基于面向服务架构的智能调度系统

智能调度系统

（制作团队：12组）面向服务架构12组成员列表（组长/主讲人：）引言近年来，能量管理系统系统（EMS)、数据采集与监视控制系统（SCADA)广域测量系统、调度管理信息系统、电力市场系统、脱硫监测系统、在线预决策系统、信息披露平台等系统的建设和发展，丰富了电网监视和调控的手段。但目前大多数系统是信息孤岛，传统的SCADA系统中调度中心与变电站有通信，调度中心上下级有信息的传递，具备了纵向信息传输通道，而同级之间一般没有信息交换，通信存在障碍，不利于广域故障诊断、监控。对智能电网发展带来的调度需求不确定性应对力不从心。SOA面向服务体系基于DDS/IEC61850通信中间件是以SOA为软件架构的中间件。面向服务体系代表了一种基于“分解”概念的思想。任何事物要较为完美地构造、执行或者管理，应尽量以定义明确的相关功能集的形式来处理。例如：电力调度生产（活动）中所涉及的各个单元（例如省调、地调、变电站、电厂等等，各单位、部门以及具体到某具体点的设备）都是面向服务的个体。这些个体构成了不同的职能分工与团体。但是，一个职能单元不可能为一个调度过程提供所有的服务，因此就形成了一种分布式的服务环境。在这种分布式的环境中，各个职能单元之间是一种“松耦合”的关系，既相互独立又相互关联，存在着大量频繁的数据通信。分布式环境下服务应用在分布式环境下服务应用的实现方式主要有两种形式：一种是有中心的方式，另一种是对等（peertopeer)的方式。有中心的统框架存在无法克服许多问题：首先，当访问量较大的时候，处在中心地位的成员组织任务瞬间增大，易造成性能瓶颈；当中心组织成员出现问题的时候，整个系统会随之失效。在对等方式的系统框架中成员组织直接进行通信而不需要经过第三方（中心），从而实现了成员的隐私保护，避免了性能瓶颈，降低了对中心服务器计算和存储能力的要求，一定程度上达到了负载均衡的目的；同时随着成员的增多对等系统良好的可扩展性使得系统性能对比中心化系统存在较大的优势；当然对等模式也存在成员管理维护困难等问题。第一代调度系统

终端终端主机第二代调度系统

终端终端主机第三代调度系统

工作站工作站数据服务器数据服务器SOA的电力智能调度系统架构按照“统一调度，分层管理”的电网调度运行管理模式，按调度生产所涉及的基本生产单元进行粗粒度划分，最大限度的整合各个调度生产单元现有的信息系统。利用中间件技术屏蔽底层操作系统的复杂性，使程序开发人员面对一个简单而统一的幵发环境，减少程序设计的复杂性，将注意力集中在自己的业务上，不必再为程序在不同系统软件上的移植而重复工作，从而大大减少了技术上的负担。从业务角度理解，SOA是针对企业的一些旧的软件体系重新利用，进行整合，构建一套松散耦合的软件系统，同时也能方便的结合新的软件共同服务于企业的一个体系，使系统能够随着业务的变化更加灵活适用。针对电力调度生产的特点设计基于SOA的电力智能调度系统架构。SOA的电力智能调度系统架构（续）在面向服务的计算环境中一般包括服务运行时环境（ServiceRuntime）、服务总线（ServiceIntegrationInfrastructure）、服务网关（ServiceGateway）、服务注册库（ServiceRegistry）和服务组装引擎（ServiceChoreographyEngine）等。SOA基于的第三方支持系统和ESB服务总线负责提供最基本的面向服务的计算环境。服务运行时环境提供服务（和服务组件）的部署、运行和管理能力，支持服务编程模型，保证系统的安全和性能等质量要素。服务总线起服务中介的作用，能够以技术透明和位置透明的方式使服务使用者访问服务；实现服务中介和管理的重要前提是服务注册库支持存储和访问服务的描述信息；完成一个业务过程的服务组装任务由服务组装引擎负责；而在不同服务计算环境的边界进行服务翻译的工作由服务网关负责。基于SOA的电力智能调度系统架构图

省调地调网调中调基于SOA的第三方支持系统ESB（EnterpriseServiceBus）服务总线服务请求者大型大电厂中小型大电厂110kV变电所220kV变电所可再生能源服务服务提供者服务监听型自适应代理模型基于Agent的人类的社会行为建模是一个日益重要的研宂领域。Agent技术来源于分布式人工智能领域。Agent技术是一种处于一定环境下包装的计算机系统，为实现设计目的，能在该环境下灵活的，自主的活动。Agent具备自治性、社会性、反应性和能动性四个基本特性。Agent的特性使其成为实施中有效的手段。尤其是的交互性和主动性。例如，一个Internet上的用户需要使用Agent通信语言向主动服务Agent陈述信息需求。主动服务Agent在获得新的信息之后能够按照约定主动将其提交给需要的用户；一个工作流管理Agent,能够按照约定将最新的工作进展情况主动通报给有关的工作站。协议互认情况下Agent通信Agent之间通信，交互协议为事先约定好的协议时，Agent通讯模式：

