城市综合体电能表低压集抄系统建设浅析

贵阳供电局 张 路



城市综合体电能表低压集抄系统建设浅析

贵阳供电局 张 路

【摘要】通过对某大型城市综合体低压集抄系统建设分析，采用双核心、双汇聚的三层网路机构低压集抄系统，利用光纤传输性能，达到低压集抄系统的高可靠性，同时利用低压集抄系统的远程开断功能，克服传统人工抄表方式的各种弊端，满足减少抄表工作量、提高抄表实时性和降低抄表错误率。

【关键词】电能表低压集抄系统；三层网络机构；远程开断式电能表；双核心；双汇聚

1 前言

全国有超过200个大型城市综合体正在建设，大型城市综合体集商业、居住、办公、医疗、教育等业态于一身，可以说就是一个小型的城市，以贵州贵阳大型城市综合体“未来方舟”为例，未来方舟总占地15000亩，总建筑面积1300万平方米，预计居住人口17万，居民用电户数约6.5户，小区用户电表为集中表箱式安装，用户密集且数量庞大，如果采用人工抄表方式将耗费大量人力资源，且不符合用电营销自动化的要求，为克服传统人工抄表方式的各种弊端，满足减少抄表工作量、提高抄表实时性和降低抄表错误率的要求，急需建设低压集抄系统。

低压集抄系统是指由后台主站系统通过远程通信信道（无线、有线等信道）将台区电能表的电能量数据及相关用电信息集中抄读，并能远程实施断、送电控制的网络抄表系统。该系统主要由台区考核总表、用户电能表、采集终端、本地通信信道、集中器、远方通信信道和后台主站系统等设备组成。建设集抄系统取代现有的用电手动抄表。节省人力资源，降低抄表成本，提高抄表及时率，抄收成功率；计算机自动抄表降低人工抄表差错率；监测居民用电情况，发现用电异常及时报警；同时抄收台区总表，可进行台区线损计算分析，为开展节能降耗提供数据支撑。

2 总体方案设计架构图

本次未来方舟抄表系统网络建设主要分为以下几个区域：接入区、区域汇聚区、核心区、服务器区、出口区；

2.1 接入区域

由于此次未来方舟抄表系统所使用的集中器全部为百兆光纤接口，且每栋楼只部署一个集中器，因此，我们在网络接入区采用带千兆上链的百兆光纤接口交换机S3600V2-28F-EI，所有的集中器过单模光纤直接连接到接入交换机；

接入交换机通过双千兆光纤分别连接到两台区域汇聚交换机；

为保证网络具有一定的冗余、扩展性，建议此次接入交换机端口不要全部使用，至少保留30%以上空闲端口，即每台24口交换机最多使用16个端口；

2.2 汇聚区域

由于未来方舟占地面积很广，信息点分部相对分散，因此，此次网络设计我们采用三层架构（即核心层、汇聚层、接入层），以减少光纤资源以及因铺设光纤带来的人力、物力资源的浪费；建议每个区域设置一个汇聚区；

我们在汇聚区域采用两台高性能交换机S5800-32F作虚拟化，将两台交换机虚拟成一台同时工作，汇聚区域的数据交换能力翻倍，而且不管任何一台出现故障，另外一台还可以继续正常工作，提高了网络的稳定性；

