黃 偉 ，李 澄 ，崔宇昊 ，熊 政 ，李新家

（1.江蘇方天電力技術(shù)有限公司，江蘇 南京 211102；2.長(zhǎng)沙威勝電子有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410013）

智能電網(wǎng)的建設(shè)對(duì)電能儀表提出了更高的技術(shù)應(yīng)用要求，這依賴于智能電能表的通信協(xié)議具有互操作性。而目前現(xiàn)行的電能表通信協(xié)議各種規(guī)范很不統(tǒng)一，主流表計(jì)規(guī)約是DL/T 645及其各種擴(kuò)展版本；系統(tǒng)規(guī)約有浙江（廣東）的系統(tǒng)規(guī)約、國(guó)電的系統(tǒng)規(guī)約、上海系統(tǒng)規(guī)約、DL/T 719—2000（IEC 60870-5-102）以及各種派生版本的102規(guī)約等。這使得在電能表集成應(yīng)用的過程中帶來了許多規(guī)約轉(zhuǎn)換的問題，難以實(shí)現(xiàn)互操作，嚴(yán)重制約了未來智能電網(wǎng)下電量信息的高度智能化應(yīng)用。IEC 62056 DLMS規(guī)約標(biāo)準(zhǔn)是國(guó)際上惟一的關(guān)于電能測(cè)量：抄表、費(fèi)率與負(fù)荷控制的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，它充分借鑒面向?qū)ο?、異?gòu)信息集成領(lǐng)域等一些先進(jìn)技術(shù)，規(guī)范了電能計(jì)量領(lǐng)域信息模型。

1 IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)介紹

1.1 IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)國(guó)內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)狀

IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)于1999年正式發(fā)布，2002年開始有產(chǎn)品通過標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)測(cè)試認(rèn)證。該標(biāo)準(zhǔn)主要在歐洲獲得普遍應(yīng)用，目前國(guó)外主要的制造商有Landis+Gyr，Siemens Metering，Actaris Mtetering Systems等，國(guó)內(nèi)主要制造商有長(zhǎng)沙威勝、科陸電子等。

2007年黑龍江省投資20億元人民幣研制的電力載波抄表系統(tǒng)中最終決定采用IEC 62056 DLMS通信規(guī)約。一些如蘭吉爾ZD400，Actaris SL7000等支持DLMS規(guī)約的電能表也正在國(guó)內(nèi)逐步應(yīng)用。

1.2 IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)國(guó)內(nèi)應(yīng)用較少的原因

雖然該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)頒布了近十年，相對(duì)歐洲而言，該標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)并沒有獲得太大的應(yīng)用?？赡苤饕腔谝韵略?。

（1）一個(gè)通信標(biāo)準(zhǔn)從頒布到推廣大規(guī)模應(yīng)用需要漫長(zhǎng)的時(shí)間，要求直接采用IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)導(dǎo)致很多儀表與設(shè)備的更換，其成本非常高昂，客觀上也限制了新技術(shù)的應(yīng)用，需要有一個(gè)平滑的過渡時(shí)期。

（2）用戶與廠商在遇到新的生產(chǎn)運(yùn)行中某些具體問題需求下，如電能表增加新功能、系統(tǒng)功能改變或擴(kuò)充等，寧愿沿用現(xiàn)存規(guī)約，在其基礎(chǔ)上通過自定義與擴(kuò)展來解決問題，而不愿意投入時(shí)間和精力對(duì)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行應(yīng)用研究。

（3）我國(guó)大規(guī)模用電負(fù)控管理系統(tǒng)、電力信息綜合管理系統(tǒng)等的建設(shè)才開始，對(duì)于電網(wǎng)損耗、電能質(zhì)量等的分析監(jiān)管剛起步，對(duì)電能量信息集成與交互要求相對(duì)較低。但是今后隨著智能電網(wǎng)建設(shè)的積極推進(jìn)，相信其應(yīng)用需求對(duì)通信協(xié)議的互操作性依賴會(huì)越來越高。

