浅谈电能采集计量系统实用性方案

谢志锋

【摘 要】电能计量系统是一个自动化的集成系统，该系统结构具有一定的复杂性，文章简介电能采集系统硬件架构及软件架构，详细分析采集程序的开发，

【关键词】计量系统；电能采集；主站；数据

引言

电能采集系统在实际应用过程中的主要功能是对各个不同计量点电量的采集和结算过程中，不再是原来的原有的传统的人工抄录核算模式，而是实现全面的自动化过程。电力采集系统的应用大量的节省了时间和人力，大量的提高了电能核算的效率。然而，在实际的应用建设当中，对电能计量采集系统多样性功能的强调，不可避免的会出现与原有电能核算系统在对接的过程中以及自身功能的稳定性上产生新的问题。为使电能采集计量系统能够满足我国电力电能计量发展的需求，在此就需要系统的维护人员合理的对原有系统进行改造和优化，从而满足实际的生产需求，确保该系统稳定的、正常的运行。

1.简介电能采集系统硬件架构

相对于原始的电能采集系统构建，改造之后的采集系统的性能具有较好的发展优势。回顾初始的电能采集系统，其所有设备与外界联系之前均需要通过交换机，这种连接方式经常会在一段运行时间之后形成采集通道内的故障，对类故障进行检查发现形成故障的原因是由于采集通道与其他专业的系统在运行地址上出现了冲突。除此之外，还容易出现数据库瘫痪的状况。由于原始的采集系统存在各种不同的不良性状，因此为了增强该系统的安全性能和稳定性能，以电能采集系统的原有结构作为基础对其实施第一阶段的实用性改造。对于电能采集系统第一阶段的改造，是在主站系统服务器的虚拟机中安装数据库系统，这种改造方式相当于在同一时间内两套同样系统的冗余运行，该改造模式在一定程度上使网络的拓扑结构得到了改变，使采集系统的外部网与内部网之间的通信由服务器上的防火墙进行联系。改造后的电能采集计量系统是原来通道的堵塞状况得到了彻底的解决，促进了整个系统安全性能的提高。两台服务器的冗余运行，直接避免了一台服务器的数据库出现故障造成电能核算的影响。

2.电能采集系统软件架构

由于电能采集计量系统具有采集点加多，部署分散，数据广泛共享等特点，因此对电能采集系统的软件架构采取分层设计的思路进行完成。

2.1 终端设备层

电能采集计量系统的终端设备层构成为分布在发电厂、变电站、公用配电变压器、大客 户以及低压用户的 数据采集终端，然后采集这部分表计的状态信息与点能量。采用数据接口的方式实现与电能表之间的连接，并能够兼容主流通信规约。能够实现变电站、发电厂不同类型电表的接入，可完成数据补采、主动上报、定时采集等功能。

2.2 通信服务层

电能采集计量系统的通信服务层是通过接入通信网络、通信设备，从而实现采集终端对主站之前的通信功能。其中通信网络有载波、专用通道、数据网络、无线公网等。通信接入设备与通信网络可供各采集终端共同使用。然而，若采用无线通信则对公共资源进行优先考虑，采用有线通信则对数据资源进行优先考虑。

2.3 数据采集层

电能采集计量系统的数据采集层是负责传输采集终端和主站之间的的信息，根据既定的通信规则，对数据信息进行解析，并做初步处理。在实际设计当中，不同采集终端和处理软件是以统一通信平台作为基础的。前置机服务器能够按站数据的实时性要求以及重要级别，完成负载的最优化均衡，实现协同工作。

2.4 业务处理层

电能采集计量系统的业务处理层是负责低压抄表、电能量计量遥测、配变监测、负荷管理等业务的处理。该层是有独立的、已存在的采集系统组成，其自身可分为：数据访问层、业务逻辑层，以及负责整个系统与使用者交互的表示层。

2.5 数据交换层

电能采集计量系统的数据交换层是进行数据的存储与转换，抽取综合数据，并且可以进行与其他系统的数据交换。数据交换层采用模块化设计，同时建立标准的接口，数据交换以中间库方式实现。其中抽象出来的接口模块脱离了具体的数据库，方便了数据库的迁移。这种接口模块的脱离有利于综合应用层的访问。

