《電力工程技術(shù)》季彤

1、智能配用電通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的分析研究熊正勇 徐浩宇 劉錦峰 眭敏（常州帕斯菲克自動化技術(shù)股份有限公司 江蘇常州213022）本項目為2014年江蘇省科技支撐項目（項目編號：BE2014055）資助項目.摘要：配電設(shè)備作為向用戶供電的最后一個環(huán)節(jié)，其運(yùn)行狀況直接影響到對用戶的供電質(zhì)量,近年來隨著國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展，隨著負(fù)荷的不斷增大，而導(dǎo)致配電設(shè)備故障逐漸增多，由于配電設(shè)備數(shù)量多、分布廣，電力保障部門往往不能及時發(fā)現(xiàn)電網(wǎng)隱患，且現(xiàn)在使用的通訊載體主要為租用電信公司的GMS，通訊費(fèi)成本較大，運(yùn)行維護(hù)掌握在電信供應(yīng)商手里，可靠性得不到保障,本文主要對現(xiàn)有配用電通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，對整體通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)

2、行了設(shè)計，并提供了一個典型的配用電混合組網(wǎng)方案。關(guān)鍵詞：智能、配用電、通信網(wǎng)絡(luò)、構(gòu)架0 引言智能電網(wǎng)代表著當(dāng)今世界電力系統(tǒng)發(fā)展、變革的最新方向，它以包括發(fā)、輸、變、配、用和調(diào)度等各環(huán)節(jié)的電力系統(tǒng)為對象，不斷研發(fā)和應(yīng)用新型控制技術(shù)、信息技術(shù)和管理技術(shù)，實現(xiàn)信息的智能交流。通信系統(tǒng)作為支撐智能電網(wǎng)建設(shè)的公共平臺和重要手段，始終貫穿于六大應(yīng)用環(huán)節(jié)。配用電通信網(wǎng)是電力通信網(wǎng)絡(luò)平臺的重要組成部分，是電力骨干通信網(wǎng)的向下延伸，然而，由于其覆蓋面廣、節(jié)點多、建設(shè)難度大等原因，一直以來缺乏適用的通信技術(shù)和建設(shè)模式，成為我國電力通信網(wǎng)發(fā)展瓶頸，制約了智能配、用電業(yè)務(wù)的應(yīng)用與開展。在配網(wǎng)自動化的建設(shè)中，通信方式是

3、非常重要的一個環(huán)節(jié)，是實施配網(wǎng)自動化的基礎(chǔ)，因此，實施配網(wǎng)自動化必須解決好通信問題，才能準(zhǔn)確地將配電終端設(shè)備與配電自動化系統(tǒng)主站進(jìn)行數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)交換。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，可供選擇的通信手段很多，主要有光纖、配電線載波、電話專線 、CATV通道、無線擴(kuò)頻、微波通信、專線RS485、公網(wǎng)GPRS/3G等方式，常用于故障指示器、FTU、TTU的通信、負(fù)荷控制、低壓用戶抄表、通信主干線等。這些通信技術(shù)的應(yīng)用，在一定程度上解決了配用電信息傳輸問題。但是這些通信方式中有些建設(shè)維護(hù)成本高，有些建設(shè)工期長，有些通訊質(zhì)量不可靠，目前國內(nèi)配電自動化采用的通信模式?jīng)]有任何一種的通信手段能全面滿足各種規(guī)模的配電自動

