本发明属于电网数据通讯领域，具体涉及一种智能电网通讯方法。
背景技术：
近年来，太阳能、风能、生物质能等清洁可再生能源发电技术基本成熟，采用分布式发电技术可以提高发电效率和供电可靠性，可以因地制宜向用户提供绿色电力，实现在用户侧“就近发电就近使用”，促进其规模化应用。
电网控制系统是电网的核心，它对整个电网系统的运行状态进行监控，并根据系统控制策略对电网构成元件进行控制和管理。
继模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、分布式控制系统后，基于各种现场总线标准的分布式测量和控制系统得到了广泛的应用。但系统所采用的控制总线网络多种多样，各种总线标准都有自己规定的协议格式，相互之间不兼容，不利于系统的设计、维护、扩展。
随着我国智能电网建设的发展，基于智能电网的通信方法已成为必然的发展趋势；各种配电设备的通信方式不断涌现，主要有光纤通信、配电线通信和无线通信。
中国发明专利《特别用于配电系统的点到点通信系统》，申请公布号：200980160612.4，该专利文件涉及一种通过配电网络发送的通信；更涉及点到点通信系统，通过该点到点通信系统，信息可从在该配电网络中的任意一个地点很容易发射到该网络中任意的其它地点。该专利中，点到点通信通过配电线传输，传输范围需覆盖配电线不能在未覆盖配电线的地区传输。
技术实现要素：
发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种能够有效满足电网控制系统复杂通讯的要求，具有较高的可靠性和可扩展性的智能电网数据通讯系统及其数据通讯方法。
技术方案：本发明所述的一种智能电网数据通讯系统，包括：
控制中心层，位于该分布式电网的通讯系统的顶层，所述控制中心层包括用于配电网管理和运行控制的电网中心，所述电网中心与配电网以及至少一电网单元通过以太网进行通讯，以实现配电网根据经济运行规则制定的运行计划通过该电网中心对电网单元的工作模式和运行参数进行控制；
电网管理层，位于该分布式电网的通讯系统的中间层，用于根据用电单位的生产生活情况，对该用电单位的负荷实行分级管理，划分敏感负荷和一般负荷，同时对配备的各个微型电源进行管理，对微型电源的供电能力进行实时预测和评估，以应对上层的要求；所述电网管理层设置站内局域网，以实现电网管理层站内设备之间的通讯，所述站内设备包括数据库服务器、服务器、工作站、通讯服务器以及通讯前置机，所述站内局域网通过以太网与控制中心层进行通讯，所述站内局域网还通过防火墙与用电单位网相连，以获取用电单位的生产生活信息；
电网元件层，位于该分布式电网的通讯系统的底层，所述电网元件层由多个电网元件组成，所述电网元件为微型电源或储能设备或负载设备，所述电网元件通过以太网通讯接口与所述站内局域网直接连接，或者通过通信网络与通讯前置机相连，以实现电网元件层与电网管理层之间的通讯；
电网管理层以及与其对应通讯的电网元件层构成一个电网单元；
所述电网管理层与所述电网元件层之间通过通讯网络进行相互通讯，所述通讯网络包括WIMAX信号发出端、用户终端和电力线，中央处理单元、第一信号测试单元、第二信号测试单元、信号调整单元和信号修正单元，其中，所述中央处理单元内设置有所述第一信号测试单元和第二信号测试单元比对的第一基准信号及其比对参照的阀值，并向所述信号调整单元和信号修正单元发送控制指令；
所述第一信号测试单元，其接收所述WIMAX信号发出端发送的需求信号并对其进行采样检测，其在连续的N0个周期内选取每个周期的波峰值为采样点，间隔时间T0采样一次，选取M0次，判定M0次选取的采样峰值信息是否在所述中央处理单元预先设置的阀值K0-K1之间，将比对结果发送至所述中央处理单元和信号调整单元内进行处理；
所述信号调整单元，其接受所述中央处理单元的控制指令，在所述需求信号不能满足要求时，对所述信号发出端发出的信号进行调整后发送至所述信号发出端；