基于以上原因，IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)并未獲得積極的推廣應(yīng)用，但是未來必須要解決通信協(xié)議互操作問題，IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)是可行的解決方案之一。目前力推的新版國(guó)網(wǎng)DL/T 645提高了協(xié)議的互操作性，加強(qiáng)了協(xié)議的一致性測(cè)試；另外，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)作為全球變電站統(tǒng)一通信標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)內(nèi)已獲得了成功推廣應(yīng)用，將IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用到電能計(jì)量通信的相關(guān)研究正在展開。因此，未來很可能存在 IEC 62056，DL/T 645，IEC 61850 等多個(gè)協(xié)議應(yīng)用之爭(zhēng)。

1.3 智能電表與IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)

目前國(guó)內(nèi)對(duì)智能電表還沒有統(tǒng)一的定義，智能化本身是一個(gè)不斷發(fā)展的概念，現(xiàn)階段目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表、定制電力、電網(wǎng)與用戶雙向互動(dòng)，特征表現(xiàn)為技術(shù)先進(jìn)、節(jié)能高效、服務(wù)多樣、靈活互動(dòng)、友好開放。

對(duì)于智能電表的一些應(yīng)用展望，例如可以利用智能電表監(jiān)測(cè)用電及價(jià)格，實(shí)現(xiàn)用能狀況、電費(fèi)構(gòu)成可視化展示和智能控制；實(shí)現(xiàn)客戶用電信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，異常狀態(tài)在線分析、動(dòng)態(tài)跟蹤和自動(dòng)控制；以及實(shí)時(shí)診斷客戶用電設(shè)備健康狀況，為客戶提供安全用電服務(wù)。這些高級(jí)功能的應(yīng)用對(duì)電能表數(shù)據(jù)交換要求提出了更高要求。

（1）面向更多的數(shù)據(jù)交互方。

（2）需要更加注重?cái)?shù)據(jù)安全性，提供各交互方不同的數(shù)據(jù)訪問權(quán)限。

（3）需處理更多數(shù)據(jù)量。抽象數(shù)據(jù)、能量、需量、瞬時(shí)值、費(fèi)率信息、曲線/歷史數(shù)據(jù)、電網(wǎng)損耗、電能質(zhì)量、負(fù)荷控制、I/O信息（監(jiān)測(cè)輸入、控制輸出）等。

（4）需更頻繁的數(shù)據(jù)交換。

（5）需更友好的用戶接口與定制服務(wù)。

解決電能表通信互操作問題是實(shí)現(xiàn)高級(jí)智能化功能的必要基礎(chǔ)。IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)在國(guó)外已有很多成功案例，在國(guó)外的智能電網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮了積極作用，完全能滿足我國(guó)在智能電網(wǎng)中的應(yīng)用要求。

2 IEC62056與DL/T645和IEC61850比較

2.1 IEC 62056與DL/T 645比較

DL/T 645通信協(xié)議是采用線性化格式的表述形式如表1所示。

表1 采用線性化格式的DL/T 645幀格式

其在固定的字節(jié)域有特定約束好的內(nèi)容，每一幀報(bào)文格式相對(duì)變化不大，僅是控制命令字、數(shù)據(jù)內(nèi)容上略有差別，這類報(bào)文格式一般不長(zhǎng)。而IEC 62056不僅僅是一個(gè)通信協(xié)議，它更是一個(gè)龐大的標(biāo)準(zhǔn)體系，在抽象建模完善的應(yīng)用層基礎(chǔ)上，最終將信息映射到了ASN.1編碼，通過抽象語法描述，每一個(gè)數(shù)據(jù)幀并不完全固定[1]。通信數(shù)據(jù)幀采用A-XDR編碼規(guī)則，數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)完整（如名稱+數(shù)值+數(shù)據(jù)類型+單位+量程等），可自我解釋，另外通信環(huán)境也可自動(dòng)協(xié)商，這使得各儀表、系統(tǒng)制造商的不同產(chǎn)品之間，無需人為干預(yù)就能相互通信。

