淺談電能采集計量系統(tǒng)實用性方案

謝志鋒

【摘 要】電能計量系統(tǒng)是一個自動化的集成系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)具有一定的復(fù)雜性，文章簡介電能采集系統(tǒng)硬件架構(gòu)及軟件架構(gòu)，詳細分析采集程序的開發(fā)，

【關(guān)鍵詞】計量系統(tǒng)；電能采集；主站；數(shù)據(jù)

引言

電能采集系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程中的主要功能是對各個不同計量點電量的采集和結(jié)算過程中，不再是原來的原有的傳統(tǒng)的人工抄錄核算模式，而是實現(xiàn)全面的自動化過程。電力采集系統(tǒng)的應(yīng)用大量的節(jié)省了時間和人力，大量的提高了電能核算的效率。然而，在實際的應(yīng)用建設(shè)當中，對電能計量采集系統(tǒng)多樣性功能的強調(diào)，不可避免的會出現(xiàn)與原有電能核算系統(tǒng)在對接的過程中以及自身功能的穩(wěn)定性上產(chǎn)生新的問題。為使電能采集計量系統(tǒng)能夠滿足我國電力電能計量發(fā)展的需求，在此就需要系統(tǒng)的維護人員合理的對原有系統(tǒng)進行改造和優(yōu)化，從而滿足實際的生產(chǎn)需求，確保該系統(tǒng)穩(wěn)定的、正常的運行。

1.簡介電能采集系統(tǒng)硬件架構(gòu)

相對于原始的電能采集系統(tǒng)構(gòu)建，改造之后的采集系統(tǒng)的性能具有較好的發(fā)展優(yōu)勢?；仡櫝跏嫉碾娔懿杉到y(tǒng)，其所有設(shè)備與外界聯(lián)系之前均需要通過交換機，這種連接方式經(jīng)常會在一段運行時間之后形成采集通道內(nèi)的故障，對類故障進行檢查發(fā)現(xiàn)形成故障的原因是由于采集通道與其他專業(yè)的系統(tǒng)在運行地址上出現(xiàn)了沖突。除此之外，還容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)庫癱瘓的狀況。由于原始的采集系統(tǒng)存在各種不同的不良性狀，因此為了增強該系統(tǒng)的安全性能和穩(wěn)定性能，以電能采集系統(tǒng)的原有結(jié)構(gòu)作為基礎(chǔ)對其實施第一階段的實用性改造。對于電能采集系統(tǒng)第一階段的改造，是在主站系統(tǒng)服務(wù)器的虛擬機中安裝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，這種改造方式相當于在同一時間內(nèi)兩套同樣系統(tǒng)的冗余運行，該改造模式在一定程度上使網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)得到了改變，使采集系統(tǒng)的外部網(wǎng)與內(nèi)部網(wǎng)之間的通信由服務(wù)器上的防火墻進行聯(lián)系。改造后的電能采集計量系統(tǒng)是原來通道的堵塞狀況得到了徹底的解決，促進了整個系統(tǒng)安全性能的提高。兩臺服務(wù)器的冗余運行，直接避免了一臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫出現(xiàn)故障造成電能核算的影響。

2.電能采集系統(tǒng)軟件架構(gòu)

由于電能采集計量系統(tǒng)具有采集點加多，部署分散，數(shù)據(jù)廣泛共享等特點，因此對電能采集系統(tǒng)的軟件架構(gòu)采取分層設(shè)計的思路進行完成。

2.1 終端設(shè)備層

電能采集計量系統(tǒng)的終端設(shè)備層構(gòu)成為分布在發(fā)電廠、變電站、公用配電變壓器、大客 戶以及低壓用戶的 數(shù)據(jù)采集終端，然后采集這部分表計的狀態(tài)信息與點能量。采用數(shù)據(jù)接口的方式實現(xiàn)與電能表之間的連接，并能夠兼容主流通信規(guī)約。能夠?qū)崿F(xiàn)變電站、發(fā)電廠不同類型電表的接入，可完成數(shù)據(jù)補采、主動上報、定時采集等功能。