4、化的需要，難以發(fā)揮最大的效益。配用電通信網(wǎng)目前主要與城市實施的配電自動化系統(tǒng)配套建設(shè)，總體而言，配電自動化及其配套通信系統(tǒng)目前仍處于小規(guī)模應(yīng)用階段，尚未大規(guī)模展開建設(shè)。目前，配電通信網(wǎng)多采用光調(diào)制解調(diào)器、工業(yè)以太網(wǎng)、以太網(wǎng)無源光網(wǎng)絡(luò)、中壓電力線載波、無線公網(wǎng)等通信方式。配用電通信網(wǎng)絡(luò)既具有傳統(tǒng)工業(yè)控制系統(tǒng)的實時性、安全性要求,又有網(wǎng)絡(luò)化后的廣域多點接入要求,體現(xiàn)了廣域工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)的特征。從信息流模型來看,配用電的終端沿電力線逐級分布,主站設(shè)備設(shè)置在公司、變電站等電網(wǎng)匯聚點,其信息流向和容量特征與電能流特征類似。1 配用電通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成配用電通信網(wǎng)絡(luò)可以分為三個層次：匯聚層、中壓接入層、低壓接入層

5、。通過配用電通信網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)中壓線路及設(shè)備如開閉站、環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、柱上開關(guān)、配電變壓器等站點和設(shè)備的監(jiān)控功能，低壓線路及設(shè)備如用戶用電表計、小區(qū)充電樁等用電終端的遠(yuǎn)程監(jiān)視功能，如圖1所示。圖1 智能配用電通信網(wǎng)絡(luò)的三個層次1.1匯聚層匯聚層由變電站與主站之間的通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，在匯聚層通信網(wǎng)中可以采用路由交換設(shè)備組成直達(dá)主站的骨干通信網(wǎng)。通信方式既可以采用工業(yè)交換機(jī)設(shè)備組成的傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)方式，把光網(wǎng)絡(luò)從變電站延伸到開閉站、環(huán)網(wǎng)柜等重要的主干節(jié)點；也可以使用xPON 技術(shù)組成的無源光網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)配用電通信網(wǎng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的光網(wǎng)絡(luò)覆蓋。1.2中壓接入層(10kV配用電接入層)中壓接入層是覆蓋中壓配電網(wǎng)遠(yuǎn)方終

6、端設(shè)備范圍的通信網(wǎng)絡(luò)，可以分為中壓主干接入層和中壓分支接入層，劃分的目的是把分散復(fù)雜的配用電網(wǎng)業(yè)務(wù)分區(qū)分類匯聚，充分發(fā)揮電力流、業(yè)務(wù)流、信息流的同向同路傳輸?shù)母拍?，做到網(wǎng)絡(luò)易于維護(hù)、結(jié)構(gòu)劃分清晰、業(yè)務(wù)流向明確的目標(biāo)。中壓接入層承載配電自動化、配變監(jiān)測、分布式電源和電動汽車充電站等業(yè)務(wù)，并作為0.4kV通信接入網(wǎng)承載業(yè)務(wù)的上聯(lián)通道。(1)主干節(jié)點主干節(jié)點選取原則：節(jié)點業(yè)務(wù)重要級別、均勻覆蓋電力業(yè)務(wù)區(qū)域、區(qū)域業(yè)務(wù)信息就近接入、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層次分明、充分利用電網(wǎng)既有資源。主干節(jié)點宜選取開閉站、環(huán)網(wǎng)柜、中心配電室等環(huán)境較好、取電方便的位置，具體原則如下： 優(yōu)先選擇開閉站，開閉站具有較好的環(huán)境，有專用的通信

7、空間單元、低壓電源和蓄電池單元，取電容易、空間寬裕；其次選擇中心配電室，這類配電室有獨立的建筑空間、低壓電源，一般環(huán)境略好?？梢耘渲么笕萘啃铍姵?；條件較好的環(huán)網(wǎng)柜，環(huán)網(wǎng)柜具備有一定的通信設(shè)備放置空間。缺點是環(huán)境稍差、不具備低壓電源和蓄電池單元，不適宜放置大功率設(shè)備。宜采用的通信方式：主干節(jié)點往往是配電網(wǎng)中的關(guān)鍵節(jié)點，擔(dān)負(fù)著一大片區(qū)域的供電任務(wù)。電力業(yè)務(wù)包含“四遙”業(yè)務(wù)，以及智能電網(wǎng)的所有業(yè)務(wù)的匯聚。變電站到配電網(wǎng)主干節(jié)點的線路走廊環(huán)境較好，容易鋪設(shè)光纜。因此建議以光技術(shù)為主。(2)中壓分支接入層分支節(jié)點選取原則：除去主干節(jié)點外，覆蓋需要采集信息的所有中壓設(shè)備單元。分支節(jié)點包括環(huán)網(wǎng)柜、分支箱、柱

