劉 宣，鄭安剛，張樂群

（1.中國電力科學研究院計量研究所，北京 100192；2.青島鼎信通訊股份有限公司，山東 青島 266071）

用電信息采集系統(tǒng)數據傳輸協議的發(fā)展趨勢研究*

劉 宣1，鄭安剛1，張樂群2

（1.中國電力科學研究院計量研究所，北京 100192；2.青島鼎信通訊股份有限公司，山東 青島 266071）

研究用電信息采集系統(tǒng)數據傳輸協議的發(fā)展趨勢，在分析國內現行協議的兩種通常的改進方法——擴展自主協議和引進國際標準的基礎上，提出未來協議發(fā)展方向的建議，即采集終端上下層協議統(tǒng)一，降低協議與具體采集任務的牽扯和采用面向對象思想構建協議。在現有的采集系統(tǒng)下，本協議的實施對于絕大部分的硬件僅需修改軟件程序，無需大規(guī)模更新設備，可行性強。所述協議模型可有效提高任務執(zhí)行效率，避免協議頻繁修訂，降低用電信息采集系統(tǒng)的維護成本以及提高行業(yè)標準的權威性、統(tǒng)一性。

用電信息采集系統(tǒng)；數據傳輸協議；發(fā)展趨勢；統(tǒng)一化；面向對象

0　引 言

隨著微電子技術和通信技術的發(fā)展，以智能儀表、現代通信設備為基礎的AMI/AMR系統(tǒng)正在逐步取代人工抄表。用電信息采集系統(tǒng)即是AMI/ AMR的一種表現形式，其終端等采集設備通過各種通道及方式[1-4]將采集到的計量信息上傳至系統(tǒng)主站。遠程抄表不僅僅是技術的革命，也是電力行業(yè)實現信息化[5]管理的一種新型營銷模式。它的出現對電網的發(fā)展具有里程碑式的意義。

提高遠程抄表系統(tǒng)的運行效率，保證計量數據傳輸的正確性，是電網建設工作的重中之重，而通信協議起到了關鍵的橋梁作用。Q/GDW 376.1和DL/T 645的制定，奠定了大規(guī)模建設用電信息采集系統(tǒng)的基礎。然而，基于當時業(yè)務特征制定的通信協議逐步顯露出被業(yè)務變化牽扯而頻繁被動修改的情況。因此，有必要結合國內采集系統(tǒng)的實際情況，統(tǒng)籌分析，兼顧當下與未來的電網發(fā)展需求，來考慮改進采集系統(tǒng)的通信協議。本文將基于國內情況，對用電信息采集協議發(fā)展趨勢做出分析，進而給出一些新協議方向上的建議。

1　用電信息采集通信協議發(fā)展趨勢

1.1現行協議的發(fā)展方向分析

1.1.1遠程抄表系統(tǒng)構架

國內用電信息采集系統(tǒng)設計模式見圖1。它由主站負責下發(fā)采集任務，電能表部分負責計量用戶用電數據。如圖1所示，目前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系統(tǒng)通信協議，如Q/GDW 376.1[6-7]或IEC62056[8]；終端與電能表通信遵循DL/T645[9-10]協議。

圖1　國內用電信息采集系統(tǒng)設計模式

由于系統(tǒng)主站協議與電能表通信協議數據的標識與數據格式均不同，所以在信息傳輸過程中，終端須有協議轉換的過程。這給用電信息采集工作帶來了兩個問題。第一，在協議轉換過程中，數據格式被改變，數據內容被重組，系統(tǒng)主站收到的數據并不是電能表的原始計量數據。數據的合法性與溯源性存在疑問。第二，終端上下行協議都存在不同版本，二者的組合方式也就變得更多，從而致使無法給出終端的統(tǒng)一規(guī)范，規(guī)范組合繁多也給設備生產廠商造成了一定的困難。

1.1.2擴展現行協議

目前的絕大部分拓展業(yè)務都是通過拓展協議完成的。因為現行的協議均屬于面向業(yè)務型的協議，數據項需要根據業(yè)務要求來枚舉定義，而業(yè)務上沒有明確的數據項不可使用。這種協議的優(yōu)點是引用數據的邏輯簡單，構成系統(tǒng)簡單直觀，只要協議中有與業(yè)務對應的數據項定義，就可以直接調用數據標識。但是，為了滿足各地不同的新業(yè)務特征需求，此種類型的協議必須要不斷增加數據項定義。不僅如此，對于修改的每一項數據標識都要單獨編寫新程序，導致主站、終端和電能表都可能需要做相應的程序升級，維護效率較低?，F行協議在各地已經存在多種擴展版本，如Q/GDW 376.1協議有2009與2013版本及許多地區(qū)性差異等。因此，繼續(xù)擴展下去統(tǒng)一難度將進一步擴大。所以，協議的發(fā)展要朝著降低與業(yè)務的牽扯的方向進行。

