本发明涉及一种智能变电站信息交互系统和方法，特别是一种智能变电站二次设备的信息交互系统和方法。
技术背景
智能变电站二次设备在线监视及可视化运维模块构成的系统作为电力系统的一部分，保证智能变电站安全、可靠、稳定的运行，对整个电力系统的正常运行有着极其重要的作用。特别是对于电力系统这样一个极其复杂的系统，本身涉及的专业过多，系统过于复杂，要求各模块能独立稳定运行，又要求各模块之间有良好的信息交互。分布式的引入，虽然很好的解决了各个模块之间的过于耦合，但是增加了各模块之间通信的难度。现有技术的中间件或者基于原始双向的通信连接socket实现的信息交互，对于网络稳定性和精细化控制要求较高。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种智能变电站二次设备可视化运维模块信息交互系统和方法，要解决的技术问题是简化二次设备可视化运维模块之间的通信。
本发明采用以下技术方案：一种智能变电站二次设备可视化运维模块信息交互系统，智能变电站二次设备可视化运维模块设有的功能模块：模型配置工具、人机界面、数据存储工具、历史数据查询工具、动作报告生成系统和国网103通讯规约，所述智能变电站二次设备可视化运维模块连接有数据结构服务器redis，数据结构服务器redis设有redis服务器和redis客户端；所述模型配置工具、人机界面、数据存储工具、历史数据查询工具、动作报告生成系统和国网103通讯规约分别经各自连接的redis客户端与redis服务器建立通信连接，redis服务器与所述各个redis客户端之间采用发布与订阅方式通信；所述二次设备按国网103通讯规约向redis服务器写入二次设备实时数据，所述模型配置工具向redis服务器写入二次设备离线配置数据，所述人机界面、数据存储工具、历史数据查询工具和动作报告生成系统从redis客户端读取二次设备实时数据和二次设备离线配置数据。
本发明的智能变电站二次设备可视化运维模块和数据结构服务器redis安装在智能变电站主控服务器上。
一种智能变电站二次设备可视化运维模块信息交互方法，包括以下步骤：
一、在智能变电站主控服务器输入redis-server命令，启动redis服务端，使得功能模块的redis客户端向redis服务器订阅消息通道；
二、模型配置工具、人机界面、历史数据查询工具、数据存储工具、动作报告生成系统、国网103通讯规约启动redis客户端，使得所述各功能模块同redis服务器之间建立通信连接；
三、连接模型配置工具、人机界面、历史数据查询工具、数据存储工具、动作报告生成系统、国网103通讯规约的redis客户端向redis服务器申请所需的消息通道；
四、redis客户端主动向特定的消息通道发送特定的消息，redis客户端被动从特定的消息通道接收特定的消息；
五、各功能模块接收到回复命令，进行下一步的处理，按以下步骤：
(1)响应消息通道，发送请求命令的功能模块接收到redis服务器的回复命令；
(2)比对命令，是发送端期望的接收端，并且接收端运行的功能模块是回复命令中的本应用功能模块；
(3)比对回复命令的通用唯一识别码uuid，与发送回复命令的通用唯一识别码uuid相同，提取回复命令的数据，按回复命令进行相应处理。
本发明方法的步骤一功能模块的redis客户端向redis服务器订阅消息通道为：
(1)模型配置工具订阅redis服务器的“模型更新”、“三区web同步”消息通道；
(2)人机界面订阅redis服务器的“模型更新”、“开关量”、“软压板”、“动作事件”、“告警事件”、“子站与保护装置的通讯”、“录波简报”、“动作报告”、“缺陷定位”、“命令”消息通道；
(3)历史数据查询工具订阅redis服务器的“录波文件”、“命令”消息通道；
(4)数据存储工具订阅redis服务器的“开关量”、“软压板”、“动作事件”、“告警事件”、“前置与子站间通讯”、“子站与保护装置的通讯”、“故障量”、“录波简报”、“录波内容”、“命令”消息通道；
(5)动作报告生成系统订阅redis服务器的“动作事件”、“告警事件”、“故障量”消息通道；
(6)国网103通讯规约订阅redis服务器的“命令”、“模型更新”消息通道。
本发明方法的所述“命令”消息通道允许接收的消息体结构为：
(1)命令的类型：遥控命令、定值命令、保护装置参数命令、召模型命令、召唤录波文件列表、召唤录波文件内容；
