1.電力通信平臺(tái)的設(shè)計(jì)目標(biāo)
智能電網(wǎng)中，電力通信可以分為內(nèi)部通信與外部通信兩種。其中前者是指通信系統(tǒng)內(nèi)部進(jìn)行信息溝通和交互，通信內(nèi)容主要是通信設(shè)備工作參數(shù)、運(yùn)行狀況以及屬性等方面信息；外部通信主要是指依托通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電力控制系統(tǒng)內(nèi)部通信，主要用于檢測(cè)電力系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)、用戶(hù)使用電力設(shè)備情況等，通過(guò)控制中心向各電力設(shè)備發(fā)送操作指令。隨著電網(wǎng)建設(shè)不斷發(fā)展，電網(wǎng)中發(fā)電設(shè)備種類(lèi)日益多樣化，電力通信協(xié)議快速更新。在電網(wǎng)內(nèi)外部通信過(guò)程中，要同時(shí)兼容多種通信方式并記錄和存儲(chǔ)大數(shù)據(jù)通信信息，以為電力系統(tǒng)管理決策提供可靠參考依據(jù)。根據(jù)上述分析，可以明確電力通信平臺(tái)設(shè)計(jì)總體目標(biāo)：
（1）數(shù)據(jù)分類(lèi)、存儲(chǔ)能力。電力通信系統(tǒng)傳輸?shù)母鞣N信息包括了電力設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和工況參數(shù)，通過(guò)對(duì)上述數(shù)據(jù)進(jìn)行分類(lèi)和存儲(chǔ)，可以提高電力系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)利用水平，為開(kāi)展電力系統(tǒng)控制和決策提供可靠參考依據(jù)。
（2）兼容不同通信協(xié)議的能力。隨著智能電網(wǎng)不斷發(fā)展和壯大，電力通信系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)備型號(hào)和種類(lèi)日益多樣化，通信協(xié)議類(lèi)別也逐漸增加，為了保證電力通信正常開(kāi)展，電力通信平臺(tái)必須具備多種通信協(xié)議兼容能力。
（3）與數(shù)據(jù)中心對(duì)接的能力。電力數(shù)據(jù)中心包含了電力系統(tǒng)運(yùn)行所有設(shè)備、人員工作參數(shù)和數(shù)據(jù)信息，同時(shí)還配置了多種計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力數(shù)據(jù)的分析和利用。進(jìn)入到大數(shù)據(jù)時(shí)代，數(shù)據(jù)中心是十分關(guān)鍵的配套系統(tǒng)。因此，電力通信系統(tǒng)必須要與電力數(shù)據(jù)中心保持良好的銜接和溝通，這是實(shí)現(xiàn)電力系統(tǒng)通信目標(biāo)的重要保障。
2.電力通信平臺(tái)總體框架設(shè)計(jì)
結(jié)合當(dāng)前電力系統(tǒng)通信發(fā)展需要和技術(shù)條件，本文在傳統(tǒng)電力通信系統(tǒng)機(jī)構(gòu)基礎(chǔ)上，添加了一些新的功能模塊，設(shè)計(jì)了一套新的電力通信平臺(tái)框架（具體可見(jiàn)圖1）。從圖1中可以看出，該框架主要包含以下幾個(gè)模塊：通信決策模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、協(xié)議適配模塊、數(shù)據(jù)分離與處理模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊。
圖1電力通信平臺(tái)內(nèi)部功能模塊組成
在圖2中，我們給出了各功能模塊之間的工作流程關(guān)系。在信號(hào)接收階段，A/D轉(zhuǎn)換模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，并發(fā)送協(xié)議適配模塊，后者確定對(duì)應(yīng)哪一種通信協(xié)議，同時(shí)接受通信信號(hào)和數(shù)據(jù)，再傳送給對(duì)應(yīng)的受控系統(tǒng)。與此同時(shí)，數(shù)據(jù)分離與存儲(chǔ)模塊將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行分離和分類(lèi)處理，在傳送給數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊，后者再將分類(lèi)號(hào)的數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)中心，這就是一個(gè)完成的通信過(guò)程。
圖2電力通信系統(tǒng)功能模塊工作流程圖
3.電力通信平臺(tái)的模塊設(shè)計(jì)
