电力用户用电信息采集系统建设建议.doc

电力用户用电信息采集系统建设建议1. 系统，采集终端，电能表的功能配置，优化和扩展的建议2. 保证系统整体技术方案科学，先进，可行的建议。系统和各层设备（中间层，终端）是随技术和产品制造技术及需求要求而变化的，很难在建设系统初期全面考虑到，那么这就很矛盾了。就目前的技术和手段我们能很容易制定设备的需求（功能），但发展过程难免会有考虑不全。这是人类对于系统建设过程最难解决的矛盾，用什么方法保证系统的发展与需求无关，能平滑满足制造技术和通信技术及商业化的发展而系统健康发展，并不对系统造成伤害或推倒从来的局面。系统的科学，先进是与产品的科学与先进是有很大差距的，我们很容易概念上混淆，产品的先进我们多指是技术层面，但系统的先进就是能保证系统健康可持续发展，也就是能对各种技术包容（根据国情，企业情况，商业情况用最其当的技术来构建）。人类对于系统建设过程几十年深刻的认识，仅仅这几年才在方法和思想上重大突破，解决了系统建设过程深刻问题。如何解决上面问题首先就要解决以下问题，从系统发展过程来看技术和通信技术及制造技术和不同生产企业都是变化的。如何处理将兼容性、独立性、扩展性作为其实现目标。兼容性即不同厂商产品相互兼容、新开发产品与现存产品(库存/在用)兼容；独立性即产品与通信介质、制造厂商等无关；扩展性即易于对现存系统进行扩展(仪表具备即插即用特性)、仪表功能可扩展。所有这些的关键在于互操作性的实现与认证。说的明确就是要找到系统的核心技术，什么是系统。系统主要是信息的交流，我们要构建系统信息流动的标准化，也就是，把系统所有设备虚拟化，抽象化（也就通过现象找到本质），当然还要考虑系统工程问题，系统的工程问题比系统建设还要重要这在标准里都给与阐述，1.1系统设计思想系统具有数据的准确性、完整性、可靠性、稳定性、开放性、互操作性、安全性等要求。系统的特点设备的标准化, 通讯协议及接口的标准化, 系统框架的标准化, 平台化1.2总体设计原则本系统基于DLMS/COSEM（数据采集）+IEC62055（售电系统）构建面向对象的互操作系统。系统具有：可靠性与稳定性、准确性与完整性、开放性与安全性、实用性与扩展性、先进性与成熟性1.3系统具有特征：1.3.1设备的标准化无论是前端数据采集装置还是后台的主站系统，在设备的选用上，均应遵循有关的国际标准、国家标准或行业标准。1.3.2通讯协议及接口的标准化计量数据对象定义、通讯规约应采用国际标准、国家标准或行业标准，以实现开放式系统。1.3.3系统框架的标准化系统是多层次、多主站的综合系统，各系统的职能、功能必须实现标准化。1.3.4平台化系统无论是数据采集设备还是主站系统都应该是一个平台化的系统。可以根据需求通过该平台提供的工具化软件灵活构建各种规模，各种形式的子系统，具有良好的系统伸缩性，这样可以充分利用有限的资源实现系统应用价值的最大化，并具有良好的发展性，以满足本系统建设分阶段实施和适应未来扩展的要求。 1.4系统引用标准说明 系统主要依据国际标准IEC TC57和IEC TC13两大标委会组织的有关标准构建系统结构及通信数据交换,保证系统面向对象互操作性和面向对象开放平台。 IEC/TC57主要负责电力系统控制及其通信的相关标准，包括电力系统远方终端、线路阻波器、线路结合器、电力线载波机、远方保护设备、远方传输协议、与ISO标准和ITU-T建议兼容的远动协议（TASE.2）、变电站通信网络和系统、配电线载波的配电自动化系统、配电管理接口、能量管理系统应用程序接口、电力市场中的数据通信、数据和通信安全等方面的标准。 IEC/TC13主要负责电能测量和负荷控制设备的相关标准，主要包括有功、无功电度表、最大需量指示器、损耗和需量的遥测、远程抄表设备、时间开关、负荷、费率和用户管理设备。