線性化協(xié)議每一個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)位置是固定的，而ASN.1語法采用了復(fù)合式的層次結(jié)構(gòu)，基于ASN.1編碼的協(xié)議相對(duì)線性化協(xié)議增加擴(kuò)展更加容易。但線性化協(xié)議編解碼過程簡(jiǎn)單直觀只需要按照字節(jié)位置存取數(shù)據(jù)即可，而ASN.1編碼相對(duì)較為復(fù)雜。另外基于ASN.1編碼的協(xié)議一般還有上層應(yīng)用層協(xié)議，由于應(yīng)用層協(xié)議各個(gè)功能模塊可以相互獨(dú)立，所以，協(xié)議改動(dòng)并不會(huì)影響整個(gè)通信協(xié)議的構(gòu)架改變，因此具有更好適用性。目前很多通信標(biāo)準(zhǔn)都映射成ASN.1編碼進(jìn)行傳輸，例如IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 IEC 62056與IEC 61850比較

IEC 62056與IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)都是IEC下系列標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)制定的思路基本相同，其目的都是要解決各自領(lǐng)域下儀表或設(shè)備的互操作問題。IEC 62056主要應(yīng)用到水、電、熱、氣等計(jì)量領(lǐng)域，而IEC 61850主要應(yīng)用于變電站內(nèi)通信。

標(biāo)準(zhǔn)體系框架如圖1所示，2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都是基于服務(wù)器與客戶端模式，電能表或者站內(nèi)設(shè)備作為服務(wù)器端，抄表主站或監(jiān)控后臺(tái)作為客戶端。2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)都采用了面向?qū)ο蠹夹g(shù)，規(guī)范了邏輯設(shè)備、邏輯節(jié)點(diǎn)、公共數(shù)據(jù)類、抽象通信服務(wù)接口等，提供了報(bào)告、日志等服務(wù)機(jī)制，并最后都將應(yīng)用層協(xié)議映射到ASN.1編碼，IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)采用A-XDR編碼方式，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)采用BER編碼方式。

圖1 IEC 62056與IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)體系框架

IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范了抽象通信服務(wù)接口（ACSI），ACSI是 IEC 61850 標(biāo)準(zhǔn)的核心所在，它使得協(xié)議數(shù)據(jù)、功能與通信技術(shù)分離，擁有足夠的開放性以適應(yīng)未來新的通信技術(shù)的發(fā)展，未來即使新的通信技術(shù)出現(xiàn)，ACSI定義的數(shù)據(jù)功能可以繼續(xù)延用，而只需要將ACSI映射到新的通信技術(shù)。這一突出的技術(shù)特點(diǎn)保證了用戶的長(zhǎng)期投資利益，同時(shí)為不同廠家間產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)互操作奠定了基礎(chǔ)。

IEC 62056也有類似理念，其IEC 62056-42對(duì)物理層的服務(wù)和規(guī)程進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，該協(xié)議層功能可由一個(gè)通信接口模塊實(shí)現(xiàn)，通信接口模塊對(duì)上提供標(biāo)準(zhǔn)的物理層服務(wù)和規(guī)程，對(duì)下實(shí)現(xiàn)對(duì)不同信道特殊性的適配。另外，該通信接口允許增加或更換具有不同功能（如支持不同的通信信道）的模塊，而不影響核心測(cè)量設(shè)備電表本身，這同樣為不同廠家間產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)互操作奠定了基礎(chǔ)。

IEC 62056與IEC 61850相比，其實(shí)現(xiàn)電能表自描述的方式不同，IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)采用由儀表中自動(dòng)讀出的對(duì)象列表清單，而IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)則采用電能表自身功能與系統(tǒng)的描述配置文件。相對(duì)而言，IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)沒有IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)直觀、全面，這也可能是今后IEC 62056需進(jìn)一步補(bǔ)充的部分。

通過類比IEC 61850-6部分配置語言的描述，可借鑒IEC 62056中對(duì)電能儀表的模型、數(shù)據(jù)類型與服務(wù)功能的約束，實(shí)現(xiàn)了儀表與系統(tǒng)的信息與功能自描述XML文檔，以解決IEC 62056中自擴(kuò)展數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)自解釋，方便電能量管理系統(tǒng)開發(fā)、維護(hù)與擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)的IEC 62056電能表信息配置格式如圖2所示。