所述第二信号测试单元，其接收所述电力线上的数据信号，经还原处理后进行采样及检测，判断采样峰值信息是否在所述中央处理单元预先设置的阀值K3～K4之间，并将比对结果分别传输至所述中央处理单元和信号修正单元；
所述信号修正单元，其接受所述中央处理单元的控制指令，在所述需求信号不能满足要求时，对接收自第二信号处理单元的需求信号进行修正，其每间隔N1个周期，在第N1+1个周期内选取X个取样点，连续选取M1次，并且预设一阀值K2(K2＞0)，若任一连续的上升沿或下降沿的中间X-2个取样点的值在-K2～K2，则M1组X-2个取样点的值修正为需求信号波形的极值；
其中，信号修正单元包括一修正模块，修正模块包括分光器、转换单元、开关单元和均衡模块，其中所述分光器将光信号分为两路，分别传输给转换单元和开关单元，所述转换单元将光信号转换为电流信号或电压信号，根据设定阈值判断光功率是否过载并存储光功率值，若功率过载并持续时间T，则向输出反馈信号，调整输出功率，开关单元暂时断开；若电流信号或电压信号没有达到设定阈值，则开关单元闭合，光信号传输到均衡模块；
所述均衡模块包括一光电转换模块、一滤波模块、一放大模块和一判决模块，其中所述光电转换模块将接收到的光信号转化成电信号，电信号经过滤波模块滤去干扰信号，经过放大模块将信号放大的需要的强度，判决模块对信号均衡，根据判决公式对电信号进行判决，矫正信号传输过程中产生的干扰。
进一步的，所述站内局域网为单机单网结构，所述单机单网结构包括一个数据库服务器、一个服务器、一个通讯服务器、至少一个工作站以及至少一个通讯前置机，所述数据库服务器、服务器、通讯服务器、工作站以及通讯前置机均连接至所述站内局域网。
进一步的，所述站内局域网为双机双网结构，所述双机双网结构包括二个数据库服务器、二个服务器、二个通讯服务器、至少一个工作站以及至少一个通讯前置机，所述数据库服务器、服务器、通讯服务器、工作站以及通讯前置机均与所述站内局域网的双网分别连接。
进一步的，所述控制中心层和电网管理层的通讯时间尺度分别为小时级和分钟级，所述电网元件层的通讯时间尺度为秒级或毫秒级。
进一步的，所述的判决模块根据判决公式判决，判决公式：
上述公式中uk为在WIMAX信号发出端1输入信号序列xk的均值，yk为在判决模块接收到的序列，σ2为噪声的方差，则恢复出的最有可能序列可有上述公式计算得出。
进一步的，所述第一信号测试单元包括一信号采集模块和一第一控制模块，其中，所述信号采集模块，用以还原得到所述需求信号，其包括一耦合模块、一检波模块、一滤波模块、一放大增益模块和一信号传输端口；
所述第一控制模块，其包括一第一处理单元、一第一延迟模块和一第一接口单元，所述第一处理单元，其获取所述中央处理单元预设的阀值K0和K1，并获取峰值采样信息，并参照该阀值K0和K1对所述需求信号进行比对；
所述第一比较模块，其接收所述第一处理单元输出的峰值采样信息，延迟一时间T1后，发送至所述第一处理单元。
进一步的，所述信号修正单元还包括一第三处理单元、一第三延迟模块和一修正电路，其中，所述第三处理单元，用以获取所述第二信号测试单元中的接收信号波形的M1组取样信息，每组包含X个取样点；
所述第三延迟模块包括X-2个依序串接的延迟器，其分别与所述第三处理单元的输出端连接，接收到所述取样点后延迟一预设时间T2后输出；所述比较模块内设置有X-2个比较器，每一比较器分别与各延迟器连接。
本发明还公开了一种智能电网通讯方法，包括如下步骤：
步骤1、通讯服务器接收指令，将所述指令根据相应电网元件的协议格式重新组织，形成数据报文后，转发至通讯前置机；
步骤2、通讯前置机通过剥离所述数据报文的内部协议报文内容对所述指令进行解包，并下发至该相应电网元件；
步骤3、电网元件收到解包后的指令后，结合自身的运行策略予以执行，并将结果反馈至通讯前置机；
步骤4、通讯前置机将所述结果按照内部通讯协议格式组帧，形成反馈数据报文，并发送至通讯服务器，由通讯服务器根据相应电网元件的协议格式自动解析该反馈数据报文，形成解包后的反馈数据报文。
