黃 偉 ，李 澄 ，崔宇昊 ，熊 政 ，李新家

（1.江蘇方天電力技術有限公司，江蘇 南京 211102；2.長沙威勝電子有限公司，湖南 長沙 410013）

智能電網的建設對電能儀表提出了更高的技術應用要求，這依賴于智能電能表的通信協議具有互操作性。而目前現行的電能表通信協議各種規(guī)范很不統一，主流表計規(guī)約是DL/T 645及其各種擴展版本；系統規(guī)約有浙江（廣東）的系統規(guī)約、國電的系統規(guī)約、上海系統規(guī)約、DL/T 719—2000（IEC 60870-5-102）以及各種派生版本的102規(guī)約等。這使得在電能表集成應用的過程中帶來了許多規(guī)約轉換的問題，難以實現互操作，嚴重制約了未來智能電網下電量信息的高度智能化應用。IEC 62056 DLMS規(guī)約標準是國際上惟一的關于電能測量：抄表、費率與負荷控制的數據交換標準，它充分借鑒面向對象、異構信息集成領域等一些先進技術，規(guī)范了電能計量領域信息模型。

1 IEC 62056標準介紹

1.1 IEC 62056標準國內應用現狀

IEC 62056標準于1999年正式發(fā)布，2002年開始有產品通過標準相關測試認證。該標準主要在歐洲獲得普遍應用，目前國外主要的制造商有Landis+Gyr，Siemens Metering，Actaris Mtetering Systems等，國內主要制造商有長沙威勝、科陸電子等。

2007年黑龍江省投資20億元人民幣研制的電力載波抄表系統中最終決定采用IEC 62056 DLMS通信規(guī)約。一些如蘭吉爾ZD400，Actaris SL7000等支持DLMS規(guī)約的電能表也正在國內逐步應用。

1.2 IEC 62056標準國內應用較少的原因

雖然該標準已經頒布了近十年，相對歐洲而言，該標準在國內并沒有獲得太大的應用?？赡苤饕腔谝韵略?。

（1）一個通信標準從頒布到推廣大規(guī)模應用需要漫長的時間，要求直接采用IEC 62056標準可能會導致很多儀表與設備的更換，其成本非常高昂，客觀上也限制了新技術的應用，需要有一個平滑的過渡時期。

（2）用戶與廠商在遇到新的生產運行中某些具體問題需求下，如電能表增加新功能、系統功能改變或擴充等，寧愿沿用現存規(guī)約，在其基礎上通過自定義與擴展來解決問題，而不愿意投入時間和精力對國際標準進行應用研究。

（3）我國大規(guī)模用電負控管理系統、電力信息綜合管理系統等的建設才開始，對于電網損耗、電能質量等的分析監(jiān)管剛起步，對電能量信息集成與交互要求相對較低。但是今后隨著智能電網建設的積極推進，相信其應用需求對通信協議的互操作性依賴會越來越高。

基于以上原因，IEC 62056標準在國內并未獲得積極的推廣應用，但是未來必須要解決通信協議互操作問題，IEC 62056標準是可行的解決方案之一。目前力推的新版國網DL/T 645提高了協議的互操作性，加強了協議的一致性測試；另外，IEC 61850標準作為全球變電站統一通信標準在國內已獲得了成功推廣應用，將IEC 61850標準應用到電能計量通信的相關研究正在展開。因此，未來很可能存在 IEC 62056，DL/T 645，IEC 61850 等多個協議應用之爭。

1.3 智能電表與IEC 62056標準

目前國內對智能電表還沒有統一的定義，智能化本身是一個不斷發(fā)展的概念，現階段目標是實現自動抄表、定制電力、電網與用戶雙向互動，特征表現為技術先進、節(jié)能高效、服務多樣、靈活互動、友好開放。