圖2 IEC 62056電能表信息配置格式

變電站內(nèi)電能表通信屬于整個(gè)變電站通信一部分，而IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)已獲得推廣應(yīng)用的全球統(tǒng)一變電站通信標(biāo)準(zhǔn)，相對(duì)IEC 62056而言已獲得更多的認(rèn)可，同時(shí)從全站保持統(tǒng)一規(guī)約的角度考慮，IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)也是一個(gè)可行的選擇。但由于IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)變電站內(nèi)的通信系統(tǒng)制定的，其對(duì)用于計(jì)量需求的邏輯節(jié)點(diǎn)模型的定義較少。目前已有相關(guān)研究對(duì)IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)邏輯節(jié)點(diǎn)按計(jì)量需求進(jìn)一步加以擴(kuò)充以滿足適用于電能計(jì)量需求?？傮w而言，IEC 62056在抽象建模上直接映射成數(shù)值而非IEC 61850的路徑字符串使得信息量傳輸相對(duì)較少，雖然不直觀，但可能更適合低成本下減少通信數(shù)據(jù)量，提高效率。另外IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)基于A-XDR的編碼方式也較IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)的BER編碼更為精簡(jiǎn)。

3 IEC 62056 DLMS規(guī)約的應(yīng)用研究

3.1 IEC 62056 DLMS抄表軟件研制

研究中構(gòu)建了一個(gè)抄表系統(tǒng)由DLMS規(guī)約抄表軟件客戶端、符合DLMS/COSEM規(guī)范的計(jì)量表計(jì)組成，表計(jì)和表計(jì)、表計(jì)和計(jì)算機(jī)之間通過485總線連接。DLMS電能表的抄讀流程分為以下幾個(gè)步驟[2]。

（1）建立應(yīng)用連接（AA）連接。操作員首先設(shè)置好建立連接所需的電能表參數(shù)，如設(shè)備地址、通信波特率、是否需要用戶口令等，建立連接需要從底層開始，首先確認(rèn)物理通信信道的已正確連接（對(duì)于采用RS485總線的方式，需接好通信數(shù)據(jù)電纜），然后規(guī)約檢測(cè)軟件會(huì)發(fā)出建立鏈路層連接指令、之后才是建立應(yīng)用層連接的指令，以建立應(yīng)用連接。在建立AA的過程中，抄表系統(tǒng)自動(dòng)與電能表進(jìn)行通信參數(shù)的協(xié)商，同時(shí)也確定了用戶所能訪問的數(shù)據(jù)權(quán)限。

（2）讀取電能表COSEM對(duì)象列表清單，對(duì)于已經(jīng)讀取到對(duì)象清單的電能表，此步驟可以省略。IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)是按照面向?qū)ο蟮姆椒?gòu)建電能表模型的，通過使用標(biāo)準(zhǔn)化的接口類的實(shí)例對(duì)象來封裝各個(gè)數(shù)據(jù)相關(guān)對(duì)象，包括電能量、需量、瞬時(shí)量等。所有這些對(duì)象都存放于一個(gè)對(duì)象列表中，只要讀取到這個(gè)列表，抄表主站系統(tǒng)就可以了解到該電能表的所實(shí)現(xiàn)的功能、能提供哪些數(shù)據(jù)量，從而達(dá)到自解釋的目的。

（3）數(shù)據(jù)抄讀。IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)采用對(duì)象封裝數(shù)據(jù)對(duì)象，因此可以通過抄讀相應(yīng)對(duì)象的屬性值來獲取數(shù)據(jù)。通過數(shù)據(jù)對(duì)象標(biāo)識(shí)、即邏輯名屬性來獲取該對(duì)象的名稱。

（4）斷開應(yīng)用連接。在完成所有的數(shù)據(jù)操作之后，可以斷開當(dāng)前的所有連接。

DLMS規(guī)約抄表軟件由3部分構(gòu)成：物理通信設(shè)備管理、DLMS通信協(xié)議棧及各抄表功能模塊構(gòu)成。物理通信設(shè)備為PC機(jī)串口，由抄表功能模塊設(shè)置相應(yīng)通信參數(shù)；DLMS通信協(xié)議棧專門負(fù)責(zé)協(xié)議的處理，包括各標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)原語的解析、封裝，通信幀的組包、分包，通信幀的校驗(yàn)計(jì)算與監(jiān)測(cè)等[3]。抄表功能模塊是本軟件的核心部分，負(fù)責(zé)處理各個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象、顯示界面、連接管理、用戶接口等，抄表軟件主要軟件功能示意如圖3所示。

