电能量终端物联平台设计方案.docx

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1、调度电能量终端物联平台设计方案1 .项目背景为了更好的为同期线损以及其他业务部门提供稳定、准确的电量数据，公司各省调逐步于近年在调控中心建设了全电量采集系统，依托全电网实时模型数据平台的电网模型，获取所有35kV及以上厂站电网模型和实时数据，通过调度数据网与变电站和具备调度数据网设备的并网发电厂电量采集器通信，采集电量信息，实现电网各级关口全量信息采集。随着交易改革的推进，现货交易的试点运行，各网省公司电能量数据支撑现货交易的需求越来越迫切，对电能量数据的准确性、可靠性、实时性提出了更高的要求。电能量主站以及终端基本延用IEC60870-5T02协议（电力系统电能累计量传输配套标准）：此套标准

2、是1996年由IEC（国际电工委员会）TC57（电力系统管理及信息交换技术委员会）制定。此配套标准是为了满足电能量计量系统主站与电能量远方终端之间传输电能累计量的需要，实现电力系统中电能量远方终端之间的互换性和互操作性，适应当时电力市场相关业务需求。D1/T719-2000规约由原电力工业部提出，等同采用了IEC60870-5-102：1996电力系统电能累计量传输配套标准，于2000年发布并沿用至今。此套标准限制终端为服务端，主站为客户端，主站有数据召唤需求时打开通道登录终端进行数据采集，并有一套完善的消息校验策略，保证了数据的有效性、连续性，但同时采集效率不高，数据延时性较长决定了电能量数

3、据为非实时数据。同时各个省调现场终端类型、型号较多，且大多投运数年、老化严重，故障发生较为频繁，现场运维周期较长，影响电量数据及时性。急需开展调度电能量终端物联平台的建设，实现远程运维和管理。2 .建设目标D建设电能量终端物联平台，基于物联协议实现终端数据、报文、事件等信息的实时上报。2）建设电能量终端物联平台，实现终端的远程运维和管理，包括读取参数、下装参数、远程升级、通道测试、远程重启等。3）主要终端厂家需要对终端件进行升级改造，以适应调度电能量终端物联平台的管理。3 .实现成效同期线损指标及现货交易对电能量数据的可靠性和及时性提出了更高的要求，电量主站和电量终端的可靠性和稳定性都需要提升

4、。目前各个省调对非实时系统终端的监控力度不足，监控手段落后，在运维中往往是通过数据上送错误、上送不及时发现终端故障问题，不能及时对故障终端进行恢复。对于终端状态的实时监控和精准研判不足，对抢修的支撑力度不足，需要电能量终端物联平台的建设。电能量终端物联平台基于物联网架构，能够实现终端状态实时监控和初步研判，能够为终端故障检修提供准确的实时性信息，构建终端故障快速检修机制，并支持远程运维功能，为公司提供有效解决方案。电能量终端物联平台，进一步提升电能量的可靠性和优质服务水平。项目的实施带来的直接经济效益、管理效益与社会效益可观。随着同期线损管理的深入开展和现货交易的逐步推广，在采集装置故障研判、

5、运维闭环管理、统一接口平台、物联协议应用等专题方面均有可拓展空间。目前试点单位有河北、山东、山西，立项合计约500万，后续功能提升可产生2000万的合同额。后续计划向全国推广，目前意向单位有陕西、河南、吉林等省，市场前景广阔。3.1. 经济效益1.1 .1.设备类产品能够助力电能量采集终端等相关硬件设备功能升级，并推广应用。3.12 应用软件电能量终端物联平台已经在山东、河北、山西展开试点，具备向统一推广应用的条件，如果实现统推可形成新的产业链。3.2. 社会效益提高电能量采集终端的运维水平，变“被动抢修”为“主动服务提升电能量数据的可靠性、及时性，为电量数据应用、分析打下坚实基础。更好的为同