8、上開關(guān)、柱上變壓器、箱式變壓器、配電室、充電站、新能源站點、營業(yè)網(wǎng)點。具體原則如下：環(huán)境條件較好，具備建筑物空間的分支節(jié)點有：配電室、新能源站點、充電站、營業(yè)網(wǎng)點，易作為周圍用電信息采集系統(tǒng)的接入點；環(huán)境條件較差，有獨立空間平臺的分支節(jié)點有：分支箱、環(huán)網(wǎng)柜、箱式變壓器，較易作為周圍用電信息采集系統(tǒng)的接入點；環(huán)境條件很差，設(shè)備直接裸露在自然環(huán)境的分支節(jié)點有：柱上開關(guān)、柱上變壓器。宜采用的通信方式：分支節(jié)點類型較多，數(shù)量較大，但是節(jié)點業(yè)務(wù)的重要程度稍低，線路形式多樣、距離較近，可以采用多種通信方式實現(xiàn)。一般可以根據(jù)節(jié)點的業(yè)務(wù)量針對性地選取。1.3低壓接入層(0.4kV配用電通信接入層)低壓接入層是

9、配電變壓器出線到用戶表計之間的通信網(wǎng)絡(luò)，低壓接入層承載用電信息采集業(yè)務(wù)、售電抄表、售電營業(yè)、客戶服務(wù)、電力需求側(cè)管理、負(fù)荷監(jiān)控、電能采集管理和充電樁通信等業(yè)務(wù)。配用電調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)從變電站起，終端節(jié)點有開閉站、環(huán)網(wǎng)柜、聯(lián)絡(luò)開關(guān)及配電室/箱式變壓器/柱上變壓器位置的配電自動化終端：DTU/FTU/TTU?；诜謱討?yīng)用的電力通信接入網(wǎng)架構(gòu)，通過匯聚層、10k接入層與0.4kV接入層綜合應(yīng)用，為電力通信接入網(wǎng)規(guī)劃與建設(shè)提供支持。同時，為了兼顧配電與用電兩個大區(qū)的信息安全要求，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在橫向上分為了兩個隔離的通信網(wǎng)，能夠形成兩個網(wǎng)絡(luò)的物理隔離，為未來智能電網(wǎng)的業(yè)務(wù)提供信息安全保證。2 智能配用通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

10、設(shè)計圖2 配用電一次網(wǎng)絡(luò)、二次任務(wù)節(jié)點和通信網(wǎng)對應(yīng)關(guān)系智能配用電通信網(wǎng)是智能配用電網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。配用電通信網(wǎng)處于電力系統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)的末端，覆蓋范圍大，信號分散。 也和用戶有著直接的聯(lián)系， 所以配用電網(wǎng)的設(shè)備控制和信息監(jiān)測節(jié)點呈現(xiàn)出一些顯著的特點，如終端節(jié)點數(shù)量眾多、分布廣泛、相對分散稀少、節(jié)點密度不平衡，單個節(jié)點通信數(shù)據(jù)量小等。其次配用電網(wǎng)的一次架構(gòu)是從變電站開始10 kV 出線到配電室、開閉站或環(huán)網(wǎng)柜等節(jié)點，然后從這些節(jié)點出線到附近的配電室、箱式變或是柱上變等節(jié)點，經(jīng)過配電室等電壓變換成低壓的380/220V,供給千家萬戶的居民用戶。配用電一次網(wǎng)絡(luò)與有關(guān)的二次設(shè)備的關(guān)系表現(xiàn)成圖2的結(jié)構(gòu)。