通過(guò)上述分析可以反向，電力通信平臺(tái)中比較重要的模塊有：協(xié)議適配模塊、通信決策模塊以及數(shù)據(jù)分離與存儲(chǔ)模塊，接下來(lái)，本文將重點(diǎn)介紹以上幾個(gè)模塊設(shè)計(jì)要點(diǎn)和工作原理。
3.1協(xié)議適配模塊
協(xié)議適配模塊主要功能是根據(jù)通信信號(hào)和內(nèi)容，選擇合適的信息傳輸協(xié)議，同時(shí)負(fù)責(zé)不同協(xié)議相互切換。協(xié)議適配模塊中配置了一個(gè)協(xié)議寄存器，其中存儲(chǔ)了多種通信協(xié)議，從而可以同時(shí)兼容多種通信協(xié)議，通過(guò)分析消息格式和屬性，自動(dòng)匹配正確的通信協(xié)議。另外，協(xié)議適配模塊還帶有一個(gè)通信應(yīng)答器，其與協(xié)議寄存器中的模板共同生成一個(gè)試探消息，并將其發(fā)送給通信對(duì)象，如果通信對(duì)象在規(guī)定時(shí)限內(nèi)做出了反應(yīng)，則可以判斷協(xié)議是正確的，否則，要重新選擇新的通信協(xié)議，不斷重復(fù)上述操作可以確定正確的通信協(xié)議，如果不能得到正確的響應(yīng)，則向管理員發(fā)送錯(cuò)誤提示。
3.2數(shù)據(jù)分離與存儲(chǔ)模塊
數(shù)據(jù)分離和存儲(chǔ)模塊主要功能是分析通信數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)并存儲(chǔ)，為數(shù)據(jù)中心進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)掘做好準(zhǔn)備。數(shù)據(jù)分離和存儲(chǔ)模塊嵌入在電力通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接收部分，并負(fù)責(zé)復(fù)制通信傳輸數(shù)據(jù)。其主要工作流程如下：數(shù)據(jù)識(shí)別、數(shù)據(jù)分類(lèi)、數(shù)據(jù)去噪聲和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。
數(shù)據(jù)識(shí)別是指對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和識(shí)別，根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型和通信協(xié)議選擇合適的數(shù)據(jù)接收器處理，再提出相應(yīng)的分析結(jié)果。在進(jìn)行上述操作過(guò)程中，首先要通過(guò)協(xié)議適配模塊來(lái)獲取當(dāng)前使用的協(xié)議信息，并確定數(shù)據(jù)接收器類(lèi)型。
數(shù)據(jù)分類(lèi)是指根據(jù)數(shù)據(jù)類(lèi)型進(jìn)行分類(lèi)，將電力系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)和數(shù)據(jù)分為不同類(lèi)型，例如電網(wǎng)負(fù)荷數(shù)據(jù)、電力設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、電費(fèi)審計(jì)數(shù)據(jù)等，為后續(xù)數(shù)據(jù)分析組好準(zhǔn)備。在電力系統(tǒng)通信過(guò)程中，其采用的數(shù)據(jù)格式和協(xié)議，都必須要保證一定是通信對(duì)等體均能夠識(shí)別的。已分類(lèi)的數(shù)據(jù)存入到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)寄存器中，以提高后續(xù)數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)利用水平。
數(shù)據(jù)去噪聲是指為了提高數(shù)據(jù)真實(shí)性、可用性和穩(wěn)定性，將一些不必要的內(nèi)容剔除掉。在電力系統(tǒng)通信過(guò)程中，可能會(huì)遇到各種干擾和噪聲，從而影響通信質(zhì)量和穩(wěn)定。如果將所有通信數(shù)據(jù)都接受并存儲(chǔ)起來(lái)，提交給上層系統(tǒng)，可能會(huì)對(duì)系統(tǒng)決策產(chǎn)生不良影響。因此，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和存儲(chǔ)之前，要作去噪聲處理，以提高通信數(shù)據(jù)真實(shí)性和可靠性。在這個(gè)過(guò)程中，要針對(duì)不同類(lèi)型數(shù)據(jù)采取有針對(duì)性的去噪聲方法，其主要原理是提取每種數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)特征，將與之偏離最大的內(nèi)容剔除掉，將可信性較大的數(shù)據(jù)保留并存儲(chǔ)。
