計(jì)量自動化系統(tǒng)中的設(shè)備主動安全注冊及自動建檔機(jī)制設(shè)計(jì)

孫文龍　陳曉偉　劉濤　丁毅飛

關(guān)鍵詞：計(jì)量自動化；智能電網(wǎng)；主動安全注冊；自動建檔

1概述

目前，我國已基本建成全覆蓋的智能化計(jì)量自動化系統(tǒng)，并提出了新型電力系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)。苗翯認(rèn)為計(jì)量自動化系統(tǒng)通過收集、處理和實(shí)時(shí)監(jiān)測電力用戶的用電信息，既保障了用戶可以準(zhǔn)確查詢自身的用電數(shù)據(jù)，也滿足了自身的業(yè)務(wù)管理需求。

在此基礎(chǔ)上，電網(wǎng)公司提出了新一代電力系統(tǒng)理念，需要安全可靠的新技術(shù)推動中國電網(wǎng)的發(fā)展。馬政等指出建設(shè)好新一代電網(wǎng)，自動化和現(xiàn)代化的管理必不可少，提高管理過程中的安全性非常重要。劉晨等也認(rèn)為新時(shí)代下，我國電力計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)該更加智能化、信息化，便于統(tǒng)一的管理和維護(hù)。

現(xiàn)有的電力計(jì)量采集系統(tǒng)存在很多不足。王雪晶等提出在集中器和電表安裝完畢后，由營銷系統(tǒng)手動下發(fā)檔案到計(jì)量自動化系統(tǒng)，再由計(jì)量自動化系統(tǒng)將電表檔案信息下發(fā)到集中器，緊接著由集中器根據(jù)下發(fā)的檔案尋址電表，將電表接入電力系統(tǒng)。王梓嫣認(rèn)為該方式需要在營銷系統(tǒng)手動生成檔案，由營銷自動自上而下下發(fā)，涉及的中間流程較多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)安全性差，可能會有檔案信息錯(cuò)誤的問題。辛培哲等發(fā)現(xiàn)接入電力網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞闹芷谳^長，并且現(xiàn)場安裝會存在更換電表的情況。更換電表后，還需要手動下發(fā)電表檔案到集中器。該方式大大增加了維護(hù)人員的工作量，而且會降低遠(yuǎn)程抄表的工作效率和成功率。

基于上述情況，趙俊等指出計(jì)量自動化系統(tǒng)需要進(jìn)一步提升其自主性和安全性，所以需要擴(kuò)展相關(guān)安全協(xié)議加以完善。董重重等提出集中器的諸多脆弱性分析，認(rèn)為智能電網(wǎng)下電力計(jì)量系統(tǒng)中集中器和主站之間的交互應(yīng)該更為合理和安全。張興忠等建議進(jìn)一步完善整體的注冊和建檔，提升整體的性能與效率。

因此，本文提出了一種計(jì)量自動化系統(tǒng)中設(shè)備主動安全注冊及自動建檔機(jī)制，主站端初始化導(dǎo)入設(shè)備的認(rèn)證信息，設(shè)備在現(xiàn)場安裝完畢后向主站發(fā)送注冊信息，主站根據(jù)設(shè)備認(rèn)證信息校驗(yàn)設(shè)備的合法性，校驗(yàn)通過后向設(shè)備發(fā)送確認(rèn)信息，并進(jìn)行建檔，同時(shí)向營銷系統(tǒng)推送設(shè)備建檔信息，從而完成更加智能與安全的主動注冊及建檔機(jī)制。

2流程設(shè)計(jì)

首先，在現(xiàn)有計(jì)量自動化系統(tǒng)（簡稱主站）和集中器、集中器和電表通信協(xié)議的基礎(chǔ)上擴(kuò)展設(shè)備注冊的相關(guān)協(xié)議。相關(guān)協(xié)議指電力系統(tǒng)中國內(nèi)或者國際上相關(guān)組織機(jī)構(gòu)定義的通信協(xié)議，本文以DLMS/COSEM通信協(xié)議展開。

設(shè)備安裝前向主站系統(tǒng)導(dǎo)入設(shè)備相關(guān)的認(rèn)證信息，如設(shè)備通信密鑰等信息，此密鑰為集中器的出廠密鑰，此舉為了確保注冊的安全性。總體的電表注冊時(shí)序圖如圖1所示。