3.2 研制的DLMS電能表接入某計(jì)量采集系統(tǒng)應(yīng)用情況介紹

通過開發(fā)了DL/T 645到IEC 62056協(xié)議轉(zhuǎn)換將一塊DL/T 645電能表實(shí)現(xiàn)支持DLMS規(guī)約，并將其接入某省公司計(jì)量采集系統(tǒng)試用，在聯(lián)調(diào)的時(shí)候遇到以下問題。

圖3 抄表軟件功能模塊示意圖

（1）該計(jì)量采集系統(tǒng)雖然能支持蘭吉爾的DLMS電能表的接入，但是無法動(dòng)態(tài)支持不同廠家的DLMS模型。其主要原因是該系統(tǒng)并非按IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)嚴(yán)格開發(fā)，而是仍循用DL/T 645線性化協(xié)議開發(fā)思路，嚴(yán)格固定了每一幀報(bào)文格式，僅支持蘭吉爾特定型號(hào)DLMS電能表。對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)量系統(tǒng)DLMS通信接口應(yīng)滿足以下要求：①采用標(biāo)準(zhǔn)的儀表模型；②采用通用的公共語言與通信服務(wù)；③按標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)通信流程控制，數(shù)據(jù)報(bào)文解析、數(shù)據(jù)對(duì)象處理、通信參數(shù)的協(xié)商等；④通過一致性測(cè)試認(rèn)證。

（2）該采集系統(tǒng)未做報(bào)文分幀處理，當(dāng)有一項(xiàng)數(shù)據(jù)部分分在兩幀的時(shí)候，采集系統(tǒng)將不處理該項(xiàng)數(shù)據(jù)，被舍棄掉，其結(jié)果會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)認(rèn)為表中還有數(shù)據(jù)項(xiàng)未發(fā)送完成會(huì)陷入死循環(huán)發(fā)送。對(duì)于傳輸長(zhǎng)報(bào)文，DLMS數(shù)據(jù)鏈路層支持分幀的方式，將一個(gè)長(zhǎng)的數(shù)據(jù)報(bào)文分成若干個(gè)小的報(bào)文發(fā)送給抄表設(shè)備。例如，當(dāng)上層協(xié)議層（應(yīng)用層）將經(jīng)編碼好的一個(gè)長(zhǎng)度為224個(gè)字節(jié)PDU發(fā)送給數(shù)據(jù)鏈路層。但數(shù)據(jù)鏈路層資源有限，最多一幀只能發(fā)送128個(gè)字節(jié)，此時(shí)鏈路層將啟動(dòng)分幀流程將PDU至少分成2幀發(fā)送，若鏈路層一幀最多只能發(fā)送60個(gè)字節(jié)時(shí)，將會(huì)分成至少4幀發(fā)送。鏈路層一幀所能發(fā)送的最大字節(jié)數(shù)在建立連接時(shí)是已經(jīng)與抄表設(shè)備協(xié)商好。

通過測(cè)試情況表明目前國(guó)內(nèi)對(duì)DLMS的應(yīng)用還存在一定的不足，一些采集系統(tǒng)一般是單純的針對(duì)特定的廠家DLMS電能表模型，開發(fā)與之匹配的固定格式規(guī)約，一旦儀表邏輯模型發(fā)生變化將無法互通。因此，對(duì)于支持IEC 62056的抄表客戶端也應(yīng)提供相應(yīng)的一致性檢測(cè)。

4 結(jié)束語

文章介紹了IEC 62056當(dāng)前在國(guó)內(nèi)的應(yīng)用情況，以及其與DL/T 645、IEC 61850等通信協(xié)議的區(qū)別；提出了基于IEC 62056的配置描述文件格式和DLMS電能表一般抄表步驟；最后介紹了在DLMS電能表接入某計(jì)量采集系統(tǒng)遇到的問題。通過對(duì)IEC 62056的深入研究，探尋解決電力計(jì)量通信領(lǐng)域互操作的解決方案，相信該標(biāo)準(zhǔn)在未來有可能獲得更加積極的推廣應(yīng)用。

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[2]石 娜，金心宇.基于DLMS/COSEM的網(wǎng)絡(luò)化遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)[J].電測(cè)與儀表，2008（5）.

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