11、從圖2可以看出， 配用電一次網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出分層分布式整體網(wǎng)絡(luò)特征， 變電站出線構(gòu)成中壓骨干線路， 再由一些骨干的開閉站輻射到周圍的配電室，中壓骨干部分的重要程度大于中壓分支部分的重要程度。相應(yīng)的電網(wǎng)二次部分業(yè)務(wù)通信需求也有區(qū)別。 因此在規(guī)劃配用電通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時必須考慮到這些因素提出一個結(jié)構(gòu)清晰、層次分明的架構(gòu)才能有效地引導(dǎo)通信網(wǎng)的建設(shè)。配、用電通信網(wǎng)以地市公司骨干通信網(wǎng)的相關(guān)變電站(220/110/35kV)為通信接入點，向下覆蓋到配電網(wǎng)開關(guān)站、配電室、環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、公用配電變壓器、線路等以及網(wǎng)內(nèi)專變、工商業(yè)及居民用戶表計、智能交互終端、電動汽車充電站和分布式能源站點等相關(guān)設(shè)備。配電通信網(wǎng)

12、目前主要承載的是配網(wǎng)自動化信息業(yè)務(wù)，用電通信網(wǎng)主要承載的是專變、公變以及用戶表計等相關(guān)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)，目前我國各地區(qū)配、用電系統(tǒng)尚未建立通信專網(wǎng)，配、用電通信網(wǎng)通信方式多樣、多種模式并存，大部分地區(qū)對環(huán)網(wǎng)柜、柱上開關(guān)、配電變壓器以及用電網(wǎng)的通信覆蓋方式主要采用公網(wǎng)GPRS/CDMA提供數(shù)據(jù)傳輸通道。無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)由于將以太網(wǎng)技術(shù)和PON技術(shù)完美結(jié)合，通過一個單一的光纖接入系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音及視頻的綜合業(yè)務(wù)接入，非常適合IP寬帶接入業(yè)務(wù)。其技術(shù)發(fā)展較為成熟，在智能電網(wǎng)試點工程中已得到了應(yīng)用。在國內(nèi)外電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中，無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)技術(shù)己得到大量應(yīng)用；全球微波接入互操作(WiMA

13、X)是一項基于IEEE802.16標(biāo)準(zhǔn)的寬帶無線接入城域網(wǎng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)固定及移動用戶的高速無線接入，在國外通信網(wǎng)中已成規(guī)模應(yīng)用；中壓電力線載波(PLC)目前主要為配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)、遠(yuǎn)方集中自動抄表系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)傳輸通道，PLC與OFDM等通信技術(shù)相結(jié)合，能夠提高傳輸帶寬和可靠性，成為近年來研究的熱點領(lǐng)域，國際上許多公司和科研機(jī)構(gòu)都投入大量人力和資金，發(fā)展新型電力線通信產(chǎn)品。目前10GbPs速率的PON產(chǎn)品也已投入商業(yè)化運(yùn)行，WiMAX和寬帶PLC技術(shù)只有幾十上百兆帶寬。PON作為光纖接入技術(shù)，在傳輸帶寬及信息安全性方面，相對于無線通信和電力線載波通信具有先天性優(yōu)勢。然而配電通信網(wǎng)建設(shè)覆蓋范圍廣

