一种多能互补协同控制器接口通信方法及装置与流程

本发明属于智能用电
技术领域：
，具体涉及一种多能互补协同控制器接口通信方法及装置。
背景技术：
：能源产业作为国民经济的基础产业，不仅是确保国家战略安全的必要前提，也是实现经济可持续发展的重要保障。我国的煤炭、石油和天然气这几种主要能源的基础储量虽然巨大，但人均占有量与世界平均水平相比还相差甚远。另外，虽然我国能源生产量和消费量均已居世界前列，但在能源供给和利用方式上存在着一系列突出问题，如能源结构不合理、能源利用效率不高、可再生能源开发利用比例低、能源安全利用水平有待进一步提高等。能源已经成为制约国民经济可持续的主要瓶颈，人们必须从传统的粗放型能源利用方式向精细化、分散化、可持续的能源利用方式转变。清华大学信息技术研究院的研究团队一直致力于把国外的一些优秀研究思路介绍到国内，其结合中国的实际情况，给出了利用协同控制器建设中国能源互联网的方案，并介绍了具体的应用场景。伯克利分校研究团队提出“以信息为中心的能源网络”，并搭建了一个可扩展能源网络原型，研究如何使信息交换能够更好地支持能源系统的能量产生、传输与存储等。多能互补综合能源管理系统是一种新型的能源系统，其集合高新技术和设备为一体，可实现对输出能量梯级利用，达到更高的能源利用率。发展多能互补综合能源管理系统，可以对提高能源利用效率、减少环境污染、发展智能电网、加强能源安全、优化能源结构起到积极作用，为短期大幅减少能源的消耗提供有效的技术手段。在面临能源短缺困难及节能减排的压力下，建设清洁、可靠、互动、高效的多能互补综合能源管理系统成为推动能源高效利用模式创新、发展低碳经济的重要手段。研究并开发冷热电混合能源联合优化调节技术是大力发展分布式能源系统高效利用的必备条件，也是开展以电力为核心，冷热电多种能源优化配置运行的多能源系统示范工程的技术基础，为实现能源配置方式变革提供了支撑，为促进生产生活方式改变提供了前提，成为智能电网承载并推动能源变革和第三次工业革命的重要组成部分。但是当前为了实现需求侧的智能设备的互联，只能通过协议转换等方式进行互联，一方面导致成本的提升，另一方面产生信息孤岛，造成信息碎片化，无法充分的利用这些信息进行决策，更无法支持能源互联网内大规模分布式能源的有序、可靠传输。另外，在综合能源系统中会出现各种各样的新型设备，很难由人工对其管理。因此，为多能互补综合能源系统内大量分布式设备的即插即用的接口来实现分布式设备互联，是实现协同控制器的当务之急。技术实现要素：本发明旨在解决以上的技术问题，提供一种多能互补协同控制器接口通信方法及装置，实现多源数据接入和信息共享。为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：一方面，本发明提供了一种多能互补协同控制器接口通信方法，包括：多能互补协同控制器接口作为协同控制器服务器时与作为客户端的外接设备连接，接受客户端的mms协议请求并通过查询iec61850信息模型进行响应，所述协同控制器服务器包括特殊通信服务映射scsm模块和制造报文协议机mmpm模块并且所述特殊通信服务映射scsm模块和制造报文协议机mmpm模块被映射到微软媒体服务器协议mms服务上；所述iec61850信息模型为在依据iec61850建立的逻辑节点基础上构建的逻辑设备模型；多能互补协同控制器接口作为协同控制器客户端向服务器发送请求并对接受到的服务器返回的响应报文解析，所述协同控制器客户端包括特殊通信服务映射scsm模块、制造报文协议机mmpm模块和抽象通信服务接口acsi，且抽象通信服务接口acsi被映射到微软媒体服务器协议mms服务上。在以上技术方案中，依据iec61850-7-4建立的逻辑节点包括从iec61850-7-4定义的已有的逻辑节点中选取特定的逻辑节点；当已有的逻辑节点不符合要求时按照iec61850的规定定义新的逻辑节点。在以上技术方案中，所述多能互补协同控制器接口的建立方法包括：建立iec61850信息模型以及iec61850通信服务模型；建立iec61850信息模型包括依据iec61850-7-4建立逻辑节点，根据建立的逻辑节点构建逻辑设备模型；建立iec61850通信服务模型包括建立特殊通信服务映射scsm模块和制造报文协议机mmpm模块，并通过将所述信息模型映射到微软媒体服务器协议mms服务上建立基于iec61850的协同控制器服务器；建立iec61850通信服务模型还包括通过建立特殊通信服务映射scsm模块、制造报文协议机mmpm模块和抽象通信服务接口acsi，通过将抽象通信服务接口acsi映射到微软媒体服务器协议mms服务上建立基于iec61850的协同控制器客户端。