汇聚交换机通过双万兆链路分别连接到核心交换机。

2.3 核心区域

核心区域是整个网络的中枢，其安全性和稳定性要求更高，我们建议核心区域同样采用两台S10508-V高性能模块化交换机作虚拟化；

为提高网络的安全性，我们在核心交换机上部署防火墙插卡和IPS插卡；

核心交换机与各区域相连主要采用万兆光缆，为整网的数据交换提供一个高速、稳定的数据交换机平台。

2.4 出口区域

此次方案设计，我们在出口部署一台MSR50-40路由器，作为未来方舟整个网络与电力专网互联的出口；

路由器通过两颗千兆光纤分别与两台核心交换机互联。

2.5 服务器区域

此次服务器区域建设，我们部署一台S5800-32C数据中心级交换机作为服务器的接入交换机，通过双万兆链路分别与两台核心交换机互联；

在服务器区部署一套IMC管理软件，对全网的网络设备进行统一管理，通过图形化的界面，可以实时了解掌握整个网络的运行情况，大大降低了网络的管理难度，提升了工作效率。

3 双核心、双汇聚设计，实现链路冗余与路由备份

传统的双机组网一般采用VRRP+MSTP双机热备，局限性很大，具体如下：

可靠性不足，收敛时间太长

采用传统的VRRP+MSTP双机模式，一旦一台核心交换机宕机，VRRP的收敛时间短则十几秒，长则几分钟，在此期间会有大量的数据丢失。

性能低下，扩展性差

采用传统的VRRP+MSTP双机模式，两台核心交换机不能当同一台使用，必须配置双份的业务板卡。譬如，若需实现防火墙功能，每台核心都必须配置一块防火墙插卡，极大的抬高了用户的投资，可扩展性差。

H3C对于传统的双机方式做了改进，采用虚拟化技术，将两台核心真正的虚拟化为一台，具体特点如下：

◆点对点组网，无环路，不需启动STP，上行带宽增倍

◆跨设备链路捆绑，链路故障收敛时间短，毫秒级

◆一个管拟组一个网关地址，一个虚拟组一个管理地址，节省IP地址资源

◆核心、汇聚各虚拟组只管理1台逻辑设备

4 核心交换机自身的可靠性设计

经过数十年的发展，业界对于数据中心级核心交换机的认知也越来越深，设计方向各有不同，但是在高端核心交换机的可靠性方面有着共同的设计理念：

控制平面与转发平面物理分离

传统的园区网交换机一般采用“Crossbar+共享缓存”的交换架构，引擎板继承担控制平面的工作，同时也承担数据转发平面的工作，跨槽位的流量转发报文需要经背板到引擎板的Crossbar芯片进行转发。这种架构限制了设备的可靠性和性能：

◆ 可靠性限制：引擎需要承接数据转发平面的工作，因此在引擎出现主备倒换时必然会出现丢包。此外引擎1+1冗余，也使得Crossbar交换网只能是1+1的冗余，冗余能力无法做的更高。

◆ 性能限制：受制于业界当前Crossbar芯片的工艺以及引擎PCB板卡布线等制造工艺，将Crossbar交换网与CPU主控单元集中在一块引擎板上的结构，一般单块引擎的交换容量不可能做的太高（一般约2TB左右）。

数据中心级核心交换机产品将控制平面与转发平面物理分离，一般有独立的引擎板和交换网板，同时采用CLOS多级交换架构，大大提高设备的可靠性及性能。

关键部件更强的冗余能力

除了引擎和交换网板的冗余外，此类设备的电源一般均可以配置多块，实现N+M的冗余，保证电源的可靠性更高；另外风扇的冗余也由原来的风扇级冗余，提高到了风扇框冗余，每个独立的风扇框内多个风扇冗余。

◆ 虚拟化能力

大型网络的复杂度越来越高，需要管理的设备也越来越多，设备的虚拟化可将同一层面的多台设备虚拟化为一台，进行设备的横向整合，简化设备的配置和管理。

5 结论

采用以上下行通信信道安装方案，以及三层通信网络构架的建设，可保证低压集抄系统的稳定性、安全性、准确性的同时，也节省了上行通信信道的投资，同时通过主站网管的建立，能够快速、准确的发现通信故障，保证了后期运行维护工作的开展。

参考文献

［1］宗建华 ，智能电能表，中国电力出版社，北京，2010.

［2］章欣，用电信息采集系统和智能电能表知识问答，中国电力出版社，北京2014.

City complex electric energy meter reading system construction of low set

（Guiyang Power Supply Bureau Guizhou Guiyang 550002）

Abstract：through in a large city complex low set copy system construction analysis and centralized meter reading system using poly （dual core，Shuanghui the three layer network mechanism of low pressure， using optical fiber transmission performance， achieve high reliability of the LV centralized reading system， at the same time， the LV centralized reading system for remote disconnect feature， overcome various malpractices in the traditional way of manual meter reading meet reduce workload of meter reading， can improve the real-time performance of the meter reading and reduce error rate meter.

Key words：electric energy meter automatic meter reading system； the three layer network；remote disconnect meter；dual core；Shuanghui poly

作者简介：

张路（1987—），男，大学本科，主要从事城市配电网运行维护。