一种基于开放式通信的配电网CPS主站

摘要

本发明公开了一种基于开放式通信的配电网CPS主站，包括硬件层、操作系统层、平台层和应用层；硬件层以服务器、网络设备和采集设备为依托，为所述操作系统层、平台层和应用层提供可计算性资源；操作系统层以操作系统软件为依托，为所述平台层、应用层提供运行基础；平台层用于实现IEC 61850类库、IEC 61850数据处理和数据库管理功能，为所述应用层提供基础服务；应用层用于实现分布式电源协同控制、即插即用和安全防护功能。本发明减少了通信配置、终端安装调试工作量，增强了配电网对分布式电源的消纳能力，提高了配电网安全防护水平。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于开放式通信的配电网CPS主站，属于配电自动化系统技术领域。

背景技术

随着配电自动化建设进程的加快，大量配电终端纷纷接入配电主站，为此带来繁重的设备维护工作，因此寻求配电终端快速高效接入主站的手段是当前配电网亟需解决的问题之一。与此同时，在国家节能减排政策的激励下，大规模分布式电源纷纷接入配电网，然而其发电间歇性，不仅改变了传统功率单向流动的特点，而且由于分布式电源的种类多、性能不一致(多源异构)，导致整个配电网的动态特性非常复杂，网络动态新特性不断出现，给配电网的安全运行带来新的挑战。要解决这些问题必然要依靠先进的计算机技术、通信技术以及运行控制与管理技术等，实现对配电网的实时感知、动态控制和信息服务。配电网CPS(Cyber Physical System,CPS)概念也呼之欲出。CPS是通过3C(Computation,Communication,Control)技术将计算、网络和物理环境融为一体的多维复杂系统。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明目的是提供一种基于开放式通信的配电网CPS主站，减少了通信配置、终端安装调试工作量，增强了配电网对分布式电源的消纳能力，提高了配电网安全防护水平。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的一种基于开放式通信的配电网CPS主站，包括硬件层、操作系统层、平台层和应用层；硬件层以服务器、网络设备和采集设备为依托，为所述操作系统层、平台层和应用层提供可计算性资源；操作系统层以操作系统软件为依托，为所述平台层、应用层提供运行基础；平台层用于实现IEC 61850类库、IEC 61850数据处理和数据库管理功能，为所述应用层提供基础服务；应用层用于实现分布式电源协同控制、即插即用和安全防护功能。

上述CPS主站从逻辑上包括运行监控子系统、专网前置采集子系统、公网前置采集子系统和运行管理子系统。

上述运行监控子系统部署在安全Ⅰ区，是整个基于开放式通信的配电网CPS主站的核心主系统，面向配网调度实时运行控制及电网运行分析业务，担负着支撑平台、运行控制应用、应用分析应用的运行；所述专网前置采集子系统是基于开放式通信的配电网CPS主站的眼睛，负责通过配电层通信专网与配电终端进行通信，采集一次设备的测量数据；公网前置采集子系统扮演角色与专网前置采集子系统相同，差别在于所述公网前置采集子系统通过社会公共通信网与配电终端进行通信；所述运行管理子系统部署在安全Ⅲ区，用于部署运行管理应用中的面向用户业务应用软件。

本发明最终实现终端设备的即插即用、分布式电源协同控制和基于语义分析的安全防护功能。即插即用功能，可以实现终端自动识别、自动发现，能够减少终端大量点号录入工作及停电调试时间，实现终端零维护。基于语义分析的安全防护功能，可以对传输的信息流和控制流进行相关性、一致性检验，同时只允许传输合理的控制指令；这样可以在纵向加密认证保护的基础上，降低了故障跨空间传播的几率，保障配电网CPS信息安全，是对现有电力二次防护系统良好的补充。分布式电源协同控制功能，可以实现对分布式电源状态监控及处理，增强配电网对分布式电源的消纳。

附图说明

图1是本发明的基于开放式通信的配电网CPS主站系统架构示意图；

图2是本发明的CPS主站硬件结构示意图；

图3是本发明的即插即用终端接入主站示意图；

图4是本发明的基于语义分析的配电网CPS安全防护系统配置图；

图5是本发明的分布式电源协同控制示意图。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1，本发明基于开放式通信的配电网CPS主站组成结构，包括硬件层、操作系统层、平台层、应用层；其中，硬件层以服务器、网络设备和采集设备等硬件设备为依托，为操作系统层、平台层和应用层提供可计算性资源；操作系统层以Unix、Linux、Windows等操作系统软件为依托，为平台层、应用层提供运行基础；平台层实现包括IEC 61850类库、IEC61850数据处理、数据库管理等功能，为应用层提供基础服务；应用层实现包括分布式电源协同控制、即插即用及安全防护等功能。

参见图2，CPS主站硬件结构逻辑上包括包含运行监控子系统、专网前置采集子系统、公网前置采集子系统、运行管理子系统。其中运行监控子系统部署在安全Ⅰ区，是整个支持开放式通信的配电网CPS主站的核心主系统，面向配网调度实时运行控制及电网运行分析业务，担负着支撑平台、运行控制应用、应用分析应用的运行；专网前置采集子系统是支持开放式通信的配电网CPS主站的眼睛，负责通过配电层通信专网与配电终端进行通信，采集开关、配变等一次设备的测量数据；公网前置采集子系统扮演角色与专网前置采集子系统相同，差别在于公网前置通过社会公共通信网(通常是移动、联通等通信公司通信网)实现与配电终端通信；运行管理子系统部署在安全Ⅲ区，通常用于部署运行管理应用中的web发布、抢修指挥、数据共享等面向用户业务应用软件。

参见图3，配电终端将设备自描述信息及配电终端具备的服务能力等相关信息传送至配电主站，主站可以在终端所支持的服务项目内选择/订阅自身所需要的服务，并依据主站系统的配网模型信息，实现配电终端上送的IEC61850模型到配电自动化主站系统IEC61968模型的自动映射功能，生成终端的系统配置文件，下发给配电终端。配电终端依据接收到的系统配置文件，生成终端自身的配置信息；实现配电终端设备的自动识别。

参见图4，基于语义分析的安全防护算法分为训练阶段和工作阶段两个部分：1)训练阶段：将经过筛选后的电力二次设备通信数据作为训练数据，通过语义分析算法提取其中的数据特征，生成训练模型。2)工作阶段：将实际运行数据按照相同的方法提取数据特征后，输入到基于机器学习的判定算法模块。该模块通过机器学习算法对训练模型进行归纳、综合，依据算法本身的分类准则判定实际运行数据是否合法。

参见图5，主站接受来自市调EMS系统的分布式电源出力指令，判断目前配电网运行情况以及分布式电源状态是否满足分布式电源主动控制的条件。若符合条件，则向与之相连的电源终端转发出力指令。主站也可根据当前的联络线功率或馈线功率的反馈，按照一定的时间间隔改变出力指令，实现与主网的互动。需要注意的是，至少要保证区域内的一个电源终端与主站之间建立连接，来保障此功能模块正常使用。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。