張亞東
（廣東省電力試驗(yàn)研究所，廣東 廣州510600）
摘 要：針對(duì)廣東省網(wǎng)關(guān)口、地區(qū)關(guān)口電能量計(jì)量遙測系統(tǒng)之間的互連，提出了基于IEC 62 056國際標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)。應(yīng)用實(shí)踐表明，該方案是行之有效的。
關(guān)鍵詞：電能量計(jì)量遙測系統(tǒng)；對(duì)象標(biāo)識(shí)系統(tǒng)（OBIS）；能量計(jì)量配套技術(shù)規(guī)范（COSEM）；公用信息模型（CIM）；可擴(kuò)展標(biāo)志語言（XML）；標(biāo)準(zhǔn)建模語言 (UML）
Research and realization of interconnection between elect ric energy telemetering systems of Guangdong provincial power grid gate and regional gate
ZHANG Yadong
(Guangdong Power Test & Research Institute, Guangzhou 510600, China)
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)
廣東省網(wǎng)（以下簡稱省網(wǎng)）關(guān)口電能量計(jì)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(jì)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(gè)地區(qū)作為試點(diǎn)，到2001年底5個(gè)系統(tǒng)建設(shè)全部完成。5個(gè)試點(diǎn)地區(qū)外的其余16個(gè)地區(qū)電能量計(jì)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(gè)試點(diǎn)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(dú)立的，沒有統(tǒng)一的接口標(biāo)準(zhǔn)，無法實(shí)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(yùn)營和實(shí)現(xiàn)競價(jià)上網(wǎng)的要求，充分利用已建設(shè)的系統(tǒng)資源，研究實(shí)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(biāo)準(zhǔn)，從而實(shí)現(xiàn)信息的交換與共享，是非常必要的。
本文針對(duì)廣東省網(wǎng)關(guān)口、地區(qū)關(guān)口電能量計(jì)量遙測系統(tǒng)之間的互連提出了基于目前國際上最先進(jìn)的IEC 62056系列標(biāo)準(zhǔn)的解決方案。IEC 62056是一個(gè)系統(tǒng)化、模塊化的標(biāo)準(zhǔn)體系，主要包括：IEC 62056-61中的OBIS對(duì)象標(biāo)識(shí)系統(tǒng)，IEC 62056-62的接口模型定義，及IEC62056-53的COSEM應(yīng)用層標(biāo)準(zhǔn)等。
1對(duì)象標(biāo)識(shí)和對(duì)象模型
1.1對(duì)象標(biāo)識(shí)系統(tǒng)（OBIS）
對(duì)象識(shí)別系統(tǒng)（OBIS）為電氣計(jì)量設(shè)備中的所有數(shù)據(jù)都提供了唯一的標(biāo)識(shí)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(yùn)行狀態(tài)的抽象數(shù)據(jù)。ID-碼用于標(biāo)識(shí)：
a) 接口類的各種實(shí)例（或接口對(duì)象）的邏輯名稱；
b) 通過通信線傳輸?shù)臄?shù)據(jù)；
c) 計(jì)量設(shè)備顯示的數(shù)據(jù)。
OBIS適用于各種類型的電氣計(jì)量設(shè)備，例如：全電子式集成電表、模塊化儀表、費(fèi)率附件、數(shù)據(jù)集中器等。
1.2能量計(jì)量配套技術(shù)規(guī)范（COSEM）
能量計(jì)量配套技術(shù)規(guī)范（COSEM）是一個(gè)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(shí)世界對(duì)象。該模型包含了這些對(duì)象的類和屬性，以及它們之間的關(guān)系。對(duì)象的信息包含在其屬性中，屬性的值表示對(duì)象的特征，它能影響對(duì)象的行為特征。所有對(duì)象的第一個(gè)屬性都是“邏輯名（logicalname）”，邏輯名是對(duì)象標(biāo)識(shí)的一部分。每個(gè)對(duì)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(duì)象被歸納為接口類，接口類由類標(biāo)識(shí)碼（classid）標(biāo)識(shí)。對(duì)一個(gè)特定類，公共特征（屬性和方法）為所有對(duì)象描述。接口類的實(shí)例稱為COSEM對(duì)象。
IEC 62056-62標(biāo)準(zhǔn)詳細(xì)說明了儀表通信接口模型的技術(shù)規(guī)范。該標(biāo)準(zhǔn)采用面向?qū)ο蟮?/SPAN>方法定義了多種通用組合塊，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(kuò)展置標(biāo)語言（XML）
采用可擴(kuò)展置標(biāo)語言（XML）作為電力自動(dòng)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(biāo)準(zhǔn)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(shí)現(xiàn)不同自動(dòng)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(jì)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(duì)它們進(jìn)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(duì)象，每個(gè)物理設(shè)備包含一個(gè)“管理邏輯設(shè)備”。對(duì)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(gè)字節(jié)串組成，前3個(gè)字節(jié)唯一標(biāo)識(shí)設(shè)備制造商（由DLMS指定）。后面其余的字節(jié)（最多13個(gè)）由設(shè)備制造商負(fù)責(zé)保證唯一標(biāo)識(shí)。
