基于MSTP技術(shù)的電能計(jì)量系統(tǒng)兩種采集模式的研究

林克靈 王旭峰 羅磊 楊鳳欣 張勝

（1.中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司 2.北京煜邦電力技術(shù)股份有限公司）

0 引言

隨著“智能電網(wǎng)”概念的提出，對(duì)電能計(jì)量系統(tǒng)的功能和精度提出了更高的要求[1]。文獻(xiàn)[2]介紹了國(guó)內(nèi)外典型的自動(dòng)抄表系統(tǒng)的原理及其系統(tǒng)組成，探討了我國(guó)自動(dòng)抄表系統(tǒng)的應(yīng)用模式。文獻(xiàn)[3]指出電能量計(jì)量系統(tǒng)對(duì)電表直接采集功能是利用GPRS、CDMA等通信方式，使用某一種規(guī)約，通過電表串行RS485接口對(duì)電表直接采集，從電表中讀取電能量累計(jì)值、瞬時(shí)量、最大需量、電表狀態(tài)字等數(shù)據(jù)信息。文獻(xiàn)[4]針對(duì)遠(yuǎn)程電表的直接抄核和間接抄核兩種方式進(jìn)行了探討，并對(duì)在應(yīng)用中存在的問題進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[5]介紹了關(guān)口電能計(jì)量監(jiān)督管理系統(tǒng)的主要功能。

文獻(xiàn)[6]介紹了MSTP在銀行系統(tǒng)專線接入中的應(yīng)用，并闡述了MSTP專線接入方案、方案的特點(diǎn)。文獻(xiàn)[7]探討了MSTP技術(shù)在電力通信傳輸網(wǎng)中的應(yīng)用，為行政管理和自動(dòng)化信息傳輸提供服務(wù)。文獻(xiàn)[8]介紹了MSTP的發(fā)展背景，并對(duì)MSTP組建城域網(wǎng)提出建有ATM城域網(wǎng)的地方建議盡快建設(shè)MSTP網(wǎng)絡(luò)。文獻(xiàn)[9]從電能表、采集器，以及通信信道等方面闡述了電能計(jì)量自動(dòng)抄表技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀。

這些文獻(xiàn)在電能量計(jì)量系統(tǒng)的采集方式、發(fā)展方向進(jìn)行了研究，還對(duì)MSTP技術(shù)在其他領(lǐng)域也做了探索。但基于MSTP技術(shù)的電能計(jì)量數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的采集模式的研究，未見報(bào)道。本文基于MSTP技術(shù)對(duì)電能計(jì)量系統(tǒng)中采集器采集和電表直接采集這兩種采集模式進(jìn)行了對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。從數(shù)據(jù)經(jīng)濟(jì)性、存儲(chǔ)容量、維護(hù)工作量、靈活性、穩(wěn)定性等不同角度，基于MSTP通道環(huán)境，對(duì)這兩種采集模式的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了闡述，為電能計(jì)量系統(tǒng)采集模式的選擇提供參考。

1 MSTP技術(shù)

基于SDH 的多業(yè)務(wù)傳送平臺(tái)（Multi-Service Transfer Platform，MSTP）是指基于SDH 平臺(tái)同時(shí)實(shí)現(xiàn)TDM、ATM、以太網(wǎng)等業(yè)務(wù)的接入、處理和傳送，提供統(tǒng)一網(wǎng)管的多業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)[10]。MSTP的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)是充分利用SDH技術(shù)對(duì)傳輸業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流提供保護(hù)恢復(fù)能力和較小的延時(shí)性能，并對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)支撐層加以改造，以適應(yīng)多業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)二層、三層的數(shù)據(jù)智能支持。即將傳送節(jié)點(diǎn)與各種業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)融合在一起，構(gòu)成業(yè)務(wù)層和傳送層一體化的SDH業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，稱為融合的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)或多業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)，主要定位于網(wǎng)絡(luò)邊緣。與其他技術(shù)相比，MSTP技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于：它支持固定帶寬業(yè)務(wù)和可變帶寬業(yè)務(wù)?；贛STP設(shè)備的城域網(wǎng)組網(wǎng)主要有傳輸速率高，投入少、接入簡(jiǎn)單、節(jié)省投資，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性高等特點(diǎn)[11]。