2.6 综合应用层

该层主要是对采集到的数据进行集成并做相关处理，完成了需求侧管理、线损分析、决策分析、Web浏览查询等功能。上述的电能采集计量系统的6层完成了整个系统的主体架构，通过网络介质将各层之间相互连接，可完成数据信息的传输，但是各层之间有保持的相对独立性。

3.采集程序的开发

3.1 程序开发的通信规约

电能采集计量系统中的数据的传输是通过通信规约实现的，如各个电表电能数据向采集器的传输、电能数据由采集器向主站传输，数据在这些设备之间的传输过程需通过通信规约实现。经过对采集系统的了解和研究，结果发现若生产厂家通过IEC102规约实现表计的维护，在表计停电后，也可以稳定的采集到表码数据。根据这一发现，若可以针对主站系统的主要功能，研究开发一个功能使用，结构紧凑，基于IEC102规约的系统采集软件，那么就能够将之前出现的问题予以解决。然而在实际的应用当中，新开发的软件必须具备自动化功能，同时能够与其他系统进行融洽的对接，因此就需要对于电能采集系统实施第二阶段的深层改造。

3.2 以 IEC 102 规约为基础的采集程序的开发与实现

经过对电能采集计量系统的深入研究，对采集终端通信内部以及主站程序工作原理的深入了解，最终使主站与采集终端数据之间的通信得以实现。主站与采集终端之间的通信的基础是socket协议，同时利用IEC102规约实现的。

为了能够将系统的工作原理清楚的表述出来，在此对socket协议和IEC102规约做一个简单的说明。Socket在英文上是“插座”或者“孔”的意思。若知道终端采集器的socket号与IP地址，则可以利用socket协议进行软件编程，从而实现采集终端和主站之间的连接，类似于打通了电话，然而终端采集器和主机之间主机数据的交换是以IEC102规约实现的，类似于打电话过程中以汉语实现通话的信息的交流。所谓IEC102规约，其实质是一种非平衡的传输规则，也就是数据的传输过程的启动只是限制在一个固定的站点，在电能采集系统中，该规约的启动段是主站，终端设备始终为从动站，位于计数站，通讯的的传输是通过主站对各个终端采取问答的方式实现的。

采集软件的流程与实现。在电能采集计量系统的设计应用当中，每个表计都有一个对应的地址在采集终端，从理论上讲，每条总线上能够完成255块电能表数据的采集。在采集终端内，每个表计都有一个固定的编号，也就是所谓的“地址”，采集终端对电表的表码进行不断地循环采集，并在存储在对应的地址的缓存区内，在预定的时间内，主站采集程序命令终端对各个地址缓存区的数据进行采集。当电能采集计量系统的设计人员对其基本原理有了一定的熟悉后，则进行实际的采集程序的编写，采用多线程技术将主站程序和各个采集终端进行同时连接，利用这种连接模式向各个终端发出采集命令，在收到采集终端回复之后实施编码的转换，同时增加对数据的校验，完成数据的第一次采集之后，再发送一遍采集命令，若这两次采集的数据相同，则认为采集到的表计数据是正确的。由于每个线程能够对多个电能表的的数据进行采集，所以完成整个电能表数据的采集是非常迅速的，可以在1s内完成系统中数百块电能表数据的采集。然后在数据库中录入之前采集到的数据，用ASP服务器进行发布，以自动录入软件实现与核算系统之间的对接。可见该系统具有专一的功能，结构简单，性能稳定，同时对之前出现的问题予以解决。

虽然每个线程中的表计数目不同，但其基本流程是一样的，同时工作的几个线程使采集速度得到了保证。该采集软件具有稳定的性能，且扩展性良好，能够对停止表计的表码数据进行采集，有利于电能核算工作的进行。

4.结束语

电能采集计量系统的涉及到硬件、软件等多个环节，是一个较为复杂的系统，在以后的发展过程中还需进一步的完善。当前，改善后的电能采集系统还未出现问题，并且成功的解决了系统的实用性和稳定性。

参考文献：

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[2]孙晓明 信珂 周志勇.智能变电站中的数字式电能计量系统[J].电工技术2011（12）.

[3]李妍 杨素兰.对电量采集及计量系统自动化的探讨[J].科技与生活 2010（13）.