优选地，通过建立的逻辑节点构建逻辑设备模型的方法如下：将多能互补协同控制器接口的所有外接设备归类为整数状态定值ing公共数据类；将多能互补协同控制器接口的工作模式归类为枚举型状态量eng公共数据类；将多能互补协同控制器接口的控制方式归类为eng公共数据类；将多能互补协同控制器接口的电压数据和电流数据归类到测量值公共数据类；将多能互补协同控制器接口的所有外接设备能够承受的最高电压和最大电流归类为模拟定值公共数据类；将多能互补协同控制器接口的开关状态归类为可控的单点公共数据类；根据建立的逻辑节点对多能互补协同控制器接口实现功能上的抽象最终确定能互补协同控制器接口的逻辑设备模型。在以上技术方案中，优选地，协同控制器服务器与客户端通信时具体包括如下步骤:将获取到的iec61850信息模型映射到mms通信协议，使得传过来的mms协议请求能够直接访问相关数据；当多能互补协同控制器接口建立了与客户端的连接之后，开始监控客户端的mms请求；客户端有请求到来时通过查询信息模型进行相应的响应；同时检查是否达到报告条件，满足的时候要主动把相应的报告传输给客户端。优选地，协同控制器客户端与服务器端通信时具体包括如下步骤:协同控制器客户端根据ip地址及端口号建立与服务器端的通信连接，根据预设条件选择相应的acsi函数；把acsi函数映射为mms下的函数，之后根据mms的通信规则把请求发送给服务器；在接收到服务端响应后，对报文进行解析，根据预设条件处理解析后的报文。优选地，多能互补协同控制器接口作为协同控制器客户端时，多能互补综合能源系统作为服务器与多能互补协同控制器接口通信；多能互补协同控制器接口作为协同控制器服务器时，与多能互补协同控制器接口连接的外部设备作为客户端，所述外部设备包括与多能互补协同控制器连接的多个子系统，具体包括光伏子系统、热泵子系统以及冷热电三联供子系统。在另一方面，本发明提供了一种多能互补协同控制器接口通信装置，包括：包括协同控制器服务器通信模块和协同控制器客户端通信模块；所述协同控制器服务器通信模块，用于多能互补协同控制器接口作为协同控制器服务器时与作为客户端的外接设备连接，接受客户端的mms协议请求并通过查询iec61850信息模型进行响应，所述协同控制器服务器包括特殊通信服务映射scsm模块和制造报文协议机mmpm模块并且所述特殊通信服务映射scsm模块和制造报文协议机mmpm模块被映射到微软媒体服务器协议mms服务上；所述iec61850信息模型为在依据iec61850建立的逻辑节点基础上构建的逻辑设备模型；所述协同控制器客户端通信模块，用于多能互补协同控制器接口作为协同控制器客户端向服务器发送请求并对接受到的服务器返回的响应报文解析，所述协同控制器客户端包括特殊通信服务映射scsm模块、制造报文协议机mmpm模块和抽象通信服务接口acsi，且抽象通信服务接口acsi被映射到微软媒体服务器协议mms服务上。本发明所取得的有益效果是：1、本发明中多能互补协同控制器接口建立基于iec61850的协同控制器客户端；当多能互补协同控制器接口作为协同控制器客户端时，多能互补综合能源系统作为服务器与多能互补协同控制器接口通信；有效解决了多源数据接入和信息共享问题，为多能互补综合能源系统综合业务功能的开发和智能化决策控制奠定基础；2、本发明采用一种标准、开放的集成体系架构，建立了多能互补协同控制器接口，为高级应用功能的开发提供标准、开放的平台，解决系统和系统、系统和设备之间的“孤岛”问题；3、本发明中多能互补协同控制器接口建立基于iec61850的协同控制器服务器，多能互补协同控制器接口作为协同控制器服务器时，与多能互补协同控制器接口连接的外部设备作为客户端，所述外部设备包括与多能互补协同控制器连接的多个子系统，具体包括光伏子系统、热泵子系统以及冷热电三联供子系统，有效满足外部设备如光伏子系统、热泵子系统以及冷热电三联供子系统等规模化接入及用户的需求侧响应；4、本发明满足用能业务逐步向交叉整合方面发展的要求，实现系统和设备之间有效的信息共享和资源整合。