CN102710784A - 一种应用于微电网的电能质量通信方法 - Google Patents

一种应用于微电网的电能质量通信方法 Download PDF

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王辉
葛成余
陈琛
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滕云
金雪
仇佳鑫
吴昱炜
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Abstract

本发明公开了一种应用于微电网的电能质量通信方法，使用网口做为物理接口，基于TCP/IP协议进行数据传输，在电能质量装置上设置两个端口用于和后台监控***之间传送数据，并定义规约对数据进行分层处理，所述两个端口分别为实时数据端口和离线文件端口，所述实时数据端口采用被动等待召唤机制发送报文，所述离线文件端口采用主动上传信息机制和被动等待召唤机制发送报文。本发明所述的电能质量通信方法，能够传送电能质量的各种类型的数据，找到一个合理的数据传送流程，从而解决现有规约无法传送电能质量这一类数据的问题，既能快速显示用户想看的信息，又能保证网络通畅不丢包传送数据，从而解决大量的电能质量数据如何传送的问题。

Description

一种应用于微电网的电能质量通信方法
技术领域
本发明涉及一种电能质量通信的方法，更具体的说，涉及一种应用于微电网的电能质量通信的方法。
背景技术
当今世界的电力***都是以大机组、大电网、高电压为主要特征的单一的集中式供电***，但是随着社会对电力供应的安全可靠性要求的提高，人们发现大电网并不能完全满足这种要求。大电网中任何一处的故障所产生的扰动都会对整个电网造成较大影响，严重时可能引起大面积停电，造成严重的后果。2003年的美加州大停电事故以及2008年初我国南方雪灾导致的停电事故使得人们将注意力投向了微电网。微电网作为一个可控的电源，它既能连接到低压配电网并网运行，又能独立运转，能够增强电网的供电可靠性。
另外，微电网对降低电网损耗和节能环保、降低能源对大自然破坏也可以起到积极作用。因为随着电压等级的不断下降、馈线总长度的增大、馈线截面的减小、变压器台数的增多、负载率的降低，配电网的能量损耗在全网能量总损耗中所占份额逐步增加是必然的。并且，微电网使用的微能源都是一些新兴的绿色能源，如风力发电、太阳能发电、电池储能等，能够减少对环境污染以及温室效应。
随着微电网在近些年的大力发展，微电网的电能质量问题已经是一个不容忽视的问题。其中，风力资源和太阳能资源的不确定性和波动性、各微源子***的运行特性使得各子***的输出功率出现波动性，以及各种电力电子设备的使用，从而影响电网的电能质量，例如电压偏差、电压波动、谐波和间谐波等。这样，不管是处于治理研究还是实时查看并控制的目的，我们都要尽量获取更多的电能质量数据。由于电能质量有着更多更为复杂的数据，不仅数据量特别大、而且数据形式也很大不同。电能质量装置一条线路的实时数据不像其他装置可能只有三相电压和电流的幅值、相角等，电能质量数据的数据类型如图1所示，包括实时数据、统计数据、趋势图、事件信息和参数设置，其中，所述实时数据包括基本数据、谐波数据和简谐波数据；所述事件信息包括事件列表和事件波形；所述参数设置包括***设置和定值管理。
而现有的电力传输规约还没有一种统一的比较合理的传输电能质量数据的方法，具体如下：IEC60870-5-101、IEC60870-5-104规约都是变电站与调度通信，前者采用串口方式，后者采用网络方式；IEC60870-5-102规约是计量规约，主要传送电度量信息；IEC60870-5-103规约是继电保护规约，大多与保护类装置进行通信。这些规约中都没有关于电能质量的特殊定义，也无法传送大量的电能质量数据。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种对电能质量进行特殊定义、可以传送大量的电能质量数据的应用于微电网的电能质量通信方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种应用于微电网的电能质量通信方法，使用网口做为物理接口，基于TCP/IP协议进行数据传输，在电能质量装置上至少设置两个端口用于和后台监控***之间传送数据，并定义规约对数据进行分层处理，所述两个端口分别为实时数据端口和离线文件端口，所述实时数据端口采用被动等待召唤机制发送报文，所述离线文件端口采用主动上传信息机制和被动等待召唤机制发送报文。