數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是指將接收到的初始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可存儲(chǔ)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。在存儲(chǔ)過(guò)程中，針對(duì)不同類(lèi)型數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)存儲(chǔ)庫(kù)，每一類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)都采用不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)模式，這些數(shù)據(jù)屬性就是數(shù)據(jù)鍵值，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換之前首先要分析初始數(shù)據(jù)的屬性特征，并將這些屬性對(duì)應(yīng)到數(shù)據(jù)條目的鍵值，以建立一個(gè)完整的數(shù)據(jù)條目。數(shù)據(jù)必須要經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換才能夠存儲(chǔ)和利用，因此，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊是數(shù)據(jù)接受和存儲(chǔ)的重要平臺(tái)。
3.3通信決策模塊
通信決策模塊主要有兩種功能和作用，具體可見(jiàn)圖3。①它能夠根據(jù)現(xiàn)行通信需要，確定通信協(xié)議、路徑、方式等，保證通信活動(dòng)順利進(jìn)行；②該模塊可以執(zhí)行通信數(shù)據(jù)分析和挖掘功能，監(jiān)測(cè)通信鏈路的運(yùn)行狀態(tài)和設(shè)備工況情況，以對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)控，避免出現(xiàn)各種突發(fā)意外情況。在電力系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，有多種電力設(shè)備同時(shí)運(yùn)行，并產(chǎn)生了多種格式的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和信息，例如設(shè)備負(fù)荷情況、工作參數(shù)、傳感器監(jiān)測(cè)結(jié)果等，上述數(shù)據(jù)具有即時(shí)性、不穩(wěn)定性等特點(diǎn)。因此在通信過(guò)程中要協(xié)調(diào)不同通信數(shù)據(jù)傳輸關(guān)系，保證數(shù)據(jù)傳輸完整、高效進(jìn)行。
圖3通信決策模塊結(jié)構(gòu)示意圖
電力通信平臺(tái)中存在多種通信協(xié)議和方式，例如IEC101、CDT，專(zhuān)用通信線(xiàn)路和電力線(xiàn)通信等，每一種通信協(xié)議占用的資源各不相同，同時(shí)每一種通信協(xié)議通信質(zhì)量存在較大差異；但是通信鏈路對(duì)通信過(guò)程的影響最為突出，不同通信鏈路在傳輸速率、時(shí)滯性、抗干擾性等方面存在較大差異。因此，要針對(duì)具體通信環(huán)境選擇合適的通信協(xié)議和方式，一方面要保證在通信繁忙時(shí)期，重要通信數(shù)據(jù)順利傳輸；另一方面，要保證通信服務(wù)穩(wěn)定、高效和經(jīng)濟(jì)。針對(duì)具體數(shù)據(jù)類(lèi)型和種類(lèi)，采用正確的傳輸方式和通信協(xié)議。
通信決策模塊中還攜帶了通信信息數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)不僅包含通信傳輸信息，同時(shí)還將通信鏈路、環(huán)境、信令、用戶(hù)等信息覆蓋在內(nèi)。因此，通信決策模塊可以對(duì)通信需求、通信環(huán)境進(jìn)行全面分析。同時(shí)可以制定通信決策規(guī)則，在使用過(guò)程中利用該模塊監(jiān)測(cè)和提取實(shí)時(shí)通信數(shù)據(jù)和規(guī)則，靈活選擇通信協(xié)議和方式，確保通信過(guò)程通暢、穩(wěn)定和高校。
4.結(jié)束語(yǔ)
本文結(jié)合當(dāng)前智能電網(wǎng)通信發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)了面向大數(shù)據(jù)的電力通信平臺(tái)的總體框架，對(duì)面向大數(shù)據(jù)電力通信平臺(tái)功能模塊進(jìn)行了具體分析和討論，為促進(jìn)電力系統(tǒng)通信平臺(tái)建設(shè)提供有益參考。