(2)命令的方向：请求、响应；
(3)源应用功能模块类型：所述各功能模块、人机界面、模型配置工具、历史数据查询工具；
(4)目标应用功能模块类型：动作报告生成模块、国网103通讯规约模块、人机界面模块、模型配置工具模块、数据存储工具模块；
(5)当前命令的通用唯一识别码uuid：每个命令为唯一，由目标应用功能模块生成，并向redis服务器赋值；
(6)命令结果：0为成功，其他值为错误码；
(7)子站id：主控服务器地址；
(8)事件类消息通道允许接收的消息体结构：事件发生时间、事件接收时间、状态、事件在智能变电站全站的唯一标识key、消息唯一标识uuid、标记位、事件类型、故障量值；
(9)与录波相关的消息通道允许接收的消息体结构：发生时间、接收时间、录波对象的全站key、录波文件名、消息唯一标识uuid、标记位、文件长度、录波内容类型；
(11)“动作报告”消息通道允许接收的消息体结构：动作报告id、动作发生时间、动作接收时间、一侧供电公司id、一侧变电站id、一侧间隔id、一侧一次设备id、一侧二次设备站内通信地址列表、另侧供电公司id、另侧变电站id、另侧间隔id、另侧一次设备id、另侧二次设备站内通信地址列表、确认标志、消息的唯一标识uuid、标记位；
(12)“模型更新”通道允许接收的消息结构：目标应用功能模块、变更对象在全站的唯一标识key；
(13)“缺陷定位”消息通道允许接收的消息结构：缺陷定位id、所有相关二次设备唯一标识key列表、缺陷定位名称、缺陷定位对应设备名称、生成时间、消息体的唯一标识uuid、标记位；
(14)“规约”消息通道允许接收的数据为原始103报文数据；
(15)“监视预警”消息通道允许接收的消息结构：发生时间、状态、装置全站唯一标识key、消息的唯一标识uuid、告警内容；
(16)“通用文件”消息消息通道允许接收的消息结构：文件名、文件路径、文件所属变电站的id、文件类型、文件已接收的长度；
本发明方法的步骤四主动发送为redis客户端向redis服务器请求需要的数据；被动接收为redis客户端被动接收redis服务器发送数据。
本发明方法的步骤五比对命令，不是发送端期望的接收端，或不是接收端接收的命令，接收端不做处理。
本发明方法的步骤五比对回复命令的通用唯一识别码uuid，与发送回复命令的通用唯一识别码uuid不相同，则跳过该回复命令，接收端不做处理。
本发明方法的步骤五对无响应被动消息通道，功能模块在接收到的信息后，直接提取信息的有效数据，按数据进行相应处理。
本发明与现有技术相比，利用redis，在不同功能模块中间建立共同的交换区域，采用订阅与发布的消息通道总线方式，减少功能模块间的耦合性，提高信息交互的稳定性，使智能变电站二次设备在线监视及可视化运维模块构成的系统的运行更加的稳定可靠。
附图说明
图1是本发明方法实施例的流程图。
图2是本发明方法实施例模块接收到回复命令的处理流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明的智能变电站二次设备可视化运维模块信息交互系统，在智能变电站主控服务器安装有智能变电站二次设备可视化运维模块(模块)，模块设有的功能模块为：模型配置工具(modeltool)、人机界面(hmi)、数据存储工具(hisdatasave)、历史数据查询工具(hisdataquery)、动作报告生成系统(faultapp)和国网103通讯规约(gw103master)。模块连接有数据结构服务器redis。本实施例中，redis设有redis服务器和redis客户端，模型配置工具、人机界面、数据存储工具、历史数据查询工具、动作报告生成系统和国网103通讯规约分别经各自连接的redis客户端与redis服务器建立通信连接，redis服务器与各个redis客户端之间采用发布与订阅方式实现内部通信。智能变电站二次设备(二次设备)按国网103通讯规约向redis服务器写入二次设备实时数据，模型配置工具向redis服务器写入二次设备离线配置数据，人机界面、数据存储工具、历史数据查询工具和动作报告生成系统从redis客户端读取二次设备实时数据和二次设备离线配置数据。
如图1所示，本发明的智能变电站二次设备可视化运维模块信息交互方法(方法)，包括以下步骤：