进一步的，所述指令通过手动或自动两种方式发起，其中，当采用手动时，指令由员通过工作站发起，通过内部协议发送至通讯服务器，所述解包后的反馈数据报文通知给工作站，最终反馈给员；当采用自动时，指令由服务器根据电网中心下发的电网策略形成，并通过内部协议发送至通讯服务器，所述解包后的反馈数据报文通知给服务器。
有益效果：本发明通过通讯前置机以兼容不同通讯接口的电网元件，且在电网的发射端和接收端分别进行信号的调整和修正，保证信号传输具有较高的准确度。
附图说明
图1为本发明的通讯系统结构示意图；
图2为本发明的通讯网络结构示意图。
具体实施方式
就整体而言，电网控制策略有对等控制、主从控制和分层控制三种。依据分布式电网控制策略要求，本发明设计了一种三层控制结构，并对各层控制的时间尺度进行划分，据此分别对各层通讯网络进行设计。如图1所示，分布式电网的通讯系统首先采用的三层架构分别为位于最顶层的控制中心层、位于中间层的电网管理层以及位于最底层的电网元件层。
控制中心层为区域(如地市级)分布式电网控制中心，实现本区域内所有电网分站系统的运行监测和协调控制，并协调与传统大电网的运行。将控制中心层设在大电网的地、县中心，通过光纤以太网与电网管理层进行通讯。控制中心层是由电网中心来控制，主要起配电网管理和经济运行控制作用。该层除与配电网相连外，还与一个或多个电网相连。电网可以根据经济运行规则，制定运行计划，控制电网的工作模式和运行参数。的周期往往数小时甚至更长，因此通讯的时间尺度要求为小时级。所述控制中心层与电网管理层一般相距较远，且通讯的时间尺度要求为小时级，因此可以采用1000M光纤以太网来实现它们之间的通讯。
电网管理层首先需要根据企业的生产生活情况，对企业负荷实行分级管理，划分敏感负荷和一般负荷。电网管理层还需要对配备的各个微型电源进行管理，对微源的供电能力(出力)进行实时预测和评估，以应对上层的要求。因此通讯的时间尺度要求为分钟级。在电网管理层设置站内局域网，以实现电网管理设备之间的通讯，这些站内设备包括：数据库服务器、服务器、工作站等，尤其包括与下层电网元件层设备通讯的通讯服务器和通讯前置机。这个局域网还通过防火墙与企业网相连，以获取企业生产信息。这个局域网可以是单机单网结构，也可以是双机双网结构，以达到更高的可靠性。单机单网、双机双网结构。由于电网元件的多样性，决定了电网管理层与电网元件层之间的通讯网络多样性。既可以是有线通讯，也可以是无线通讯。。
电网元件层既包括风力发电机、太阳能电池、燃气发电机、燃油发电机、生物质发电等微型电源(简称微源)，也包括各种储能设备和负载设备，还包括这些微源、储能、负载等设备的管理控制装置(如逆变器、充放电控制器、智能电表等)。对这些设备状态和运行参数的通讯的时间尺度正常为秒级。当电网的突发故障时，如电网的故障或电网内部故障，电网必须从电网脱开，进入离网运行模式。这时需要电网控制元件快速响应，因此通讯的时间尺度要求为毫秒级。
为了应对部分电网元件毫秒级通讯要求，本发明依据IEC61850标准，对部分电网元件进行建模，并采用GOOSE服务，构建了一个快速通讯网络。GOOSE是一种快速报文传输机制，它代替了设备之间硬接线的通信方式，大大简化了二次电缆的连线。GOOSE报文与基本编码规则相关的ASN.1语法编译后，不经过TCP/IP协议，直接在以太网链路层上传输，并采用心跳报文和变位报文快速重发相结合机制，它采用了多路广播应用关联无确认服务，跳过传输层和网络层，可达到毫秒级。
在电网元件层包含两个DG，分别为主DG和备用DG，它们可以设定为U/f(孤岛方式下的运行方式，主要是为电网在孤岛运行时提供强有力的电压和频率支撑，并确保满足负荷功率的跟随特性。通过设定系统参考电压(U)和频率(f)，并实时检测逆变器输出端口电压和频率，然后通过PI调节，实现恒压、恒频控制)、P/Q(电网在并网运行状态下的一种控制方式，其控制目的是使微型电源输出的有功功率(P)和无功功率(Q)实时跟踪器参考信号，各微型电源不参与频率和电压调节，由大电网提供频率和电压支撑)两种运行模式。当然，简单的电网系统中也可以只有一个主DG。各DG运行模式由电网模式控制器控制，PCC点开关也由模式控制器控制，这些设备满足IEC61850标准。本发明实施例中，示出的电网系统包括一个光伏DG(distributedgeneration分布式发电)、一个风力DG、一个蓄电池DG、一个柴油发电机DG及相关负荷。为了满足电网敏感负荷在电网故障时供电的需要，设定蓄电池DG作为U/f控制主DG，柴油机DG作为备用DG。下面结合分布式微电网控制策略说明系统的通讯过程。
