摘 要：隨著我國(guó)電力行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，電力客戶也逐漸多元化，部分電力客戶在利益的驅(qū)使下會(huì)利用各種方法干擾采集終端的電能量計(jì)算以達(dá)到竊電的目的。模組化采集終端的回路巡檢模塊可實(shí)現(xiàn)對(duì)電能表計(jì)量回路中的電流信息進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)竊電行為。為應(yīng)對(duì)不同手段和場(chǎng)景下的竊電行為，需不定時(shí)對(duì)回路巡檢模塊進(jìn)行升級(jí)。當(dāng)前通常采用同步通信的方式進(jìn)行單步升級(jí)，即每次只升級(jí)回路巡檢模塊中的一個(gè)部件。該方式操作煩瑣，升級(jí)效率較低，為彌補(bǔ)這一不足，結(jié)合異步通信的特點(diǎn)，提出了一種一鍵式升級(jí)的方法。

關(guān)鍵詞：電力采集終端;回路巡檢模塊;異步通信

中圖分類號(hào)：TH865? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）07-0010-04

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.07.003

0? ? 引言

近些年來(lái)，隨著智能采集終端的不斷改進(jìn)，其具備了更多更完善的功能，例如數(shù)據(jù)的采集與存儲(chǔ)、智能費(fèi)控、事件檢測(cè)上報(bào)、回路狀態(tài)監(jiān)測(cè)等。在電能量計(jì)量過(guò)程中，對(duì)于竊電行為的監(jiān)測(cè)至關(guān)重要。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，在2014年至2017年這四年時(shí)間里，國(guó)家電網(wǎng)每年因竊電事件造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)驚人的10億元[1]。除直接經(jīng)濟(jì)損失之外，竊電行為造成的人員傷亡事故也不計(jì)其數(shù)。而其中針對(duì)互感器及二次回路的竊電行為手段最為隱蔽，由于其具有設(shè)備專業(yè)化的特點(diǎn)，因此對(duì)互感器及二次回路的監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期處于盲區(qū)，查處起來(lái)十分困難，造成的損失也尤為嚴(yán)重。為了對(duì)竊電行為做出有效的監(jiān)控與管制，最常用同時(shí)也最有效的方式就是在互感器二次回路中增加回路狀態(tài)巡檢儀，直接獲取互感器二次回路的連接狀態(tài)，即回路中的各種狀態(tài)信息。該計(jì)量設(shè)備由中國(guó)電力科學(xué)研究院于2016年推出[2]。

為了能更好地應(yīng)對(duì)不斷翻新的竊電技術(shù)以及不同的臺(tái)區(qū)場(chǎng)景，需要對(duì)回路狀態(tài)巡檢儀進(jìn)行不定時(shí)的軟件升級(jí)。而現(xiàn)有的基于同步通信的回路巡檢模塊單步升級(jí)方法，一般是利用同步通信技術(shù)對(duì)回路巡檢儀中的各個(gè)部件進(jìn)行單步升級(jí)。從現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，該方法升級(jí)步驟較為復(fù)雜，升級(jí)效率較低，無(wú)法有效應(yīng)對(duì)需要批量升級(jí)的情況。為提高回路狀態(tài)巡檢儀的升級(jí)效率以及簡(jiǎn)化升級(jí)步驟，本文對(duì)回路狀態(tài)巡檢儀的組成以及工作原理進(jìn)行了深入研究，在原有的升級(jí)方法上進(jìn)行改進(jìn)，提出了一種基于異步通信的一鍵式升級(jí)方法。

1? ? 回路巡檢模塊概述

1.1? ? 回路巡檢模塊功能簡(jiǎn)介

在國(guó)家電網(wǎng)各省級(jí)計(jì)量中心的不斷推進(jìn)下，回路狀態(tài)巡檢儀已廣泛應(yīng)用到各類采集終端中。最新的模組化終端能源控制器已實(shí)現(xiàn)將回路狀態(tài)巡檢儀模塊化，在原有功能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步優(yōu)化，改進(jìn)為回路巡檢模塊。其作為一種新型的電力計(jì)量設(shè)備，在整個(gè)采集系統(tǒng)中主要負(fù)責(zé)采集終端與組合式電流互感器之間的通信，通過(guò)與組合式電流互感器之間的通信能夠獲取二次回路的閉合連接、短路、開路、一次短接等電路狀態(tài)信息。除此之外，回路巡檢模塊在對(duì)組合式電流互感器二次回路進(jìn)行回路巡檢的過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)對(duì)電能表的端子短接、磁場(chǎng)異常以及電流回路異常數(shù)據(jù)等進(jìn)行抄讀與儲(chǔ)存。通過(guò)對(duì)電路狀態(tài)以及電能表數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)獲取與監(jiān)控，能更有效地為主站進(jìn)行用電稽査、故障診斷、電能表電能質(zhì)量分析提供可靠的數(shù)據(jù)支持，并且能夠輔助完成防竊電[3]。

