广东省网关口、地区关口电能量计量遥测系统互连技术的研究及实现

摘　要：针对广东省网关口、地区关口电能量计量遥测系统之间的互连，提出了基于IEC 62 056国际标准的解决方案，制定了公用信息全局编码规则。该方案具有接口统一简便、数据传输效率高的特点。应用实践表明，该方案是行之有效的。??
　　关键词：电能量计量遥测系统；对象标识系统（OBIS）；能量计量配套技术规范（COSEM）；公用信息模型（CIM）；可扩展标志语言（XML）；标准建模语言 (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?

　　广东省网（以下简称省网）关口电能量计量遥测系统于1999年开始筹建，到2001年底系统建设完成。地区关口电能量计量遥测系统于2000年8月开始筹建，首批选取佛山、中山、惠州、茂名和肇庆5个地区作为试点，到2001年底5个系统建设全部完成。5个试点地区外的其余16个地区电能量计量遥测系统的推广建设工作也已经全面展开。省网及五个试点地区系统建设情况如表1所示。??
　　目前这些系统之间基本上是互相独立的，没有统一的接口标准，无法实现有效的数据共享，不能满足今后的统一管理和决策。为了适应电力市场商业化运营和实现竞价上网的要求，充分利用已建设的系统资源，研究实现系统之间互连的技术和方案，制订统一的接口标准，从而实现信息的交换与共享，是非常必要的。??
本文针对广东省网关口、地区关口电能量计量遥测系统之间的互连提出了基于目前国际上最先进的IEC 62056系列标准的解决方案。IEC 62056是一个系统化、模块化的标准体系，主要包括：IEC 62056-61中的OBIS对象标识系统，IEC 62056-62的接口模型定义，及IEC62056-53的COSEM应用层标准等。

1对象标识和对象模型
1.1对象标识系统（OBIS）
　　对象识别系统（OBIS）为电气计量设备中的所有数据都提供了唯一的标识码（ID-码），不仅包括测量值，而且还包括仪表设备的配置和获取仪表设备运行状态的抽象数据。ID-码用于标识：
　　a) 接口类的各种实例（或接口对象）的逻辑名称；??
　　b) 通过通信线传输的数据；??
　　c) 计量设备显示的数据。??
　　OBIS适用于各种类型的电气计量设备，例如：全电子式集成电表、模块化仪表、费率附件、数据集中器等。??
1.2能量计量配套技术规范（COSEM）??
　　能量计量配套技术规范（COSEM）是一个抽象模型，它用一种所有应用都使用的通用方法来描述现实世界对象。该模型包含了这些对象的类和属性，以及它们之间的关系。对象的信息包含在其属性中，属性的值表示对象的特征，它能影响对象的行为特征。所有对象的第一个属性都是“逻辑名（logicalname）”，逻辑名是对象标识的一部分。每个对象都提供了一些检查或修改属性值的方法。共享公共特征的对象被归纳为接口类，接口类由类标识码（classid）标识。对一个特定类，公共特征（属性和方法）为所有对象描述。接口类的实例称为COSEM对象。??
　　IEC 62056-62标准详细说明了仪表通信接口模型的技术规范。该标准采用面向对象的方法定义了多种通用组合块，以接口类的形式构造了从简单功能到非常复杂功能的仪表模型。
1.3可扩展置标语言（XML）
　　采用可扩展置标语言（XML）作为电力自动化系统间交换系统数据的载体，可以将有结构的数据记录于文本文件中。使用基于资源描述框架RDF的Schema可以将CIM（公共信息模型）中的类及其属性和关系映射为XML中的结构。IEC制定的国际标准采用基于RDF Schema的XML文件来描述CIM的数据，用这种特定的XML文档作为载体，实现不同自动化系统、不同应用程序间的数据交换。??
2公用信息全局编码??
　　为了使参与交换的电气计量设备的数据具有统一的结构和类型，首先就必须对它们进行编码，编码应是统一而且全局唯一的。公用信息全局编码由COSEM逻辑设备名和设备内逻辑名两部分组成。??
2.1COSEM逻辑设备名??
　　COSEM逻辑设备是一组COSEM对象，每个物理设备包含一个“管理逻辑设备”。对COSEM逻辑设备的访问由所使用的协议低层的访问表提供。COSEM逻辑设备名由最多16个字节串组成，前3个字节唯一标识设备制造商（由DLMS指定）。后面其余的字节（最多13个）由设备制造商负责保证唯一标识。
2.2设备内逻辑名??
　　设备内逻辑名使用OBIS码结构，是一个由6个数值组构成的组合编码，它以分层的形式描述了每个数据项的准确含义。其格式如图1所示。?オ?