包括运用电子技术实现的上述设备和附件。 由于技术、管理体制及历史的原因，在一个供电企业内，往往存在多个自动化系统。各种自动化系统开放性差，数据交换接口不标准，数据模型不统一，互相之间信息不能共享，形成一个个“自动化孤岛”，造成管理困难、重复建设等问题。解决这一问题，关键是加强标准化工作，制定行业技术规范，对数据模型、应用程序接口、通信协议做出统一的规定，使不同厂家开发的自动化系统以及应用程序之间能够方便地互通互联。为此，国际电工委员会（IEC）第57技术委员会推出了IEC61970、IEC61850、IEC61968、IEC61334等系列的标准，代表着国际上解决“自动化孤岛”问题的最新研究成果，是配电自动化技术的发展方向。当前配电自动化技术研究的热点与重点是：如何合理地设计各自动化系统的功能、结构与接口，以最大程度上实现相互之间信息共享，避免出现“自动化孤岛”现象。发展方向是采用面向对象的分布式开放系统与组件技术，建设类似于计算机硬件总线的供电企业信息软总线（MB - Message Bus），使各自动化系统以及应用程序（组件）之间能够像计算机硬件模块（显示器、鼠标、内存条等）一样，很方便地互插互联。近年来，国际电工委员会（IEC）TC57委员会提出了IEC61970、IEC61850、IEC61968 、IEC61334等系列的标准。贯彻实施这三个标准，是解决“自动化孤岛”问题的必由之路。 IEC负责电力系统控制及其通信的相关标准的第57技术委员会（IEC TC57）制定了一系列标准，其中第13 工作组（WG13）负责制定与EMS 专业相关的CIM（Common Information Model，公共信息模型）和CIS（Component InterfaceSpecification，组件接口规范）标准，其标准系列为IEC 61970 系列，其目的是使EMS 的应用软件组件化和开放化，能即插即用和互联互通，降低系统集成成本和保护用户资源。 IEC TC57 的第14 工作组（WG14）在系列标准IEC61968 中扩展了CIM，面向配网应用增加了一些信息模型，主要包括：资产管理、工作管理、建设管理、配网管理、地理信息系统(GIS)、停运管理等，从而使CIM 模型进一步的完善，几乎涵盖了电力企业中的所有对象。 IEC TC13第14工作组WG14负责的IEC62056（电能测量）是这一标准体系结构中的重要组成部分，它是第一个也是仅有的为满足广阔市场需求而设计，适用于各种能源类型：电、气、水、热等的计量（TC294WG2的EN13757系列针对气、水、热的计量进行了具体定义），具备符合性测试认证的完整的仪表数据交换国际标准，可以替代早期的协议方案，如：IEC61107、IEC60870-5、SCTM、FNP。IEC62056标准体系经过近几年来的发展已经趋于成熟和完善，一些国际知名制造商如Landis+Gyr、EnergyICT、ENERMET Oy、Actaris Metering Systems、Siemens Metering等开发出了满足该标准的仪表及相关的设备与系统，并已投入商用。相应的符合性测试工具、认证规程、相关的ID注册维护管理机构以及第三方技术支持与开发资源也得到了完善与发展，使得IEC62056具备了大规模推广应用的技术与市场条件。DLMS/COSEM 以一个标准满足自由市场中所有计量仪表与自动抄表（AMR）系统的应用要求，将兼容性、独立性、扩展性作为其实现目标。兼容性即不同厂商产品相互兼容、新开发产品与现存产品(库存/在用)兼容；独立性即产品与通信介质、制造厂商等无关；扩展性即易于对现存系统进行扩展(仪表具备即插即用特性)、仪表功能可扩展。