基于MSTP技术的电能计量系统两种采集模式的研究

林克灵 王旭峰 罗磊 杨凤欣 张胜

（1.中国南方电网有限责任公司超高压输电公司 2.北京煜邦电力技术股份有限公司）

0 引言

随着“智能电网”概念的提出，对电能计量系统的功能和精度提出了更高的要求[1]。文献[2]介绍了国内外典型的自动抄表系统的原理及其系统组成，探讨了我国自动抄表系统的应用模式。文献[3]指出电能量计量系统对电表直接采集功能是利用GPRS、CDMA等通信方式，使用某一种规约，通过电表串行RS485接口对电表直接采集，从电表中读取电能量累计值、瞬时量、最大需量、电表状态字等数据信息。文献[4]针对远程电表的直接抄核和间接抄核两种方式进行了探讨，并对在应用中存在的问题进行了分析。文献[5]介绍了关口电能计量监督管理系统的主要功能。

文献[6]介绍了MSTP在银行系统专线接入中的应用，并阐述了MSTP专线接入方案、方案的特点。文献[7]探讨了MSTP技术在电力通信传输网中的应用，为行政管理和自动化信息传输提供服务。文献[8]介绍了MSTP的发展背景，并对MSTP组建城域网提出建有ATM城域网的地方建议尽快建设MSTP网络。文献[9]从电能表、采集器，以及通信信道等方面阐述了电能计量自动抄表技术的发展现状。

这些文献在电能量计量系统的采集方式、发展方向进行了研究，还对MSTP技术在其他领域也做了探索。但基于MSTP技术的电能计量数据传输系统的采集模式的研究，未见报道。本文基于MSTP技术对电能计量系统中采集器采集和电表直接采集这两种采集模式进行了对比实验研究。从数据经济性、存储容量、维护工作量、灵活性、稳定性等不同角度，基于MSTP通道环境，对这两种采集模式的优缺点进行了阐述，为电能计量系统采集模式的选择提供参考。

1 MSTP技术

基于SDH 的多业务传送平台（Multi-Service Transfer Platform，MSTP）是指基于SDH 平台同时实现TDM、ATM、以太网等业务的接入、处理和传送，提供统一网管的多业务节点[10]。MSTP的实现基础是充分利用SDH技术对传输业务数据流提供保护恢复能力和较小的延时性能，并对网络业务支撑层加以改造，以适应多业务应用，实现对二层、三层的数据智能支持。即将传送节点与各种业务节点融合在一起，构成业务层和传送层一体化的SDH业务节点，称为融合的网络节点或多业务节点，主要定位于网络边缘。与其他技术相比，MSTP技术的优势在于：它支持固定带宽业务和可变带宽业务。基于MSTP设备的城域网组网主要有传输速率高，投入少、接入简单、节省投资，网络稳定性高等特点[11]。

鉴于MSTP在以太网和城域网方面的应用优势，本文将其应用于超高压输电公司电能量计量模拟电能量计量主站，针对两种采集模式进行对比实验。

2 系统结构

电能计量系统是电力企业自动化建设的重要组成部分[12]，电能量计量系统主要由通信子系统、数据库服务器、应用子系统数据采集三部分组成。

通信子系统主要与电表或采集器进行通讯，得到带时标的数据，将数据入库，前置机集群[13]具有分组功能，以负载均衡的方式运行。数据库服务器主要对采集数据及衍生数据进行处理存储，服务器采用双机热备技术[14]。应用子系统主要实现用户权限角色管理、电量数据查询、原始测试记录查询、通信流量、缺失统计、综合分析等功能。

通信子系统是数据分析的主要数据来源。通信子系统支持电表直接采集和采集器采集两种采集模式。

采集器采集：电能表通过RS485接入采集器，采集器通过调度数据网与前置机进行通讯。采集器配置64块表，32块使用DLMS规约，另32块表使用DL/T 645-1997规约，数据上传主站规约使用IEC-870-102。

电表直接采集：电能表可以通过RS485接入串口服务器[15]，经过网络与采集网相连，与前置机的实时通讯。其中，直接采集电表分别使用DLMS规约与DL645-1997规约。

