一种智能配变系统和该系统的应用方法与流程

本发明属于智能电网的配电自动化技术领域，具体涉及一种智能配变系统该系统的应用方法。

背景技术：

目前配变终端软件架构仍为原有嵌入式系统架构，基本采用arm加智能配变终端的软件开发平台，除了实现基本的功能外，可以实现文件系统支持和协议栈的支持等，将应用程序、参数和数据等以文件的方式存储在文件系统上，并通过智能配变终端自带的tcp/ip协议栈实现终端软件对协议栈的支持，详见附图2。但是软件的开发模式、开发质量和开发的后期维护等方面各厂商差异较大，从而造成各厂家软件平台不统一，显示界面和调试方法也不统一，终端使用效果和体验也不同；而且从协议到软件的架构设计仍采用面向过程的开发方法，各功能模块之间的耦合性强，不便于功能修改；由于终端软硬件定制化设计方式各厂家开发出的软件格式也不同，导致电力公司无法进行有效的统一管理和控制。不满足智能配电网关于终端“硬件模块化、软件平台化、结构标准化、应用智能化”的发展目标。

现有的终端基本仅具有监测功能，绝大部分数据上送至主站分析。但是随着接入终端的设备数量增多，数据类型多样，若全部上传至主站分析，需要消耗更多的通信资源；而且部分相关业务控制、执行的实时性要求高，如配电变压器保护、故障研判等，若数据分析和控制逻辑全部在主站实现，难以满足业务实时性要求。

技术实现要素：

为克服上述现有技术的不足，本发明提出一种智能配变系统和该系统的应用方法。本发明引入linuxcontainerlxc容器技术，封装硬件驱动，将设备及接口调用与应用程序解耦；引入协议规约库，解耦应用算法与通信协议；各应用app之间采用消息总线机制，规范多业务app之间消息接口，同时通过消息总线机制调用共享数据库；各应用app之间通过通讯服务应用的方式统一上送至主站系统；应用的安装、卸载及升级管理通过网络管理系统部分单独实现。

实现上述目的所采用的解决方案为：

一种智能配变系统，其改进之处在于包括：容器和控制器；

所述容器部署于配变终端，用于：管理和运行不同类型的应用服务，每类所述应用服务部署于一个容器中；

所述控制器包括服务端和客户端，所述服务端部署在主站，所述客户端部署于所述配变终端，所述服务端远程控制所述客户端，用于通过协同工作实现对配变系统中配变终端的网络、设备以及容器进行管理。

本发明提供的第一优选技术方案，其改进之处在于，所述应用服务包括消息总线、协议规约库和终端应用；

所述协议规约库，包括预先制定的协议，用于：实现所述终端应用间的通讯；

所述消息总线用于：终端应用与终端应用和/或主站进行通讯和数据交互；

所述终端应用包括：监测类app、电能质量监控类app和数据分析类app，不同类型的应用服务中包含不同类型的终端应用。

本发明提供的第二优选技术方案，其改进之处在于，所述终端应用之间通过所述消息总线利用消息队列遥测传输进行消息交互。

本发明提供的第三优选技术方案，其改进之处在于，所述应用服务还包括协议规约类app、通信服务app、共享数据库和硬件驱动封装库；

所述协议规约类app连接在所述消息总线和所述协议规约库之间，用于维护和管理所述协议规约库，并为所述终端应用调用所述协议规约库中的协议；

所述通信服务app连接在所述消息总线和所述主站之间，用于将所述终端应用的数据上传至所述主站；

所述共享数据库连接所述消息总线，用于存储所述终端应用共有的数据；

所述硬件驱动封装库连接在所述协议规约库和智能配变终端的接口之间，所述终端应用通过所述硬件驱动封装库驱动智能配变终端连接的设备。

本发明提供的第四优选技术方案，其改进之处在于，所述通信服务app包括多个微服务app；

所述微服务app将配变终端采集的数据上传至对应的主站，包括：将配变、温湿度、电容器和智能开关状态上传至配电自动化主站，将户表和台区总表上送至用电信息采集主站。

本发明提供的第五优选技术方案，其改进之处在于，所述控制器包括：网络管理模块、设备管理模块、容器管理模块和app管理模块；

所述网络管理模块用于基于设备组配置网络业务，对有线和/或无线网络进行基础配置与ip业务配置；

所述设备管理模块用于对设备、设备组和组织进行增加、删除、修改和查看；

所述容器管理模块用于支持容器的创建、销毁、启动、停止、配置和监控；

所述app管理模块用于对终端应用进行安装、卸载、启动和停止，并对所述终端应用进行监控。

本发明提供的第六优选技术方案，其改进之处在于，所所述容器，还包括：

当遇到高并发和/或高流量应用时，所述容器根据业务的负载对终端应用进行弹性扩容；

当计算量降低后，所述容器的将终端应用进行释放，并回收空闲资源。

一种智能配变系统的应用方法，其改进之处在于：

根据不同类型的应用服务在配变终端创建容器，每类所述应用服务部署于一个容器中；

利用所述容器管理和运行不同类型的应用服务；

同时采用部署在主站的控制器服务端远程控制部署在所述配变终端的控制器客户端，通过协同工作对所述配变终端的网络、设备以及容器进行管理，当所述配变终端接入设备时，根据所述设备的类型选择应用服务，在选择的应用服务对应的容器中实例化终端应用对所述设备进行管理。

