廣東省網(wǎng)關(guān)口、地區(qū)關(guān)口電能量計量遙測系統(tǒng)互連技術(shù)的研究及實現(xiàn)

摘　要：針對廣東省網(wǎng)關(guān)口、地區(qū)關(guān)口電能量計量遙測系統(tǒng)之間的互連，提出了基于IEC 62 056國際標準的解決方案，制定了公用信息全局編碼規(guī)則。該方案具有接口統(tǒng)一簡便、數(shù)據(jù)傳輸效率高的特點。應(yīng)用實踐表明，該方案是行之有效的。??
　　關(guān)鍵詞：電能量計量遙測系統(tǒng)；對象標識系統(tǒng)（OBIS）；能量計量配套技術(shù)規(guī)范（COSEM）；公用信息模型（CIM）；可擴展標志語言（XML）；標準建模語言 (UML）?お?
Research and realization of interconnection between elect ric energy telemetering systems of Guangdong provincial power grid gate and regional gate
ZHANG Ya?瞕ong??
(Guangdong Power Test & Research Institute, Guangzhou 510600, China)?お?
　　 Abstract: The solving project based on the IEC 62056 series standards is put for ward for the interconnection between electric energy telemetering systems of Gua ngdong provincial power grid gate and regional gate. The global coding rules of common information are constituted. The project has the advantages of convenien t interface and high efficiency of data transmission. With the applications, the project is proved to be effective.??
　　Key words:electric energy telemetering system; object identifica tion system (OBIS); companion specification for energy metering (COSEM); common information model (CIM); extensible markup language (XML); unified modeling lang uage (UML)?お?

　　廣東省網(wǎng)（以下簡稱省網(wǎng)）關(guān)口電能量計量遙測系統(tǒng)于1999年開始籌建，到2001年底系統(tǒng)建設(shè)完成。地區(qū)關(guān)口電能量計量遙測系統(tǒng)于2000年8月開始籌建，首批選取佛山、中山、惠州、茂名和肇慶5個地區(qū)作為試點，到2001年底5個系統(tǒng)建設(shè)全部完成。5個試點地區(qū)外的其余16個地區(qū)電能量計量遙測系統(tǒng)的推廣建設(shè)工作也已經(jīng)全面展開。省網(wǎng)及五個試點地區(qū)系統(tǒng)建設(shè)情況如表1所示。??
　　目前這些系統(tǒng)之間基本上是互相獨立的，沒有統(tǒng)一的接口標準，無法實現(xiàn)有效的數(shù)據(jù)共享，不能滿足今后的統(tǒng)一管理和決策。為了適應(yīng)電力市場商業(yè)化運營和實現(xiàn)競價上網(wǎng)的要求，充分利用已建設(shè)的系統(tǒng)資源，研究實現(xiàn)系統(tǒng)之間互連的技術(shù)和方案，制訂統(tǒng)一的接口標準，從而實現(xiàn)信息的交換與共享，是非常必要的。??
本文針對廣東省網(wǎng)關(guān)口、地區(qū)關(guān)口電能量計量遙測系統(tǒng)之間的互連提出了基于目前國際上最先進的IEC 62056系列標準的解決方案。IEC 62056是一個系統(tǒng)化、模塊化的標準體系，主要包括：IEC 62056-61中的OBIS對象標識系統(tǒng)，IEC 62056-62的接口模型定義，及IEC62056-53的COSEM應(yīng)用層標準等。

