智能电能表通信压力测试方法及应用

夏 敏

（舟山电力局，浙江 舟山 316021）

0 引言

随着我国智能电网建设，智能电能表的全面推广应用和低压居民用电信息采集系统的建设，电力系统原有的手工及红外抄表必然被远程抄表系统所代替，为确保用电信息采集系统远程抄表的应用，保证与现场安装设备相匹配，建立一套通信压力测试系统是必要的。利用该系统可以建立一种新的实验室测试模式：借助实验室的表计测试台体，利用新的软件系统，充分测试设备的通信能力，在安装前检出不合格或不能适应现场工作条件的设备，可以极大地降低电能表的故障发生率。

1 压力测试系统应具备的条件

压力测试系统是在被测试对象以某种特定的方式运转时，验证其在被施加了某些高强度压力的情况下是否仍能正常运行，这已经超越了功能验证，因此该系统要具备以下4个条件：

（1）重复（Repetition）： 测试的重复就是一遍又一遍地执行某个操作或功能，比如重复发送抄收当前电能示值指令。功能验证测试是确定操作能正常执行，而压力测试则是确定是否每次操作都能正常执行，这对于判断电能表是否适用于某种生产情况至关重要。最简单的压力系统只实现这一个条件，但简单地以扩展功能验证测试来多次重复并不能构成有效的压力测试，当与其他条件结合起来使用时，重复就可以发现许多隐蔽的故障状况。

（2）并发（Concurrency）： 并发是同时执行多个操作的行为，即在同一时间执行多个测试，例如在同一个台体上同时测试多块电能表，具体的操作方法视软件控制和台体状况而定。

（3）量级（Magnitude）： 压力系统的另一个条件是每个操作的负载量。压力测试可以重复执行一个操作，但是操作自身也要尽量给产品增加负担。例如，可以通过高强度的发送抄收当前电能示值指令来测试操作，也就是增加这个操作的量级。量级是相对应用而言的，但可以通过查找产品的可被用户计量和修改的值来确定。例如，数据帧的大小、发送的频率、接收到数据回应帧的个数等等。单独的高强度操作自身可能发现不了电能表故障，但与其他压力条件结合在一起时可以增加发现问题的机会。

（4）随机变化：任何压力系统都具有随机性，如果随机使用前述压力条件中的变化形式，就能够在每次测试时应用多种测试手段。

2 压力测试系统的兼容性

由于该系统要借助现有的表计检测台体对不同厂家生产的电能表进行自动化测试，因此要求具有较好的兼容性。

2.1 校表台体兼容

实验室的台体来自不同生产厂家，型号也各不相同，要对多块电能表同时进行测试时，就要求台体的运作模式能够兼容，进行控制台体停/上电，发送测试指令等操作。

由台体供应厂商提供通信指令接口，系统开发人员通过编写动态链接库或者其他手段实现对台体的控制。

2.2 通信规约兼容

电能表计现行的通信规约主要包括DL/T 645-1997《多功能电能表通信规约》（97规约）和DL/T 645-2007《多功能电能表通信规约》（07规约），目前系统兼容这2种规约，如果有必要，将来还会增加集中器、采集器通信规约等，以适应电力设备的发展。

2.3 通信模式兼容

随着技术的不断进步，电能表具备了更多的通信模式，如：485通信、载波通信、GPRS通信、以太网通信、光纤通信等，以便于计量中心检测人员快捷地检测设备的通信能力。

3 压力测试系统的检测手段

3.1 测试环境

（1）PC机配置建议CPU PIII600以上、内存256M以上、显示器15英寸以上，支持Windows 2000/XP以上操作系统，安装Microsoft Office Access数据库。

（2）数据来源对象为安装了压力测试系统的检测台体工控机。

（3）测试方式：在测试台体上悬挂待测表计，配置测试方案，录入表计信息，运行系统开始测试，对测试数据进行比对分析。

3.2 测试方案和分析

为了使表计能够适应现场复杂的运行环境，系统采用了多种检测手段，如：使用不同的指令发送间隔，统计表计的应答次数；控制台体提供不同的工作电压、工作电流；对表计同时施加不同的通信模式，例如在485通信时，同时进行红外通信；在进行通信测试时，进行其他操作，如按键轮显等；在发送有效指令前后，叠加发送无效指令。

