一种变电站与主站间数据的轻量化传输方法和装置与流程

本发明涉及数据传输技术，具体涉及一种变电站与主站间数据的轻量化传输方法和装置。
背景技术：
：随着智能电网的发展，结构化文本被越来越多地用于变电站或主站的信息模型交换，与传统iec60870-5-101/104等通信协议相比，iec61850、cim/e等标准采用结构化文本进行模型描述、通信编码，具有更好的自描述性及自解释性，所传输的电网设备运行信息维度更加丰富，提升了电网可观测、可控能力。然而其代价是传输同样点数的遥测、遥信、遥控等“四遥”信息需要更多的报文字节数，增大对传输通道带宽的占用，成为iec61850、cim/e数据模型交互标准分别局限在变电站和主站内部应用的原因之一。目前智能变电站基于iec61850标准建立了包括一次设备及其拓扑关系、智能电子设备、通信参数、数据模板等的层次化模型，站内通信体系在逻辑层面将变电站设备划分为过程层、间隔层、过程层三层。现有技术中，变电站配置描述(substationconfigurationdescription，scd)数据模型采用变电站配置描述语言(substationconfigurationlanguage，scl)进行描述，设备间基于通信服务进行数据交互。scl是一种基于(extensiblemarkuplanguage，xml)结构化文本描述语言，而站控层通信服务则被映射到制造报文规范，其报文编码采用基于asn.1的类型-长度-值结构。虽然iec61850-90-2用于变电站与主站数据传输已有原型实现，但通信报文编码较复杂，尚未规模化应用。在主站主要以电网拓扑及一次设备量测等对象建立公共信息模型(commoninformationmodel，cim)，cim采用资源描述框架(resourcedescriptionframework，rdf)描述和索引，rdf也是一种基于xml的结构化文本语言。为简化信息模型描述，国内制订了cim/e标准用来描述cim，cim/e采用扁平化的文本结构，具有简洁、高效的特点，已在主站跨系统数据模型交换中应用。在2016年底cim/e标准被吸收为iec技术标准。总体来说，在信息模型描述方面无论scl还是cim/e都是结构化文本语言。除此以外，变电站与主站间已采用结构化文本语言传输变电站告警信息和状态监测信息，scd和cim/e等模型描述性语言和报文编码都体现了结构化文本应用趋势。技术实现要素：为了克服上述现有技术的不足，本发明基于变电站与主站间数据传输技术的特点和需求，提供了一种变电站与主站间数据的轻量化传输方法和装置，先采用cim/e描述变电站数据模型，并生成变电站数据模型描述文件；然后将变电站数据模型描述文件转换为变电站数据模型的接口文件；最后根据变电站数据模型的接口文件实现变电站与主站间的数据轻量化传输。为了实现上述发明目的，本发明采取如下技术方案：本发明提供一种变电站与主站间数据的轻量化传输方法，包括：本发明提供一种变电站与主站间数据的轻量化传输方法，包括：采用cim/e描述变电站数据模型，并生成变电站数据模型描述文件；将变电站数据模型描述文件转换为变电站数据模型的接口文件；根据变电站数据模型的接口文件实现变电站与主站间的数据传输。所述采用cim/e描述变电站数据模型，并生成变电站数据模型描述文件包括：确定实体对象的属性，所述属性包括基本属性和索引属性；通过cim/e创建属性的描述字段，并通过聚合属性的描述字段生成变电站数据模型描述文件。所述确定实体对象的属性包括：从scd模型中提取实体对象，根据实体对象匹配数据模板；从数据模板中提取实体对象的基本属性，并添加实体对象的索引属性。所述基本属性包括实体对象的名称、描述和取值；所述索引属性包括实体对象的资源标识号和引用路径，以及父实体对象的资源标识号。所述属性的描述字段包括序号、名称、类型、选择项和初始值。所述变电站数据模型的接口文件为.proto文件，所述将变电站数据模型描述文件转换为变电站数据模型的接口文件包括：按照同类实体对象使用相同消息定义的原则，定义package中的googleprotobuf消息，并逐项定义googleprotobuf消息的消息字段；将实体对象的属性的序号、名称、类型、选择项和初始值分别映射到消息字段的标识号、名称、类型、规则和初始值；保存googleprotobuf消息的定义，生成变电站数据模型的接口文件。所述根据变电站数据模型的接口文件实现变电站与主站间的数据传输包括：对变电站数据模型进行裁剪，生成数据交换模型，并生成数据交换模型的接口文件；将变电站数据模型导入变电站，形成变电站数据缓存，并将数据交换模型导入主站，形成主站数据缓存；通过编译变电站数据模型的接口文件，生成变电站消息接口，使变电站通过变电站消息接口访问变电站数据缓存；并通过编译数据交换模型的接口文件，生成主站消息接口，使主站通过主站消息接口访问主站数据缓存；通过实体对象的资源标识号调用主站数据缓存，并将主站数据通过主站消息接口发送给变电站，同时通过实体对象的引用路径调用变电站数据缓存，并将变电站数据通过变电站消息接口发送给主站。