用电信息采集系统中多源异构通信协议设计

摘 要： 数据采集终端中上下行数据通信遵循的通信协议不同，导致主站接收数据与电能表采集数据的质量不同，也无法保证产品的复用性。现有的面向对象协议对终端不同功能模块数据统一通信的支持还不完善，导致终端的数据采集耗时较长。因此需要设计一种支持多源异构数据的通信协议，保证终端的各功能模块能够快速、统一的进行数据通信，有效提高数据采集效率。对现有的面向对象通信DLT698.45协议进行扩展，在各个功能模块中增加了相应的属性和方法，实现对不同功能模块中多源异构数据通信的支持。实验测试中使用多源异构通信协议的终端在功能和性能上明显优于面向对象通信协议，将多源异构协议应用到终端产品中可以增强终端的各项功能支持，同时显著提高数据采集效率。

关键词： 多源异构通信协议； 用电信息采集； 面向对象协议； 数据采集； 复用性； 电能表

中图分类号： TN98?34； TP321.11 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2018）02?0145?03

Abstract： The up and down data communication of the data acquisition terminal follows different communication protocols. As a result， the quality of the data received by the main station is different from that of the data collected by electric energy meter， and the reusability of the product cannot be ensured. The current object?oriented protocol cannot well support the unified communication of data from various modules of the terminal， which results in more time for data acquisition of the terminal. Therefore， it is necessary to design a communication protocol supporting multi?source heterogeneous data to ensure all the modules of the terminal can communicate quickly and uniformly， so as to improve the efficiency of data acquisition effectively. The current object?oriented communication protocol DLT698.45 is extended. The corresponding properties and methods are added in all functional modules to realize the support of multi?source heterogeneous data communication. In the test experiment， the terminal using multi?source heterogeneous communication protocol has an obvious function and performance advantage in comparison with the one using object?oriented communication protocol. Applying the multi?source heterogeneous protocol to terminal products can enhance the function support of the terminal and significantly improve the data acquisition efficiency.

Keywords： multi?source heterogeneous communication protocol； electricity utilization information acquisition； object?oriented protocol； data acquisition； reusability； electric energy meter

0 引 言

用电信息采集系统是智能电网的重要组成部分，用于对所有用户的用电信息进行采集、统计和处理等。常用的用电信息采集系统中终端多为模组化终端，将不同功能整合为模块集成到一个终端中，如控制模块、RS 485模块、遥信脉冲采集模块、通信模块、载波模块等。终端上下行采用不同的通信协议，主站与终端通信遵循采集Q/GDW 376.1[1]，IEC62056或DLT698.45[2]通信协议，而终端与电能表通信遵循DL/T645或DLT698.45协议。每个功能模块内部单独定义内部的通信协议通常仅供模块内部使用，而每个模块的数据标识和数据格式不统一，终端需要进行协议的转换即对数据格式和数据内容的变换和重组，导致主站的数据质量问题。同时终端的上下行协议不统一也导致产品的复用性和规范性无法得到保障。

传统的实现采集终端上下行协议统一的方法是扩展现有的面向业务型的协议，增加各项业务的数据项定义。然而每次增加数据项均要对主站、终端和电能表的程序升级，导致系统的维护效率较低。如文献[3?5]在用电信息系统中设计的各类通信协议。随后有人尝试引进国际信息采集通信标准IEC62056[6]，但该标准并不完全适合国内的使用环境。文献[7]通过对现有用电信息采集系统通信协议的研究和分析，指出自主研发统一化、面向对象的协议更符合国内用电信息采集的实际情况。文献[8?9]设计了一种基于面向对象互操作技术的用电信息采集系统通信协议；文献[10]使用面向对象技术实现了基于农村电网的用电信息采集系统。目前国家能源局已经发布了电能信息采集与管理系统中的面向对象的互操作性数据交换协议[2]。但是现有的面向对象协议在支持终端上下行协议的统一方面并不完善，导致终端的数据采集耗时较长。endprint

在模组化终端中上下行协议需要将不同功能模块的多源异构数据与主站进行数据通信。本文主要工作是在用电信息系统中对现有的面向对象通信协议进行扩展，实现多源异构通信协议的设计。多源异构通信协议的应用可以避免因协议频繁修订而造成的软件采集系统软件频繁更新，降低用电信息采集系统的维护成本，可有效提高数据的采集效率。

1 用电信息系统多源异构通信协议总体设计

多源异构通信协议属于应用层协议，设计目的是完善和优化业务功能。多源异构通信协议的开发采用面向对象的方法，遵循面向对象的互操作性数据交换协议规范，对现有的面向对象协议进行扩展，在满足业务需求的基础上提高业务执行效率，同时可以方便各功能模块的复用、修改和扩展。