1.1.3引進國際標準

國內也在嘗試引進國際標準，目前已有少部分地區(qū)使用的主站-終端通信協議就是基于IEC62056制定的。IEC62056邏輯嚴密，數據項定義有層次，采用自解釋語法結構，是一套龐大的水電氣熱計量信息采集通信標準體系。

但是，IEC62056并不完全適合國內的使用環(huán)境。IEC62056標準體系是針對歐美小批量經營管理模式制定的，與國內的表計數量不在一個量級，國內的表計數量遠多于歐美。IEC62056是面向主站與電能表直接通信模式制定的，而在國內的分層抄表架構下，主站在大多數情況下不與電能表直接建立通信鏈路。此外，IEC62056本身也缺乏與終端相關的功能支持，如事件、控制、總加、計劃任務等。因此，由于協議制訂的背景環(huán)境不同，其不免水土不服。

IEC62056對象標識系統(tǒng)是體現協議組成的重要部分。IEC62056的對象標識系統(tǒng)（IEC62056-61）在最初的版本里定義規(guī)則性很強，但因后續(xù)多次小范圍局部修訂和補充而變得凌亂。對象屬性的調用，因涉及所屬接口類（IEC62056-62）的父類與子類選擇問題，系統(tǒng)邏輯有些復雜。IEC62056中，組合型數據所包含的數據項無法靈活修改，這也是目前通行協議都無法解決的問題。所以，IEC62056因其自身的技術原因以及客觀上不適合國內使用環(huán)境，現有使用范圍較小，繼續(xù)擴大使用范圍存在一定難度。

1.2未來協議的發(fā)展方向

綜合1.1節(jié)所述，根據國內的實際情況，研發(fā)自主協議才是國內用電信息采集工作未來更合理的重點，且自主協議的研發(fā)應該朝著以下幾個方向進行。

1.2.1協議統(tǒng)一化

由1.1.1分析可見，在圖1所示的系統(tǒng)下，如果由同一協議來建立電能表、終端、主站之間的通信鏈路，管理終端的采集任務，可實現相同功能部件和數據表達一致，不僅可以解決采集數據合法性、溯源性問題，還有助于形成終端的統(tǒng)一規(guī)范，降低設備生廠商的研發(fā)成本。

1.2.2利用面向對象模型降低與具體采集任務的牽扯

現場業(yè)務特征不斷改變，現行協議隨時需要修改。要降低協議條文與具體采集任務的牽扯，必須以全新的思路構建協議。要滿足這種要求，目前成熟的做法是引入面向對象模型[12]。面向對象是一種對現實世界的理解和抽象的方法。其類、對象、屬性和方法的模型（以下簡稱對象模型）具有清晰的從屬關系結構。

使用面向對象協議中對象的構建方式來構建用電信息采集數據標識，其結構機制可保證協議功能的可拓展性，即使出現新業(yè)務也無需修訂協議內容。更重要的是，對象模型中僅定義最基本的數據對象，具體多種多樣的業(yè)務特征可由這些基本對象通過計算組合得到，對拓展業(yè)務的支持能力將得到很大提升。

2　與現行協議構架的對比說明

2.1數據項定義角度

依據面向對象思想建立終端上下層統(tǒng)一的通信協議時，可以將具體物理量定義為對象，如電能量、電壓、電流、事件、凍結等。將相似的對象劃分到同一接口類，統(tǒng)一定義接口類屬性和方法。這樣所有接口類實例將自動繼承所屬接口類的性質。

比如，Q/GDW1376.1-2013協議ERC37電能表開表蓋事件的一次記錄是一個整體的既定組合，僅用一個數據標識標記。其中的具體數據項沒有自己的明確標記，無法單獨抄讀，形成了無法分割的“塊”。在凍結與事件類的數據標識定義中，以上情況很常見。面向對象協議中的同一種事件的所有記錄形成一個對象，以開表蓋事件為例，面向對象協議中的電能表開表蓋事件結構如表1所示。