附图说明图1是本发明具体实施例多能互补协同控制器接口通信方法示意图；图2是本发明具体实施例协同控制器接口逻辑节点设计流程图；图3是本发明具体实施例协同控制器接口所有逻辑节点关系图；图4是本发明具体实施例协同控制器接口模块逻辑设备模型；图5是本发明具体实施例协同控制器接口作为服务器的软件模型；图6是本发明具体实施例协同控制器作为服务器的通信流程；图7是本发明具体实施例协同控制器接口作为客户端的软件模型；图8本发明具体实施例协同控制器作为客户端的通信流程。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。参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。图1是本发明具体实施例多能互补协同控制器接口通信方法示意图；所设计的协同控制器(即多能互补协同控制器接口)通过建立iec61850层次化信息模型(即iec61850信息模型)，一方面要与接入子系统建立通信连接，获取其必要的子系统信息，为其提供合适的服务；另一方面要能够传送自己的运行信息给多能互补综合能源服务系统。接入子系统与协同控制器交互时，协同控制器扮演服务器的角色，接入子系统作为客户端，所述协同控制器通过相关服务与接入子系统建立连接，读取接入子系统的相关信息。同时，协同控制器也要扮演客户端的角色，由多能互补综合能源服务系统作为服务器读取其相关信息，或者协同控制器主动向服务器上报自己的相关信息，用于对协同控制器内部能量流动进行控制。实现多源数据接入和信息共享，为多能互补综合能源管理系统综合业务功能的开发和智能化决策控制奠定基础。本实施例提供一种多能互补协同控制器接口通信方法，包括：建立多能互补协同控制器接口：包括建立iec61850信息模型(即iec61850层次化信息模型)以及iec61850通信服务模型；建立iec61850信息模型包括依据iec61850-7-4建立逻辑节点，根据建立的逻辑节点构建逻辑设备模型；建立iec61850通信服务模型包括建立特殊通信服务映射scsm模块和特殊通信服务映射mmpm模块，并通过将所述信息模型映射到微软媒体服务器协议mms服务上建立基于iec61850的协同控制器服务器；建立iec61850通信服务模型还包括通过建立特殊通信服务映射scsm模块、特殊通信服务映射mmpm模块和抽象通信服务接口acsi，通过将抽象通信服务接口acsi映射到微软媒体服务器协议mms服务上建立基于iec61850的协同控制器客户端；协同控制器服务器与作为客户端的外接设备连接，接受客户端的mms请求并通过查询iec61850信息模型进行响应；本实施例中作为客户端的外接设备包括与多能互补协同控制器连接的多个子系统，具体包括光伏子系统、热泵子系统以及冷热电三联供子系统；协同控制器客户端向服务器发送请求并对接受到的服务器返回的响应报文解析。在以上实施例的基础上，在具体实施例中iec61850层次化信息模型建立步骤包括：第一步是要明确该控制器具有哪些功能，并确定哪些功能是需要通过网络传输的；然后根据iec61850-7-4将其分解为若干逻辑节点，或者自己定义逻辑节点；逻辑节点确定之后需要确定逻辑节点所包含的数据，如果使用的是iec61850已经定义的逻辑节点，则选取需要的数据即可；确定完毕数据之后需要根据该数据所属的公共数据类选择该数据需要包含的数据属性。第二步是构建逻辑设备。iec61850并没有规定如何划分逻辑设备，通常把具有相关功能的逻辑节点组合成逻辑设备。本发明把协同控制器接口划分成一个逻辑设备。最后一步是构建服务器模型，给外部设备提供一个访问点。一个服务器包含一个或多个逻辑设备，能够响应外部设备的请求及提供访问外部设备的方法。由于本发明只采用了mms通信协议栈，因此构建一个mms访问点即可。图2示出了本发明具体实施例协同控制器接口逻辑节点设计流程图；逻辑节点是实际物理设备的某一基本功能，多个逻辑节点共同实现了设备的保护、测量、控制等功能，因此逻辑节点及其数据是设备建模的基本组件。利用iec61850对设备进行建模即是选取或定义合适的逻辑节点及数据，然后赋予特定的实例值。根据目前电力系统中常用的设备的特点，iec61850-7-4部分抽象出了近90个逻辑节点，构建设备的逻辑节点的时候可以从中选取所需要的。但是设备的功能、种类是不断变化的，为了应对以后的发展，iec61850规定了如何去设计新的逻辑节点及数据。设备的逻辑节点设计流程如图2所示。当建立新的逻辑节点时如果只需要标准数据则采用已有数据；如果不是标准数据则采用已有数据之后还要增加新的数据。在以上实施例的基础上，图3示出了建立的协同控制器接口所用逻辑节点关系图。