用電信息采集系統中多源異構通信協議設計

摘 要： 數據采集終端中上下行數據通信遵循的通信協議不同，導致主站接收數據與電能表采集數據的質量不同，也無法保證產品的復用性。現有的面向對象協議對終端不同功能模塊數據統一通信的支持還不完善，導致終端的數據采集耗時較長。因此需要設計一種支持多源異構數據的通信協議，保證終端的各功能模塊能夠快速、統一的進行數據通信，有效提高數據采集效率。對現有的面向對象通信DLT698.45協議進行擴展，在各個功能模塊中增加了相應的屬性和方法，實現對不同功能模塊中多源異構數據通信的支持。實驗測試中使用多源異構通信協議的終端在功能和性能上明顯優于面向對象通信協議，將多源異構協議應用到終端產品中可以增強終端的各項功能支持，同時顯著提高數據采集效率。

關鍵詞： 多源異構通信協議； 用電信息采集； 面向對象協議； 數據采集； 復用性； 電能表

中圖分類號： TN98?34； TP321.11 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2018）02?0145?03

Abstract： The up and down data communication of the data acquisition terminal follows different communication protocols. As a result， the quality of the data received by the main station is different from that of the data collected by electric energy meter， and the reusability of the product cannot be ensured. The current object?oriented protocol cannot well support the unified communication of data from various modules of the terminal， which results in more time for data acquisition of the terminal. Therefore， it is necessary to design a communication protocol supporting multi?source heterogeneous data to ensure all the modules of the terminal can communicate quickly and uniformly， so as to improve the efficiency of data acquisition effectively. The current object?oriented communication protocol DLT698.45 is extended. The corresponding properties and methods are added in all functional modules to realize the support of multi?source heterogeneous data communication. In the test experiment， the terminal using multi?source heterogeneous communication protocol has an obvious function and performance advantage in comparison with the one using object?oriented communication protocol. Applying the multi?source heterogeneous protocol to terminal products can enhance the function support of the terminal and significantly improve the data acquisition efficiency.

Keywords： multi?source heterogeneous communication protocol； electricity utilization information acquisition； object?oriented protocol； data acquisition； reusability； electric energy meter

0 引 言

用電信息采集系統是智能電網的重要組成部分，用于對所有用戶的用電信息進行采集、統計和處理等。常用的用電信息采集系統中終端多為模組化終端，將不同功能整合為模塊集成到一個終端中，如控制模塊、RS 485模塊、遙信脈沖采集模塊、通信模塊、載波模塊等。終端上下行采用不同的通信協議，主站與終端通信遵循采集Q/GDW 376.1[1]，IEC62056或DLT698.45[2]通信協議，而終端與電能表通信遵循DL/T645或DLT698.45協議。每個功能模塊內部單獨定義內部的通信協議通常僅供模塊內部使用，而每個模塊的數據標識和數據格式不統一，終端需要進行協議的轉換即對數據格式和數據內容的變換和重組，導致主站的數據質量問題。同時終端的上下行協議不統一也導致產品的復用性和規范性無法得到保障。

傳統的實現采集終端上下行協議統一的方法是擴展現有的面向業務型的協議，增加各項業務的數據項定義。然而每次增加數據項均要對主站、終端和電能表的程序升級，導致系統的維護效率較低。如文獻[3?5]在用電信息系統中設計的各類通信協議。隨后有人嘗試引進國際信息采集通信標準IEC62056[6]，但該標準并不完全適合國內的使用環境。文獻[7]通過對現有用電信息采集系統通信協議的研究和分析，指出自主研發統一化、面向對象的協議更符合國內用電信息采集的實際情況。文獻[8?9]設計了一種基于面向對象互操作技術的用電信息采集系統通信協議；文獻[10]使用面向對象技術實現了基于農村電網的用電信息采集系統。目前國家能源局已經發布了電能信息采集與管理系統中的面向對象的互操作性數據交換協議[2]。但是現有的面向對象協議在支持終端上下行協議的統一方面并不完善，導致終端的數據采集耗時較長。endprint

在模組化終端中上下行協議需要將不同功能模塊的多源異構數據與主站進行數據通信。本文主要工作是在用電信息系統中對現有的面向對象通信協議進行擴展，實現多源異構通信協議的設計。多源異構通信協議的應用可以避免因協議頻繁修訂而造成的軟件采集系統軟件頻繁更新，降低用電信息采集系統的維護成本，可有效提高數據的采集效率。

1 用電信息系統多源異構通信協議總體設計

多源異構通信協議屬于應用層協議，設計目的是完善和優化業務功能。多源異構通信協議的開發采用面向對象的方法，遵循面向對象的互操作性數據交換協議規范，對現有的面向對象協議進行擴展，在滿足業務需求的基礎上提高業務執行效率，同時可以方便各功能模塊的復用、修改和擴展。

