用程序在节点内和节点间进行消息传递,并支持一对多、一对一的信息交换场合。

2.2消息总线结构

消息总线的基本结构包括消息原语、共享内存通信模块和网络传输模块。其中,消息原语用于完成应用程序和消息总线间的信息交换;共享内存通信模块用于节点内的消息传递,以实现实时数据的高效传输;网络通信模块用于节点间的消息传递,利用组播技术和点对点分别实现一对多、一对一的消息传输方式。

2.3功能设计

消息总线设计通用的消息报文作为实时消息的承载体,该报文由消息头和消息体两部分组成,其中消息头主要包含消息体长度、事件集和事件等信息,是每个消息报文在发送时必须携带的公共信息；消息体是消息报文的数据部分,由应用程序针对不同的消息功能来定义各自的消息体。为实现消息分类功能,消息总线对消息报文按照事件集、事件两级进行划分,应用程序可根据实际业务需求定义相应的事件集,再定义事件集中的事件。消息总线以消息原语的方式为应用程序提供注册、撤销注册、订阅消息、撤销订阅、发布消息、接收消息等功能。

3、服务总线

3.1概述

智能电网调度控制系统内的应用模块在生产区间及上下级调度间存在频繁的实时数据交互,为了满足系统对安全性、高效性、实时性和统一性的要求,提出了服务总线。服务总线构建面向服务架构(SOA)的系统结构,屏蔽实现数据交换所需的底层通信技术和应用处理的具体方法,基于调度证书和安全标签实现应用层端对端的数据安全,满足系统对数据交互安全和统一性的要求。

3.2服务总线结构

服务总线从逻辑上分为服务管理中心、客户端接口、服务端接口3部分。服务管理中心根据策略完成服务的注册信息收集,提供对服务信息的定位、查询和监控。客户端接口用于完成服务的定位、服务请求和服务订阅等功能。服务端接口用于完成服务的注册、服务分发、服务发布等功能。

3.3功能设计

为解决系统在数据交互方式统一性的要求,服务总线对服务的信息进行注册管理,将服务的访问和应答请求信息进行内部封装,实现数据交换所需的底层通信技术和应用处理的具体方法,对服务访问与服务应答方式进行抽象,提出两种服务模型框架:请求/响应模型和订阅/发布模型。请求/响应模型提供“拉数据”(datapull)的服务方式。服务请求者访问服务需发送服务请求,从服务发布者获取服务结果。订阅/发布模型提供“推数据”(datapush)的服务方式。服务请求者访问服务时发送请求,由服务发布者根据需求向服务请求者主动推送服务结果。

服务原语用于完成服务总线和应用程序的信息交换,包括服务管理原语和服务功能原语。服务管理原语完成服务的注册和定位。服务功能原语包括服务请求、服务应答、服务订阅、服务订阅响应、服务发布等。

4、消息邮件

4.1概述

消息邮件主要服务于横向(生产大区和管理大区之间)、纵向(上下级调度之间)的消息、文件、流程等内容的传输和交互,为智能电网调度控制系统建立规范、统一、安全、可靠的传输模式和传输通道。为保证传输内容的安全可靠,在纵向传输过程中利用通信网关的加密、解密功能实现数据的加密传输。

4.2消息邮件结构

消息邮件以文件作为通信的载体,包含“头文件”和“附件文件”两种文件,一个头文件和多个附件文件组成一封邮件,通过邮件发送、接收的方式实现横向跨区和纵向跨级的信息交互。

头文件是邮件传输的基本信息载体,是传输的唯一标识,主要包含发送地址、接收地址、传输类型等内容,文件格式符合E语言规范。其中的附件文件是邮件传输的数据内容,主要包含应用根据业务需求定义的数据。

4.3功能设计

消息邮件功能的设计参照通用网络邮件服务,提供了邮件收发与管理功能、多机热备功能、邮件路由功能和反向功能等四大类功能。

1)邮件收发与管理功能:包括发送邮件、接收邮件、读邮件、下载附件、删除邮件、地址簿管理和用户管理等功能,为用户提供类似通用网络邮件的管理与操作方式。2)多机热备功能:同一邮局邮件服务之间实现负载均衡,邮件服务之间进行邮件的数据同步和操作同步,保证同一邮局邮件服务间的数据和状态一致性。3)邮件路由功能:包括横向路由功能和纵向路由功能。4)反向功能:包括反向传输功能和反向探测功能。

5、结语

数据总线技术满足了智能电网调度控制系统在多级调度中心的数据广域共享和纵向贯通的要求,为智能电网调度控制系统横向集成、纵向贯通提供了技术支撑。消息总线、服务总线、消息邮件技术提供统一的数据传输机制,结合电网系统在数据传输方面的业务特点,实现了高效实时、安全可靠、跨区跨级的数据传输和交互,提供了安全高效的数据通信和信息交换机制,为智能电网调度控制系统的运行提供了技术支撑。

参考文献：

[1]汪际峰,沈国荣.大电网调度智能化的若干关键技术问题[J].电力系统自动化,2012,36(1):10-16.

[2]姚建国,杨胜春,单茂华.面向未来互联电网的调度技术支持系统架构思考[J].电力系统自动化,2013,37(21):52-59.