2.2 通信服務(wù)層

電能采集計量系統(tǒng)的通信服務(wù)層是通過接入通信網(wǎng)絡(luò)、通信設(shè)備，從而實現(xiàn)采集終端對主站之前的通信功能。其中通信網(wǎng)絡(luò)有載波、專用通道、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、無線公網(wǎng)等。通信接入設(shè)備與通信網(wǎng)絡(luò)可供各采集終端共同使用。然而，若采用無線通信則對公共資源進行優(yōu)先考慮，采用有線通信則對數(shù)據(jù)資源進行優(yōu)先考慮。

2.3 數(shù)據(jù)采集層

電能采集計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集層是負責傳輸采集終端和主站之間的的信息，根據(jù)既定的通信規(guī)則，對數(shù)據(jù)信息進行解析，并做初步處理。在實際設(shè)計當中，不同采集終端和處理軟件是以統(tǒng)一通信平臺作為基礎(chǔ)的。前置機服務(wù)器能夠按站數(shù)據(jù)的實時性要求以及重要級別，完成負載的最優(yōu)化均衡，實現(xiàn)協(xié)同工作。

2.4 業(yè)務(wù)處理層

電能采集計量系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理層是負責低壓抄表、電能量計量遙測、配變監(jiān)測、負荷管理等業(yè)務(wù)的處理。該層是有獨立的、已存在的采集系統(tǒng)組成，其自身可分為：數(shù)據(jù)訪問層、業(yè)務(wù)邏輯層，以及負責整個系統(tǒng)與使用者交互的表示層。

2.5 數(shù)據(jù)交換層

電能采集計量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換層是進行數(shù)據(jù)的存儲與轉(zhuǎn)換，抽取綜合數(shù)據(jù)，并且可以進行與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交換。數(shù)據(jù)交換層采用模塊化設(shè)計，同時建立標準的接口，數(shù)據(jù)交換以中間庫方式實現(xiàn)。其中抽象出來的接口模塊脫離了具體的數(shù)據(jù)庫，方便了數(shù)據(jù)庫的遷移。這種接口模塊的脫離有利于綜合應(yīng)用層的訪問。

2.6 綜合應(yīng)用層

該層主要是對采集到的數(shù)據(jù)進行集成并做相關(guān)處理，完成了需求側(cè)管理、線損分析、決策分析、Web瀏覽查詢等功能。上述的電能采集計量系統(tǒng)的6層完成了整個系統(tǒng)的主體架構(gòu)，通過網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)將各層之間相互連接，可完成數(shù)據(jù)信息的傳輸，但是各層之間有保持的相對獨立性。

3.采集程序的開發(fā)

3.1 程序開發(fā)的通信規(guī)約

電能采集計量系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的傳輸是通過通信規(guī)約實現(xiàn)的，如各個電表電能數(shù)據(jù)向采集器的傳輸、電能數(shù)據(jù)由采集器向主站傳輸，數(shù)據(jù)在這些設(shè)備之間的傳輸過程需通過通信規(guī)約實現(xiàn)。經(jīng)過對采集系統(tǒng)的了解和研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)若生產(chǎn)廠家通過IEC102規(guī)約實現(xiàn)表計的維護，在表計停電后，也可以穩(wěn)定的采集到表碼數(shù)據(jù)。根據(jù)這一發(fā)現(xiàn)，若可以針對主站系統(tǒng)的主要功能，研究開發(fā)一個功能使用，結(jié)構(gòu)緊湊，基于IEC102規(guī)約的系統(tǒng)采集軟件，那么就能夠?qū)⒅俺霈F(xiàn)的問題予以解決。然而在實際的應(yīng)用當中，新開發(fā)的軟件必須具備自動化功能，同時能夠與其他系統(tǒng)進行融洽的對接，因此就需要對于電能采集系統(tǒng)實施第二階段的深層改造。

3.2 以 IEC 102 規(guī)約為基礎(chǔ)的采集程序的開發(fā)與實現(xiàn)

經(jīng)過對電能采集計量系統(tǒng)的深入研究，對采集終端通信內(nèi)部以及主站程序工作原理的深入了解，最終使主站與采集終端數(shù)據(jù)之間的通信得以實現(xiàn)。主站與采集終端之間的通信的基礎(chǔ)是socket協(xié)議，同時利用IEC102規(guī)約實現(xiàn)的。