所有这些的关键在于互操作性的实现与认证。根据美国专家朱峻（提出并执笔编写61970-552标准部分）提出共源建模理论，即电力系统包括了发输变配供电等五个环节，对电力系统的公共信息模型建立需要在一个完整的框架下进行，电力用户用电信息采集系统属于供电环节，其信息模型应在CIM模型下进行扩展。IEC61968的Metering包和Customer包已经对本系统进行了相应的扩展，其扩展的模型定义大部分涵盖了本系统的信息，但根据中国具体的实际应用情况，还是有一定的差异，因此在本系统建设的初期，需要对本系统的信息模型进行相应的扩展和实例化以满足中国电力行业的应用。本系统的信息模型纳入共源建模的框架，不仅确立本系统的边界，也建立了和外部应用系统如用电营销系统、配电GIS等的信息交换标准。在公共信息模型CIM技术发展的今天，本系统的建设规范不仅要满足本系统具体应用的需求，更要满足和电力相关应用系统互连互通的需求，并保证架构的延伸性和可扩展性，不再是一个信息孤岛。1.5目前情况介绍20世纪80年代以来，电力系统信息化发展很快，现在国内又出现了各种各样版本的协议，使得不同协议的设备不能互连的问题越来越严重。这些年的实践使大家逐渐认识到，如果传输协议不统一，不仅要花大量的人力、物力和时间，而且还会导致拖延自动化工程的工期而付出沉重的代价。IEC62056 （DLMS/COSEM）+IEC62055标准体系建立的背景（1）.电力市场商务过程（从交付产品-能量的测量开始，到费用征收为止 ,包括购售电合同）（2）.系统集成和互操作性 （3）.抄表系统的数据溯源和数据认证（4）.计量数据安全性（5）.不同通讯介质接入问题（6）.负荷管理及负荷控制（7）.电能量计费系统和配网自动化1.6 IEC62056 （DLMS/COSEM）标准体系特点（1）.支持各种各样的商业活动，支持变革与竞争，并显著降低系统生存周期费用（2）.DLMS/COSEM定义了一个接口模型，适用于各种能量类型，包括电、气、水、热等。每个对象都有一个唯一的标识码，用来标识在界面上显示和通信线路上传输的数据。这个模型完全与传输数据的通信协议无关。该模型还支持厂家自定义实例、属性和方法，并可增加新的接口类和版本而不会改变访问对象的服务，从而实现了互操作性。（3）.接口类将广泛使用的仪表功能进行了标准化，包括寄存器、需量记录、费率和活动时间表、时钟同步处理以及能量质量监测等等。同时定义了属性值的数据类型，并将数据类型随同数据一起传送，从而保证数据含意不会出现二义性。（4）.为自由能量市场的各参与方提供了受控但安全的访问方式，各参与方可以有选择的获取计量设备所提供的信息（5）.由于接口模型完全做到了与通信介质无关，因而可以广泛选择介质，无需改变模型和数据采集系统的数据管理应用。（6）.与其它协议不同，在数据采集系统中需要为每一个新的计量设备类型定制专用的设备驱动程序，而DLMS/COSEM支持构建一个通用的设备驱动程序，一个客户机系统既支持全部标准化的性能，又可以支持特殊性能。（7）.DLMS/COSEM已经在电、水、气、热等计量部门作为标准采用，尤其适用于多能量类型计量场合。（8）.DLMS/COSEM规范是开放的，并且其使用对任何人没有任何限制（9）.DLMS/COSEM规范由DLMS UA制定，已经成为国际标准，IEC TC 13将它用于电能计量，CEN TC 294将它用于公共计量而不仅限于电能计量。（10）.一致性测试,DLMS UA制定并维护了一套一致性测试和认证方案，为被试设备提供同等的要求和试验条件。 （11）.适用于所有能量类型, 适应所有通讯方式, 数据可控安全（12）.面向对象的标准建模, 面对未来发展（13）.接口对象非常具体或抽象地接近计量领域的概念,如寄存器,负荷曲线等（14）.