6、期线损和现货交易提供数据支持。3.3. 综合管理效益终端状态实时监控和初步研判，能够为终端故障检修提供准确的实时性信息,构建终端故障快速检修机制，并支持远程运维功能，有效支撑终端运维工作，减轻现场终端运维压力，进一步提升公司优质服务水平。3.4. 可推广性已经在山东、河北、山西展开试点，可在陕西、河南等其他网省公司推广。4 .设计方案4.1. .总体设计4.1.1. 总体逻辑架构电能量终端物联平台I数据主动上送终端事件监测I终端在线监测数据实时召唤I终端远程重启终端软件升级终端参数设置终端参数读取Kafka消息总线前置采集前置采集下发报文组装上送报文解析下发报文组装I上送报文解析电量采集终端电

7、量采集终端电量采集终端电量采集终端图3.1电能量终端物联平台总体架构图电能量终端物联平台总体架构如上图所示，功能包括终端远程重启、终端软件升级、终端参数设置、终端参数读取操作功能，运维操作指令通过Kafka消息总线发送到前置采集，前置采集进行相关报文的组装，组装后的报文通过MQTT代理将报文发送到采集终端，采集终端根据运维指令进行相关操作，操作完毕后将结果通过MQTT代理、前置采集最终反馈到远程运维操作界面。4.1.1.1. 安全性4.1.1.1.1. T1S连接作为基于现代密码学公钥算法的安全协议，T1S/SS1能在计算机通讯网络上保证传输安全，链路上通过密文传输，防止被网络抓包导致信息泄露

8、。采用T1S加密有以下几个优点：强认证。用T1S建立连接的时候，通讯双方可以互相检查对方的身份。在实践中，很常见的一种身份检查方式是检查对方持有的X.509数字证书。这样的数字证书通常是由一个受信机构办法的，不可伪造。保证机密性T1S通讯的每次会话都会由会话密钥加密，会话密钥有通讯双方协商产生。任何第三方都无法知晓通讯内容。即使一次会话的密钥泄露，并不影响其他会话的安全性。完整性加密通讯中的数据很难被篡改而不被发现。具体应用中，可以采用单向验证或双向验证。4.1.1.1.2. AC1鉴权鉴定客户端用户名密码权限，客户端连接的权限可通过文件配置，修改配置文件后需重启Broker,也可采用Redi

9、s.MySQ1进行权限配置，配置实时生效，无需重启Brokero4.1.1.2. 高可用性4.1.1.2.1. 集群部署EMQX消息服务器集群基于Er1ang/OTP分布式设计，集群原理可简述为下述两条规则：1MQTT客户端订阅主题时，所在节点订阅成功后广播通知其他节点：某个主题(TOPiC)被本节点订阅；2.MQTT客户端发布消息时，所在节点会根据消息主题(ToPiC),检索订阅并路由消息到相关节点。EMQ消息服务器同一集群的所有节点，都会复制一份主题(TOPiC)-节点(NOde)映射的路由表，例如：topic1-node1,node2topic2-node3topic3-node2,no

10、de4EMQX组建集群的方式较灵活，不仅支持手动创建集群，还支持以多种方式自动组建集群，如静态节点列表自动集群、UDP组播方式自动集群、通过etcd自动集群。节点发生宕机的状况下，集群支持自动愈合，若超过一段时间无法愈合则将其从集群中自动移除。4.1.1.2.2. 负载均衡支持通过haproxy实现TCP层的负载均衡，以及T1S卸载。终端连接到haproxy后，haproxy将建立与Broker的TCP连接，若采用SS1/T1S方式连接，则在haproxy完成T1S卸载。4.1.1.2.3. 消息订阅/发布服务HA主站需增加消息订阅/发布服务，作为Kafka和MQTTBroker通信的桥梁。从