Agent服务请求者Agent服务提供者1.服务请求2.服务应答服务监听型自适应代理模型当有新协议加入时，原有协议规则库找不到匹配协议，发生交互失败，为了保证通信成功，应该具备适应新协议的能力，也就是所谓的自适应性，因此之间通讯发生下图所示的改变：需新协议互认的通信

Agent服务请求者Agent服务提供者1.服务请求4.服务确认2.身份验证3.身份信息适合SOA架构的Agent模型1. 在Agent的模型基础之上，将原有模型改进成为具有服务监听功能的自适应模型，使之适合于SOA架构。2. 首先在原有的基础上加入服务发现模块。由服务发现模块负责不间断侦听网络，判断是否有服务需求。发现有服务需求，激活通讯模块，与提出服务请求的Agent进行通信。3. 并且在原有模型中添加一条有信息识别分发器到输出任务生成器之间通信信道，当交互协议为原有互认协议时，由输出任务生成器直接产生输出任务，以减少推理机工作量，提高响应速度。该模型能够在基于和的智能电网应用系统中更好的完成任务。具有服务监听功能自适应模型结构。服务监听型自适应流程图添加服务发现模块（不断监听网络）判断是否有服务请求有服务请求激活模块与提出服务请求的Agent进行通信添加一条有信息识别分发器到输出任务生成器之间通信信道交互协议为原有互认协议时输出任务生成器直接产生输出任务服务监听型自适应模块结构面向服务的理念改进推理机早期的Agent研究，关注重点在推理机。经过大量的研究，推理机技术己相对成熟。目前的应用以及其交互对象多为预先设定，是可预知的，对未在设定内的情况和信息识别有一定的困难，这也限制了其扩展性。随着面向服务的理念的推广，最大范围的整合资源和增强系统扩展性成为关注的中心。服务监听型自适应模型目的是通过增加的服务发现模块，使传统自适应可以更好的为面向服务架构的系统服务。满足对未预先设置在信息识别其中的服务提供者提供的服务进行识别，以便更大限度的利用全局空间中的服务资源。基于Multi-Agent的面向服务的电力调度系统架构Multi-Agent系统（MAS)由多个自主或半自主的智能体组成，每个或者履行自己的职责，或者与其他通信获取信息互相协作完成整个问题的求解。与单Agent相比，MAS的协作特性为基于SOA架构的系统提供了实施基础。除此之外对于本来就具有分布式结构的控制与自动化系统（如电力系统、过程控制等），特别适合采用多Agent系统体系结构。较之传统的控制系统，这种基于Agent的系统可以使系统的每一个成员具有更大的自治性。MAS的分布协调理念可广泛应用于各级EMS、DMS、厂站自动化系统之间的分布协调控制。面向服务的系统说明基于SOA计算环境，我们的企业级Agent将服务请求通过服务提出(即步骤1的)方式发布到企业服务总线，由企业服务总线中的ESB名空间来确定该服务应该属于那类企业及服务请求，并激活相应的业务服务注册Agent,由业务服务注册Agent找出符合请求条件的相应服务，将这些符合条件的服务信息发送给业务编排Agent。业务编排Agent根据知识库，推理机组成合理业务流程输出信息，反馈给服务请求Agent。服务请求Agent得到可用服务信息（即步骤2)后，向服务提供Agent发服务请求（即步骤3),经ESB网关，对步骤3的信息进行一系列的安全评估后，转给服务提供者Agent,服务提供者Agent对服务请求信息中的协议进行分析，若为己认可协议，如约定直接提供服务（即步骤8反馈订单确认信息，并提供服务）。面向服务的系统说明（续）如果协议为新协议，则进行步骤4身份验证。经ESB网关，身份验证信息到达服务请求Agent，服务请求Agent比对身份验证协议，如果为已有协议，则直接执行步骤7,向服务提供者反馈信用信息。如果身份验证协议为新协议，执行步骤5查询交互协议。ESB名空间向服务请求Agent提供步骤6交互协议，服务请求Agent进行协议配置（自适应），生成步骤7中的信用信息发给服务提供Agent。服务提供Agent对信用核对分析，符合企业要求则如约定提供服务（即步骤8反馈订单确认信息，并提供服务）。面向服务的系统流程1.企业级Agent将服务请求发布到ESB2.ESB确认该服务属于哪类企业及服务请求3.激活相应的业务服务注册Agent4.找出符合请求条件的相应服务5.发送给业务编排Agent6.输出信息并反馈给服务请求Agent7.服务请求Agent向服务提供Agent发服务请求8.经ESB网关，进行安全评估后9.转给服务提供者Agent进行协议进行分析面向服务的系统流程（续）1.若为己认可协议2.反馈订单确认信息3.提供服务1.若协议为新协议2.身份验证3.经ESB网关，身份验证信息到达服务请求Agent4.服务请求Agent对身份验证协议进行分析面向服务的系统流程（续）1.如果身份验证协议已有协议2.向服务提供者反馈信用信息3.如果身份验证协议为新协议6.服务请求Agent进行协议配置（自适应）5.ESB名空间向服务请求Agent提供交互协议4.查询交互协议7.信用信息发给服务提供Agent对信用核对分析8.符合企业要求则如约定提供服务9.反馈订单确认信息并提供服务基于的面向服务的系统结构图基于Mutil-Agent的面向服务的系统结构在电力调度系统应用实例电力调度生产的各个单位以Agent的身份参与生产，他们之间相互独立，各自内部独立自治。在第三方SOA支持系统Agent和ESB的协助下集成原有系统，相互协作完成任务。按调度生产所涉及的基本生产单元进行粗粒度划分，最大限度的整合各个调度生产单元现有的信息系统，如省调Agent，广域故障诊断Agent等。对于采用面向服务架构构建的系统，只需包装统一信息接口，以便保证在一定范围的“全局空间”中服务接口是一致。原有系统非面向服务架构的，在整合过程中，需借助基于SOA的第三方支持系统Agent提供服务发现和服务提供功能。基于Mutil-Agent的面向服务的系统结构在电力调度系统应用实例图