规约不依赖于电表厂商标准体系完整,支持全面的电表功能（15）.标准的扩展标准化,有标准委员组织负责维护和更新扩充降低运行成本（16）.支持通讯互操作性-系统接入容易,支持自动安装注1：以上标准全部转化国标和DL标准注2：附件A 是美国构建AMI到智能全程数学模型，对象模型及CIM模型白皮书（主要是在标准下构建）有关以上标准由于文件很大，可以下次见面考给你。 3本地通信方式的性能分析，提高通信速率和可靠性的技术措施 4 实现本地设备互联，互通的技术路线和实现方法 以下的的观点是我在论坛就物力层统一的专家讨论内容，很多文笔和说话并不十分严肃，但幽默中寓意着深刻哲理，我就没有改动，请领导谅解。1物理统一的优点， （1），电力公司管理方便，运营成本大大降低，此点毋须多言。 （2），统一物理，尤其是提高通信传输速率，为上层（MAC等，包括中继技术）的应用打下坚实的基础，从而有利于最终解决困扰PLC通信可靠性的问题。有利于上层协议直至应用层的统一，以建立统一的数据平台，并可促进智能电网的建设。 （3），统一物理，尤其是提高通信传输速率，为在下信道PLC的加密提供可能，电力系统保密问题的重要性路人皆知，毋须赘言。当然，若是宽带BPL，已有多种措施，不需另加密。（4），统一后的物理层，为日后家电/家庭PLC自动化奠定基础。 物理层的统一，就可能象欧洲国家一样，自然而然将PLC频段分为access室外（CENELEC-A，9KHz95KHz）和室内(CENELEC-B, 95KHz148KHz)，在此，我觉得国网可以直接采用欧洲分段方式，尤其是室外接入频段，室内的应用可以象北美直到500KHz；在此千万甭学倭夷，无需另砌炉灶。电表使用频段属于高压线，别的应用碰不得，这样也可净化PLC抄表环境；家用及家电的PLC自动化可选用电表之外的频段。试想，如果物理层不统一，日后的家庭PLC自动化基本无法实现，只能另择他法；因为，PLC家庭自动化的频段不能与电表频段冲突。目前全国掀起的PLC抄表运动也就三五年的时间，这场运动结束之后，各个芯片/系统厂商还得继续生存发展，而相近的扩张领域就是PLC家庭/家电自动化，有关厂商很容易从抄表的应用延伸到该领域，而大展拳脚；如果在PLC抄表中没有统一的物理层这个基础，将此发展的生态环境破坏了，PLC在家庭/家电自动化的应用将自然而然地寿终正寝。当然，如果有关厂商在PLC集抄运动中赚的钵满盆溢而金盆洗手，那也无可厚非；但是，我想主流厂商还是希望行业的可持续发展。同样，有关厂商在PLC集抄中也可完成原始积累而另觅他路，比如，做PLC芯片改做存储器芯片，但是，从行业和技术的发展来说，从PLC抄表向相近的领域扩张是最省钱省力的，毕竟熟门熟路，也有市场和经验。从厂商的角度来看，虽然，物理层的统一给有关厂商带来暂时的痛苦，要重新投资开发相应技术，大家都知道长痛不如短痛的道理；物理统一带来的痛苦是短痛，破坏PLC生存环境所带来的是长痛。从国网公司的角度来看，不统一带来的PLC环境恶化，即便日后PLC集抄很成功，也会背上破坏生态的骂名；物理统一后，即便失败，也虽死犹荣；当然，本人绝对不相信统一物理会带来集抄失败，若失败，也会是其他原因，绝不是统一物理层。 上述的统一物理层只是对传统的窄带（500KHz以下）频段内而言。当然，PLC集抄也给宽带BPL留下了空间，一般来说，由于频段不同，窄带和宽带可以并存使用。但是宽带和宽带并存也会带来相互干扰问题。目前的PLC宽带技术主要有两个体系，以Intellon为主的HomePlug和DS2的UPA技术。由于成本问题，一般的宽带主要是用在采集器加集中器方式，不太可能每一个电表装一个BPL模块。