所有具有集合類屬性的對象的記錄都具有以上嚴謹的表格結構，便出現了集合接口類。若要實現事件對象定義的改變，如增加開表蓋前后正向有功費率1電能。只需在原有表格1結構基礎上增加開表蓋前后正向有功費率1電能對應的兩列即可。而這個增加的方法可以抽象出來，供所有集合類對象使用。可見，系統(tǒng)僅通過下發(fā)參數配置，就可實現數據項定義的更新，升級速度快，成本低，配置后效果即時展現，延續(xù)了原程序的穩(wěn)定性。綜上所述，面向對象協議的設備更易于維護。

表1　面向對象協議中的電能表開表蓋事件結構

2.2業(yè)務執(zhí)行角度

通過面向對象協議的采集配置靈活設置采集任務，可以保證采集任務的高效性。例如，實際工作中需讀取當前正向有功總、一象限無功總、四象限無功總示值。當前費率數為4的情況下，通過召測當前主站協議數據單元F33采集以上數據，其有效載荷比例不到1/5。也就是說，當采集業(yè)務與現行協議中的數據單元定義不同時，會導致召測數據中含有大量無效內容，影響采集效率。而面向對象的協議去除了具體采集業(yè)務與協議條文不必要的牽扯，可以通過采集配置精確設置需要采集的數據項，即類似表1數據對象的某些行與列。這樣除了業(yè)務要求的數據項以外，沒有抄讀多余的內容，報文的數據項部分全部為有效載荷，一定程度上提高了采集效率。

此外，結合上述內容并做少量補充，則面向對象協議與現行協議的特性對比總結，如表2所示。

表2　面向對象協議與現行協議的特性對比

3　結 語

本文通過對現行用電信息采集數據傳輸協議以及未來協議發(fā)展趨勢的研究，闡述了以面向對象思想構建采集系統(tǒng)通信協議的要點。符合本文所述的協議構建方法能夠實現采集系統(tǒng)協議的統(tǒng)一化，使采集數據合法可追溯，有利于形成統(tǒng)一的硬件設備規(guī)范，降低系統(tǒng)復雜度與設備研發(fā)難度。對象模型還避免了現行協議數據項與業(yè)務一一對應的缺點，降低協議文本與電力公司業(yè)務的牽扯，這樣不但能避免頻繁修訂協議，還能增強其應對拓展業(yè)務的能力。在以新協議為支撐的采集系統(tǒng)下，采集任務的執(zhí)行更加高效，各采集相關設備更加易于維護，系統(tǒng)生命周期大幅延長。

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劉 宣（1978—），男，碩士，高級工程師，主要研究方向為電測量、用電信息采集、高級量測、信息通信技術等；

鄭安剛（1976—），男，碩士，高級工程師，主要研究方向為用電信息采集、計量大數據、自動化檢測、計量生產調度技術等；

張樂群（1986—），男，博士，主要研究方向為用電信息采集，糾錯算法，壓縮算法，矩陣半張量積及其應用。

Development Trend of Data Transmission Protocol for Electricity Information Collection System

LIU Xuan1, ZHENG An-gang1, ZHANG Le-qun2
(1.Institute of Metrology, China Electric Power Research Institute, Beijing 100192,China; 2.Qingdao Topscomm Communication Co., Ltd, Qingdao Shandong 266071,China)

The development trend of data transmission protocol for information collection system is discussesd. Firstly, based on analysis of the two domestic existing modified protocols ,including the extended autonomy protocol and the introduced international standards, the suggestions for future development of the protocols are proposed, that is, a unified protocol should be adopted between the different communication levels, thus to reduce involution of between protocol and the specific collecting task and an object-oriented model be employed to construct the protocol. In the current collection system，the implementation of this protocol, for most hardware only requires the update of software program ,no large-scale update of the equipment, so the feasibility is fairly strong. The protocol model can effectively improve the efficiency of task execution, avoid frequent amendments of the protocol, reduce maintenance costs of collection system and raise the authority industry standards.

electrical information collection system; data transmission protocol; development trend; unification; object-oriented

TN925.1

A

1002-0802(2016)-08-01057-05

10.3969/j.issn.1002-0802.2016.08.019

2016-04-15;

2016-07-20

date:2016-04-15;Revised date:2016-07-20