鑒于MSTP在以太網(wǎng)和城域網(wǎng)方面的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，本文將其應(yīng)用于超高壓輸電公司電能量計(jì)量模擬電能量計(jì)量主站，針對(duì)兩種采集模式進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

電能計(jì)量系統(tǒng)是電力企業(yè)自動(dòng)化建設(shè)的重要組成部分[12]，電能量計(jì)量系統(tǒng)主要由通信子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、應(yīng)用子系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集三部分組成。

通信子系統(tǒng)主要與電表或采集器進(jìn)行通訊，得到帶時(shí)標(biāo)的數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)入庫(kù)，前置機(jī)集群[13]具有分組功能，以負(fù)載均衡的方式運(yùn)行。數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器主要對(duì)采集數(shù)據(jù)及衍生數(shù)據(jù)進(jìn)行處理存儲(chǔ)，服務(wù)器采用雙機(jī)熱備技術(shù)[14]。應(yīng)用子系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)用戶權(quán)限角色管理、電量數(shù)據(jù)查詢、原始測(cè)試記錄查詢、通信流量、缺失統(tǒng)計(jì)、綜合分析等功能。

通信子系統(tǒng)是數(shù)據(jù)分析的主要數(shù)據(jù)來源。通信子系統(tǒng)支持電表直接采集和采集器采集兩種采集模式。

采集器采集：電能表通過RS485接入采集器，采集器通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)與前置機(jī)進(jìn)行通訊。采集器配置64塊表，32塊使用DLMS規(guī)約，另32塊表使用DL/T 645-1997規(guī)約，數(shù)據(jù)上傳主站規(guī)約使用IEC-870-102。

電表直接采集：電能表可以通過RS485接入串口服務(wù)器[15]，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)與采集網(wǎng)相連，與前置機(jī)的實(shí)時(shí)通訊。其中，直接采集電表分別使用DLMS規(guī)約與DL645-1997規(guī)約。

為了實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)，采集子系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)采集的同時(shí)，除了記錄通信過程中主站發(fā)送的報(bào)文、發(fā)送報(bào)文的時(shí)間、主站接收的報(bào)文、接收?qǐng)?bào)文的時(shí)間，還將每次通信過程的開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、通信狀態(tài)、采集類型、通信交互數(shù)量、通信流量記錄下來。

3 實(shí)驗(yàn)及分析

3.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)取自電能量計(jì)量模擬主站系統(tǒng)的2016年6月28日至2016年7月3日的采集數(shù)據(jù)。首先固定積分周期為5min，分別進(jìn)行了采集器、DLMS規(guī)約直采、DL645規(guī)約直采的測(cè)試。然后對(duì)積分周期分別為1min、5min、15min、30min的采集器通信進(jìn)行了測(cè)試。

3.2 評(píng)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

本文將指定時(shí)間段整個(gè)通信過程中所用的通信時(shí)間、通信流量、最大速率、通信最小速率、通信平均速率、報(bào)文數(shù)量這六個(gè)指標(biāo)來評(píng)測(cè)基于MSTP通道下采集器采集和電表直接采集的通信性能，從而分析出這兩種采集模式存在的差異，并從維護(hù)工作量、經(jīng)濟(jì)型等不同角度比較其優(yōu)缺點(diǎn)，為電能計(jì)量系統(tǒng)對(duì)采集模式的選擇提供參考。其中：D表示通信時(shí)間，E表示通信流量，F(xiàn)表示平均通信速率，G表示最大通信速率，H表示最小通信速率，J表示報(bào)文數(shù)量，M表示交互數(shù)量，n表示特定時(shí)間段經(jīng)歷的通信過程次數(shù)，K表示通信速率。它們之間的關(guān)系如下所示：