本发明提供的第七优选技术方案，其改进之处在于，所述利用容器管理和运行不同类型的应用服务，包括：

所述应用服务中的终端应在所述容器中相互间通过消息总线进行通讯，实现数据处理；

所述终端应用将处理完成的数据通过所述消息总线上传至主站。

本发明提供的第八优选技术方案，其改进之处在于，所述应用服务中的终端应在所述容器中相互间用通过消息总线进行通讯，包括：

所述终端应用相互间通过所述消息总线利用消息队列遥测传输进行消息交互。

与最接近的现有技术相比，本发明具有的有益效果如下：

(1)在配变终端内采用容器运行和管理不同类型的应用服务，实现了不同应用的隔离。应用服务在配电终端内进行数据处理，降低了通信资源的消耗并提升了相关业务的及时性。

(2)终端应用互相独立，通过消息总线实现信息交互，强化了对未来新业务的兼容和扩展能力。

(3)终端软件架构具备网络管理系统，可对终端通信单元模块、硬件系统、智能配变终端、通信带宽等进行监测和管理，提高了智能配变终端的故障自诊断能力和可管理性。

(4)支持终端应用在主站侧安装、卸载、升级，终端接入新型低压设备不必额外增加控制器，通过安装相应的管理终端应用即可实现终端对设备控制。

附图说明

图1为本发明提供的一种智能配变系统结构示意图；

图2为现有配变终端系统架构图示意图；

图3为本发明提供的智能配变终端下行通信方式及接入设备示意图；

图4为本发明提供的智能配变系统一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。

本发明提供的一种智能配变系统结构示意图如图1所示，包括：

容器和控制器；

容器部署于配变终端，用于：管理和运行不同类型的应用服务，每类应用服务部署于一个容器中；

控制器包括服务端和客户端，服务端部署在主站，客户端部署于配变终端，服务端远程控制客户端，用于通过协同工作实现对配变系统中配变终端的网络、设备以及容器进行管理。

具体的，本发明提供的智能配变系统包括：

1、lxc容器系统

linuxconiainer是虚拟化操作系统软件，容器下只有一个底层操作系统内核，可以实现单操作系统下运行多组应用，每一组应用在独立的容器内运行,通过容器技术可以实现不同应用之间的隔离。终端软件架构引入容器技术，可以实现应用于硬件平台完全分离，通过容器技术扩展应用程序，支撑终端面向低压配网管理需求；容器可弹性收缩，当遇到高并发、高流量应用时，容器可以根据业务的负载进行弹性扩容，当计算量降低后，容器平台能够自动收容及时释放空闲资源。lxc容器对应用服务进行管理。应用服务包括：

1-1硬件驱动封装库

硬件驱动封装库连接至智能配变终端的各接口，用于解耦设备及接口调用与终端应用。

1-2协议规约库

协议规约库连接在终端应用和硬件驱动封装库之间，用于解耦终端应用与通信协议。考虑到接入终端设备协议并不统一，且同一设备由于厂家自有协议也存在差异，采用协议规约库方式实现各接入设备在终端层互联互通。如剩余电流动作保护器厂家a私有协议可安装至终端协议库，协议库中有该协议对应厂家设备及版本号，通过协议库与上层剩余电流保护器监测app解耦。

1-3终端应用

终端应用分为监测类app、电能质量监控类app和数据分析类app。每类app可单独存储部署于一个容器中。

监测类app包括：交采app、温湿度环境监测app、剩余电流动作保护器app、开关量监测app、油温监测app、智能塑壳开关监测app、集中器采集app、分布式电源监测app、充电桩管理app、配变监测app、电能质量app和低压配网运维app等；

电能质量监控类app包括：三相不平衡监测app、谐波监测app、智能电容器控制app和换相开关控制app等；

数据分析类app包括：户变关系自动识别与校验app、供电回路阻抗分析app、常规状态检测app、异常运行状态监测app、配变运行状态评估app和故障停电研判与主动服务app等。

1-4共享数据库

用于存储各终端应用共享的数据，共享数据库连接至消息总线。

1-5消息总线

消息总线连接各终端应用，各终端应用之间采用消息总线机制，规范多业务app之间消息接口，同时通过消息总线机制调用共享数据库。具体的，各终端应用间通过消息总线采用消息队列遥测传输mqtt进行交互。mqtt是用于轻量级的发布/订阅式消息传输，支持在各方之间异步通信的消息协议。异步消息协议在空间和时间上将消息发送者与接收者分离，因此可以在不可靠的网络环境中进行扩展，为低带宽和不稳定的网络环境中的物联网设备提供可靠的网络服务，使得其能适应各种物联网应用场景。