本发明还提供一种变电站与主站间数据的轻量化传输装置，包括：生成模块，用于采用cim/e描述变电站数据模型，并生成变电站数据模型描述文件；转换模块，用于将变电站数据模型描述文件转换为变电站数据模型的接口文件；传输模块，用于根据变电站数据模型的接口文件实现变电站与主站间的数据传输。所述生成模块包括：确定单元，用于确定实体对象的属性，所述属性包括基本属性和索引属性；生成单元，用于通过cim/e创建属性的描述字段，并通过聚合属性的描述字段生成变电站数据模型描述文件。所述确定单元具体用于：从scd模型中提取实体对象，根据实体对象匹配数据模板；从数据模板中提取实体对象的基本属性，并添加实体对象的索引属性。所述基本属性包括实体对象的名称、描述和取值；所述索引属性包括实体对象的资源标识号和引用路径，以及父实体对象的资源标识号。所述属性的描述字段包括序号、名称、类型、选择项和初始值。所述变电站数据模型的接口文件为.proto文件，所述转换模块包括：定义单元，用于按照同类实体对象使用相同消息定义的原则，定义package中的googleprotobuf消息，并逐项定义googleprotobuf消息的消息字段；映射单元，用于将实体对象的属性的序号、名称、类型、选择项和初始值分别映射到消息字段的标识号、名称、类型、规则和初始值；生成单元，用于保存googleprotobuf消息的定义，生成变电站数据模型的接口文件。所述传输模块包括：裁剪单元，用于对变电站数据模型进行裁剪，生成数据交换模型，并生成数据交换模型的接口文件；导入单元，用于将变电站数据模型导入变电站，形成变电站数据缓存，并将数据交换模型导入主站，形成主站数据缓存；编译单元，用于通过编译变电站数据模型的接口文件，生成变电站消息接口，使变电站通过变电站消息接口访问变电站数据缓存；并通过编译数据交换模型的接口文件，生成主站消息接口，使主站通过主站消息接口访问主站数据缓存；调用单元，用于通过实体对象的资源标识号调用主站数据缓存，并将主站数据通过主站消息接口发送给变电站，同时通过实体对象的引用路径调用变电站数据缓存，并将变电站数据通过变电站消息接口发送给主站。与最接近的现有技术相比，本发明提供的技术方案具有以下有益效果：本发明提供的变电站与主站间数据的轻量化传输方法，先采用cim/e描述变电站数据模型，并生成变电站数据模型描述文件，然后将生成的变电站数据模型描述文件转换为变电站数据模型的接口文件，最后根据变电站数据模型的接口文件实现变电站与主站间的数据轻量化传输；本发明提供的技术方案基于cim/e生成变电站数据模型，支持变电站数据模型和数据交换模型的双向关联索引，变电站数据模型仅包含实体对象，且cim/e为扁平化结构，缩小了变电站数据模型描述文件的尺寸；本发明提供的技术方案基于变电站数据模型的接口文件对变电站与主站间数据进行轻量化传输，与传统的xml等文本传输方式相比，基于变电站数据模型的接口文件对变电站与主站间数据进行轻量化传输过程中，传输字节数大约减少30％～90％，降低了变电站与主站间数据传输对通信带宽的需求；本发明提供的技术方案利用cim/e与googleprotobuf消息定义格式的相似性，实现变电站数据模型与变电站站消息接口的无缝对接以及数据交换模型与主站消息接口的无缝对接；本发明提供的技术方案变电站站消息接口和主站消息接口调用简便，具有良好的向前和向后兼容性，变电站数据模型和数据交换模型的配置版本变动，对主站和变电站的影响都较小。附图说明图1是本发明实施例中变电站与主站间数据的轻量化传输方法流程图；图2是本发明实施例中scd模型、变电站数据模型、数据交换模型转换关系图；图3是本发明实施例中实体对象的属性到googleprotobuf消息的消息字段的映射关系图；图4是本发明实施例中基于googleprotobuf消息的变电站与主站间数据传输流程图。具体实施方式下面结合附图对本发明作进一步详细说明。本发明实施例采用cim/e描述变电站数据模型的实体对象，变电站远动网关和主站前置机通过导入基于cim/e标准描述的变电站数据模型，分别建立数据缓存，配合运用轻量化的报文序列化机制，进行变电站与主站间的数据传输，支持传输数据内容的向前和向后兼容。从而解决变电站与主站之间传输结构化文本数据占用带宽大、配置维护复杂、数据难以直接应用等问题，实现变电站与主站之间数据的灵活、高效传输。选取scd模型中的变电站间隔设备模型为例介绍本发明实施例的具体实施过程。在scd模型中，变电站间隔设备模型属于电压等级类模型的子类。