為了能夠?qū)⑾到y(tǒng)的工作原理清楚的表述出來，在此對socket協(xié)議和IEC102規(guī)約做一個簡單的說明。Socket在英文上是“插座”或者“孔”的意思。若知道終端采集器的socket號與IP地址，則可以利用socket協(xié)議進行軟件編程，從而實現(xiàn)采集終端和主站之間的連接，類似于打通了電話，然而終端采集器和主機之間主機數(shù)據(jù)的交換是以IEC102規(guī)約實現(xiàn)的，類似于打電話過程中以漢語實現(xiàn)通話的信息的交流。所謂IEC102規(guī)約，其實質(zhì)是一種非平衡的傳輸規(guī)則，也就是數(shù)據(jù)的傳輸過程的啟動只是限制在一個固定的站點，在電能采集系統(tǒng)中，該規(guī)約的啟動段是主站，終端設(shè)備始終為從動站，位于計數(shù)站，通訊的的傳輸是通過主站對各個終端采取問答的方式實現(xiàn)的。

采集軟件的流程與實現(xiàn)。在電能采集計量系統(tǒng)的設(shè)計應(yīng)用當中，每個表計都有一個對應(yīng)的地址在采集終端，從理論上講，每條總線上能夠完成255塊電能表數(shù)據(jù)的采集。在采集終端內(nèi)，每個表計都有一個固定的編號，也就是所謂的“地址”，采集終端對電表的表碼進行不斷地循環(huán)采集，并在存儲在對應(yīng)的地址的緩存區(qū)內(nèi)，在預(yù)定的時間內(nèi)，主站采集程序命令終端對各個地址緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進行采集。當電能采集計量系統(tǒng)的設(shè)計人員對其基本原理有了一定的熟悉后，則進行實際的采集程序的編寫，采用多線程技術(shù)將主站程序和各個采集終端進行同時連接，利用這種連接模式向各個終端發(fā)出采集命令，在收到采集終端回復(fù)之后實施編碼的轉(zhuǎn)換，同時增加對數(shù)據(jù)的校驗，完成數(shù)據(jù)的第一次采集之后，再發(fā)送一遍采集命令，若這兩次采集的數(shù)據(jù)相同，則認為采集到的表計數(shù)據(jù)是正確的。由于每個線程能夠?qū)Χ鄠€電能表的的數(shù)據(jù)進行采集，所以完成整個電能表數(shù)據(jù)的采集是非常迅速的，可以在1s內(nèi)完成系統(tǒng)中數(shù)百塊電能表數(shù)據(jù)的采集。然后在數(shù)據(jù)庫中錄入之前采集到的數(shù)據(jù)，用ASP服務(wù)器進行發(fā)布，以自動錄入軟件實現(xiàn)與核算系統(tǒng)之間的對接?？梢娫撓到y(tǒng)具有專一的功能，結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，同時對之前出現(xiàn)的問題予以解決。

雖然每個線程中的表計數(shù)目不同，但其基本流程是一樣的，同時工作的幾個線程使采集速度得到了保證。該采集軟件具有穩(wěn)定的性能，且擴展性良好，能夠?qū)νＶ贡碛嫷谋泶a數(shù)據(jù)進行采集，有利于電能核算工作的進行。

4.結(jié)束語

電能采集計量系統(tǒng)的涉及到硬件、軟件等多個環(huán)節(jié)，是一個較為復(fù)雜的系統(tǒng)，在以后的發(fā)展過程中還需進一步的完善。當前，改善后的電能采集系統(tǒng)還未出現(xiàn)問題，并且成功的解決了系統(tǒng)的實用性和穩(wěn)定性。

參考文獻：

[1]裴英杰 王成.電能采集計量系統(tǒng)實用性方案與開發(fā)[J].硅谷 2011（14）.

[2]孫曉明 信珂 周志勇.智能變電站中的數(shù)字式電能計量系統(tǒng)[J].電工技術(shù)2011（12）.

[3]李妍 楊素蘭.對電量采集及計量系統(tǒng)自動化的探討[J].科技與生活 2010（13）.