假设某采集器中是用HomePlug技术，如果居家用户在室内也用HomePlug的BPL设备，他们之间是不会相互影响的，相互之间也看不到，不存在保密问题，因为有各自的VLAN保证；如果，居家用户在家中使用DS2的技术设备，那么，相互会干扰，这两中技术水火不容，不能在同一网络使用，互为噪声，并且是无法避免的带内噪声。在宽带的选用中，国网公司也要统筹考虑。另外，大家翘首以待的IEEE-P1901宽带标准至今难产，按最乐观的估计，若是一年后标准能顺利投票通过的话，至少还要等半年，才会有硅片推向市场，再等有关配套技术的成熟，没有三年，难以成型。太遥远了，近期没有指望，还是别提他了。 （5），统一后的物理层，在系统的成功运行，将在全世界范围内产生巨大的影响。 不可能再有象中国这么大的PLC集抄工程出现。将加速我们电表行业从制造大国到强国的转换，提高国际竞争力。 总之，为了电网的长治久安，为了PLC行业的可持续发展，统一物理层非常必要。A，频段的划分 在频段上可以参照欧洲的CENELEC频段区分Access接入和室内的方法，对于国外已有成熟应用，只要不是牵涉国家安全和根本利益，完全可以直接采用，无须另行求证。同时，北美在此没有进行详细划分，因此不存在在两种方案中选择的问题，可以直接采用欧洲的做法，至少在接入的频段。至于，室内频段，因为不属于电网公司管辖范围，可根据日后发展，相关行业自行商量，或上至500KHz等，但是，PLC集抄的频段必须让开。 再说，从变电站到电表之间的电线从法理上说属于电网公司资产，居民室内的电线可以说是居民资产，电网公司完全有权利决定如何在其自留地上耕作。其频段的选择，电网公司完全可以做主。如果国网公司愿意同其他行业（比如家电等行业）商量，完全是国网公司礼贤下士，何况其他行业目前应该说还没有这样详细的考虑。难道，国网公司不能决定其PLC抄表的频段，还得会同户部，礼部，军机处甚至圣上来决定吗？ B，技术层面的条件 物理统一的核心当然是芯片，除非大家都用我上面提到TI的DSP-controller 去运算，这也是一个很好的便宜方案，否则，成本下不来。关于PLC部分的外围电路，设计人员都很清楚，性能也是大差不差的，只要不是偷工减料，就是那么一点东西，没有多大诀窍的。当然，至于重新烧一锅物理层芯片，并不是什么大事，国网公司完全可以将国内有关厂商召集到一起，共同定方案；实在坐不到一起，也可以让TI，ST等芯片大佬参与，分一点小利。别看TI之类的大佬派头十足，他们都在为西班牙，法电EDF之类的小升小斗摩拳擦掌，暗暗较劲呢。别说“人民币子弟兵”兵临城下，只要他们的探马来报国网公司有意招纳降叛，就会立即打开城门，率部投诚，恭迎招安的。 同时，我在上面也说了，象TI的市价小于2美刀的DSP-controller，不但可以灵活地实现多种物理方式，其内置RAM/Flash也能将一般的链路层（MAC等）、网络层（IPv4等）装进去的。实际上在宽带BPL中的很多技术都可以在这样的芯片中实现，试想一下，如果每一个电表都把这些协议装进去，明眼人都会知道这是一个什么样的概念，什么中继，转发，加密等等功能，在宽带中已有很多现成方案，直接套用就可，只要将BPL中的QoS，VLAN等与抄表无关的功能去掉，腾出一些空间就是了。我想国网公司应该会同本坛中所介绍的如中电飞华，国电科技这些搞BPL宽带的公司接触，了解一下如何在窄带PLC中简化一些BPL功能，用于抄表。 总之，我一再强调，相对于其他层，物理统一只是小菜。 C，救市行动 这场PLC集抄，确实是朝廷的救市之举。我想应该首先救的是电表企业，因为他们受到的冲击最大，DLMS电表的出口主要是靠他们，而非PLC企业，PLC企业只是跟着沾光而已（这是本人的猜测，没有贬低PLC有关企业之意，如有冒犯，先道歉了）。