1.2? ? 回路巡檢模塊的組成

模組化采集終端中所有模塊均由模組管理器App進(jìn)行統(tǒng)一管理。整個(gè)回路巡檢模塊通路主要由組合式電流互感器、核心算法板和本地巡檢儀處理器3個(gè)部件組成，如圖1所示。其中核心算法板和本地巡檢儀處理器集成在一塊單片機(jī)中，兩個(gè)部件通過(guò)串口進(jìn)行通信;本地巡檢儀處理器與采集終端通過(guò)USB接口進(jìn)行通信;核心算法板與組合式電流互感器之間通過(guò)SPI通道進(jìn)行通信。組合式電流互感器可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電流計(jì)量回路正常連接、一次/二次回路分流、二次回路開路、回路串接整流設(shè)備等狀態(tài)，為用電檢查、故障診斷及核心算法板提供直接可靠的數(shù)據(jù)支撐。核心算法板可用于計(jì)算回路阻抗，并且將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密處理后發(fā)送至本地巡檢儀處理器。本地巡檢儀處理器對(duì)接收到的報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，并根據(jù)模組化終端功能模塊接口協(xié)議將報(bào)文數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝后發(fā)送至采集終端的數(shù)據(jù)中心App。主站可根據(jù)需求從采集終端的數(shù)據(jù)中心App中獲取相關(guān)回路數(shù)據(jù)。

2? ? 基于同步通信的回路巡檢模塊單步升級(jí)方法

2.1? ? 同步通信

同步通信的流程如圖2所示，在發(fā)送端發(fā)送一個(gè)抑制載波的雙邊帶請(qǐng)求信號(hào)，隨后發(fā)送程序會(huì)堵塞自身的進(jìn)程，直到收到接收程序的響應(yīng)后方可解除堵塞，繼續(xù)向下處理其他任務(wù)。接收端則負(fù)責(zé)將載波進(jìn)行檢波恢復(fù)。因?yàn)榛謴?fù)的載波與被接收的信號(hào)載波同頻同相，故取名為“同步通信”，也稱為“抑制載波雙邊帶通信”。

2.2? ? 基于同步通信的回路巡檢模塊單步升級(jí)方法簡(jiǎn)介

回路巡檢模塊傳統(tǒng)的升級(jí)方式是利用同步通信的特點(diǎn)進(jìn)行獨(dú)立式單步升級(jí)?；芈费矙z模塊各部件之間采用的是同步通信方式，即每發(fā)送一幀升級(jí)報(bào)文都需要等待回復(fù)響應(yīng)，所有升級(jí)報(bào)文接收完畢后對(duì)應(yīng)的回路巡檢模塊部件才開始升級(jí)，待該部件升級(jí)完成后方可繼續(xù)升級(jí)回路巡檢模塊的其他部件。以組合式電流互感器的升級(jí)流程為例，其升級(jí)流程如圖3所示，核心算法板和本地巡檢儀處理器的升級(jí)方式類同。

整個(gè)升級(jí)流程分為以下4個(gè)階段：

第一階段：主站基于DL/T 698.45規(guī)約，借用遠(yuǎn)程信道下發(fā)組合式電流互感器升級(jí)文件到模組化采集終端能源控制器。

第二階段：模組化采集終端能源控制器查找回路巡檢模塊，如果沒查找到，則返回錯(cuò)誤。如果成功查找到回路巡檢模塊，則模組管理器App根據(jù)能源控制器功能模組接口協(xié)議，借用巡檢儀模組USB通道，將組合式電流互感器升級(jí)文件下發(fā)到回路巡檢模塊的本地巡檢儀處理器。

第三階段：本地巡檢儀處理器根據(jù)升級(jí)文件頭信息（組合式互感器升級(jí)文件前32字節(jié)為特殊字符串）判斷是否為本地巡檢儀升級(jí)文件。若是則進(jìn)行本地升級(jí)，若不是則加密后發(fā)送至核心算法板。核心算法板對(duì)升級(jí)文件進(jìn)行解密后判斷其類型，若為組合式電流互感器升級(jí)文件，則核心算法板借用組合式電流互感器SPI通道下發(fā)升級(jí)文件至組合式電流互感器完成升級(jí)，若為核心算法板升級(jí)文件則直接進(jìn)行本地升級(jí)。