一、在智能变电站主控服务器输入redis-server命令，启动redis服务端，使得功能模块的redis客户端向redis服务器订阅消息通道。
(1)模型配置工具订阅redis服务器的“模型更新”、“三区web同步”消息通道。
redis客户端是指功能模块中的通信接口。
订阅为获取不同应用功能的消息通道。
消息通道为根据不同的应用需求进行通信的特定通信通道，例如针对模型配置工具，当模型配置更新后，会把更新的模型配置信息通过“模型更新”通道发送给redis服务器进行更新。
“模型更新”为二次设备可视化运维模块的相关配置在redis服务器上进行更新。
“三区web同步”为电网生产管理区(安全区ⅲ)的浏览器内容在redis服务器上进行更新，使其同步。
(2)人机界面订阅redis服务器的“模型更新”、“开关量”、“软压板”、“动作事件”、“告警事件”、“子站与保护装置的通讯”、“录波简报”、“动作报告”、“缺陷定位”、“命令”消息通道。
“开关量”为二次设备的接通或断开所对应的值。
“软压板”为二次设备的某个功能投退。
“动作事件”为二次设备如线路保护、母线保护采集一次设备如变压器、断路器的电流、电压、开关量等信息，根据保护逻辑分析并进行的一系列如跳闸的操作信息。
“告警事件”为二次设备如线路保护、母线保护采集一次设备如变压器、断路器的电流、电压、开关量等信息，根据保护逻辑分析，若超出正常范围但不影响一次设备运行时会产生告警信息，通过二次设备提醒用户此时一次设备存在风险。
“子站与保护装置的通讯”为二次设备可视化运维模块与智能变电站内保护装置之间的通讯状态，分别通讯正常、通讯中断。
“录波简报”为在电力系统发生故障如线路短路、接地，以及系统过电压、负荷不平衡时，自动地、准确地记录电力系统故障前、后过程的各种电气量的变化情况，通过这些电气量的分析、比较，形成简要的分析报告。电气量为数字量，比如开关状态变化，模拟量，主要是电压、电流数值。
“动作报告”为保护动作及动作过程中各相关元件动作行为、动作序号、故障相电压和电流幅值、功能软压板投退状态、开关量变位状态、保护全部定值的信息，例如线路保护动作报告包括：纵联电流差动保护动作时故障相差动电流。
“缺陷定位”为二次设备如保护装置内产生的故障定位，例如保护装置通信异常。
“命令”为二次设备可视化运维模块召唤定值、录波等信息所需要的指令。
(3)历史数据查询工具订阅redis服务器的“录波文件”、“命令”消息通道。
(4)数据存储工具订阅redis服务器的“开关量”、“软压板”、“动作事件”、“告警事件”、“前置与子站间通讯”、“子站与保护装置的通讯”、“故障量”、“录波简报”、“录波内容”、“命令”消息通道。
“前置与子站间通讯”为运行国网103通讯规约的主控服务器与redis服务器的通信状态。
“故障量”为电网序号、故障序号。
(5)动作报告生成系统订阅redis服务器的“动作事件”、“告警事件”、“故障量”消息通道。
(6)国网103通讯规约订阅redis服务器的“命令”、“模型更新”消息通道。
二、模型配置工具、人机界面、历史数据查询工具、数据存储工具、动作报告生成系统、国网103通讯规约启动redis客户端，使得所述各功能模块同redis服务器之间建立通信连接。
三、连接模型配置工具、人机界面、历史数据查询工具、数据存储工具、动作报告生成系统、国网103通讯规约的redis客户端向redis服务器申请所需的消息通道。
redis客户端不同，消息通道发送的消息类型不同，功能模块经消息通道接收到的消息类型各不相同。其中，“命令”消息通道允许接收的消息体结构为：
(1)命令的类型：遥控命令、定值命令、保护装置参数命令、召模型命令、召唤录波文件列表、召唤录波文件内容。
(2)命令的方向：请求、响应。
(3)源应用功能模块类型：所述各功能模块、人机界面、模型配置工具、历史数据查询工具。
(4)目标应用功能模块类型：动作报告生成模块、国网103通讯规约模块、人机界面模块、模型配置工具模块、数据存储工具模块。
(5)当前命令的通用唯一识别码uuid：每个命令为唯一，由目标应用功能模块生成，并向redis服务器赋值。
(6)命令结果：0为成功，其他值为错误码。
(7)子站id：主控服务器地址。
(8)事件类(如“动作事件”、“告警事件”)消息通道允许接收的消息体结构：事件发生时间、事件接收时间、状态、事件在智能变电站全站的唯一标识key、消息唯一标识uuid、标记位、事件类型、故障量值。