对本技术方案的进一步限定为，所述后台监控***与所述电能质量装置之间采用客户端/服务器的方式进行连接，一个后台监控***对应至少一个电能质量装置。
进一步的，所述对数据进行分层处理的规约中将数据分为四层，其中，第一层为装置编号，第二层为线路编号，第三层为数据类型，第四层为数据地址。
进一步的，所述对数据进行分层处理的规约中，规定报文的报文头包括14个字节，中间为数据块，报文尾部为1个字节的结束字符，其中，报文头的14个字节定义为：第一个字节定义启动字符；第二和第三个字节定义从装置编号到数据块的长度；第四字节定义启动字符；第五字节定义装置编号；第六字节定义线路编号；第七字节定义相序编号；第八字节定义轮次编号；第九字节定义数据类型；第十字节定义传送原因；第十一和第十二字节定义数据点个数；第十三和第十四字节定义数据地址。
进一步的，所述被动等待召唤机制包括如下步骤：
（1）电能质量装置监听数据端口，等待连接；
（2）后台监控***发起TCP连接，电能质量装置接受连接，等待召唤命令；
（3）后台监控***通过事件触发或者定时召唤的方法召唤数据；
（4）电能质量装置接受召唤，发送响应的数据；
（5）后台监控***接收数据，完成一次数据传输。
进一步的，所述被动等待召唤机制中，数据传输完成后，空闲时期，电能质量装置定时发送测试报文，客户端回复确认帧，保持连接。
进一步的，步骤（3）中召唤的数据包括实时数据、趋势图数据或定值数据。
进一步的，所述主动上传机制包括如下步骤：
（1）电能质量装置监听数据端口，等待连接；
（2）后台监控***发起TCP连接，电能质量装置接受连接，主动上传信息或者等待召唤命令；
（3）电能质量装置主动发送当前发生的事件信息数据；
（4）后台监控***接收事件信息数据，根据需要召唤此事件的波形文件；
（5）电能质量装置发送响应的波形文件；
（6）后台监控***根据需要召唤这段时间的统计数据；
（7）电能质量装置发送响应的统计数据，完成一次数据传输。
进一步的，所述主动上传机制中，数据传输完成后，电能质量装置在有录波事件或者其他重要信息发生时，主动发送相应报文给后台监控***，后台监控进行实时处理。
 进一步的，传送数据时，采取各个传送，细分处理的方法，捕捉用户当前查看的线路号，发送响应的数据。
有益效果：本发明的一种应用于微电网的电能质量通信方法，能够传送电能质量的各种类型的数据，找到一个合理的数据传送流程，从而解决现有规约无法传送电能质量这一类数据的问题；采用本发明的方法，能够同时兼顾实时性和可靠性，既能快速显示用户想看的信息，又能保证网络通畅不丢包传送数据，从而解决大量的电能质量数据如何传送的问题。
附图说明
附图1为现有技术中电能质量数据的数据类型示意图；
附图2为本发明方法中规约的定义示意图；
附图3为本发明方法中被动等待召唤机制的报文发送流程示意图；
附图4为本发明方法中主动上传信息机制的报文发送流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
一种应用于微电网的电能质量通信方法，使用网口做为物理接口，基于TCP/IP协议进行数据传输，在电能质量装置上至少设置两个端口用于和后台监控***之间传送数据，并定义规约对数据进行分层处理，所述两个端口分别为实时数据端口和离线文件端口，所述实时数据端口采用被动等待召唤机制发送报文，所述离线文件端口采用主动上传信息机制和被动等待召唤机制发送报文。
本实施例中，使用网口作为物理接口，采用客户端/服务器的方式进行连接，电能质量装置作为服务器，后台监控***作为客服端，并且基于TCP/IP协议进行数据传输。传送数据的端口分为两个，分别为实时数据端口和离线文件端口，所述实时数据端口采用被动等待召唤机制发送报文，传送实时数据，例如，线路电压、电流、功率、谐波、间谐波等；所述离线文件端口用主动上传信息机制和被动等待召唤机制发送报文，传送录波事件等重要信息，以及根据这些事件用户召唤的离线数据，例如，历史趋势、统计数据等。
定义规约对数据进行分层处理，分层处理中，逐层定位数据点。第一层为装置编号，用于区分装置；第二层为线路编号，用于区分某台装置的线路；第三层为数据类型，用于获得该报文传送的什么数据；第四层为该数据类型下的数据地址，用于区分是哪几个数据，确定数据点号。