协同控制器接口内监测部件包含电压、电流、温度传感器，可从标准中找到对应的逻辑节点tvtr、tctr、ttmp。采集到的信息需要进一步处理，例如计算电量、功率等，所以需要用到逻辑节点mmxu、mmdc、stmp、pttr、ptoc、ptov。mmxu用于管理交流电压/电流传感器获得的数据；而mmdc用于管理从直流电压/电流传感器获得的数据；stmp用于温度数据的管理；pttr、ptoc、ptov根据传感器测量的数据来决定是否启动保护，产生的保护信息交给警报处理逻辑节点calh。当协同控制器接口接入外接子系统的时候，为了能够识别外部的接入子系统，协同控制器需要与外接子系统建立通讯，获取其子系统类型、需要的电压值等保证设备即插即用的参数。为保证接口的标准化，需要采用统一的方式管理这些参数。而iec61850定义的已有逻辑节点无法满足这一要求，因此本发明按照iec61850的规定定义新的逻辑节点。首先根据逻辑节点命名规则，选取字母i作为名字的起始字母，根据“协同控制器接口模块”的英文“cooperativecontrollerinterfacemodule”的三个单词首字母，组成新的逻辑节点名称“iccim”。该逻辑节点一方面接收电压、电流传感器测量的接口电压、电流值，另一方面接收来自外接子系统发送的信息。协同控制器只需根据此逻辑节点数据进行控制即可。协同控制器接口的所有信息要上传给管理系统或监控中心，因此一方面需要远方监视逻辑节点itmi，用于监视协同控制器运行状态；另一方面需要对应的人机交互界面逻辑节点ihmi，用于操控设备。itmi、ihmi的数据从用于管理传感器采集数据的逻辑节点mmxu、mmdc及计量逻辑节点mmtr获取。告警处理逻辑节点calh产生的报警信息，或itmi、ihmi、itci产生的控制信息交由通用自动过程控制逻辑节点gapc处理。如给蓄电池充电的过程中出现接口高压警报，则迅速向断路器控制逻辑节点cswi发送断开命令，之后cswi控制断路器抽象逻辑节点xswi使实际的断路器开关断开。表1为协同控制器接口建模所用逻辑节点功能描述。表1协同控制器接口建模的逻辑节点功能描述名称功能说明calh告警处理逻辑节点，产生成组报警和成组事件itmi远方监视接口ihmi人机接口界面，用于显示测量值及对设备操作itci远方控制接口gapc通用自动过程控制，用于标准中未定义的功能ptoc过电流保护逻辑节点mmxu测量，用于计算三相系统中电压、电流、功率mmdc直流测量逻辑节点ptuv低电压逻辑节点，用于接口欠电压保护stmp温度监测逻辑节点iccim协同控制器接口模块逻辑节点ptov过电压保护逻辑节点mmtr计量，用于三相系统的电能测量pttr过热保护逻辑节点ggio通用过程i/ocswi断路器控制，能处理运行人员或自动操作的命令tctr电流互感器tvtr电压互感器ttmp温度传感器逻辑节点xfus熔断器逻辑节点xswi隔离开关在具体实施例中多能互补协同控制器在进行iec61850层次化信息模型时构建逻辑设备模型：通过对协同控制器接口所包含的逻辑节点的建模及参考iec61850-7-3、iec61850-7-4定义的兼容逻辑节点和公共数据类，协同控制器接口用于接入外部设备，所以需要标记该接口接入的设备类型，根据iec61850-7-420中对分布式设备的定义，将所有与协同控制器接口连接的外部设备命名为dertyp，归类为整数状态定值(ing)公共数据类。协同控制器接口可以提供双向的能量流动，所以有四个工作模式：供电、馈电、测试和停止，将协同控制器接口的工作模式命名为opmod，由于该数据属于枚举类型，因此归类为枚举型状态量(eng)公共数据类。协同控制器接口在上述某一种模式下运行时，通过对接口电路的控制可以使其工作在不同的状态下。目前常见的电源控制方式有恒流、恒压和恒功率，因此将其归类为eng公共数据类，接口工作类型用optyp命名。除此之外，接口电路的控制还需要有电压、电流数据，因此按照命名规则，分别命名为vol、amp。接口的电压、电流数据是实时变化的，需要对其进行实时测量，因此可以归类到测量值(mv)公共数据类。受制于设备器件的特性，每个设备都有电压、电流等参数的限制，例如能够承受的最高电压、最大电流，按照上面的方式可以将该数据分别命名为maxvol、maxamp，对于外部设备来说，这些数据的具体数值就固定了，不会发生变化，因此可归类为模拟定值(asg)公共数据类。