對于智能電表的一些應用展望，例如可以利用智能電表監(jiān)測用電及價格，實現用能狀況、電費構成可視化展示和智能控制；實現客戶用電信息實時監(jiān)測，異常狀態(tài)在線分析、動態(tài)跟蹤和自動控制；以及實時診斷客戶用電設備健康狀況，為客戶提供安全用電服務。這些高級功能的應用對電能表數據交換要求提出了更高要求。

（1）面向更多的數據交互方。

（2）需要更加注重數據安全性，提供各交互方不同的數據訪問權限。

（3）需處理更多數據量。抽象數據、能量、需量、瞬時值、費率信息、曲線/歷史數據、電網損耗、電能質量、負荷控制、I/O信息（監(jiān)測輸入、控制輸出）等。

（4）需更頻繁的數據交換。

（5）需更友好的用戶接口與定制服務。

解決電能表通信互操作問題是實現高級智能化功能的必要基礎。IEC 62056標準在國外已有很多成功案例，在國外的智能電網建設中發(fā)揮了積極作用，完全能滿足我國在智能電網中的應用要求。

2 IEC62056與DL/T645和IEC61850比較

2.1 IEC 62056與DL/T 645比較

DL/T 645通信協議是采用線性化格式的表述形式如表1所示。

表1 采用線性化格式的DL/T 645幀格式

其在固定的字節(jié)域有特定約束好的內容，每一幀報文格式相對變化不大，僅是控制命令字、數據內容上略有差別，這類報文格式一般不長。而IEC 62056不僅僅是一個通信協議，它更是一個龐大的標準體系，在抽象建模完善的應用層基礎上，最終將信息映射到了ASN.1編碼，通過抽象語法描述，每一個數據幀并不完全固定[1]。通信數據幀采用A-XDR編碼規(guī)則，數據結構完整（如名稱+數值+數據類型+單位+量程等），可自我解釋，另外通信環(huán)境也可自動協商，這使得各儀表、系統制造商的不同產品之間，無需人為干預就能相互通信。

線性化協議每一個數據項位置是固定的，而ASN.1語法采用了復合式的層次結構，基于ASN.1編碼的協議相對線性化協議增加擴展更加容易。但線性化協議編解碼過程簡單直觀只需要按照字節(jié)位置存取數據即可，而ASN.1編碼相對較為復雜。另外基于ASN.1編碼的協議一般還有上層應用層協議，由于應用層協議各個功能模塊可以相互獨立，所以，協議改動并不會影響整個通信協議的構架改變，因此具有更好適用性。目前很多通信標準都映射成ASN.1編碼進行傳輸，例如IEC 61850標準。

2.2 IEC 62056與IEC 61850比較

IEC 62056與IEC 61850標準都是IEC下系列標準，標準制定的思路基本相同，其目的都是要解決各自領域下儀表或設備的互操作問題。IEC 62056主要應用到水、電、熱、氣等計量領域，而IEC 61850主要應用于變電站內通信。

標準體系框架如圖1所示，2個標準都是基于服務器與客戶端模式，電能表或者站內設備作為服務器端，抄表主站或監(jiān)控后臺作為客戶端。2個標準都采用了面向對象技術，規(guī)范了邏輯設備、邏輯節(jié)點、公共數據類、抽象通信服務接口等，提供了報告、日志等服務機制，并最后都將應用層協議映射到ASN.1編碼，IEC 62056標準采用A-XDR編碼方式，IEC 61850標準采用BER編碼方式。

圖1 IEC 62056與IEC 61850標準體系框架

IEC 61850標準中規(guī)范了抽象通信服務接口（ACSI），ACSI是 IEC 61850 標準的核心所在，它使得協議數據、功能與通信技術分離，擁有足夠的開放性以適應未來新的通信技術的發(fā)展，未來即使新的通信技術出現，ACSI定義的數據功能可以繼續(xù)延用，而只需要將ACSI映射到新的通信技術。這一突出的技術特點保證了用戶的長期投資利益，同時為不同廠家間產品實現互操作奠定了基礎。