上述对数据进行分层处理的规约定义示意图如图2所示：报文头包括14个字节，中间为数据块，报文尾部为1个字节的结束字符。其中，报文头的14个字节定义为：第一个字节定义启动字符；第二和第三个字节定义从装置编号到数据块的长度，所述长度为低字节在前，从装置编号到数据块的字节数，报文的总长度=长度+4；第四字节定义启动字符；第五字节定义装置编号，用于定位装置，前4位为变电站号，后4位为该变电站装置编号；第六字节定义线路编号，用于定位某台装置的线路，传送装置类信息时为0xFF；第七字节定义相序编号，当传送某一相序数据时候使用，比如A相谐波等，不用时为0xFF；第八字节定义轮次编号，当传送的某一类型的数据较多时可以分多个报文传送，不用时为0xFF；第九字节定义数据类型，用于定义传送数据的类型；第十字节定义传送原因，用于定义传送的原因；第十一和第十二字节定义数据点个数，用于标示数据块中的数据个数，低字节在前；第十三和第十四字节定义数据地址，低字节在前。
上述两种报文发送机制中，所述实时数据端口采用被动等待召唤机制发送报文，随时等待后台监控***发送召唤命令并获取响应的信息，比如，装置编号、线路编号、数据类型等，然后，电能质量装置按照规定的格式回复后台监控***想要的数据。实时数据端口采用被动等待召唤机制发送报文，用于发送实时数据，响应度高、数据量相对小，被动等待召唤机制具体包括如下步骤：
（1）电能质量装置监听数据端口，等待连接；
（2）后台监控***发起TCP连接，电能质量装置接受连接，等待召唤命令；
（3）后台监控***通过事件触发或者定时召唤的方法召唤数据，数据包括实时数据、趋势图数据或定值数据；
（4）电能质量装置接受召唤，发送响应的数据；
（5）后台监控***接收数据，完成一次数据传输。
（6）数据传输完成后，后台监控***定时下发对时报文，电能质量装置接受对时，并回复确认帧。
（7）所述被动等待召唤机制中，数据传输完成后，空闲时期，电能质量装置或者后台监控***定时发送测试报文，后台监控***或者电能质量装置回复确认帧，保持连接。
所述离线文件端口发送用户不是经常召唤的事件录波等文件和统计数据，并且电能质量装置会主动发送事件信息给后台监控***，能够实时、主动的把告警信息和事件信息等优先上传给后台监控***，主动上传信息机制包括如下步骤：
（1）电能质量装置监听数据端口，等待连接；
（2）后台监控***发起TCP连接，电能质量装置接受连接，等待召唤命令；
（3）电能质量装置主动发送当前发生的事件信息数据；
（4）后台监控***接收事件信息数据，并召唤此事件的波形文件；
（5）电能质量装置发送响应的波形文件；
（6）后台监控***召唤此事件的统计数据；
（7）电能质量装置发送响应的统计数据，完成一次数据传输。
另外，传送数据时，采取各个传送，细分处理的方法，
同时，对于电能质量数据量大的问题，采取各个传送，细分处理的方法，捕捉用户当前查看的线路号，发送响应的数据。因为用户界面上不可能需要同时显示几个线路的电压、电流等，这样就可以捕捉用户当前查看的线路号，然后发送相应的数据即可。这样处理就可以减轻程序和网络的负荷，高效、快速、准确的显示，而且用户方面也感觉所有想查看的数据都是实时显示的。
本发明采用的主动上传信息机制中电能质量装置主动发送的数据有：
（1）在离线文件端口中电能质量装置主动上传机制：电能质量装置上发生的事件信息，一发生就主动上传；
（2）在实时数据端口中电能质量装置主动上传机制：实时3秒数据，包括基本数据、谐波数据、间谐波数据，根据经验这些数据是用户经常需要看的，如果采用被动召唤机制肯定不止发送一条召唤报文，所以可以指定后台监控***发送一条召唤3秒数据类命令给装置后，装置就连续5分钟主动给后台监控***回应刚才的召唤报文需要的数据，除非遇到其他的召唤命令，如果遇到其他召唤命令，说明用户已经离开刚才界面，转而关心其他数据了。
本发明的一种应用于微电网的电能质量通信方法，能够传送电能质量的各种类型的数据，找到一个合理的数据传送流程，从而解决现有规约无法传送电能质量这一类数据的问题；采用本发明的方法，能够同时兼顾实时性和可靠性，既能快速显示用户想看的信息，又能保证网络通畅不丢包传送数据，从而解决大量的电能质量数据如何传送的问题。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种应用于微电网的电能质量通信方法，使用网口做为物理接口，基于TCP/IP协议进行数据传输，其特征在于：在电能质量装置上设置两个端口用于和后台监控***之间传送数据，并定义规约对数据进行分层处理，所述两个端口分别为实时数据端口和离线文件端口，所述实时数据端口采用被动等待召唤机制发送报文，所述离线文件端口采用主动上传信息机制和被动等待召唤机制发送报文。