协同控制器接口首先要与接入设备建立通信连接，获取接入设备的参数后才启动硬件电路为其提供能量，因此接口电路需有相关的开关器件来控制接口电路的通断，对于该开关的状态，可将其归类为可控的单点(spc)公共数据类，选取已有的名字cdstr来标识。此时的逻辑节点就代表了协同控制器接口的一个个小的功能模块。之后就需要把这些逻辑节点组合成一个逻辑设备，代表一个抽象的实体设备。协同控制器接口物理设备主要包括dc/dc变换器、开关、电压电流传感器、保护设备。根据上节构建的逻辑节点，将协同控制器接口中的设备进行功能上的抽象，把协同控制器接口整体看作一个逻辑设备，所形成的最终协同控制器接口模块的逻辑设备模型如图4所示。在以上实施例基础上图5是本发明具体实施例服务器软件模型；本实施例中多能互补协同控制器扮演服务器的角色时，服务器软件模型的建立包括：协同控制器作为服务器时主要用于提供自己的运行信息及其它需要上报给管理单元的数据，通过协同控制器接口信息模型，映射到mms上，建立基于iec61850的mms协同控制器服务器，其能够接收并响应来自客户端的请求。该服务器软件由两部分构成：scsm(特殊通信服务映射)和mmpm(制造报文协议机)模块，如图5所示。本实施例中服务器软件模型的建立包含scsm模块和mmpm模块：scsm模块的功能即是把协同控制接口的icd文件转化为mms协议下的模型文件，配置文件即是icd文件；配置器用于解析此icd文件，并与mms下的vmd(virtualmanufacturingdevice，虚拟制造设备)建立关联；scsm管理器用于处理来自mms请求的原语，并实现对实际数据的操作；消息模块实现scsm模块与mmpm模块进程间的通信。mmpm模块功能是为了实现设备的mms服务，即对等mms实体间的通信，如图4所示，其包含四个部分。mmpm管理器主要用于管理各个接口的通信连接；服务执行模块一方面可以解析发送过来的mms服务请求及参数，另一方面可以构建相应mms协议数据报文；表示层主要是为应用层提供服务。图6是本发明具体实施例协同控制器作为服务器的通信流程；在具体实施例中多能互补协同控制器扮演服务器的角色时，客户端与服务端的整体通信流程如下：首先建立协同控制器接口的信息模型，然后将获取到的iec61850信息模型映射到mms通信协议，使得传过来的mms协议请求能够直接访问相关数据；当建立了与客户端的连接之后，开始监控客户端的mms请求；客户端有请求到来时通过查询信息模型进行相应的响应；同时检查是否达到报告条件，满足的时候要主动把相应的报告传输给客户端。具体通信流程如图5所示。在具体实施例中多能互补协同控制器扮演客客户端的角色时，客户端软件模型的建立包括：其主要用于与接入子系统建立通信连接，接收子系统传送的报告信息。为了实现此功能，需要客户端实现iec61850定义的acsi到mms服务的映射，并能解析接入设备发过来的数据。根据此要求，协同控制器客户端软件部分的设计可以分为如图7所示的三个功能模块：acsi模块(abstractcommunicationserviceinterface,抽象通信服务接口)、scsm模块((specificcommunicationservicemapping,特殊通信服务模块)、mmpm模块(manufacturingmessageprotocolmachine,制造报文协议机)。图7是本发明具体实施例客户端软件模型；本实施例中多能互补协同控制器扮演客服务器的角色时，客户端软件模型的建立包含acsi模块、scsm模块和mmpm模块：iec61850定义了信息模型访问的方法，与服务器通信时发送的原始请求是acsi下的方法，因此软件模型中acsi模块主要用于处理与acsi相关的请求；其它的模块功能与服务端软件模型中的模块类似，主要的差别是此处的scsm模块是建立acsi到mms服务的映射。图8本发明具体实施例协同控制器作为客户端的通信流程；本实施例中多能互补协同控制器扮演客户端的角色时，客户端与服务端的整体通信流程如下：第一步是根据ip地址及端口号建立与服务端的通信连接，iec61850定义了抽象通信接口acsi，所以根据需要选择相应的acsi函数，因为是利用mms建立设备与设备间的通信，所以进一步把acsi函数映射为mms下的函数，之后根据mms的通信规则把请求发送给服务器。在接收到服务端响应后，对报文进行解析，根据需要处理解析后的报文即可。流程如图8所示。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。当前第1页12