14、，采用PON網(wǎng)絡(luò)光纖敷設(shè)工程量大，投資高；無線專網(wǎng)和電力線載波利用無線信道和已有電力線作為傳輸媒質(zhì)，不需要額外鋪設(shè)通信線路，組網(wǎng)速度快，建設(shè)成本低，相對而言，無線和電力線載波網(wǎng)絡(luò)在投資經(jīng)濟(jì)型、布網(wǎng)快速性、施工難度以及后期運(yùn)行維護(hù)等方面更具優(yōu)勢。智能配、用電通信網(wǎng)應(yīng)具備較高的帶寬和傳輸速率，以保障海量數(shù)據(jù)通信的雙向、及時、安全、可靠傳輸，綜合考慮，智能配、用電通信網(wǎng)采用光纖通信技術(shù)為主，無線技術(shù)和電力線通信技術(shù)做為補(bǔ)充的組網(wǎng)方式將是智能配、用電通信網(wǎng)建設(shè)的主要趨勢。結(jié)合南網(wǎng)智能電網(wǎng)規(guī)劃及未來業(yè)務(wù)發(fā)展需求，建立智能，高效，可靠的綠色發(fā)展戰(zhàn)略。建設(shè)向網(wǎng)絡(luò)化和標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展的通信系統(tǒng)，通過統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)

15、一基礎(chǔ)網(wǎng)協(xié)議規(guī)范、建立網(wǎng)絡(luò)化的通信網(wǎng)絡(luò)、多業(yè)務(wù)融合傳輸模式，從而達(dá)到簡化基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜多樣、簡化系統(tǒng)功能設(shè)計難度、提高業(yè)務(wù)終端信息交互兼容性等目的。3 典型配用電通信技術(shù)混合組網(wǎng)根據(jù)配用電通信網(wǎng)的要求和多種通信技術(shù)特征，考慮充分發(fā)揮各種通信技術(shù)的優(yōu)點，減弱各種技術(shù)應(yīng)用缺點，建立以光纖網(wǎng)絡(luò)為骨干，無線技術(shù)、載波為補(bǔ)充的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，滿足配調(diào)自動化、用電信息采集、用能服務(wù)、環(huán)境監(jiān)測、臨時應(yīng)急通信等多業(yè)務(wù)網(wǎng)的需求。一個典型的配用電混合組網(wǎng)架構(gòu)如圖3所示?；旌吓溆秒娡ㄐ啪W(wǎng)的組成模式劃分成以下 3 個層面和綜合網(wǎng)管系統(tǒng)。(1)骨干傳輸層。指覆蓋 35 kV 以上變電站點的光纖網(wǎng)，用作生產(chǎn)管理的調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)和信息

16、管理的綜合數(shù)據(jù)網(wǎng)。(2)中壓接入層。實現(xiàn)技術(shù)包括工業(yè)交換機(jī)、XPON 技術(shù)、中壓載波、無線技術(shù)，完成用戶側(cè)數(shù)據(jù)的匯聚上傳。(3)本地接入網(wǎng)絡(luò)。本地接入技術(shù)(如 WLAN、電力線載波(power line carrier，PLC)等解決電網(wǎng)局部區(qū)域信息采集，如小區(qū)用電信息采集、變電站人員定位、電力設(shè)備多點監(jiān)測等。短距離通信技術(shù)具有價格低廉、方便靈活、網(wǎng)絡(luò)可靠的優(yōu)點，可以靈活實現(xiàn)局部區(qū)域信息的匯集。圖3 典型配電通信網(wǎng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)4 面向配電自動化的綜合通信服務(wù)平臺設(shè)計配電自動化是建設(shè)智能配用電的基礎(chǔ)，配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)需要借助于有效的通信手段，將控制中心的控制命令準(zhǔn)確地傳送到為數(shù)眾多的遠(yuǎn)方終端，并且將