(9)与录波相关的“录波简报”、“录波内容”消息通道允许接收的消息体结构：发生时间、接收时间、录波对象的全站key、录波文件名、消息唯一标识uuid、标记位、文件长度、录波内容类型。
(11)“动作报告”消息通道允许接收的消息体结构：动作报告id、动作发生时间、动作接收时间、一侧供电公司id、一侧变电站id、一侧间隔id、一侧一次设备id、一侧二次设备站内通信地址列表、另侧供电公司id、另侧变电站id、另侧间隔id、另侧一次设备id、另侧二次设备站内通信地址列表、确认标志、消息的唯一标识uuid、标记位。
(12)“模型更新”通道允许接收的消息结构：目标应用功能模块、变更对象在全站的唯一标识key。
(13)“缺陷定位”消息通道允许接收的消息结构：缺陷定位id、所有相关二次设备唯一标识key列表、缺陷定位名称、缺陷定位对应设备名称、生成时间、消息体的唯一标识uuid、标记位。
(14)“规约”消息通道允许接收的数据为原始103报文数据。
(15)“监视预警”消息通道允许接收的消息结构：发生时间、状态、装置全站唯一标识key、消息的唯一标识uuid、告警内容。
(16)“通用文件”消息消息通道允许接收的消息结构：文件名、文件路径、文件所属变电站的id、文件类型、文件已接收的长度。
四、redis客户端主动向特定的消息通道发送特定的消息，redis客户端被动从特定的消息通道接收特定的消息。主动发送方式为redis客户端向redis服务器请求需要的数据；被动接收方式为redis客户端被动接收redis服务器发送数据。
五、各功能模块接收到回复命令，进行下一步的处理，实现整个智能变电站二次设备在线监视及可视化运维模块构成的系统的信息交互。如图2所示，按以下步骤：
(1)响应消息通道(“命令”消息通道)：发送请求命令的功能模块接收到redis服务器的回复命令。
(2)比对命令，命令发送采用广播的方式发送，接收端(功能模块)都会接收到回复命令，如果不是发送端(redis服务器)期望的接收端，或不是接收端接收的命令，则跳过该回复命令，接收端不做处理。
(3)比对命令，如果是发送端期望的接收端，并且接收端运行的功能模块是回复命令中的本应用功能模块，接着比对回复命令的通用唯一识别码uuid，如果与发送回复命令的通用唯一识别码uuid不相同，则跳过该回复命令，接收端不做处理。
(4)如果回复命令的通用唯一识别码uuid与发送回复命令的通用唯一识别码uuid相同，提取回复命令的数据，按回复命令进行相应处理，如显示数据，图形变化。
(5)对无响应被动消息通道(其他所有)：应用功能模块在接收到的信息后，直接提取信息的有效数据，按数据进行相应处理。
无响应被动消息通道为不需要回复发送端，应用功能模块已接收到数据的消息通道，类似于广播。
本发明方法采用的数据结构服务器redis是一个键-值key-value类型的内存数据库，它支持存储的value类型更多，包括字符串string、链表list、集合set、有序集合zset和哈希类型hash。为了保证访问效率，redis的数据都是缓存在内存中，可以用于数据的持久化保存。redis实现了发布与订阅信息泛型，其中发送者(发送信息的客户端)不是将信息直接发送给特定的接收者(接收信息的客户端)，而是将信息发送给频道channel，然后由频道将信息转发给所有对这个频道感兴趣的订阅者。发送者无须知道任何关于订阅者的信息，而订阅者也无须知道是哪个客户端给它发送信息，它只要关注自己感兴趣的频道即可。对发布者和订阅者进行解构，可以极大地提高由redis构成的系统的扩展性，并得到一个更动态的网络拓扑。
本发明的方法利用数据结构服务器redis的内存数据库，很好解决通信交互难点，首先，因为redis是键-值key-value类型的内存数据库，将二次设备实时数据和二次设备离线配置数据按键-值key-value类型的内存存放，可以保持高效的访问效率；其次数据结构服务器redis的内存数据库是持久化保存，确保内存数据不会丢失，增加可靠性；最后数据结构服务器redis的内存数据库是订阅发布方式，不同的消息类型采用不同的消息通道，通道之间互不影响。
本发明的方法利用redis，在不同功能模块中间建立共同的交换区域，采用订阅与发布的消息通道总线方式，减少功能模块间的耦合性，提高信息交互的稳定性，使电力系统的运行更加的稳定可靠。