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摘要：近年来，我国的科学技术发展迅速，随着社会用电量的增加，对电网提出了更高的要求。国内外都在针对新型的电力网络技术进行研究，以便建设更利于全球发展需要的智能电网。远程抄表技术作为智能电网的重要组成部分也取得了很大的发展。远程抄表技术具有抄表率高，误差率小等优点逐渐成为研究的热点。本文通过对智能电网中远程抄表技术以及相关协议的研究设计了一种基于DLMS/COSEM协议的远程抄表通信网络系统。
关键词：远程抄表;通信网络;DLMS/COSEM协议
1远程集中抄表的国内外现状及发展趋势
从最初远程集中抄表技术的理念建立至今，通过国内外研究机构不断地探究交流与试制，远程抄表技术越过一个个难关，逐渐发展成熟。随着网络技术和传输技术的渗透，远程抄表系统结构已经从单机到双机再发展成从有线网络到无线网络系统。由原先的DOS系统操作到Windows平台，操作平台更人性化更直观。系统功能也从简单的抄电表电量到能实时计费、发出设备故障警报和能远程操控等，与此同时，系统通信技术也发生了一系列改革。
2远程抄表通信技术
2.1以太网通信技术
以太网技术是当今应用最普遍的局域网通信技术，早在多年前就已经被人们广泛的应用到远程抄表系统中，以太网一般采用总线型或星型的拓扑结构，可以使用多种通信媒介进行传输，如光纤、同轴电缆、双绞线等，运用十分方便，费用成本也比较低廉。
2.2电话网络通信
由于电话线的双向通信机制，远程抄表系统采用电话网络通信技术作为远程通信信道的历史已有二十多年，电话线实现数据在发送方和接收方的交互。目前利用公共电话网作为远程抄表通信技术的方式有租用电话线方式和拨号电话方式四。电话线的投入运用方便，获得广泛的使用，但运行经费较高，无法实时监控数据传输质量，无法获取信道的状态，且数据传输过程中，呼叫应答的回复时间比较长，导致集中器数量较多时数据信息传输的速度会下降迅速，因而不建议采取租用电话线的方式作为大型远程抄表系统的通信方式。
2.3GPRS通信技术
GPRS，通用无线分组业务是一种基于GSM系统的无线分组交换技术，提供端到端的、广域的无线IP连接。作为现有GSM网络向第三代移动通信演变的过渡技术(2.5G，GPRS在许多方面都具有显著的优势。
3基于DLMS/COSEM的远程抄表系统设计
3.1系统总体方案
3.1.1系统构成
从系统结构上来看，本文所设计的远程抄表系统可以分为由下至上的三层结构:电能表、集中器和管理中心。从通信网络层面来看本系统可以分为本地通信网络和远程通信网络两个部分。
3.1.2系统工作原理
抄表系统的集中器是整个远程集中抄表系统的核心设备，在抄表系统中扮演着双重角色。在与电能表通信时，集中器作为客户端，电能表作为服务器，电能表需要响应集中器的请求并返回相应的电能表数据给集中器，集中器接收数据且同时将数据存储到数据库中;而在与主站的通信中(如主站发出实时抄表命令)，集中器则转变为服务端的角色。集中器中需要构建基于COSEM对象模型的虚拟电表服务器，可以响应主站的实时请求，并返回电能表数据给主站。同时，集中器还需具备管理下属所有电表的功能。
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3.1.3通信方式选择
远程抄表系统通信媒介的选择也是至关重要的一个方面，各种通信媒介各有优点，需要根据实际情况进行选择。上行通信当前，远程抄表系统所采用的的通信媒介一般可分为有线和无线两种方式，集中器上行通信网络较为主流的通信媒介有光纤、以太网Ethernet、无线专网(如公安、消防等专用无线网络)和无线公网(GPRS/CDMA)等。在远程抄表系统上行通信网络的通信方式选择上，经过多年发展与实践，以太网和GPRS已经成为两种使用最广泛的通信方式。下行通信是指远程抄表系统中集中器与底层电能表的通信。下行通信方式也有多种选择，常用的有RS-485、低压电力线载波PLC和短距离无线通信(如Zigbee、微功率无线RF)等。
3.1.4集中器硬件方案
集中器作为远程抄表系统的核心部件，主要位于企业、小区等用户现场，负责对区域内的电能表数据进行采集、存储、传输等任务。具有连接设备多、数据量大、现场环境复杂等一些特点，设计的同时也要考虑接口、功耗、成本等因素。本课题研制的集中器硬件结构上具有嵌入式微处理器MCU、电源模块、GPRS通信、RS485通信、红外通信、显示功能、USB接口、复位电路、FLASH存储、按键这些模块。
3.2基于DLMS/COSEM的集中器模型构建
3.2.1集中器COSEM对象模型构建
该对象模型可以分为三层，第一层为物理设备也就是集中器，一个物理设备包含一个管理逻辑设备(包含时钟管理、参数配置、服务接入等功能)和若干个数字逻辑设备(实现数据及数据曲线存储功能)。这种结构有利于将设备管理和数据处理的功能分开，便于软件设计、功能扩展。第二层为逻辑设备层，由电能表抽象而来，一个电能表对应了一个数据逻辑设备，而每个逻辑设备均包含一组COSEM对象，用于描述电能表的各功能单元。第三层为COSEM对象接口层。所谓的接口也就是用户可以实际访问的COSEM对象的属性和方法的集合。
3.2.2基于TCP/IP的COSEM通信
DLMS/COSEM规约主要定义在TCP/IP传输模型的应用层上，与其他应用层协议如FTP,HTTP相比，COSEM应用层协议数据单元APDU在往下一层传输数据时需要包装子层先进行一次封装增加一个Wrapper首部(WPDU)oWrapper首部包含了版本号、源端口、目的端口以及长度这些信息，用于寻址确保数据准确传输。集中器与主站在进行GPRS通信时发送方COSEM应用层的APDU数据经过封装Wrapper首部、再经过传输层、网络层，最后经过数据链路层PPP协议封装并通过GPRS网络发给接收端。接收端接收数据时也要对原始数据进行层层解析，最终把解析出的APDU数据交由接收端的COSEM应用进程进行处理。
3.3集中器软件设计实现
集中器功能强大，其软件设计过程是最繁复耗时的，需要考虑的因素颇多。集中器软件设计最核心的部分是通信功能的实现，包括与远程抄表主站的上行通信，还有与现场电能表的下行通信，其次是实现数据存储、交互、传递与分析处理。这些功能必须分线程进行，因此需要植入一个良好的系统，安排分工处理。
结语
本文针对目前国内远程抄表系统中协议标准不统一、互操作性差等问题，分析了传统通信规约的局限性和不足。设计了一种基于面向对象的DLMS/COSEM的远程抄表通信网络系统。该系统在集中器与电能表的下行通信网络以及集中器与主站的上行通信网络均采用了DLMS/COSEM协议作为通讯规约。由于系统自上而下都采用这同一套协议，因此具有很好的互操作性，解决了不同厂商生产的电能表、集中器不能互通的问题。该协议良好的可扩展性也解决了系统业务更新时面临的兼容性问题。与此同时，基于面向对象的DLMS/COSEM协议能够满足更复杂的电能表应用需求，支持多种通信介质，提高了抄表系统稳定性。
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论文作者:张晨语,杨祎芃
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/20
标签：集中器论文; 通信论文; 抄表论文; 数据论文; 电能表论文; 抄表系统论文; 系统论文; 《电力设备》2017年第25期论文;