一种配电网一体化终端设备的制作方法

1.本发明涉及电网技术领域，尤其涉及一种配电网一体化终端设备。


背景技术：

2.随着分布式新能源、电动汽车及弹性负荷等在配电网侧的海量接入，接入点的广泛性、可再生能源出力的波动性与负荷用电的随机性，给配电网的保护、控制、运维层面提出了更高的要求。
3.现有的配电网在实现保护、控制、运维功能时通常以传统的方案为主，即分别采用保护设备、控制设备、运维设备来实现保护、控制、运维功能，设备之间功能相互独立，造成信息孤岛和运维难度大，也降低了配电网自动化系统的整体可靠性。
4.目前配电网的保护设备、控制设备、运维设备都是各成体系、单独建设的，设备之间互操作性能差，存在重复投资、信息孤岛、运行维护工作量大的问题；并且设备之间无法进行数据共享，相关配合不足，无法跟踪系统运行情况，甚至出现保护失配等问题，难以满足新形势下配电网海量设备接入与复杂运行方式的要求。


技术实现要素：

5.本发明提供一种配电网一体化终端设备，通过软件定义的方式解耦软件与硬件的强耦合，能够集成保护、控制、运维业务功能，降低设备投资、部署和运维要求，使配电网终端计算资源灵活配置，终端功能灵活部署，适应了配电网多元化业务需求，减少了配电网终端设备数量，提高了配电网自动化系统的运行可靠性和运维效率。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种配电网一体化终端设备，包括：
7.虚拟交换机、对外接口和多个容器系统，每个容器系统分别与虚拟交换机电连接，虚拟交换机与对外接口电连接。
8.其中，容器系统包括采集容器系统、基础服务容器系统、运维容器系统、保护容器系统和控制容器系统；运维容器系统通过调用采集容器系统和基础服务容器系统，实现配电网运维服务；保护容器系统通过调用采集容器系统和基础服务容器系统，实现配电网保护服务；控制容器系统通过调用采集容器系统和基础服务容器系统，实现配电网控制服务。
9.可选的，每个容器系统包括网桥和至少两个容器，每个容器分别通过第一通信接口与网桥的第二通信接口电连接，每个容器系统的网桥分别通过第一通信接口与虚拟交换机电连接。
10.可选的，采集容器系统包括12个容器，每个容器用于采集一种信息，信息包括三相电流、三相电压、智能电表信息、节点温度、局放信息、温湿度、开关状态量、保护动作信息、中央处理器(central processing unit，cpu)负载率、cpu温度、端口状态和报警信息。
11.可选的，基础服务容器系统包括12个容器，每个容器用于实现一种服务功能，服务功能包括电气量计算、时序逻辑处理、报文解析、网络通信配置、协议转换、日志管理、容器服务、跳闸信号生成、文件服务、数据服务、权限服务和设备模型管理。
12.可选的，运维容器系统包括3个容器，每个容器用于实现一种运维服务，运维服务包括回路监测、智能诊断和设备监测。
13.可选的，保护容器系统包括3个容器，每个容器用于实现一种保护服务，保护服务包括过流保护、差动保护和低压保护。
14.可选的，控制容器系统包括3个容器，每个容器用于实现一种控制服务，控制服务包括调压控制、无功补偿和备自投。
15.可选的，配电网一体化终端设备的计算资源配置矩阵为
16.其中，r
ij
表示在第i个容器系统中的第j个容器的计算资源配置量，i＝1,2,
…
,m，j＝1,2,
…
,n。
17.具体的，第i个容器系统的计算资源配置为配电网一体化终端设备的计算资源配置为
18.本发明提供了一种配电网一体化终端设备，包括：虚拟交换机、对外接口和多个容器系统，每个容器系统分别与虚拟交换机电连接，虚拟交换机与对外接口电连接；其中，容器系统包括采集容器系统、基础服务容器系统、运维容器系统、保护容器系统和控制容器系统；运维容器系统通过调用采集容器系统和基础服务容器系统，实现配电网运维服务；保护容器系统通过调用采集容器系统和基础服务容器系统，实现配电网保护服务；控制容器系统通过调用采集容器系统和基础服务容器系统，实现配电网控制服务。本发明提出的配电网一体化终端设备采用了容器技术、微服务技术，通过软件定义的方式解耦软件与硬件的强耦合，解决了各种设备之间互操作性能差，存在重复投资、信息孤岛、运行维护工作量大、由于独立配置相关装置而无法进行数据共享、相关配合不足、无法跟踪系统运行情况以及保护失配等问题，集成了保护、控制、运维业务功能，降低了设备投资、部署和运维要求，使配电网终端计算资源灵活配置，终端功能灵活部署，适应了配电网多元化业务需求，减少了配电网终端设备数量，提高了配电网自动化系统的运行可靠性和运维效率。
附图说明
19.图1是本发明实施例一提供的一种配电网一体化终端设备的结构示意图；
20.图2是本发明实施例一提供的另一种配电网一体化终端设备的结构示意图；
21.图3是本发明实施例一提供的一种基于配电网业务分解的微服务层次结构示意图。