11、Broker订阅的消息写入Kafka,主站要下发到终端的消息，从Kafka接收后发布至MQn的主题中。该服务可采用主备的方式启用多个节点，利用Zookeeper做分布式锁，只有一个服务进行工作，当其发生宕机等异常情况时，另一个服务自动投入使用。4.1.1.3.网络拓扑4.1.2. 总体功能架构终端重启终端状态监视I单终端重启多终端重启终端参数设置终端参数设置,参数设置确认I.参数设舌1终端升级终端参数询软件版本管理终端升级确认终端参数召测终端升级执行升级情嬲计终端参数对比图3.2采集终端统一运维平台功能架构图采集终端统一运维平台功能架构如上图所示，主要包括终端重启、终端升级、终端参数设置、终端

12、参数查询四类功能，终端重启功能包括终端状态监视、单终端重启、多终端重启子功能，终端升级包括软件版本管理、终端升级执行、终端升级确认、升级情况统计子功能，终端参数设置包括终端参数设置、参数设置确认、换表参数设置子功能，终端参数查询包括终端参数召测、终端参数对比子功能。4.1.3. 主要业务流程4.13.1.终端重启流程图3.3终端重启业务流程图终端重启流程如图3.3所示，电量主站发起终端远程重启流程，下发重启控制指令到前置采集，前置采集将重启指令封装成MQTT报文发送到采集终端，采集终端接收到重启指令后，终端进行重启，重启完毕后，返回重启状态到前置采集，前置采集将重启状态反馈到电量主站，主站监视

13、到终端的重启状态。4.1.32终端升级流程图3.4终端升级业务流程图终端升级流程如图3.4所示，电量主站启动终端软件升级流程，首先召测当前终端的信息，发送终端信息召测指令到前置采集，前置采集下发终端信息召测指令，终端读取当前终端的信息，并通过前置采集反馈电量主站，主站根据当前终端的软件版本确认可以下发的终端升级文件，将终端升级文件分包发送到采集终端，采集终端升级完成后将软件升级状态通过前置采集反馈到电量主站进行结果确认。4.1.3.3. 终端参数读取流程图3.5终端参数读取业务流程图终端读取参数流程如图3.5所示，电量主站发送终端参数读取指令，通过前置采集以MQn报文的形式发送到采集终端，采集

14、终端接收参数读取指令，然后将读取到的设备参数信息通过前置采集的解析，将参数信息发送到主站进行相关参数信息的展示和存储。4.1.3.4. 终端参数设置流程1.1. 6终端参数设置业务流程图终端参数设置流程如图3.5所示，电量主站完成参数设置相关信息的管理,然后通过参数设置指令以MQTT报文的形式发送到采集终端，采集终端接收参数设置指令，并设置参数设备信息，将参数设置结果信息通过前置采集发送到主站进行相关参数信息的展示。1.2. 功能设计421.终端重启D终端状态监视对所有终端当前的运行状态进行监视2）单终端重启支持对单个终端进行复位操作，复位操作前要求有严格的密码验证机制。3）多终端重启支持对多

15、个终端进行复位操作，复位操作前要求有严格的密码验证机制。422.终端升级1）软件版本管理对升级程序版本进行管理；上传检测通过的厂家终端升级文件，对其升级目的、支持的原版本文件、升级后的新版本文件进行管理。2）终端零星升级对日常问题需进行零星升级的终端，由终端厂商发起终端升级任务申请，由业务主管部门进行审批。3）终端集中升级对大规模的升级需求，由升级管理人员对各终端厂商制定每周升级计划，根据计划集中安排升级。4）终端升级执行支持对已关联升级文件的终端执行升级任务，升级过程中需要设置严格的权限，只能对权限范围内的终端进行升级，详细记录升级日志。5）终端升级确认由终端厂商对每个终端升级结果进行确认，对于升级失败的终端可以再次进行升级。6）升级结果统计按单位、厂商、时间段对升级终端情况进行多维度的统计，以满足管控要求。423.参数查询D设备参数召测选择一个或多个终端进行终端参数召测。2）设备参数对比以后台定时发起、实时发起的方式采集终端参数并与主站参数进行比对，发现异常应提示，并进行异常消缺。424.参数设置D设备参数设置日常管理过程中，对单个终端参数进行设置，对终端设置终端配置