IEC 62056也有類似理念，其IEC 62056-42對物理層的服務和規(guī)程進行了標準化，該協議層功能可由一個通信接口模塊實現，通信接口模塊對上提供標準的物理層服務和規(guī)程，對下實現對不同信道特殊性的適配。另外，該通信接口允許增加或更換具有不同功能（如支持不同的通信信道）的模塊，而不影響核心測量設備電表本身，這同樣為不同廠家間產品實現互操作奠定了基礎。

IEC 62056與IEC 61850相比，其實現電能表自描述的方式不同，IEC 62056標準采用由儀表中自動讀出的對象列表清單，而IEC 61850標準則采用電能表自身功能與系統的描述配置文件。相對而言，IEC 62056標準沒有IEC 61850標準直觀、全面，這也可能是今后IEC 62056需進一步補充的部分。

通過類比IEC 61850-6部分配置語言的描述，可借鑒IEC 62056中對電能儀表的模型、數據類型與服務功能的約束，實現了儀表與系統的信息與功能自描述XML文檔，以解決IEC 62056中自擴展數據實現自解釋，方便電能量管理系統開發(fā)、維護與擴展，實現的IEC 62056電能表信息配置格式如圖2所示。

圖2 IEC 62056電能表信息配置格式

變電站內電能表通信屬于整個變電站通信一部分，而IEC 61850標準已獲得推廣應用的全球統一變電站通信標準，相對IEC 62056而言已獲得更多的認可，同時從全站保持統一規(guī)約的角度考慮，IEC 61850標準也是一個可行的選擇。但由于IEC 61850標準是針對變電站內的通信系統制定的，其對用于計量需求的邏輯節(jié)點模型的定義較少。目前已有相關研究對IEC 61850標準邏輯節(jié)點按計量需求進一步加以擴充以滿足適用于電能計量需求?？傮w而言，IEC 62056在抽象建模上直接映射成數值而非IEC 61850的路徑字符串使得信息量傳輸相對較少，雖然不直觀，但可能更適合低成本下減少通信數據量，提高效率。另外IEC 62056標準基于A-XDR的編碼方式也較IEC 61850標準的BER編碼更為精簡。

3 IEC 62056 DLMS規(guī)約的應用研究

3.1 IEC 62056 DLMS抄表軟件研制

研究中構建了一個抄表系統由DLMS規(guī)約抄表軟件客戶端、符合DLMS/COSEM規(guī)范的計量表計組成，表計和表計、表計和計算機之間通過485總線連接。DLMS電能表的抄讀流程分為以下幾個步驟[2]。

（1）建立應用連接（AA）連接。操作員首先設置好建立連接所需的電能表參數，如設備地址、通信波特率、是否需要用戶口令等，建立連接需要從底層開始，首先確認物理通信信道的已正確連接（對于采用RS485總線的方式，需接好通信數據電纜），然后規(guī)約檢測軟件會發(fā)出建立鏈路層連接指令、之后才是建立應用層連接的指令，以建立應用連接。在建立AA的過程中，抄表系統自動與電能表進行通信參數的協商，同時也確定了用戶所能訪問的數據權限。

（2）讀取電能表COSEM對象列表清單，對于已經讀取到對象清單的電能表，此步驟可以省略。IEC 62056標準是按照面向對象的方法構建電能表模型的，通過使用標準化的接口類的實例對象來封裝各個數據相關對象，包括電能量、需量、瞬時量等。所有這些對象都存放于一個對象列表中，只要讀取到這個列表，抄表主站系統就可以了解到該電能表的所實現的功能、能提供哪些數據量，從而達到自解釋的目的。