具体实施方式
22.下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便
于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
23.随着分布式新能源、电动汽车及弹性负荷等在配电网侧的海量接入，对配电网的保护、控制、运维层面的要求越来越高。
24.近年来，出现了配电网保护控制一体化终端，在已有的配电网自动化终端基础上增加了保护功能，集成配电网的保护和控制功能于一体。但这类终端部署和运维的模式与传统终端没有区别，仍然存在信息孤岛和运维难度大等问题。
25.为解决上述问题，本发明提出了一种配电网一体化终端设备的设计方法，相比于传统的配电网单一功能终端，本发明集成了保护、控制、运维业务功能，降低了设备投资、部署和运维要求，相比于软硬件强耦合的配电网保护控制终端，本发明采用了容器技术、微服务技术，通过软件定义的方式实现配电网终端的软件与硬件的解耦、数据与应用解耦，计算资源灵活配置，终端功能灵活部署，适应了配电网多元化业务需求，减少了配电网终端设备数量，提高了配电网自动化系统的运行可靠性和运维效率。
26.需要说明的是，本发明下述各个实施例可以单独执行，各个实施例之间也可以相互结合执行，本发明实施例对此不作具体限制。
27.下面，对配电网一体化终端设备及其技术效果进行描述。
28.实施例一
29.图1是本发明实施例一提供的一种配电网一体化终端设备的结构示意图，如图1所示，本实施例提供的终端设备可配置于服务器中，该终端设备具体包括：
30.虚拟交换机10、对外接口20和多个容器系统，每个容器系统分别与虚拟交换机电连接，虚拟交换机与对外接口电连接。
31.其中，容器系统具有计算资源，并将计算资源分配给部署于容器系统中的不同容器；对外接口20包括配电网一体化终端设备的对外数据交互和对内访问提供接口；虚拟交换机10是帮助不同容器系统进行数据交互，本发明实施例对此不进行限定。
32.其中，容器系统包括采集容器系统31、基础服务容器系统32、运维容器系统33、保护容器系统34和控制容器系统35。
33.图2是本发明实施例一提供的另一种配电网一体化终端设备的结构示意图，从图2可知，每个容器系统包括网桥和至少两个容器，每个容器分别通过第一通信接口(例如eth0)与网桥的第二通信接口(例如veth)电连接，每个容器系统的网桥分别通过第一通信接口与虚拟交换机10电连接。
34.其中，网桥是同一容器系统内的不同容器之间进行数据交互的桥梁，在本发明实施例中，网桥可以为docker网桥。
35.可选的，采集容器系统31包括12个容器，每个容器用于采集一种信息，具体的，三相电流容器31a用于采集三相电流信息，三相电压容器31b用于采集三相电压信息，智能电表容器31c用于采集智能电表信息，节点温度容器31d用于采集节点温度信息，局放容器31e用于采集局放信息，温湿度容器31f用于采集温湿度信息，开关状态量容器31g用于采集开关状态量信息，保护动作容器31h用于采集保护动作信息，cpu负载率容器31i用于采集cpu负载率信息，cpu温度容器31j用于采集cpu温度信息，端口状态容器31k用于采集端口状态信息，报警容器31l用于采集报警信息。
36.基础服务容器系统32包括12个容器，每个容器用于实现一种服务功能，具体的，电
气量计算容器32a用于实现电气量计算服务功能，协议转换容器32b用于实现协议转换服务功能，文件服务容器32c用于实现文件服务服务功能，时序逻辑处理容器32d用于实现时序逻辑处理服务功能，日志管理容器32e用于实现日志管理服务功能，数据服务容器32f用于实现数据服务服务功能，报文解析容器32g用于实现报文解析服务功能，容器服务容器32h用于实现容器服务的服务功能，权限服务容器32i用于实现权限服务的服务功能，网络通信配置容器32j用于实现网络通信配置服务功能，跳闸信号生成容器32k用于实现跳闸信号生成服务功能，设备模型管理容器32l用于实现设备模型管理服务功能。
37.运维容器系统33通过调用采集容器系统31和基础服务容器系统32，实现配电网运维服务。其中，配电网运维服务包括回路监测、智能诊断和设备监测，本发明实施例对此不进行限定。
38.保护容器系统34通过调用采集容器系统31和基础服务容器系统32，实现配电网保护服务。其中，配电网保护服务过流保护、差动保护和低压保护，本发明实施例对此不进行限定。
39.控制容器系统35通过调用采集容器系统31和基础服务容器系统32，实现配电网控制服务。其中，配电网控制服务包括调压控制、无功补偿和备自投，本发明实施例对此不进行限定。
40.图3是本发明实施例一中的一种基于配电网业务分解的微服务层次结构示意图，从图3可知，配电网一体化终端设备分为了采集层、基础服务层、应用层三层。