省调地调网调中调基于SOA的第三方支持系统ESB总线服务请求/提供者Agent广域故障诊断Agent大中小型大电厂110kV变电所220kV变电所可再生能源服务ESB网关ESB名空间服务注册业务编排案例分析和仿真系统以故障诊断系统和数据采集与监控制系统为案例进行分析，解释基于Mutil-Agent系统的面向服务的电力调度架构。以故障诊断系统Agent、数据采集与监控制系统Agent和ESB服务总线构成的基于Multi-Agent系统的仿真系统为例。故障诊断系统Agent将可提供的基本故障诊断服务包装成不同的服务，并将服务信息发布到ESB中的服务注册Agent。数据采集与监视控制系统Agent负责监控各个并网点，并进行数据采集。案例分析和仿真系统（续）以风电场并网为例，数据采集与监控系统监测各个并网点。当测得某风电场A并网点电压发生跌落，发出故障诊断服务请求，并同时将采集数据包装成服务，发布到ESB的服务注册Agent。ESB中的服务注册Agent负责两方面职责：①接收请求Agent发布的服务请求信息，经过提取、分类，然后通知服务管理Agent，触发服务管理Agent，编排业务服务，协调服务提供者和服务使用者双方，以及多个服务提供者之间协同工作。②接收服务提供Agent服务注册信息，将服务提供者信息和服务描述信息进行分类登记，以备服务管理Agent编排业务服务用。业务服务编排Agent负责给出协同服务业务流程。之间的交互式通过协议来进行的，对于常规协议事先己经规则库的形式固定在软件的Agent之中。对于新的通讯协议，Agent之间通过自适应的消息传递进行协商匹配。ESB网关对安全、服务质量和信用评价等。案例分析和仿真系统（续）以数据分发服务中间件RTIDDS和VS2013为软件开发平台，构建基于SOA仿真实验测试环境。配置小型局域网如下：含3台相同的台式机，一台笔记本，风力发电机和一台10/100M太网交换机。每台计算机安装WIN7操作系统，台式机配置均为英特尔（R）奔腾（TM）4CPU2.80GHZ，3GB的DDR2SDRAM和一个10/100Mpbs的网络适配器。发电机模拟风电场发电生产和并网。第一台PC连接DSPACE1104板为采样机，模拟数据采集与监视控制系统中并网点的IED。第二台PC部署故障检测系统，第三台模拟在线决策系统。案例分析和仿真系统（续）IED采集数据，并按照每200ms一组将数据打包成服务向外发布。当采集点线电压低于额定电压（预设值）时，发布数据服务包同时，激活故障请求线程，发布故障诊断服务请求。故障检测系统监听故障服务请求，当请求服务与提供服务匹配时，提供诊断服务。在线决策系统监听诊断服务、实时数据服务等等做需要服务，将综合决策结果打包成服务向外发布。总结提出了一种基于面向服务架构（SOA）的电力智能调度系统的解决方案。与传统体系结构相比，面向服务的电力系统架构将业务功能和业务逻辑分解成更小的独立功能和逻辑单元。然后通过聚合技术，将这些细分后的功能单元和逻辑单元再重构建成一个较大的业务逻辑单元，以实现服务的独立存在。从而达到电力调度生产中的各单元之间软件设计上保持低耦合度。SOA架构风格中的，最核心的服务抽象手段是采用一系列粗粒度的业务服务和业务流程来描述业务。业务服务由一个或者多个分布的系统协作实现，具有相对独立、自包含、可重用的特点。