17、反映遠(yuǎn)方設(shè)備運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)信息收集到控制中心。通信系統(tǒng)設(shè)計的合理性直接影響配電自動化系統(tǒng)的成敗。因此,配電自動化通信系統(tǒng)是配網(wǎng)自動化系統(tǒng)中非常重要的環(huán)節(jié),是配電網(wǎng)自動化的神經(jīng)系統(tǒng)。配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)應(yīng)具備配電網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集與控制(SCADA)、故障處理及高級應(yīng)用功能，可以實現(xiàn)饋線自動化(FA，即故障定位、隔離、非故障區(qū)段的供電恢復(fù))、負(fù)荷管理、地理信息系統(tǒng)(AM/FM/GIS)、配電應(yīng)用分析(PAS)等。通信系統(tǒng)是主站系統(tǒng)與配電網(wǎng)終端設(shè)備聯(lián)接的紐帶，主站與終端設(shè)備間的信息交互都是通過通信系統(tǒng)完成，因此必須有穩(wěn)定可靠的通信系統(tǒng)，才能實現(xiàn)配電自動化的功能。目前的通信方式有：光纖通信、電力線載波、有線

18、電纜、無線擴(kuò)頻、GPRS/CDMA/3G無線通信等多種。配電自動化系統(tǒng)中包含大量不同廠家的配電網(wǎng)終端，大型系統(tǒng)的配電網(wǎng)終端有上萬個，一個中等規(guī)模的系統(tǒng)也有數(shù)千個，它們通過通信服務(wù)系統(tǒng)完成相互之間以及與配電網(wǎng)自動化系統(tǒng)主站(簡稱配電網(wǎng)主站)或配電子站的信息交互。配電自動化系統(tǒng)中的設(shè)備種類繁多，工作方式各異，異構(gòu)多元化的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和配電遙信、遙調(diào)信息相互作用、相互影響。因此，在解決通信物理鏈路的同時，建設(shè)一套滿足配電信息交換系統(tǒng)業(yè)務(wù)需要的通信服務(wù)系統(tǒng)是實現(xiàn)配電自動化的基礎(chǔ)和必要條件。目前，配電自動化系統(tǒng)通信使用的規(guī)約主要有IEC60870-5-101/104、DNP3.0等，這些規(guī)約把監(jiān)控數(shù)據(jù)分

19、為模擬量、狀態(tài)量、遙控量等幾種類型進(jìn)行傳輸，沒有對配電自動化應(yīng)用數(shù)據(jù)模型進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)定，數(shù)據(jù)之間缺乏必要的關(guān)聯(lián)和說明，配電網(wǎng)終端與配電網(wǎng)主站之間需要人工進(jìn)行數(shù)據(jù)點表的核對，導(dǎo)致配電網(wǎng)終端大量接入的配置調(diào)試與維護(hù)工作量大。配電自動化系統(tǒng)的發(fā)展方向是將IEC61850應(yīng)用到配電自動化領(lǐng)域，采用統(tǒng)一的信息模型、信息交換模型、映射機(jī)制，實現(xiàn)配電網(wǎng)終端即插即用(PlugandPlay，PnP)，從而減少配置調(diào)試與維護(hù)工作量，解決大量配電網(wǎng)終端的有效接入問題。4.1 符合配電自動化要求的通信服務(wù)平臺IEC61850是國際電工委員會(IEC)制定的旨在解決變電站自動化設(shè)備互操作、互通互聯(lián)的通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，是世

20、界電力自動化領(lǐng)域的熱點研究內(nèi)容。IEC61850用于配電自動化系統(tǒng)，可以解決配電自動化設(shè)備的互操作與即插即用、減少安裝調(diào)試與維護(hù)工作量并降低系統(tǒng)造價，是配電自動化通信的發(fā)展方向，目前已納入IEC 第57技術(shù)委員會(TC57)的工作計劃。 2013年6月，WG17工作組發(fā)布了IEC61850在配電自動化中應(yīng)用的技術(shù)報告，將進(jìn)一步加快IEC61850在配電網(wǎng)中應(yīng)用。目前，我國全國電力系統(tǒng)管理及其信息交換標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會配網(wǎng)工作組已經(jīng)在相關(guān)技術(shù)規(guī)范中開展了關(guān)于IEC61850在配電自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用方面的討論。IEC61850對變電站自動化設(shè)備的信息建模已經(jīng)比較成熟，應(yīng)用到配電自動化系統(tǒng)中，需要對配