2.根据权利要求1所述的应用于微电网的电能质量通信方法，其特征在于：所述后台监控***与所述电能质量装置之间采用客户端/服务器的方式进行连接，一个后台监控***对应至少一个电能质量装置。
3.根据权利要求1所述的应用于微电网的电能质量通信方法，其特征在于：所述对数据进行分层处理的规约中将数据分为四层，其中，第一层为装置编号，第二层为线路编号，第三层为数据类型，第四层为数据地址。
4.根据权利要求1或3所述的应用于微电网的电能质量通信方法，其特征在于：所述对数据进行分层处理的规约中，规定报文的报文头包括14个字节，中间为数据块，报文尾部为1个字节的结束字符，其中，报文头的14个字节定义为：第一个字节定义启动字符；第二和第三个字节定义从装置编号到数据块的长度；第四字节定义启动字符；第五字节定义装置编号；第六字节定义线路编号；第七字节定义相序编号；第八字节定义轮次编号；第九字节定义数据类型；第十字节定义传送原因；第十一和第十二字节定义数据点个数；第十三和第十四字节定义数据地址。
5.根据权利要求1所述的应用于微电网的电能质量通信方法，其特征在于：所述被动等待召唤机制包括如下步骤：
（1）电能质量装置监听数据端口，等待连接；
（2）后台监控***发起TCP连接，电能质量装置接受连接，等待召唤命令；
（3）后台监控***通过事件触发或者定时召唤的方法召唤数据；
（4）电能质量装置接受召唤，发送响应的数据；
（5）后台监控***接收数据，完成一次数据传输。
6.根据权利要求5所述的应用于微电网的电能质量通信方法，其特征在于：所述被动等待召唤机制中，数据传输完成后，空闲时期，电能质量装置定时发送测试报文，客户端回复确认帧，保持连接。
7.根据权利要求5所述的应用于微电网的电能质量通信方法，其特征在于：步骤（3）中召唤的数据包括实时数据、趋势图数据或定值数据。
8.根据权利要求1所述的应用于微电网的电能质量通信方法，其特征在于：所述主动上传机制包括如下步骤：
（1）电能质量装置监听数据端口，等待连接；
（2）后台监控***发起TCP连接，电能质量装置接受连接，主动上传信息或者等待召唤命令；
（3）电能质量装置主动发送当前发生的事件信息数据；
（4）后台监控***接收事件信息数据，根据需要召唤此事件的波形文件；
（5）电能质量装置发送响应的波形文件；
（6）后台监控***根据需要召唤这段时间的统计数据；
（7）电能质量装置发送响应的统计数据，完成一次数据传输。
9.根据权利要求1所述的应用于微电网的电能质量通信方法，其特征在于：所述主动上传机制的步骤（3）中，电能质量装置在有录波事件或者其他重要信息发生时，主动发送相应报文给后台监控***，后台监控进行实时处理。
10.根据权利要求1所述的应用于微电网的电能质量通信方法，其特征在于：传送数据时，采取各个传送，细分处理的方法，捕捉用户当前查看的线路号，发送响应的数据。
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TA01 Transfer of patent application right

Effective date of registration: 20130418

Address after: 210061 D10, Nanjing high tech Industrial Development Zone, Jiangsu, China

Applicant after: NARI Technology Development Co., Ltd.

Applicant after: Jibei Electric Power Company Limited.

Address before: High road high tech Development Zone Nanjing city Jiangsu province 210061 No. 20

Applicant before: NARI Technology Development Co., Ltd.

C12 Rejection of a patent application after its publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20121003