具体试验方法分析如下：

（1）给故障表发送抄读901F的数据标识，发送的间隔可调，从200 ms到600 ms。表计在200 ms间隔发送的时候，会频繁复位；在600 ms间隔发送的时候也会复位，但不是很频繁。

用示波器监测数据，此时发送的帧长度是130 ms，返回是330 ms，表的响应时间是80 ms，总时间为540 ms。也就是说，当外部发送数据很频繁，表计需要频繁处理通信事件的时候，如果程序没有平衡好各种事件的优先级，有可能会导致表计复位。而表计复位是可能导致电量突变的原因之一。

（2）发送抄读901F的数据标识，发送间隔为5000 ms。若此时外部有红外数据发送，也会导致表计复位。

从这一现象可以确定该表计在通信处理上是有缺陷的。可能原因有3个：一是缓冲区没有做很好的保护，缓冲区溢出；二是没有处理好事件的优先级顺序；三是没有处理好总时序，导致看门狗复位。

（3）发送901F的数据标识，发送间隔5000 ms，通过调整负荷的大小，未发现复位现象。说明计量事件对系统总体影响不大。

（4）发送901F的数据标识，发送间隔5000 ms，按键翻阅，未发现复位现象。说明按键事件对系统总体影响也不大。

（5）在发送901F的数据标识前，增加近440 ms的干扰数据，发送有效数据的长度是130 ms，抄表间隔1000 ms。表计返回的数据长度是350ms。此时采集器从发送数据到数据接收完成的时间为920 ms。如果干扰数据里面没有敏感数据，复位频率不会是很高，若存在敏感数据，则复位频率将大增。

（6）一直发送无效的数据，表计一直处于接收数据的状态，但是接收不到有效数据，则表计不会出现复位。因此，无效数据的攻击对表计不产生影响。

（7）发送数据的总长度570 ms，其中440 ms为干扰数据，130 ms为有效数据，发送的间隔时间是500 ms，此时表计将难以接收到数据，同时回发数据，则表计必然复位。

试验说明，表计在接收到有效数据帧并回发数据时，如果同时外部又有数据发送过去，则必然导致复位。

4 结果判断标准及分析

该压力测试主要针对产品的稳定性和可靠性，所以只对每个批次进行抽检即可。如果前后2个批次的产品在设计上没有任何改动，只需抽检1个批次即可。可以从两个方面判断能否承受压力测试：

（1）将上述试验方法从头到尾做一遍，每个方法重复时间在10 min以上。因为在10 min内，表计系统应该完成内部所有的功能运行，并且能基本覆盖大部分的程序功能模块。

（2）设置表计时间在跨抄表日的前一天，让其在满负荷情况下接受第一种方法测试。

如果通过了以上测试，表计没有出现任何复位、死机、丢失电量的情况，可以认为已通过通信压力测试，基本可以判断其在实际运行中也能经历现场的各种通信压力。

5 系统应用

2010年，在居民用户智能用电信息采集系统建设过程中，暴露出了一些比较严重的电费差错问题，究其原因是由于采集器通信频率高，同一个集中电表箱内电能表种类繁多，导致不同表计应答相互干扰，不但引起表计抄读失败，影响抄表成功率，并且还由此引起表计的停走、飞走、倒走、地址清零、谷电量大于总电量等多起计量故障。低压采集系统运行几个月来，累计发现近200起计量故障。

2011年7月，电能表485通信压力测试系统在舟山市电力局计量中心投入试运行，对舟山电力局待安装的表计采用批量抽检的方法进行了485通信压力检测，及时发现问题表计，大大减少了电费差错的问题，有效提高了检测水平。

智能表通信压力测试系统对电能表在不同通信波特率、不同通信频率下的信道通信处理能力进行测试，既能及时发现电能表故障，又能解决传统检测手段不足的问题，减轻工作人员的工作量，提高工作效率，减少计量纠纷，提升电力营销服务的水平，具有较好的实用价值。

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