41.采集层包括了三相电流、三相电压、智能电表、节点温度、局放、温湿度、开关状态量、保护动作信息、cpu负载率、cpu温度、端口状态、报警信息等微服务。这些微服务功能是负责对配电网一体化终端设备采集的数据信息进行解析和数据存储，采集层中的微服务为基础服务层和应用层中的微服务提供数据支撑，为配电网各类业务提供统一数据服务。
42.基础服务层包括了电气量计算、时序逻辑、报文解析、网络通信配置、协议转换、日志管理、容器服务、跳闸信号生成、文件服务、数据服务、权限服务、设备模型管理等微服务。基础服务层中的微服务功能一方面负责对采集层中微服务解析后的数据进行预处理，为应用层微服务提供预处理数据，另一方面负责支撑配电网一体化终端设备的文件服务、数据服务、权限服务等操作系统层面的功能实现。基础服务层实际是终端设备的数据平台层，使得采集层数据与应用层功能模块分离，保证了本发明软件与硬件解耦、数据与应用解耦目标的实现。
43.应用层包括了保护类微服务、控制类微服务和运维类微服务。应用层中的微服务功能是负责终端设备的具体业务应用，通过基础服务层调用数据服务和各类基础服务。终端设备的不同应用功能体现在应用层的部署差别，而采集层和基础服务层针对所有应用业务都是不变的。这样，既保证了终端的业务灵活性部署，又满足了业务多元性动态发展的新需求。
44.配电网一体化终端设备承担的业务通过调用采集层、基础服务层、应用层中的微服务来实现。示例性的，若用户需要调用保护容器系统34中的过流保护功能，过流保护微服务需要基础服务容器系统32的数据服务微服务和权限服务微服务的数据支持，数据服务微服务需要采集容器系统31的三相电流微服务和三相电压微服务的数据支持，权限服务微服务需要采集容器系统31的保护动作信息微服务和端口状态微服务的数据支持，此时，保护
容器系统34中的网桥将通过第一通信接口与虚拟交换机10电连接，获取基础服务容器系统中的数据服务微服务和权限服务微服务的相关数据，而基础服务容器系统32中的网桥会通过第一通信接口与虚拟交换机10电连接，获取采集容器系统31的三相电流微服务、三相电压微服务、保护动作信息微服务和端口状态微服务的数据，将相关数据分别传送至基础服务容器系统32的数据服务微服务和权限服务微服务，最终在传送至保护容器系统34中的过流保护微服务，以便配电网一体化终端设备实施过流保护微服务。
45.本发明实施例提供了一种配电网一体化终端设备，包括：虚拟交换机10、对外接口20和多个容器系统，每个容器系统分别与虚拟交换机电连接，虚拟交换机与对外接口电连接；其中，容器系统包括采集容器系统31、基础服务容器系统32、运维容器系统33、保护容器系统34和控制容器系统35；运维容器系统33通过调用采集容器系统31和基础服务容器系统32，实现配电网运维服务；保护容器系统34通过调用采集容器系统31和基础服务容器系统32，实现配电网保护服务；控制容器系统35通过调用采集容器系统31和基础服务容器系统32，实现配电网控制服务。本发明实施例提出的配电网一体化终端设备采用了容器技术、微服务技术，通过软件定义的方式解耦软件与硬件的强耦合，解决了各种设备之间互操作性能差，存在重复投资、信息孤岛、运行维护工作量大、由于独立配置相关装置而无法进行数据共享、相关配合不足、无法跟踪系统运行情况以及保护失配等问题，集成了保护、控制、运维业务功能，降低了设备投资、部署和运维要求，使配电网终端计算资源灵活配置，终端功能灵活部署，适应了配电网多元化业务需求，减少了配电网终端设备数量，提高了配电网自动化系统的运行可靠性和运维效率。
46.实施例二
47.本发明实施例还提供一种配电网一体化终端设备的计算资源配置方法，该方法具体如下所述。
48.定义容器的计算资源配置量为r
ij
。
49.其中，i表示容器系统，i＝1,2,
…
,m，j表示容器，j＝1,2,
…
,n，ri
j
表示在第i个容器系统中的第j个容器的计算资源配置量。由此可得，配电网一体化终端设备的计算资源配置矩阵r为：
[0050][0051]
容器系统为容器分配资源，因此，各容器系统内容器计算资源配置量之和为该容器系统计算资源配置量，根据计算资源配置矩阵r，可计算第i个容器系统计算资源配置量r
i
为：
[0052][0053]
配电网一体化终端设备为容器系统分配资源，因此，容器系统计算资源配置量之和为配电网一体化终端设备计算资源配置量e：
[0054][0055]
本发明实施例提供了一种配电网一体化终端设备的计算资源配置方法，通过计算配电网一体化终端设备的计算资源配置矩阵和各个容器系统的计算资源配置，可以得到配电网一体化终端设备的计算资源配置，为配电网一体化终端设备的各项微服务提供数据支撑。
[0056]
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。