多源異構通信協議適用于模組化終端各功能模塊的通信，功能模塊通常包括交采模塊、載波模塊、RS 485模塊、通信模塊和遙脈模塊等。交采模塊提供基礎數據和相關處理后的數據，包含電壓、電流、功率、諧波、需量、相角等。載波模塊和RS 485模塊通過不同接口和介質抄讀不同的電表數據，而遙脈模塊主要采集遙信和脈沖信號。通信模塊滿足主站跟集中器進行通信，現有的通信協議主推DLT698.45面向對象協議，協議內容包含集中器本體的數據和事件，集中器采集的測量點的數據和事件，測量點的數據和事件的格式按照DLT698.45面向對象協議進行傳播。

多源異構協議的實現辦法是在現有的面向對象協議基礎上進行擴展，在每個模塊中增加一些屬性，使得只要增加數據標識即可增加功能，其他模塊也可以同樣繼承該數據標識，即可完成功能增加，而不需要在每個協議中均增加類似Q/GDW 376.1協議的FN數據項，可以有效地避免代碼處理工作量的增長。

2 多源異構通信協議模塊實現

多源異構通信協議對面向對象協議的主要擴展如表1所示。RS 485模塊包括門節點輸入接口和告警輸出接口兩路接口，RS 485接口用來采集電能表數據，門節點輸入用來采集門節點狀態信息，告警輸出是在終端對用戶發出跳合閘控制命令之前發出告警信息。RS 485模塊需要對F224和F223進行擴展。

遙信脈沖模塊包括2路遙信輸入接口和2路電能表脈沖輸入接口，遙信輸入和脈沖輸入都是0?1狀態。該模塊需要對F222和F20A擴展，F20A的屬性3提供脈沖個數和相關時標基礎數據，為電能量計算提供數據支撐。

通信模塊包括遠程通信和本地通信，遠程通信模塊用于主站與終端通信，采用GSM，GPRS，CDMA等方式，需對其F221對象擴展。本地通信模塊采用電力線載波通信方式或民用無線電專用頻段通信方式，用于與采集器、以及與電表之間通信，需對其F209擴展。

控制模塊主要是轉發處理顯示模塊對用戶的跳閘合閘等控制命令，從而配合完成終端的控制功能，需對F220，F205和F203的擴展。

3 多源異構通信協議分析

本文設計的多源異構通信協議已經在最新的模組化終端中實現和應用。在功能方面，多源異構協議除了具有傳統的面向對象協議所支持的數據采集和面向對象功能外，還支持模組化功能。多源異構協議的設計基于傳統的面向對象協議進行擴展，模組化功能是多源異構協議設計中考慮的一項核心功能。多源異構通信協議解決了模組化終端模塊之間的兼容性問題，提供統一數據處理單元，極大程度上方便了對數據的統一處理，避免了重復工作，同時也降低了出錯概率。

以實際使用新終端的兩個臺區為例，臺區1包含132塊電表，臺區2包含138塊電表。在2017年5月15日—22日期間，分別測試使用不同協議的終端對兩個臺區進行數據采集所耗費的時間。

臺區1的采集耗時如圖1所示，使用傳統面向對象協議的終端每日的數據采集時間顯著高于使用多源異構協議的終端。測試結果表明，在整個測試周期內使用傳統面向對象協議的終端進行數據采集的平均耗費時間是11.5 min，而使用多源異構協議的終端的平均數據采集耗時為7.4 min。

臺區2的采集耗時如圖2所示，使用傳統面向對象協議的終端每日的數據采集時間高于使用多源異構協議的終端，且兩類終端每天數據數據采集時間的變化趨勢也并不相同。

測試結果表明，在整個測試周期內使用傳統面向對象協議的終端進行數據采集的平均耗費時間是9.6 min，而使用多源異構協議的終端的平均數據采集耗時為7.9 min。

從上述結果可以看出，使用傳統面向對象協議的終端的數據采集時間在不同臺區之間波動較大，而使用多源異構協議的終端的采集時間波動較小。因此，使用多源異構協議的終端不僅可以降低數據采集時間，還可以提高數據采集的穩定性。

4 結 語

用電信息系統中終端在上下行數據傳輸過程中需要處理不同功能模塊的不同數據，面向對象的通信協議對多源異構數據通信的支持不足。本文設計的多源異構通信協議對現有的面向對象通信DLT698.45協議進行擴展，在各個功能模塊中增加了相應的屬性和方法，實現對不同功能模塊中多源異構數據通信的支持。實驗測試中使用多源異構通信協議的終端在功能和性能上明顯優于面向對象通信協議。

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