本发明实施例提供的变电站与主站间数据的轻量化传输方法流程图如图1所示，具体执行过程如下：s101：采用cim/e描述变电站数据模型，并生成变电站数据模型描述文件；s102：将s101生成的变电站数据模型描述文件转换为变电站数据模型的.proto文件；s103：根据s102得到的变电站数据模型的.proto文件实现变电站与主站间的数据轻量化传输。由于scd模型、变电站数据模型、数据交换模型具有如附图2所示的转换关系，所以上述s101中，采用cim/e描述变电站数据模型，并生成变电站数据模型描述文件具体过程如下：1)确定实体对象的属性，包括基本属性和索引属性；具体过程如下：先从scd模型中提取实体对象，根据实体对象匹配数据模板；然后从数据模板中提取实体对象的基本属性，其中的基本属性包括实体对象的名称、描述和取值；并添加实体对象的索引属性，索引属性包括实体对象的资源标识号mrid和引用路径pathname，以及父实体对象的资源标识号parent_mrid。2)通过cim/e创建属性的描述字段，属性的描述字段包括序号、名称、类型、选择项和初始值，并通过聚合属性的描述字段生成变电站数据模型描述文件。属性的描述字段具体如表1所示，其中序号表示该属性在存储和传输中的位置；属性数据类型来自scd模型，后续googleprotobuf消息中对应字段的类型与此保持一致；选择项choice表示属性在消息传输时是否必须出现。初始值default来源于scd模型中实体对象属性的初值，用于初始化。表1@numnametypechoicedefault序号名称类型选择项初始值#1mridlongrequired---#2pathnamestringrequired---#3namestringrequired---#4descstringoptional---#5parent_mridlongrequired---#……………………上述s102中，将变电站数据模型描述文件转换为变电站数据模型的.proto文件具体过程如下：1)按照同类实体对象使用相同消息定义的原则，即按照实体对象的属性与消息字段一一对应的方式定义package中的googleprotobuf消息，并逐项定义googleprotobuf消息的消息字段，将实体对象的属性的序号、名称、类型、选择项和初始值分别映射到消息字段的标识号、名称、类型、规则和初始值，实体对象的属性到googleprotobuf消息的消息字段的具体映射关系如图3所示；变电站间隔设备模型实的体对象的消息tbay定义如下：同类模型的一次设备、二次装置实体对象，可在上述消息定义基础上，使用“repeated”关键字进一步封装嵌套的消息，通过可伸缩的消息结构，灵活适应多样化的数据交互需求，减少不必要的报文传输。tbaygroup消息嵌套定义了“tbay”消息，在发送方的消息报文可以包含一个或多个tbay类型的消息，接收方可以自适应地进行解析。具体的tbaygroup消息定义如下：2)保存googleprotobuf消息的定义，生成变电站数据模型的.proto文件。上述s103中，根据变电站数据模型的.proto文件实现变电站与主站间的数据传输具体示意图如图4所示，具体过程如下：1)对变电站数据模型进行裁剪，生成数据交换模型，并生成数据交换模型的.proto文件；2)将变电站数据模型导入变电站，形成变电站数据缓存，并将数据交换模型导入主站，形成主站数据缓存；3)通过编译变电站数据模型的.proto文件，生成变电站消息接口，使变电站通过变电站消息接口访问变电站数据缓存；并通过编译数据交换模型的.proto文件，生成主站消息接口，使主站通过主站消息接口访问主站数据缓存；4)通过实体对象的资源标识号调用主站数据缓存，并将主站数据通过主站消息接口发送给变电站，同时通过实体对象的引用路径调用变电站数据缓存，并将变电站数据通过变电站站消息接口发送给主站。在s103中，变电站与主站两侧的.proto文件经googleprotobuf编译后在生成对应的消息接口，建立变电站与主站数据访问及传输关联。以tbay消息为例，主站资源标识号没mrid为固定参数、将实体对象重命名为“沧州.望海站/35kv.3421间隔”，主站c/c++代码示例如下：tbaybayinstance；s＝socket.socket(socket.af_inet,socket.sock_stream)；bayinstance.set_mrid(114278842306143806)；//对象的资源标识号bayinstance.set_pathname("s1/v1/q1/l1")；//引用路径bayinstance.set_name(“沧州.