第四階段：主站升級(jí)文件下發(fā)到模組化采集終端能源控制器成功后，等待15 min，通過(guò)0x40400500命令讀取組合式電流互感器版本，以此來(lái)判斷3個(gè)組合式電流互感器是否升級(jí)成功。

2.3? ? 不足之處分析

采用這種同步通信方式對(duì)回路巡檢模塊的各部件進(jìn)行升級(jí)，能最大程度上保證每條升級(jí)報(bào)文傳輸?shù)臏?zhǔn)確性，確保升級(jí)的成功率，但與此同時(shí)也使得升級(jí)操作更為煩瑣，主站需針對(duì)組合式電流互感器、核心算法板和本地巡檢儀處理器依次下發(fā)對(duì)應(yīng)的升級(jí)文件，且必須等上一部件升級(jí)完成后方可下發(fā)另一部件的升級(jí)文件。若更進(jìn)一步考慮到實(shí)際使用中批量升級(jí)的情況，每臺(tái)采集終端的回路巡檢模塊升級(jí)進(jìn)度各不相同，主站需要時(shí)刻監(jiān)控每個(gè)模塊的升級(jí)情況從而下發(fā)升級(jí)文件，這無(wú)疑大大增加了主站的操作頻率。

除此之外，采用同步通信的升級(jí)方式也降低了升級(jí)效率，回路巡檢模塊的各個(gè)部件需要對(duì)每一條上行升級(jí)報(bào)文進(jìn)行響應(yīng)，且需要待一個(gè)部件升級(jí)完成后主站方可下發(fā)其余升級(jí)文件供其他部件升級(jí)。由于軟件版本的差異，回路巡檢模塊各部件的升級(jí)文件大小也不一致。經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，在升級(jí)成功的情況下，組合式電流互感器的升級(jí)時(shí)間為15 min左右，核心算法板的升級(jí)時(shí)間為5 min左右，本地巡檢儀處理器的升級(jí)時(shí)間為3 min左右，整個(gè)模塊的升級(jí)時(shí)間可達(dá)23 min左右。這一升級(jí)時(shí)間放在整個(gè)采集系統(tǒng)中已是較長(zhǎng)的時(shí)長(zhǎng)。

3? ? 本文方法

3.1? ? 異步通信

異步通信示意圖如圖4所示。當(dāng)使用異步通信進(jìn)行消息傳送時(shí)，發(fā)送端在發(fā)送消息后無(wú)須等待接收端的響應(yīng)回復(fù)或結(jié)果，可直接繼續(xù)向下執(zhí)行自身的其他任務(wù)。與同步通信不同，異步通信對(duì)波特率并沒有嚴(yán)格意義上的要求，所發(fā)送字符之間的時(shí)間間隔可以是任意的，發(fā)送端可在任意時(shí)刻開始發(fā)送字符。因此，在異步通信中必須在每一條報(bào)文字符的開始和結(jié)束處加上標(biāo)志位，即加上開始位和停止位，以便接收端能夠準(zhǔn)確無(wú)誤地接收每一條報(bào)文。

3.2? ? 基于異步通信的回路巡檢模塊一鍵式升級(jí)方法

經(jīng)上述分析可知，傳統(tǒng)的基于同步通信進(jìn)行單步升級(jí)的方式更適用于單獨(dú)升級(jí)回路巡檢模塊中的某個(gè)部件，若要完整升級(jí)整個(gè)回路巡檢模塊或進(jìn)行批量升級(jí)則效率較低且主站操作也較為煩瑣。為彌補(bǔ)這一不足，需提升回路巡檢模塊的升級(jí)效率，故本文結(jié)合異步通信的特點(diǎn)，提出了一種基于異步通信的回路巡檢模塊一鍵式升級(jí)方法。該方法將回路巡檢模塊的組合式電流互感器、核心算法板、本地巡檢儀處理器三部分的升級(jí)文件封裝成一個(gè)升級(jí)文件包，升級(jí)文件包中的每部分升級(jí)文件均具有表征自身身份的幀頭和幀尾信息，便于回路巡檢模塊各個(gè)部件對(duì)自身升級(jí)文件進(jìn)行識(shí)別。下面結(jié)合圖5對(duì)本文提出的方法進(jìn)行進(jìn)一步介紹。

第一階段：主站按照預(yù)設(shè)發(fā)送頻率將封裝好的回路巡檢模塊的組合式電流互感器升級(jí)文件、核心算法板升級(jí)文件以及本地巡檢儀處理器升級(jí)文件打包發(fā)送給模組化采集終端能源控制器。