在电网正常情况下，电网与电网并网运行，中心依据经济运行规则，制定运行计划，设定电网的运行参数。电网管理层实时监测各电网元件运行状态和参数，将所有DG均设定为P/Q控制，并实时控制各电网元件的运行。当电网模式控制器监测到电网故障或电网内部故障时，迅速将PCC(pointofcommoncoupling公共连接点)点开关断开，迅速将主DG设定为U/f控制(如果主DG发生故障，则将备用DG设定为U/f控制)，断开其他DG及一般负荷，由主DG为整个电网提供电压、频率支撑，进入孤岛运行状态。待系统运行正常后，再将其他DG并网运行，并运行一般负荷投入。当电网故障或电网内部故障消除后，电网模式控制器监测电网运行的电压、频率参数，如达到并网运行条件才将PCC点开关闭合，进入并网运行状态。
依据系统通讯网络架构特点，系统内部通讯协议物理层采用TCP/IP协议，应用层报文仅包括报文头和报文体。因为TCP/IP通讯具有较高的可靠性，无须增加额外的校验码和结束码校验报文的正确性和完整性。报文头包含两个重要的信息，为源进程地址和目的进程地址。源进程地址标明该报文来源设备的程序进程，目的进程地址则标明该报文发向设备的程序进程。接收到该报文的设备进程将依据这两个信息判断是否处理、如何处理、如何回应。报文体则为真正转发的电网元件通讯报文。
系统内部通讯协议报文有上行回应报文和下行请求报文两种，以下以指令的下发、执行和回应为例来说明该协议的通讯流程，如图1所示。系统有手动和自动两种方式，手动由员通过工作站发起指令，通过内部协议转发至通讯服务器，再由通讯服务器转发至通讯前置机。自动则直接由服务器根据电网调度策略，形成指令，下发至通讯服务器，再由通讯服务器转发至通讯前置机。手动和自动指令最后都由通讯前置机剥离内部协议报文内容后形成对应电网元件通讯协议下发至电网元件。电网元件收到指令后，结合自身的运行策略予以执行，并将结果反馈给通讯前置机。再由通讯前置机重新按照内部通讯协议格式组帧后发送至通讯服务器，如为手动指令，则将结果通知给工作站，最终反馈给操作员；如为自动指令，则将结果通知给服务器。
所述电网管理层与所述电网元件层之间通过通讯网络进行相互通讯，如图2所示，所述通讯网络包括WIMAX信号发出端、用户终端和电力线，中央处理单元、第一信号测试单元、第二信号测试单元、信号调整单元和信号修正单元，其中，所述中央处理单元内设置有所述第一信号测试单元和第二信号测试单元比对的第一基准信号及其比对参照的阀值，并向所述信号调整单元和信号修正单元发送控制指令；
所述第一信号测试单元，其接收所述WIMAX信号发出端发送的需求信号并对其进行采样检测，其在连续的N0个周期内选取每个周期的波峰值为采样点，间隔时间T0采样一次，选取M0次，判定M0次选取的采样峰值信息是否在所述中央处理单元预先设置的阀值K0-K1之间，将比对结果发送至所述中央处理单元和信号调整单元内进行处理；
所述信号调整单元，其接受所述中央处理单元的控制指令，在所述需求信号不能满足要求时，对所述信号发出端发出的信号进行调整后发送至所述信号发出端；
所述第二信号测试单元，其接收所述电力线上的数据信号，经还原处理后进行采样及检测，判断采样峰值信息是否在所述中央处理单元预先设置的阀值K3～K4之间，并将比对结果分别传输至所述中央处理单元和信号修正单元；