望海站/35kv.3421间隔”)；//需要重命名的名称bayinstance.set_parentmrid(113997367329423846)；//父对象的资源标识号senddata＝bayinstance.serializetoostream()；//将间隔对象消息序列化为数据流s.send(senddata)；//通过网络传输变电站应用程序根据引用路径，在变电站数据模型中检索实体对象，并将其重新命名为“沧州.望海站/35kv.3421间隔”。基于同一发明构思，本发明实施例还提供了变电站与主站间数据的轻量化传输装置，这些设备解决问题的原理与变电站与主站间数据的轻量化传输方法相似，其主要包括生成模块、转换模块和传输模块，下面对上述三个模块的功能分别进行介绍：其中的生成模块，主要用于采用cim/e描述变电站数据模型，并生成变电站数据模型描述文件；其中的转换模块，主要用于将生成的变电站数据模型描述文件转换为变电站数据模型的.proto文件；其中的传输模块，主要用于根据变电站数据模型的.proto文件实现变电站与主站间的数据轻量化传输。上述生成模块生成变电站数据模型描述文件主要依靠确定单元和生成单元，这两个单元的功能如下：其中的确定单元，主要用于确定实体对象的属性，所述属性包括基本属性和索引属性；其中的生成单元，主要用于通过cim/e创建属性的描述字段，其中属性的描述字段包括序号、名称、类型、选择项和初始值，并通过聚合属性的描述字段生成变电站数据模型描述文件。上述确定单元确定实体对象的属性具体过程为：1)从scd模型中提取实体对象，根据实体对象匹配数据模板；2)从数据模板中提取实体对象的基本属性，并添加实体对象的索引属性。其中的基本属性包括实体对象的名称、描述和取值；其中的索引属性包括实体对象的资源标识号mrid和引用路径pathname，以及父实体对象的资源标识号parent_mrid。上述的转换模块主要包括定义单元、映射单元和生成单元，下面分别对这3个单元的功能进行介绍：其中的定义单元，主要用于按照同类实体对象使用相同消息定义的原则，定义package中的googleprotobuf消息，并逐项定义googleprotobuf消息的消息字段；其中的映射单元，主要用于将实体对象的属性的序号、名称、类型、选择项和初始值分别映射到消息字段的标识号、名称、类型、规则和初始值；其中的生成单元，主要用于保存googleprotobuf消息的定义，生成变电站数据模型的.proto文件。上述传输模块主要包括裁剪单元、导入单元、编译单元和调用单元，下面分别介绍这几个单元的功能：其中的裁剪单元，主要用于对变电站数据模型进行裁剪，生成数据交换模型，并生成数据交换模型的.proto文件；其中的导入单元，主要用于将变电站数据模型导入变电站，形成变电站数据缓存，并将数据交换模型导入主站，形成主站数据缓存；其中的编译单元，主要用于通过编译变电站数据模型的.proto文件，生成变电站消息接口，使变电站通过变电站消息接口访问变电站数据缓存；并通过编译数据交换模型的.proto文件，生成主站消息接口，使主站通过主站消息接口访问主站数据缓存；其中的调用单元，主要用于通过实体对象的资源标识号调用主站数据缓存，并将主站数据通过主站消息接口发送给变电站，同时通过实体对象的引用路径调用变电站数据缓存，并将变电站数据通过变电站消息接口发送给主站。综上所述，本发明实施例提供的技术方案基于cim/e生成变电站数据模型，支持变电站数据模型和数据交换模型的双向关联索引，变电站数据模型仅包含实体对象，且cim/e为扁平化结构，缩小了变电站数据模型描述文件的尺寸，实现了轻量化传输；且本发明实施例基于变电站数据模型的.proto文件对变电站与主站间数据进行轻量化传输，与传统的xml等文本传输方式相比，基于变电站数据模型的.proto文件对变电站与主站间数据进行轻量化传输过程中，传输字节数较直接传输结构化文本大约减少30％～90％，降低了变电站与主站间数据传输对通信带宽的需求；另外利用cim/e与googleprotobuf消息定义格式的相似性，实现变电站数据模型与变电站站消息接口的无缝对接以及数据交换模型与主站消息接口的无缝对接；最后变电站站消息接口和主站消息接口调用简便，具有良好的向前和向后兼容性，变电站数据模型和数据交换模型的配置版本变动，对主站和变电站的影响都较小。为了描述的方便，以上所述装置的各部分以功能分为各种模块或单元分别描述。当然，在实施本申请时可以把各模块或单元的功能在同一个或多个软件或硬件中实现。本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，所属领域的普通技术人员参照上述实施例依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。当前第1页12