（3）數據抄讀。IEC 62056標準采用對象封裝數據對象，因此可以通過抄讀相應對象的屬性值來獲取數據。通過數據對象標識、即邏輯名屬性來獲取該對象的名稱。

（4）斷開應用連接。在完成所有的數據操作之后，可以斷開當前的所有連接。

DLMS規(guī)約抄表軟件由3部分構成：物理通信設備管理、DLMS通信協議棧及各抄表功能模塊構成。物理通信設備為PC機串口，由抄表功能模塊設置相應通信參數；DLMS通信協議棧專門負責協議的處理，包括各標準服務原語的解析、封裝，通信幀的組包、分包，通信幀的校驗計算與監(jiān)測等[3]。抄表功能模塊是本軟件的核心部分，負責處理各個數據對象、顯示界面、連接管理、用戶接口等，抄表軟件主要軟件功能示意如圖3所示。

3.2 研制的DLMS電能表接入某計量采集系統應用情況介紹

通過開發(fā)了DL/T 645到IEC 62056協議轉換將一塊DL/T 645電能表實現支持DLMS規(guī)約，并將其接入某省公司計量采集系統試用，在聯調的時候遇到以下問題。

圖3 抄表軟件功能模塊示意圖

（1）該計量采集系統雖然能支持蘭吉爾的DLMS電能表的接入，但是無法動態(tài)支持不同廠家的DLMS模型。其主要原因是該系統并非按IEC 62056標準嚴格開發(fā)，而是仍循用DL/T 645線性化協議開發(fā)思路，嚴格固定了每一幀報文格式，僅支持蘭吉爾特定型號DLMS電能表。對于一個標準的計量系統DLMS通信接口應滿足以下要求：①采用標準的儀表模型；②采用通用的公共語言與通信服務；③按標準實現通信流程控制，數據報文解析、數據對象處理、通信參數的協商等；④通過一致性測試認證。

（2）該采集系統未做報文分幀處理，當有一項數據部分分在兩幀的時候，采集系統將不處理該項數據，被舍棄掉，其結果會導致系統認為表中還有數據項未發(fā)送完成會陷入死循環(huán)發(fā)送。對于傳輸長報文，DLMS數據鏈路層支持分幀的方式，將一個長的數據報文分成若干個小的報文發(fā)送給抄表設備。例如，當上層協議層（應用層）將經編碼好的一個長度為224個字節(jié)PDU發(fā)送給數據鏈路層。但數據鏈路層資源有限，最多一幀只能發(fā)送128個字節(jié)，此時鏈路層將啟動分幀流程將PDU至少分成2幀發(fā)送，若鏈路層一幀最多只能發(fā)送60個字節(jié)時，將會分成至少4幀發(fā)送。鏈路層一幀所能發(fā)送的最大字節(jié)數在建立連接時是已經與抄表設備協商好。

通過測試情況表明目前國內對DLMS的應用還存在一定的不足，一些采集系統一般是單純的針對特定的廠家DLMS電能表模型，開發(fā)與之匹配的固定格式規(guī)約，一旦儀表邏輯模型發(fā)生變化將無法互通。因此，對于支持IEC 62056的抄表客戶端也應提供相應的一致性檢測。

4 結束語

文章介紹了IEC 62056當前在國內的應用情況，以及其與DL/T 645、IEC 61850等通信協議的區(qū)別；提出了基于IEC 62056的配置描述文件格式和DLMS電能表一般抄表步驟；最后介紹了在DLMS電能表接入某計量采集系統遇到的問題。通過對IEC 62056的深入研究，探尋解決電力計量通信領域互操作的解決方案，相信該標準在未來有可能獲得更加積極的推廣應用。

[1]董 良，譚志強.IEC 62056抽象語法描述研究[C].第四屆全國電磁計量大會文集，2007.

[2]石 娜，金心宇.基于DLMS/COSEM的網絡化遠程自動抄表系統[J].電測與儀表，2008（5）.

[3]崔宇昊，陸文遠，楊曉科.IEC 62056電能表模型設計與仿真[J].電測與儀表，2008（5）.