3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

（1）不同積分周期下的采集器通信分析實(shí)驗(yàn)

針對(duì)采集器采集64塊電表，基于MSTP網(wǎng)絡(luò)通信模式，現(xiàn)場(chǎng)更改采集器的積分周期，對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

表1 不同數(shù)據(jù)周期的通信測(cè)試

由上表可以看出，積分周期為1min時(shí)，采集器采集的最大通信速率最大，通信流量也達(dá)到最大。

（2）固定積分周期下的采集通信分析實(shí)驗(yàn)

針對(duì)采集器內(nèi)部的64塊電表、兩種規(guī)約的電表直接采集，在積分周期為5min、相同的測(cè)試時(shí)間（隨機(jī)截取某一時(shí)間段）的前提下，對(duì)MSTP網(wǎng)絡(luò)通信模式下的通信數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，測(cè)試實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 不同采集模式的通信測(cè)試

從上表可以看出，在相同的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，在MSTP采集通道下，采集器在相對(duì)較短的通信時(shí)間內(nèi)，報(bào)文數(shù)量、通信流量相對(duì)大，平均通信速率、最大通信速率、最小通信速率都相對(duì)高，最大通信速率一般發(fā)生在通道恢復(fù)數(shù)據(jù)大量補(bǔ)采的時(shí)候。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，采集器采集方式在大量數(shù)據(jù)采集中優(yōu)勢(shì)較為明顯。

在相同的測(cè)試時(shí)間內(nèi)，DLMS耗費(fèi)的通信時(shí)間長(zhǎng)，比DL645、采集器耗費(fèi)的都長(zhǎng)，最小通信速率最短，出現(xiàn)這種情況的原因是由于DLMS應(yīng)用層建立時(shí)間幾毫秒就能完成，通道稍有不暢通，就會(huì)出現(xiàn)應(yīng)用層連接失敗的現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致后續(xù)數(shù)據(jù)通訊中斷，因此通信報(bào)文相對(duì)多，通信時(shí)間耗費(fèi)得相對(duì)長(zhǎng)，而DL645不會(huì)出現(xiàn)這種情況。由此可見，DL645比DLMS的通信性能好。但目前大型變電站使用的基礎(chǔ)都是非國(guó)產(chǎn)表，對(duì)于DL645的支持還有待研究，尤其是早期版本的645規(guī)約。這說明了電表直接采集的通信規(guī)約受規(guī)約廠家、版本的限制，存在互操作性低、不便于擴(kuò)展、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不完善等缺點(diǎn)，不能滿足自動(dòng)抄表的要求。

采集器采集在大數(shù)據(jù)量采集情況下比較經(jīng)濟(jì)，電表直接采集在一定程度上能夠保證實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地采集數(shù)據(jù)，使系統(tǒng)受限于不同的通信規(guī)約，增加系統(tǒng)的維護(hù)量。對(duì)于一個(gè)成熟的電能信息采集系統(tǒng)，不建議使用電表直接采集的方式進(jìn)行采集，MSTP技術(shù)能夠滿足電能計(jì)量業(yè)務(wù)的開展。

（3）其他對(duì)比

在實(shí)驗(yàn)過程中，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試過程中遇到的問題，對(duì)電表直接采集和采集器采集兩種方式，從不同角度進(jìn)行了對(duì)比分析，對(duì)比結(jié)果見表3。

表3 不同采集模式對(duì)比

4 結(jié)束語

本文將MSTP技術(shù)應(yīng)用于電能計(jì)量系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上對(duì)基于MSTP通道的電能量計(jì)量系統(tǒng)中采集器采集和電表直接采集兩種采集模式進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究，詳細(xì)分析了兩種模式在MSTP通道下的通信速率、通信報(bào)文數(shù)量、通信時(shí)間等相關(guān)數(shù)據(jù)的變化情況，并從維護(hù)工作量等不同角度進(jìn)行了比較，為電能量計(jì)量系統(tǒng)對(duì)采集模式的選擇提供參考意見。