21、電網(wǎng)終端進(jìn)行合理地信息建模。信息模型的建立，需要結(jié)合配電自動化應(yīng)用的特點進(jìn)行。盡量采用IEC61850中已有的邏輯節(jié)點，以保證模型的一致性。對于配電自動化的一些專用功能（如小電流接地故障檢測功能）需要增加新的邏輯節(jié)點。4.2 通信服務(wù)平臺的組成與結(jié)構(gòu) 交換平臺作為智能配用電信息管理的服務(wù)性平臺，是配用電系統(tǒng)各單元之間、配用電系統(tǒng)與外系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)信息交換的樞紐，應(yīng)提供以下 5個方面的服務(wù)和功能：(1)提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接入服務(wù)(2)提供一致的數(shù)據(jù)分發(fā)服務(wù)(3)提供集中的信息分類與分發(fā)管理的服務(wù)(4)提供實時的終端在線狀態(tài)檢測服務(wù)(5)身份認(rèn)證與日志服務(wù)同時，交換平臺在網(wǎng)絡(luò)故障和故障恢復(fù)后應(yīng)具備故障時

22、能夠緩存待交換的數(shù)據(jù)信息，并且在網(wǎng)絡(luò)故障恢復(fù)后，數(shù)據(jù)通信能夠自愈，且按數(shù)據(jù)信息的原始提交順序進(jìn)行分發(fā)。通信平臺通過中間件與外系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)，中間件負(fù)責(zé)消息數(shù)據(jù)的打包、壓縮、加密、解密和數(shù)據(jù)傳輸，中間件被集成到其他系統(tǒng)的軟件體系框架中，外系統(tǒng)通過中間件與交換平臺交換數(shù)據(jù)，外系統(tǒng)調(diào)用中間件的發(fā)送函數(shù)，向交換平臺提交待交換數(shù)據(jù)，當(dāng)有消息到達(dá)時，中間件會發(fā)出事件通知，告知外系統(tǒng)有新的消息到達(dá)，并在參數(shù)中傳遞消息內(nèi)容。圖4 通信服務(wù)平臺結(jié)構(gòu)圖為實現(xiàn)交換平臺的各項功能，本文設(shè)計的交換平臺邏輯上由管理數(shù)據(jù)庫、分發(fā)配置管理器、分發(fā)中心、通信終端代理、運(yùn)行監(jiān)控終端、日志查詢終端等部分組成，如圖4所示。4.3 通信

23、服務(wù)平臺的工作流程數(shù)據(jù)交換的管理人員通過分發(fā)配置管理器規(guī)劃和編制需要分發(fā)的消息類別、參與交換的通信終端和消息分發(fā)規(guī)則以及生成各通信終端的認(rèn)證密鑰，并記錄到管理數(shù)據(jù)庫。通信終端代理啟動后等待分發(fā)中心連接，分發(fā)中心啟動后主動地連接各通信終端代理，建立連接后等待通信終端發(fā)送消息，當(dāng)收到消息后，分發(fā)中心根據(jù)消息分發(fā)規(guī)則查找符合條件的接收終端，并向接收終端發(fā)送消息，并記錄日志，為了確保每一個消息可靠、準(zhǔn)確、有序地分發(fā)到各通信終端，分發(fā)中心為每個通信終端建立一個消息緩存隊列，異步地分發(fā)消息，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)故障時先將消息保存到本地磁盤，待故障恢復(fù)后再從磁盤取出重新分發(fā)。通信終端代理負(fù)責(zé)發(fā)送和接收消息，為確保每一個待