1對象標識和對象模型
1.1對象標識系統(tǒng)（OBIS）
　　對象識別系統(tǒng)（OBIS）為電氣計量設(shè)備中的所有數(shù)據(jù)都提供了唯一的標識碼（ID-碼），不僅包括測量值，而且還包括儀表設(shè)備的配置和獲取儀表設(shè)備運行狀態(tài)的抽象數(shù)據(jù)。ID-碼用于標識：
　　a) 接口類的各種實例（或接口對象）的邏輯名稱；??
　　b) 通過通信線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；??
　　c) 計量設(shè)備顯示的數(shù)據(jù)。??
　　OBIS適用于各種類型的電氣計量設(shè)備，例如：全電子式集成電表、模塊化儀表、費率附件、數(shù)據(jù)集中器等。??
1.2能量計量配套技術(shù)規(guī)范（COSEM）??
　　能量計量配套技術(shù)規(guī)范（COSEM）是一個抽象模型，它用一種所有應(yīng)用都使用的通用方法來描述現(xiàn)實世界對象。該模型包含了這些對象的類和屬性，以及它們之間的關(guān)系。對象的信息包含在其屬性中，屬性的值表示對象的特征，它能影響對象的行為特征。所有對象的第一個屬性都是“邏輯名（logicalname）”，邏輯名是對象標識的一部分。每個對象都提供了一些檢查或修改屬性值的方法。共享公共特征的對象被歸納為接口類，接口類由類標識碼（classid）標識。對一個特定類，公共特征（屬性和方法）為所有對象描述。接口類的實例稱為COSEM對象。??
　　IEC 62056-62標準詳細說明了儀表通信接口模型的技術(shù)規(guī)范。該標準采用面向?qū)ο蟮姆椒ǘx了多種通用組合塊，以接口類的形式構(gòu)造了從簡單功能到非常復(fù)雜功能的儀表模型。
1.3可擴展置標語言（XML）
　　采用可擴展置標語言（XML）作為電力自動化系統(tǒng)間交換系統(tǒng)數(shù)據(jù)的載體，可以將有結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)記錄于文本文件中。使用基于資源描述框架RDF的Schema可以將CIM（公共信息模型）中的類及其屬性和關(guān)系映射為XML中的結(jié)構(gòu)。IEC制定的國際標準采用基于RDF Schema的XML文件來描述CIM的數(shù)據(jù)，用這種特定的XML文檔作為載體，實現(xiàn)不同自動化系統(tǒng)、不同應(yīng)用程序間的數(shù)據(jù)交換。??
2公用信息全局編碼??
　　為了使參與交換的電氣計量設(shè)備的數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)和類型，首先就必須對它們進行編碼，編碼應(yīng)是統(tǒng)一而且全局唯一的。公用信息全局編碼由COSEM邏輯設(shè)備名和設(shè)備內(nèi)邏輯名兩部分組成。??
2.1COSEM邏輯設(shè)備名??
　　COSEM邏輯設(shè)備是一組COSEM對象，每個物理設(shè)備包含一個“管理邏輯設(shè)備”。對COSEM邏輯設(shè)備的訪問由所使用的協(xié)議低層的訪問表提供。COSEM邏輯設(shè)備名由最多16個字節(jié)串組成，前3個字節(jié)唯一標識設(shè)備制造商（由DLMS指定）。后面其余的字節(jié)（最多13個）由設(shè)備制造商負責(zé)保證唯一標識。
2.2設(shè)備內(nèi)邏輯名??
　　設(shè)備內(nèi)邏輯名使用OBIS碼結(jié)構(gòu)，是一個由6個數(shù)值組構(gòu)成的組合編碼，它以分層的形式描述了每個數(shù)據(jù)項的準確含義。其格式如圖1所示。?オ?