　　IEC 62056-61对每个数值组进行了详细的定义。一些数值组如果与应用无关则可以删减。其中A，B，E，F为可选数值组，C，D为必选数值组。??
3设计方案
3.1方案概要
　　本设计方案使用COSEM接口程序作为系统间的适配器，将数据交换通道上的XML格式的COSEM对象数据解读并载入应用系统，并将系统内的数据转换为XML格式的COSEM对象数据在数据交换通道上传送。图2描述了其实现机制，其中接口模块包括数据过滤、数据打包以及数据传输3个子模块。??
　　a) 首先，根据COSEM对象模型构造COSEM接口类（多版本）支持库。??
　　b) 数据导入的过程是：在接收到数据交换通道上的XML数据后，（如果是文件，则先读出文件）将数据载入解释表达COSEM数据的COSEM接口类支持库实例子对象集。进而，接口模块将前面按COSEM接口对象语义实例化的对象数据转化为系统内部数据，写入应用系统数据库中。这样，应用系统就获得了所需的数据。??
　　c) 数据导出的过程是：接口模块在应用系统中过滤出需要导出的数据，将其载入相应的COSEM接口类实例对象，通过该对象的XML接口生成XML数据，（按输出要求生成文件），然后送到数据传输层，从而完成了COSEM接口对象数据的导出。??
3.2方案特点??
　　本设计方案采用的导入导出机制，接口模块直接在数据通道和应用系统之间进行数据交换，其主要特点是：??
　　a) 快速处理能力。实例化的COSEM接口对象，通过XML格式及应用系统格式两种数据的快速加载和释出，可保证系统进行快速的数据处理。??
　　b) 简捷的处理环节。通过适当的设计及实现手段，省却了中间数据库的要求，使接口模块更加轻量而高效。??
　　c) 采用对象化工具将易于表达COSEM。COSEM是面向对象的模型，有许多商用开发工具可很好地实现COSEM支持库。??
　　d) 该机制适用于基于COSEM语义的多种接口。当前的标准接口是采用XML文件作为COSEM数据的载体来交换数据，而未来将采用各种分布式对象计算技术，用标准化组件接口实现系统及应用程序间数据交换。由于这些接口方式都是基于COSEM语义的，而COSEM支持库也是基于COSEM语义的，因此接口和COSEM支持库是一致的，同时该接口模块的导入和导出等上层子模块不会因接口方式的变动而变动。??
　　e) 由于该方案采用的IEC 62056标准提供了一个开放式、标准化的协议，它不需要依赖于特定供应商，采用XML进行数据格式转换，可对接口数据进行有效的、灵活的定义。??
3.3方案实现??
3.3.1COSEM接口类支持库??
　　COSEM接口类支持库即是各种COSEM版本的定义库，是各COSEM的实现，提供了对COSEM各种版本的统一解释。所定义的解释接口按各版本进行实现，而可在所有支持COSEM的应用程序间使用。这种定义实现方式可方便地进行COSEM版本以至小到某版本内部内容的扩充。??
　　许多组件化、基于COM的对象化语言，都可以为COSEM提供方便、有效的实现。这提供了COSEM多态性实现，很好地解决了COSEM多版本、扩展问题，也为COSEM多版本的管理提供有效一致的管理、结构和方式。??
3.3.2XML数据处理??
　　有两个通用的分析器DOM（文档对象模型）和SAX（简单应用程序接口）能解读XML文档，提供应用程序与XML文档间的桥梁。??
3.3.3数据传输??
　　如图3栈图所示，该设计方案增强了其在数据传输方面的支持，提供了以下的功能实现：??　　
　　a) 数据通信功能，实现双向通信，连接双方都可作为通信发起方；??
　　b) 多任务方式，组织有效的数据通信；??
　　c) 多端口类型支持，支持现有流行的如TCP/IP，FTP，COM及USB等软硬件端口类型；??
　　d) 多通道类型支持，支持现有流行的如拨号、专线、网络等通信通道类型；??
　　e) 提供通道自适应自动切换的功能；??
　　f) 提供运行信息的输出；??
　　g) 提供通信情况的统计。
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4应用??
　　按照制定的方案我们编写了互连接口软件包——电能量计量公用信息交换系统。软件包采用最先进的Microsoft Visual Studio?盢et开发平台，使用完全面向对象的C#语言实现。软件包主要模块包括：数据源及用户功能管理，接口类类型管理，全局编码管理，应用系统管理以及交换任务管理等。利用开发的交换系统我们选取了中山和肇庆地区电能量计量遥测系统进行了互连试验。试验结果表明，该方案具有接口统一简捷快速、数据传输效率高的特点，具有较为广阔的应用前景。