多源异构通信协议适用于模组化终端各功能模块的通信，功能模块通常包括交采模块、载波模块、RS 485模块、通信模块和遥脉模块等。交采模块提供基础数据和相关处理后的数据，包含电压、电流、功率、谐波、需量、相角等。载波模块和RS 485模块通过不同接口和介质抄读不同的电表数据，而遥脉模块主要采集遥信和脉冲信号。通信模块满足主站跟集中器进行通信，现有的通信协议主推DLT698.45面向对象协议，协议内容包含集中器本体的数据和事件，集中器采集的测量点的数据和事件，测量点的数据和事件的格式按照DLT698.45面向对象协议进行传播。

多源异构协议的实现办法是在现有的面向对象协议基础上进行扩展，在每个模块中增加一些属性，使得只要增加数据标识即可增加功能，其他模块也可以同样继承该数据标识，即可完成功能增加，而不需要在每个协议中均增加类似Q/GDW 376.1协议的FN数据项，可以有效地避免代码处理工作量的增长。

2 多源异构通信协议模块实现

多源异构通信协议对面向对象协议的主要扩展如表1所示。RS 485模块包括门节点输入接口和告警输出接口两路接口，RS 485接口用来采集电能表数据，门节点输入用来采集门节点状态信息，告警输出是在终端对用户发出跳合闸控制命令之前发出告警信息。RS 485模块需要对F224和F223进行扩展。

遥信脉冲模块包括2路遥信输入接口和2路电能表脉冲输入接口，遥信输入和脉冲输入都是0?1状态。该模块需要对F222和F20A扩展，F20A的属性3提供脉冲个数和相关时标基础数据，为电能量计算提供数据支撑。

通信模块包括远程通信和本地通信，远程通信模块用于主站与终端通信，采用GSM，GPRS，CDMA等方式，需对其F221对象扩展。本地通信模块采用电力线载波通信方式或民用无线电专用频段通信方式，用于与采集器、以及与电表之间通信，需对其F209扩展。

控制模块主要是转发处理显示模块对用户的跳闸合闸等控制命令，从而配合完成终端的控制功能，需对F220，F205和F203的扩展。

3 多源异构通信协议分析

本文设计的多源异构通信协议已经在最新的模组化终端中实现和应用。在功能方面，多源异构协议除了具有传统的面向对象协议所支持的数据采集和面向对象功能外，还支持模组化功能。多源异构协议的设计基于传统的面向对象协议进行扩展，模组化功能是多源异构协议设计中考虑的一项核心功能。多源异构通信协议解决了模组化终端模块之间的兼容性问题，提供统一数据处理单元，极大程度上方便了对数据的统一处理，避免了重复工作，同时也降低了出错概率。

以实际使用新终端的两个台区为例，台区1包含132块电表，台区2包含138块电表。在2017年5月15日—22日期间，分别测试使用不同协议的终端对两个台区进行数据采集所耗费的时间。

台区1的采集耗时如图1所示，使用传统面向对象协议的终端每日的数据采集时间显著高于使用多源异构协议的终端。测试结果表明，在整个测试周期内使用传统面向对象协议的终端进行数据采集的平均耗费时间是11.5 min，而使用多源异构协议的终端的平均数据采集耗时为7.4 min。

台区2的采集耗时如图2所示，使用传统面向对象协议的终端每日的数据采集时间高于使用多源异构协议的终端，且两类终端每天数据数据采集时间的变化趋势也并不相同。

测试结果表明，在整个测试周期内使用传统面向对象协议的终端进行数据采集的平均耗费时间是9.6 min，而使用多源异构协议的终端的平均数据采集耗时为7.9 min。

从上述结果可以看出，使用传统面向对象协议的终端的数据采集时间在不同台区之间波动较大，而使用多源异构协议的终端的采集时间波动较小。因此，使用多源异构协议的终端不仅可以降低数据采集时间，还可以提高数据采集的稳定性。

4 结 语

用电信息系统中终端在上下行数据传输过程中需要處理不同功能模块的不同数据，面向对象的通信协议对多源异构数据通信的支持不足。本文设计的多源异构通信协议对现有的面向对象通信DLT698.45协议进行扩展，在各个功能模块中增加了相应的属性和方法，实现对不同功能模块中多源异构数据通信的支持。实验测试中使用多源异构通信协议的终端在功能和性能上明显优于面向对象通信协议。

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