用電信息采集全鏈路通信檢測系統設計與實現

中圖分類號：F407.61 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2025）23-0116-04

Abstract：Aimingatthefull-linkcommunicationdetectionrequirementsofpoweruserelectricityconsumptioninformation colectionsystems，adetectionsystemwithfunctionssuchaslow-voltagecentralizedreadingscenesimulation，communicationlink detection，depeningapplicationfunctiondetection，communicationmoduleinterconnectiondetection，presureandboundary testing，etc.isdesigned.Thesystemadoptsamodulardesign，usesanindustrialcomputerasthemaincontrolunit，andrealizes thesimulationanddetectionofthefullinkcommuicationoftemainstation-acqustionterminal-communicationunit（coector CCO，STA）-electricenergymeteroftheelectricityconsumptioninformationcolectionsystemthroughahuman-computer interactionunitvirtualmeterunit，spectrometer，radiofrequencysourceetc.Testsshowthatthesystemmetsthefull-link communicationdetectionrequirementsof thepoweruserselectricityconsumptioninformationcollctionsystemandworksstably.

Keywords：electricityconsumptioninformationcolection；communicationlinkdetection；pressreandboundarytesting; interchangeability testing;collector

隨著各類新興業務不斷涌現，“雙碳”目標、現貨交易催生全新業務場景，電網企業服務模式轉型升級需求對采集系統數據的頻度、質量及應用效果提出了更高要求。為了保障用電信息采集系統的有序推進，確保相關技術規范的落實，提升設備質量，必須對用電信息采集系統全鏈路通信設備進行全面檢測。目前還沒有專門針對全鏈路通信的專用檢測系統。利用通用檢測裝置進行傳統方式的檢測，需要取樣電路、隔離設備等額外的輔助工具，檢測手段單一，且自動化程度低。因此，有必要開展全鏈路通信的專用檢測系統的研制。

1檢測系統功能分析

根據Q/GDW10376—2019《用電信息采集系統》系列的通信協議、技術規范和檢驗規范，全鏈路通信檢測系統具有低壓集抄場景仿真、通信鏈路檢測、深

化應用功能檢測、通信模塊互聯互通檢測和壓力與邊界測試等功能。

1.1通信鏈路檢測

檢測裝置具備低壓集抄通信全鏈路報文檢測功能，包括監測采集主站、4G模塊與終端、CCO與終端、電力線和STA與電能表等的通信報文。

1.2深化應用功能檢測

檢測裝置具備寬帶載波深化應用檢測功能，支持南網寬帶深化應用的戶變關系識別、相位識別、停電上報、萬年歷同步、精準對時、資產管理、遠程升級、寬帶搜表、寬帶負荷曲線采集與存儲和數據轉發功能的檢測。

1.3通信模塊互聯互通檢測

檢測裝置支持對通信模塊寬帶載波互聯互通功能進行檢測，包括不同廠商終端通信模塊與不同廠商

電能表通信模塊在典型低壓集抄場景下的混合測試，包括數據抄讀、事件上報、停電上報、相位識別和戶變關系識別等業務場景的測試。

1.4 壓力與邊界測試

檢測裝置支持組織應用層報文在極端通信速率、極端報文長度、組織邊界狀態（長度、校驗和、命令字等）的測試報文開展壓力與邊界條件下的健壯性測試。包括極限抗噪聲、極限組網拓撲層級、極限低電壓通信測試和極限采集能力測試等用例。

1.5特定故障場景測試

包含錯誤檔案讀取、下行通信超時、電表時鐘超差等至少7種測試用例，驗證設備在檔案錯誤、通信超時、時鐘超差等現場可能存在的故障場景下檢測通信機制和通信內容是否合理和正確，驗證終端是否轉發錯誤命令。

1.6 通信網絡質量評估

通過采集與分析電力線載波通信交互報文，對報文中包含的數據鏈路層與應用層信息進行匯總、通信質量評估指標提取與統計、評估算法流程處理等操作，輸出評估結果，包括站點級與網絡級關鍵信息統計與特定問題告警等結論性信息，實現設備版本合規性檢查、報文參數合理性檢查、數據報文交互流程分析、組網穩定性檢查、通信成功率統計及抄表業務流程分析等功能。

2 檢測系統設計

2.1 系統結構

檢測裝置支持計量點接人數不少于500個，涵蓋采集器、單/三相電能表、采集終端等設備。整機由人機交互單元、頻譜儀、信號發生器、射頻源、信號處理單元和屏蔽單元等構成。系統結構如圖1所示。

工控機：運行測試系統軟件。

屏蔽單元：放置單/三相電能表、采集終端等設備。

信號控制單元：集成若干程控衰減器，通過調節各衰減器的值，模擬實際現場中的組網環境，

程控電源：用于提供標準隔離電源輸出，用于多個臺區、NTB臺區識別。

圖1系統結構示意圖

2.1.1 信道環境

寬帶載波信道實際注入工頻信號，采用具備工頻接入能力的程控衰減器控制信道衰減量，采用具備工頻耐受能力的噪聲注人端口模擬各種類型的電網噪聲注入。預留HRF信道專用天線、程控衰減器接入口。