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(gè)由6個(gè)數(shù)值組構(gòu)成的組合編碼，它以分層的形式描述了每個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的準(zhǔn)確含義。其格式如圖1所示。
IEC 62056-61對(duì)每個(gè)數(shù)值組進(jìn)行了詳細(xì)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為可選數(shù)值組，C，D為必選數(shù)值組。
3設(shè)計(jì)方案
3.1方案概要
本設(shè)計(jì)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(duì)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(duì)象數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)交換通道上傳送。圖2描述了其實(shí)現(xiàn)機(jī)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(gè)子模塊。
a) 首先，根據(jù)COSEM對(duì)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(dá)COSEM數(shù)據(jù)的COSEM接口類支持庫實(shí)例子對(duì)象集。進(jìn)而，接口模塊將前面按COSEM接口對(duì)象語義實(shí)例化的對(duì)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(shí)例對(duì)象，通過該對(duì)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(duì)象數(shù)據(jù)的導(dǎo)出。
3.2方案特點(diǎn)
本設(shè)計(jì)方案采用的導(dǎo)入導(dǎo)出機(jī)制，接口模塊直接在數(shù)據(jù)通道和應(yīng)用系統(tǒng)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其主要特點(diǎn)是：
a) 快速處理能力。實(shí)例化的COSEM接口對(duì)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(jìn)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(jì)及實(shí)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(duì)象化工具將易于表達(dá)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(shí)現(xiàn)COSEM支持庫。
d) 該機(jī)制適用于基于COSEM語義的多種接口。當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)象計(jì)算技術(shù)，用標(biāo)準(zhǔn)化組件接口實(shí)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(shí)該接口模塊的導(dǎo)入和導(dǎo)出等上層子模塊不會(huì)因接口方式的變動(dòng)而變動(dòng)。
e) 由于該方案采用的IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)提供了一個(gè)開放式、標(biāo)準(zhǔn)化的協(xié)議，它不需要依賴于特定供應(yīng)商，采用XML進(jìn)行數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，可對(duì)接口數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的、靈活的定義。
3.3方案實(shí)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(shí)現(xiàn)，提供了對(duì)COSEM各種版本的統(tǒng)一解釋。所定義的解釋接口按各版本進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，而可在所有支持COSEM的應(yīng)用程序間使用。這種定義實(shí)現(xiàn)方式可方便地進(jìn)行COSEM版本以至小到某版本內(nèi)部內(nèi)容的擴(kuò)充。
許多組件化、基于COM的對(duì)象化語言，都可以為COSEM提供方便、有效的實(shí)現(xiàn)。這提供了COSEM多態(tài)性實(shí)現(xiàn)，很好地解決了COSEM多版本、擴(kuò)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(gè)通用的分析器DOM（文檔對(duì)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(jì)方案增強(qiáng)了其在數(shù)據(jù)傳輸方面的支持，提供了以下的功能實(shí)現(xiàn)：
a) 數(shù)據(jù)通信功能，實(shí)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，FTP，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(hào)、專線、網(wǎng)絡(luò)等通信通道類型；
e) 提供通道自適應(yīng)自動(dòng)切換的功能；
f) 提供運(yùn)行信息的輸出；
g) 提供通信情況的統(tǒng)計(jì)。
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(jì)量公用信息交換系統(tǒng)。軟件包采用最先進(jìn)的Microsoft Visual StudioNet開發(fā)平臺(tái)，使用完全面向?qū)ο蟮?/SPAN>C#語言實(shí)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(jì)量遙測系統(tǒng)進(jìn)行了互連試驗(yàn)。試驗(yàn)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(diǎn)，具有較為廣闊的應(yīng)用前景。
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