1-6通信服务app

通信服务app包括多个微服务app，连接在消息总线和主站之间,用于将终端应用的数据上传至主站。通信服务app可以将终端所采集处理的配变至户表数据通过不同微服务app上传至不同主站，如将配变、温湿度、电容器和智能开关状态等信息上送至配电自动化主站，将户表和台区总表等数据上送至用电信息采集主站，不同微服务app经加密处理可以实现通信通道安全独立。

1-7协议规约类app

协议规约类app连接在消息总线和协议规约库之间，用于维护和管理协议规约库，并为终端应用调用协议规约库中的协议，包括dl/t634.5101app、dl/t634.5104app和dl/t645app等。

2ac控制器

ac控制器即控制器，分别由服务端和客户端组成。服务端部署在主站侧，客户端运行在终端侧。通过协同工作实现系统中所有的配变终端的网络、设备、容器以及app进行管理，主要有以下功能：

网络管理：基于设备组配置网络业务，对有线、无线网络进行基础配置与ip业务配置。

设备管理：对设备、设备组、组织进行增加、删除、修改和查看。

容器管理：支持容器的创建、销毁、启动与停止、配置和监控。

app管理：app进行安装、卸载、启动、停止，对app进行监控。

ac控制器通过消息接口访问终端通信及系统信息如上、下行通信模块工作状态、系统版本、cpu占用率、内存占用率、存储空间等信息，以及通信带宽动态分配和管理。

下面给出一个智能配电系统的具体实施例。

智能配变终端监控范围包括配电变压器、进出线开关、环境状态(温度、湿度)、智能电容器、换相开关、门禁系统、剩余电流动作保护器、智能塑壳断路器、分支线、电动汽车充电桩、分布式光伏和低压用户。通过对供电区域数据监控和收集，全面掌握该区域设备运行状态。终端下行通信方式及接入设备如图3所示，支持rs-485、rf-mesh、lvplc、di、do和rj45，其中rs-485用于接入jp柜内设备，rf-mesh/lvplc用于接入分支线至低压用户智能设备。

智能配变终端新型软件架构如图4所示，linux容器包括消息总线、各类应用app、协议规约库、共享数据库、硬件驱动封装库和通信服务app。lxc容器通过chroot创建一个虚拟的根目录文件系统可以和其他容器的虚拟文件系统相互隔离，但共享位于linux内核的底层的文件系统；通过容器在linux内核中的namespace实现应用相互隔离的独立空间，不同的容器间进程pid可以相同，进程并不冲突影响并共享计算和存储资源；通过容器在linux内核中的cgroups实现了对容器计算和内存资源分配和限制。chroot、namespace、cgroups保证了容器间的资源的分配、隔离以及共享。

各终端应用间通过消息总线实现信息交互，消息总线采用mqtt发布/订阅消息传输方式，如终端换相开关控制app订三相不平衡信息主题，当电能质量监测app发布三相不平衡预告警信息时，换相开关控制app收到信息并完成换相开关切换，此种模式可以使发布和接收app仅完成各自工作而不需顾及对方，订阅者只订阅与自身有关联的app信息，从位置和时间上实现两者解耦，同时该模式便于扩展，更适用于未来终端app数量增多情况。

ac控制器的逻辑功能类似于路由网关，终端容器内应用与主站通信时通过vethpair先将报文转发至终端容器中，然后通过bridge将报文转发至终端的网络管理系统并上传至主站。linux系统与外部进行网络通信时需经过网络管理系统转发。ac控制器可通过jsonovermqtt消息接口访问终端通信及系统信息如上、下行通信模块工作状态、系统版本、cpu占用率、内存占用率、存储空间等信息。

基于同一发明构思，本发明还提供了一种智能配变系统的应用方法，由于这些设备解决技术问题的原理与智能配变系统法相似，重复之处不再赘述。

该方法包括：

根据不同类型的应用服务在配变终端创建容器，每类应用服务部署于一个容器中；

利用容器管理和运行不同类型的应用服务；

同时采用部署在主站的控制器服务端远程控制部署在配变终端的控制器客户端，通过协同工作对配变终端的网络、设备以及容器进行管理，当配变终端接入设备时，根据设备的类型选择应用服务，在选择的应用服务对应的容器中实例化终端应用对设备进行管理。

其中，利用容器管理和运行不同类型的应用服务，包括：

应用服务中的终端应在容器中相互间通过消息总线进行通讯，实现数据处理；

终端应用将处理完成的数据通过消息总线上传至主站。

其中，应用服务中的终端应在容器中相互间用通过消息总线进行通讯，包括：

终端应用相互间通过消息总线利用消息队列遥测传输进行消息交互。

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:以上实施例仅用于说明本申请的技术方案而非对其保护范围的限制,尽管参照上述实施例对本申请进行了详细的说明,所属领域的普通技术人员应当理解:本领域技术人员阅读本申请后依然可对申请的具体实施方式进行种种变更、修改或者等同替换，但这些变更、修改或者等同替换，均在申请待批的权利要求保护范围之内。