整個(gè)系統(tǒng)由營銷系統(tǒng)、主站、集中器以及電表組成，電表注冊時(shí)序圖如圖1所示。主要流程為，主站先導(dǎo)入設(shè)備認(rèn)證信息，集中器在安裝后，主動向主站上發(fā)送注冊信息，包括集中器的設(shè)備地址、所屬臺區(qū)、生產(chǎn)廠商、位置信息等。集中器注冊成功后，主站向營銷系統(tǒng)推送檔案。電表和集中器的關(guān)系是多對一的。每個(gè)電表在安裝后，向附近信號強(qiáng)的集中器發(fā)起入網(wǎng)。集中器在接到信息后向主站上送電表注冊信息，若注冊成功，主站會下發(fā)注冊成功信息給集中器，然后主站會把電表檔案信息推送給營銷系統(tǒng)。在所有部分注冊建檔都完畢后，集中器負(fù)責(zé)抄送電表數(shù)據(jù)，響應(yīng)保存的電表數(shù)據(jù)給主站，最后主站抄讀集中器內(nèi)每個(gè)電表的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的主動安全注冊和自動建檔。圖2為主站集中器注冊流程圖。

如圖2所示，集中器首次安裝上電后向主站發(fā)送注冊信息，主站根據(jù)登錄信息中的設(shè)備地址和主站保存的認(rèn)證信息校驗(yàn)設(shè)備的合法性，若認(rèn)證不通過，生成告警，向運(yùn)維人員推送非法注冊信息，記錄集中器注冊相關(guān)信息，若連續(xù)注冊超過三次并認(rèn)證失敗，則主站生成黑名單并拒絕對應(yīng)集中器接入主站系統(tǒng)，由運(yùn)維人員確認(rèn)相應(yīng)信息并解決后解除黑名單限制。若認(rèn)證通過，則根據(jù)注冊信息中的臺區(qū)、設(shè)備地址、供電單位編碼等信息生成集中器檔案，并向營銷系統(tǒng)推送設(shè)備注冊成功消息。

主站側(cè)電表的注冊流程如圖3所示。圖3中，在現(xiàn)場首次安裝上電后搜尋周圍可用的集中器.并嘗試向信號最強(qiáng)的集中器發(fā)送注冊信息，集中器根據(jù)自身的帶載能力判斷是否可接入電表，如果不可接入電表，則向電表返回拒絕注冊信息，電表收到拒絕信息后間隔2“秒（n表示重試次數(shù)，最大為10）依次按信號強(qiáng)度重試發(fā)送注冊幀，若超過10次注冊失敗，則等待30分鐘后繼續(xù)循環(huán)重試。若電表向集中器注冊成功，則集中器需要將電表的注冊信息上送到主站。

主站收到集中器上送的電表注冊信息后，根據(jù)電表認(rèn)證信息確認(rèn)電表是否合法。若合法，則根據(jù)電表的注冊信息和對應(yīng)集中器的檔案，向集中器下發(fā)注冊成功命令，根據(jù)集中器對主站下發(fā)注冊成功命令的響應(yīng)幀進(jìn)行處理。若集中器響應(yīng)成功，集中器保存電表的檔案信息，主站側(cè)生成集中器和電表的對應(yīng)關(guān)系，生成電表的檔案信息，并向營銷系統(tǒng)推送電表注冊檔案和關(guān)聯(lián)集中器的檔案變更信息，電表注冊成功。若集中器響應(yīng)失敗，則主站10分鐘進(jìn)行重試，重試三次后集中器依舊返回失敗，則生成告警信息推送到運(yùn)維人員進(jìn)行排查處理。若主站側(cè)電表認(rèn)證失敗，則主站生成相應(yīng)的電表注冊認(rèn)證失敗告警信息推送到運(yùn)維人員，并向集中器下發(fā)剔除對應(yīng)電表的命令，集中器剔除保存的電表信息。

集中器在刪除電表信息后向?qū)?yīng)的電表發(fā)送注冊清除命令，并保存認(rèn)證失敗次數(shù)，若電表被剔除后在同一天向同一個(gè)集中器重新注冊并且失敗超過三次，則對應(yīng)集中器在當(dāng)天禁止對應(yīng)電表的注冊，防止電表頻繁注冊，并在第二天解除禁止信息，讓電表重新執(zhí)行響應(yīng)的注冊流程。

使用上述方式進(jìn)行操作，主站和營銷系統(tǒng)在整個(gè)過程中只需要交互一次，在主站維護(hù)設(shè)備檔案認(rèn)證信息保證安全的前提下，能夠大大降低設(shè)備注冊建檔的維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)表計(jì)管理自動化；無須人工更改參數(shù)，保證數(shù)據(jù)的完整，極大地提升了設(shè)備接入電力采集網(wǎng)絡(luò)的安全性和效率。

3總結(jié)

本文提出的計(jì)量自動化系統(tǒng)中的設(shè)備主動安全注冊及自動建檔機(jī)制，由主站端初始化信息，通過設(shè)備向主站發(fā)送注冊信息，主站檢驗(yàn)合法性，通過后確認(rèn)信息，并建檔以及向系統(tǒng)推送建檔信息。這種方法極大增加了設(shè)備接入效率并降低設(shè)備維護(hù)成本，提高了安全性。

作者簡介：孫文龍（1993—），男，漢族，寧夏人，學(xué)士，助理工程師，研究方向：電力計(jì)量自動化。