24、發(fā)送的消息有效發(fā)出，也需要建立等發(fā)送消息緩存隊列，異步地與分發(fā)中心通信。如圖5所示：圖5 消息分發(fā)流數(shù)據(jù)流圖分發(fā)中心還負(fù)責(zé)在線監(jiān)測通信終端的在線狀態(tài)，并及時通知運(yùn)行監(jiān)控終端，運(yùn)行監(jiān)控終端實時地顯示各通信終端的在線狀態(tài)。日志查詢終端通過向分發(fā)中心發(fā)起請求查詢各類日志信息。4.4 管理數(shù)據(jù)庫與配置管理器管理數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)存儲消息分發(fā)的配置與管理信息與認(rèn)證信息，主要包括通信終端信息、消息類別、消息分發(fā)規(guī)則、通信終端代理密鑰、交換日志等內(nèi)容。用戶通過分發(fā)配置管理器的軟件界面管理上述基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。4 .5分發(fā)中心分發(fā)中心是整個交換平臺的核心組件，是消息接收與分發(fā)的樞紐。擔(dān)負(fù)著消息接收、分發(fā)以及終端在線檢測和運(yùn)行

25、監(jiān)控服務(wù)的任務(wù)。分發(fā)中心啟動時讀取管理數(shù)據(jù)中的消息類別、通信終端信息、分發(fā)規(guī)則等數(shù)據(jù)信息，并為每一個通信終端建立一個TCP連接通道和一個用于緩存待轉(zhuǎn)發(fā)消息的隊列。當(dāng)分發(fā)中心接收到中間件發(fā)送來的消息時，分發(fā)中心解析消息的類別代碼，并匹配已經(jīng)規(guī)劃的消息分發(fā)規(guī)則，生成分發(fā)任務(wù)表，并根據(jù)該任務(wù)表將消息存放到每一個計劃接收到消息的通信終端緩存隊列。與此同時，分發(fā)中心的發(fā)送線程遍歷各緩存隊列，發(fā)現(xiàn)有新的待發(fā)送消息時，針對每一個隊列進(jìn)行分發(fā)，如果此時該通信終端已經(jīng)在線，則直接分發(fā)，否則將消息串行化到分發(fā)中心的本地磁盤，待該終端下一次登錄上線時，從磁盤中反序列化出數(shù)據(jù)消息，按原存儲順序發(fā)送到通信終端的代理中間

26、件，確保消息不丟失，且保持原始發(fā)送順序。分發(fā)中心記錄每一個通信終端登錄、離線、發(fā)送和接收消息日志信息。當(dāng)日志查詢終端向分發(fā)中心發(fā)出查詢請求時，分發(fā)中心將請求結(jié)果序列化，保存到磁盤文件中，并將存取路徑響應(yīng)到查詢請求端。分發(fā)實時檢測每一個通信終端代理中間件的在線狀態(tài)，并修改在線狀態(tài)表，當(dāng)任何一個終端在線狀態(tài)發(fā)生變化時，都將最新的狀態(tài)信息發(fā)送到在線的運(yùn)行監(jiān)控終端，通知終端顯示更新。4.6通信終端與中間件通信終端代理以中間件的形式封裝在參與交換的外系統(tǒng)軟件中。外系統(tǒng)初始化中間件時，中間件通過分發(fā)中心進(jìn)行身份認(rèn)證，認(rèn)證通過后建立一個用于存放待發(fā)送消息的緩存隊列，并啟動消息偵聽服務(wù)。 當(dāng)有消息需要發(fā)送時，外系統(tǒng)軟件調(diào)用中間件的發(fā)送函數(shù)，中間件將數(shù)據(jù)消息打包、加密，加入到消息發(fā)送緩存隊列。與此同時，消息發(fā)送線程從隊列中取出消息，發(fā)送到分發(fā)中心。通信終端代理在接收到消息后，解析消息內(nèi)容，并向外系統(tǒng)發(fā)出消息到達(dá)的事件通知，在參數(shù)中傳遞已經(jīng)接收到的消息，并記錄接收日