2.1.2 屏蔽環境

檢測裝置采用全屏蔽模式，采用屏蔽箱體、屏蔽射頻組件等設備構建檢測環境。屏蔽箱體采用手動控制，便于更換待測通信單元。采用全屏蔽模式可以設定鏈路拓撲結構穩定的路由層級邏輯，利于開展在信道參量保持恒定狀態下的通信效能比對測試，可以有效隔離外部隨機干擾對測量結果的影響，保證測試的準確性。

2.1.3 拓展檢測

開展全鏈路仿真測試時，充分利用測試臺體的路由層級深、協商臺區數量大、信道參數穩定性高和拓撲結構靈活性高等優勢，提供穩定、可復現、極限信道條件的仿真檢測環境。

2.2 屏蔽單元設計

每個屏蔽單元都有HRF和HPLC兩種通信方式。每個屏蔽單元都有2層結構，放置單/三相電能表、采集終端等設備。屏蔽單元結構如圖2所示。

2.3 系統拓撲模型

2.3.1單臺區15級拓撲模型

1號屏蔽單元放置CC0，2～16號屏蔽單元放置單/三相STA。單臺區15級拓撲模型如圖3所示。

圖2屏蔽單元結構示意圖

圖3單臺區15級拓撲模型

2.3.2單臺區7級拓撲模型

1號屏蔽單元放置CC0，2～16號屏蔽單元放置單/三相STA。單臺區7級拓撲模型如圖4所示。

圖4單臺區7級拓撲模型

2.3.3 雙臺區拓撲模型

11號屏蔽單元放置臺區A的CCO，7～11號屏蔽單元放置單/三相STA。

12號屏蔽單元放置臺區B的CCO，12～16號屏蔽單元放置單/三相STA。

雙臺區拓撲模型如圖5所示。

圖5雙臺區拓撲模型

3測試軟件構架與功能

3.1 軟件功能

檢測裝置測試軟件滿足以下功能要求： ① 軟件系統設計具有同相關臺體的交互協議且軟硬件的相對獨立； ② 測試軟件和臺體遵循標準通信協議和接口規范，降低了軟硬件的關聯性； ③ 具備使用授權管理，防正未授權人操作； ④ 測試軟件具有測試方案管理、測試項目可定制化、測試結果管理等功能； ⑤ 測試內容涵蓋《國網計量中心雙模通信單元（芯片級）互聯互通試驗檢測公告》的各項檢測項目和要求。

測試系統運行過程中，實時監控各個作業環節及設備運行狀況，故障界面可即時自動彈出。報警信息可至少儲存 30d 測試系統具備完善的操作維護日志，自動記錄測試方案維護、手動操作、軟件升級等信息。采用風格一致的人機操作界面，布局合理、簡潔且實時數據刷新周期不大于1s。

3.2 運行架構

根據系統的邏輯架構，設計軟件運行相關的線程、中斷服務程序，以及由此引發數據通信問題和線程間的加鎖處理。系統運行架構如圖6所示。

圖6系統運行架構

3.2.1 軟件資源生命周期

軟件在各層包含的線程、中斷服務程序、系統內存等對象。全部是在系統啟動初始化或功能啟動時創建，在系統退出時銷毀。

3.2.2 軟件加鎖機制

業務進程任務鏈表：主線程調用任務鏈表需要進行任務添加，業務進程管理線程調用任務鏈表彈出相應的任務執行并刪除任務，線程存在并行執行的情況，需要添加互斥鎖。

TCP管理內存對象：TCP數據發送或TCP事情發生時會對TCP管理內存對象相關參數操作，鏈路檢測定時器中斷程序執行時，也會對TCP管理內存對象操作，因此需要在調用TCP管理內存對象時，添加互斥鎖。

4測試結果與分析

系統共包含80余個測試項目，為了驗證設計的檢測系統的有效性，進行實驗分析。以“全網組網測試\"\"輪次抄表測試\"“搜表測試\"和\"事件上報測試\"為例，測試項目及結果見表1。

通過表1能夠看出，240個節點，組網耗時為 28min 平均抄讀耗時為 1.27s ，且各項測試的準確率均為100% ，說明設計系統的檢測時間短，檢測準確性高，系統的有效性好。

表1測試報告明細

5結束語

用戶用電信息采集系統全鏈路通信檢測系統在研制過程中，依據國家和國網公司有關技術標準、規程和要求進行設計，充分考慮了設備的實用性和專用性，可覆蓋系統主站-采集終端-通信單元-電能表等設備的全鏈路通信的仿真與檢測，并提供通信鏈路檢測、深化應用功能檢測、通信模塊互聯互通檢測和壓力與邊界測試等多種檢測功能，為標準的貫徹執行和設備質量檢測提供了有力手段。

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