为了实现研究目标，采集子系统在实现采集的同时，除了记录通信过程中主站发送的报文、发送报文的时间、主站接收的报文、接收报文的时间，还将每次通信过程的开始时间、结束时间、通信状态、采集类型、通信交互数量、通信流量记录下来。

3 实验及分析

3.1 实验环境

实验数据取自电能量计量模拟主站系统的2016年6月28日至2016年7月3日的采集数据。首先固定积分周期为5min，分别进行了采集器、DLMS规约直采、DL645规约直采的测试。然后对积分周期分别为1min、5min、15min、30min的采集器通信进行了测试。

3.2 评测标准

本文将指定时间段整个通信过程中所用的通信时间、通信流量、最大速率、通信最小速率、通信平均速率、报文数量这六个指标来评测基于MSTP通道下采集器采集和电表直接采集的通信性能，从而分析出这两种采集模式存在的差异，并从维护工作量、经济型等不同角度比较其优缺点，为电能计量系统对采集模式的选择提供参考。其中：D表示通信时间，E表示通信流量，F表示平均通信速率，G表示最大通信速率，H表示最小通信速率，J表示报文数量，M表示交互数量，n表示特定时间段经历的通信过程次数，K表示通信速率。它们之间的关系如下所示：

3.3 实验结果及分析

（1）不同积分周期下的采集器通信分析实验

针对采集器采集64块电表，基于MSTP网络通信模式，现场更改采集器的积分周期，对通信数据进行统计，测试实验结果见表1。

表1 不同数据周期的通信测试

由上表可以看出，积分周期为1min时，采集器采集的最大通信速率最大，通信流量也达到最大。

（2）固定积分周期下的采集通信分析实验

针对采集器内部的64块电表、两种规约的电表直接采集，在积分周期为5min、相同的测试时间（随机截取某一时间段）的前提下，对MSTP网络通信模式下的通信数据进行统计，测试实验结果见表2。

表2 不同采集模式的通信测试

从上表可以看出，在相同的测试时间内，在MSTP采集通道下，采集器在相对较短的通信时间内，报文数量、通信流量相对大，平均通信速率、最大通信速率、最小通信速率都相对高，最大通信速率一般发生在通道恢复数据大量补采的时候。实验数据表明，采集器采集方式在大量数据采集中优势较为明显。

在相同的测试时间内，DLMS耗费的通信时间长，比DL645、采集器耗费的都长，最小通信速率最短，出现这种情况的原因是由于DLMS应用层建立时间几毫秒就能完成，通道稍有不畅通，就会出现应用层连接失败的现象，进而导致后续数据通讯中断，因此通信报文相对多，通信时间耗费得相对长，而DL645不会出现这种情况。由此可见，DL645比DLMS的通信性能好。但目前大型变电站使用的基础都是非国产表，对于DL645的支持还有待研究，尤其是早期版本的645规约。这说明了电表直接采集的通信规约受规约厂家、版本的限制，存在互操作性低、不便于扩展、系统结构不完善等缺点，不能满足自动抄表的要求。

采集器采集在大数据量采集情况下比较经济，电表直接采集在一定程度上能够保证实时、准确地采集数据，使系统受限于不同的通信规约，增加系统的维护量。对于一个成熟的电能信息采集系统，不建议使用电表直接采集的方式进行采集，MSTP技术能够满足电能计量业务的开展。

（3）其他对比

在实验过程中，根据现场调试过程中遇到的问题，对电表直接采集和采集器采集两种方式，从不同角度进行了对比分析，对比结果见表3。

表3 不同采集模式对比

4 结束语

本文将MSTP技术应用于电能计量系统，在此基础上对基于MSTP通道的电能量计量系统中采集器采集和电表直接采集两种采集模式进行对比实验研究，详细分析了两种模式在MSTP通道下的通信速率、通信报文数量、通信时间等相关数据的变化情况，并从维护工作量等不同角度进行了比较，为电能量计量系统对采集模式的选择提供参考意见。