至于说将这685亿元当学费付了也值，那还不如让有关企业来排队领救济金，这样总比将PLC生态环境破坏了要好。既然朝廷拨下重金给PLC集抄，这本是好事；要想到还有很多其他行业并不这么幸运，国家并没有给钱到每一个家庭去做一套长袍马褂，以救纺织制衣行业；也没有送每一个家庭16岁以下的儿童一个玩具，而救玩具行业按理这些行业更应该救，他们受到的冲击更大，并且他们为国家的外汇储备做的贡献也最大。既然，PLC集抄行业已沐浴皇恩，也得替圣上作想。不能老是计较本号的一炉硅片，几条操作指令；有关企业也应该有承担风险的义务，提升其技术水平，不能所有的风险都要国网公司来担。再说，物理层不统一造成的混乱局面，挨骂的是国网公司，绝不会是PLC供应商。同时，救市并不表示，每一个参与的企业和相关的行业就应该赚钱或维持运行。如有企业在物理统一过程中，即便怀有祖传绝技，不能适应而关门倒闭，也是理所当然。远的不说，综观近十年来，很多有独特技术的好公司关门倒闭，被吞并的大有人在。Netscape, DEC, 朗讯，等等。即便在和平时期也有公司倒闭，况战时呼？ D，统一的时机 以前，各家各户小打小敲，也没有象国网公司这样的统一领导，造成物理五花八门。同时也在不同的物理方式上，取得了很多宝贵的运行经验。现在，这种全国性的集抄正是统一的大好时机。除非，国网公司想在五年之后再来第二次全国性的PLC集抄，更换目前将要安装的PLC电表。否则，没有任何统一的机会。如果只有这一次PLC的集抄机会，这也就变成唯一的物理统一机会。当然，十五年后，电表寿命终结就是另一回事了。 其实，物理统一的考虑，以及物理之上层等考虑，并非什么盲目同国际接轨，而确确实实是国网公司从国内的实际需要出发的。即便是考虑接轨，也是理所当然的，很多行业都这么做了，比如IEC61850的协议等。再退一万步说，PLC技术，网络技术等也不是源自中国，也是从国外引入的。并且，我们赖以吃饭的欧姆定律，拉氏变换等既非祖冲之和张衡之作，也非源自天工开物和九章算术，国人不也用得得心应手,理直气壮吗?引用一些国外现成的技术标准，确实可行的方案，先进而经济的软硬件设计等，也是理所当然。当然，我等只是在此提些建议，这一切也得看国网公司如何考量裁决。 注：附件B 西班牙PLC标准及翻译稿，请多关注前言。（有关PLC，窄带和宽带国际标准及发达国家标准，由于文件很大，具体需要我在给领导。国际标准：窄带：IEC61334（DL790），IEC61000-3-8;宽带ITU.G.HN(08年12月通过)有关欧洲PLC联盟资料和HOMEPLUG（IEEE）资料需要的话我在提供5采集设备与电能表的通信单元模块化设计的技术措施 说的具体这种设计也就是将目前通信不确定性有效的分离，减少风险。但这仅仅是初级的，是就目前问题的解决办法。不具有长远的眼光。 我们过去是单一产品到系统的跨度，就要按照系统的理念构建系统，首先我在第一和第二说的内容外，我在具体这层提出系统的建设要求，就是产品的继承性，什么是继承性，那就是如果需求变化，技术变化，我们对于在线设备不需要更换就能通过增加模块及软件配置就达到新的要求，具体来说，目前很多省开始都安装了载波电能表，近期国网要求全预付费，分时等新的要求，那么过去安装的表就不能满足新的要求，一旦产品可靠性达到5年到15年那就很难办了。有没有别的方法，不需要换表就能到达新的要求？，这就是我们建设系统最要考虑的，这也是系统先进与否的重要表现。有没有办法，是有的。那就是按照系统思想去建设，建立仪表（电能表）数字化平台。通过更加科学的标准来开放这平台。就是建立电能表工业仪表总线，能在这总线上建立面向对象的单元。等等。我们仅仅借鉴一下工业现场总线思路就很容易明白我的意思。6提高系统，采集终端，电能表可靠性的技术措施 这在IEC62059给与解决，他是专门对