　　IEC 62056-61對每個數(shù)值組進行了詳細的定義。一些數(shù)值組如果與應(yīng)用無關(guān)則可以刪減。其中A，B，E，F(xiàn)為可選數(shù)值組，C，D為必選數(shù)值組。??
3設(shè)計方案
3.1方案概要
　　本設(shè)計方案使用COSEM接口程序作為系統(tǒng)間的適配器，將數(shù)據(jù)交換通道上的XML格式的COSEM對象數(shù)據(jù)解讀并載入應(yīng)用系統(tǒng)，并將系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為XML格式的COSEM對象數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)交換通道上傳送。圖2描述了其實現(xiàn)機制，其中接口模塊包括數(shù)據(jù)過濾、數(shù)據(jù)打包以及數(shù)據(jù)傳輸3個子模塊。??
　　a) 首先，根據(jù)COSEM對象模型構(gòu)造COSEM接口類（多版本）支持庫。??
　　b) 數(shù)據(jù)導(dǎo)入的過程是：在接收到數(shù)據(jù)交換通道上的XML數(shù)據(jù)后，（如果是文件，則先讀出文件）將數(shù)據(jù)載入解釋表達COSEM數(shù)據(jù)的COSEM接口類支持庫實例子對象集。進而，接口模塊將前面按COSEM接口對象語義實例化的對象數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)，寫入應(yīng)用系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中。這樣，應(yīng)用系統(tǒng)就獲得了所需的數(shù)據(jù)。??
　　c) 數(shù)據(jù)導(dǎo)出的過程是：接口模塊在應(yīng)用系統(tǒng)中過濾出需要導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，將其載入相應(yīng)的COSEM接口類實例對象，通過該對象的XML接口生成XML數(shù)據(jù)，（按輸出要求生成文件），然后送到數(shù)據(jù)傳輸層，從而完成了COSEM接口對象數(shù)據(jù)的導(dǎo)出。??
3.2方案特點??
　　本設(shè)計方案采用的導(dǎo)入導(dǎo)出機制，接口模塊直接在數(shù)據(jù)通道和應(yīng)用系統(tǒng)之間進行數(shù)據(jù)交換，其主要特點是：??
　　a) 快速處理能力。實例化的COSEM接口對象，通過XML格式及應(yīng)用系統(tǒng)格式兩種數(shù)據(jù)的快速加載和釋出，可保證系統(tǒng)進行快速的數(shù)據(jù)處理。??
　　b) 簡捷的處理環(huán)節(jié)。通過適當(dāng)?shù)脑O(shè)計及實現(xiàn)手段，省卻了中間數(shù)據(jù)庫的要求，使接口模塊更加輕量而高效。??
　　c) 采用對象化工具將易于表達COSEM。COSEM是面向?qū)ο蟮哪Ｐ停性S多商用開發(fā)工具可很好地實現(xiàn)COSEM支持庫。??
　　d) 該機制適用于基于COSEM語義的多種接口。當(dāng)前的標準接口是采用XML文件作為COSEM數(shù)據(jù)的載體來交換數(shù)據(jù)，而未來將采用各種分布式對象計算技術(shù)，用標準化組件接口實現(xiàn)系統(tǒng)及應(yīng)用程序間數(shù)據(jù)交換。由于這些接口方式都是基于COSEM語義的，而COSEM支持庫也是基于COSEM語義的，因此接口和COSEM支持庫是一致的，同時該接口模塊的導(dǎo)入和導(dǎo)出等上層子模塊不會因接口方式的變動而變動。??
　　e) 由于該方案采用的IEC 62056標準提供了一個開放式、標準化的協(xié)議，它不需要依賴于特定供應(yīng)商，采用XML進行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，可對接口數(shù)據(jù)進行有效的、靈活的定義。??
3.3方案實現(xiàn)??
3.3.1COSEM接口類支持庫??
　　COSEM接口類支持庫即是各種COSEM版本的定義庫，是各COSEM的實現(xiàn)，提供了對COSEM各種版本的統(tǒng)一解釋。所定義的解釋接口按各版本進行實現(xiàn)，而可在所有支持COSEM的應(yīng)用程序間使用。這種定義實現(xiàn)方式可方便地進行COSEM版本以至小到某版本內(nèi)部內(nèi)容的擴充。??
　　許多組件化、基于COM的對象化語言，都可以為COSEM提供方便、有效的實現(xiàn)。這提供了COSEM多態(tài)性實現(xiàn)，很好地解決了COSEM多版本、擴展問題，也為COSEM多版本的管理提供有效一致的管理、結(jié)構(gòu)和方式。??
3.3.2XML數(shù)據(jù)處理??
　　有兩個通用的分析器DOM（文檔對象模型）和SAX（簡單應(yīng)用程序接口）能解讀XML文檔，提供應(yīng)用程序與XML文檔間的橋梁。??
3.3.3數(shù)據(jù)傳輸??
　　如圖3棧圖所示，該設(shè)計方案增強了其在數(shù)據(jù)傳輸方面的支持，提供了以下的功能實現(xiàn)：??　　
　　a) 數(shù)據(jù)通信功能，實現(xiàn)雙向通信，連接雙方都可作為通信發(fā)起方；??
　　b) 多任務(wù)方式，組織有效的數(shù)據(jù)通信；??
　　c) 多端口類型支持，支持現(xiàn)有流行的如TCP/IP，F(xiàn)TP，COM及USB等軟硬件端口類型；??
　　d) 多通道類型支持，支持現(xiàn)有流行的如撥號、專線、網(wǎng)絡(luò)等通信通道類型；??
　　e) 提供通道自適應(yīng)自動切換的功能；??
　　f) 提供運行信息的輸出；??
　　g) 提供通信情況的統(tǒng)計。
??

4應(yīng)用??
　　按照制定的方案我們編寫了互連接口軟件包——電能量計量公用信息交換系統(tǒng)。軟件包采用最先進的Microsoft Visual Studio?盢et開發(fā)平臺，使用完全面向?qū)ο蟮腃#語言實現(xiàn)。軟件包主要模塊包括：數(shù)據(jù)源及用戶功能管理，接口類類型管理，全局編碼管理，應(yīng)用系統(tǒng)管理以及交換任務(wù)管理等。利用開發(fā)的交換系統(tǒng)我們選取了中山和肇慶地區(qū)電能量計量遙測系統(tǒng)進行了互連試驗。試驗結(jié)果表明，該方案具有接口統(tǒng)一簡捷快速、數(shù)據(jù)傳輸效率高的特點，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。