所述信号修正单元，其接受所述中央处理单元的控制指令，在所述需求信号不能满足要求时，对接收自第二信号处理单元的需求信号进行修正，其每间隔N1个周期，在第N1+1个周期内选取X个取样点，连续选取M1次，并且预设一阀值K2(K2＞0)，若任一连续的上升沿或下降沿的中间X-2个取样点的值在-K2～K2，则M1组X-2个取样点的值修正为需求信号波形的极值；
其中，信号修正单元包括一修正模块，修正模块包括分光器、转换单元、开关单元和均衡模块，其中所述分光器将光信号分为两路，分别传输给转换单元和开关单元，所述转换单元将光信号转换为电流信号或电压信号，根据设定阈值判断光功率是否过载并存储光功率值，若功率过载并持续时间T，则向输出反馈信号，调整输出功率，开关单元暂时断开；若电流信号或电压信号没有达到设定阈值，则开关单元闭合，光信号传输到均衡模块；
所述均衡模块包括一光电转换模块、一滤波模块、一放大模块和一判决模块，其中所述光电转换模块将接收到的光信号转化成电信号，电信号经过滤波模块滤去干扰信号，经过放大模块将信号放大的需要的强度，判决模块对信号均衡，根据判决公式对电信号进行判决，矫正信号传输过程中产生的干扰。
进一步的，所述站内局域网为单机单网结构，所述单机单网结构包括一个数据库服务器、一个服务器、一个通讯服务器、至少一个工作站以及至少一个通讯前置机，所述数据库服务器、服务器、通讯服务器、工作站以及通讯前置机均连接至所述站内局域网。
进一步的，所述站内局域网为双机双网结构，所述双机双网结构包括二个数据库服务器、二个服务器、二个通讯服务器、至少一个工作站以及至少一个通讯前置机，所述数据库服务器、服务器、通讯服务器、工作站以及通讯前置机均与所述站内局域网的双网分别连接。
进一步的，所述控制中心层和电网管理层的通讯时间尺度分别为小时级和分钟级，所述电网元件层的通讯时间尺度为秒级或毫秒级。
进一步的，所述的判决模块根据判决公式判决，判决公式：
上述公式中uk为在WIMAX信号发出端1输入信号序列xk的均值，yk为在判决模块接收到的序列，σ2为噪声的方差，则恢复出的最有可能序列可有上述公式计算得出。
进一步的，所述第一信号测试单元包括一信号采集模块和一第一控制模块，其中，所述信号采集模块，用以还原得到所述需求信号，其包括一耦合模块、一检波模块、一滤波模块、一放大增益模块和一信号传输端口；
所述第一控制模块，其包括一第一处理单元、一第一延迟模块和一第一接口单元，所述第一处理单元，其获取所述中央处理单元预设的阀值K0和K1，并获取峰值采样信息，并参照该阀值K0和K1对所述需求信号进行比对；
所述第一比较模块，其接收所述第一处理单元输出的峰值采样信息，延迟一时间T1后，发送至所述第一处理单元。
进一步的，所述信号修正单元还包括一第三处理单元、一第三延迟模块和一修正电路，其中，所述第三处理单元，用以获取所述第二信号测试单元中的接收信号波形的M1组取样信息，每组包含X个取样点；
所述第三延迟模块包括X-2个依序串接的延迟器，其分别与所述第三处理单元的输出端连接，接收到所述取样点后延迟一预设时间T2后输出；所述比较模块内设置有X-2个比较器，每一比较器分别与各延迟器连接。
本发明还公开了一种智能电网通讯方法，包括如下步骤：
步骤1、通讯服务器接收指令，将所述指令根据相应电网元件的协议格式重新组织，形成数据报文后，转发至通讯前置机；
步骤2、通讯前置机通过剥离所述数据报文的内部协议报文内容对所述指令进行解包，并下发至该相应电网元件；
步骤3、电网元件收到解包后的指令后，结合自身的运行策略予以执行，并将结果反馈至通讯前置机；
步骤4、通讯前置机将所述结果按照内部通讯协议格式组帧，形成反馈数据报文，并发送至通讯服务器，由通讯服务器根据相应电网元件的协议格式自动解析该反馈数据报文，形成解包后的反馈数据报文。
进一步的，所述指令通过手动或自动两种方式发起，其中，当采用手动时，指令由员通过工作站发起，通过内部协议发送至通讯服务器，所述解包后的反馈数据报文通知给工作站，最终反馈给员；当采用自动时，指令由服务器根据电网中心下发的电网策略形成，并通过内部协议发送至通讯服务器，所述解包后的反馈数据报文通知给服务器。