第二階段：模組化采集終端能源控制器查找回路巡檢模塊，如果沒查找到，則向主站返回錯(cuò)誤。如果成功查找到回路巡檢模塊，則主站發(fā)送回路巡檢模塊升級(jí)命令給采集終端。

第三階段：采集終端在收到來(lái)自主站的回路巡檢模塊升級(jí)命令后，由采集終端中的模組管理器App將封裝好的升級(jí)文件包通過(guò)USB通道傳輸給回路巡檢模塊的本地巡檢儀處理器。

第四階段：本地巡檢儀處理器根據(jù)升級(jí)文件的幀頭及幀尾信息從升級(jí)包中提取自身的升級(jí)文件保存到本地，并通過(guò)串口轉(zhuǎn)發(fā)其余兩部件的升級(jí)文件至核心算法板。結(jié)合異步通信的特點(diǎn)，若根據(jù)升級(jí)文件幀頭信息判斷到不是自身本地的升級(jí)文件，則可以直接將升級(jí)文件發(fā)送至核心算法板，即每接收一條采集終端發(fā)送的升級(jí)報(bào)文，則本地巡檢儀處理器自動(dòng)轉(zhuǎn)發(fā)至下行通路的核心算法板，無(wú)須等到升級(jí)文件包全部接收完畢后才進(jìn)行傳輸。

第五階段：核心算法板對(duì)升級(jí)文件包的處理方式與本地巡檢儀處理器類同。核心算法板接收到升級(jí)文件包后，根據(jù)其中升級(jí)文件的幀頭及幀尾信息從升級(jí)包中提取自身的升級(jí)文件保存到本地，另一部分升級(jí)文件則借用組合式電流互感器SPI通道轉(zhuǎn)發(fā)至組合式電流互感器。轉(zhuǎn)發(fā)完成后即可開始自身的升級(jí)，無(wú)須等待組合式電流互感器的接收響應(yīng)。

第六階段：組合式電流互感器根據(jù)升級(jí)文件的幀頭信息判斷是否為自身的升級(jí)文件，若是則開始升級(jí)，若不是則刪除升級(jí)文件。

第七階段：等待約15 min，回路巡檢模塊各部件全部升級(jí)完成后，發(fā)送升級(jí)完成消息給采集終端。主站即可通過(guò)0x40400500命令讀取回路巡檢模塊各個(gè)部件的版本信息，判斷是否完全升級(jí)成功。

綜上所述，回路巡檢模塊中的各個(gè)部件可獨(dú)立完成升級(jí)，不受上下行部件接收響應(yīng)的影響。這種一鍵式異步升級(jí)的方式使得主站只需要發(fā)送一次升級(jí)文件包即可完成整個(gè)回路巡檢模塊的升級(jí)，無(wú)須等待回路巡檢模塊的一個(gè)部件升級(jí)完成后再下發(fā)下一個(gè)部件的升級(jí)文件。該方法簡(jiǎn)化了操作流程，縮短了整體升級(jí)時(shí)間。

另一方面，為確?；芈费矙z模塊內(nèi)的所有部件均可及時(shí)得到升級(jí)，在實(shí)際的升級(jí)過(guò)程中還采取了如下確保升級(jí)成功的具體措施：采集終端根據(jù)接收到的部件升級(jí)狀態(tài)結(jié)果信息做出判斷處理，當(dāng)存在任一部件未完成升級(jí)時(shí)，采集終端再次發(fā)送針對(duì)該升級(jí)失敗部件的升級(jí)文件，以便該部件利用接收到的升級(jí)文件進(jìn)行補(bǔ)升。

4? ? 結(jié)語(yǔ)

本文深入分析了傳統(tǒng)的基于同步通信的回路巡檢模塊升級(jí)方式，解析了傳統(tǒng)升級(jí)方式的優(yōu)勢(shì)以及存在的不足之處，并針對(duì)傳統(tǒng)升級(jí)方式存在的升級(jí)效率低以及操作煩瑣等不足之處進(jìn)行了改進(jìn)，提出了一種基于異步通信的回路巡檢模塊一鍵式升級(jí)方式，利用異步通信的特點(diǎn)一定程度上提升了回路巡檢模塊的升級(jí)效率，簡(jiǎn)化了升級(jí)的操作步驟，使其更適用于需要批量升級(jí)的場(chǎng)合。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 賈子然.一種便攜式電流互感器二次回路檢測(cè)裝置[J].通信電源技術(shù)，2019，36（4）：50-52.

[2] 朱云飛，李生輝，魏博源，等.專變采集終端與回路狀態(tài)巡檢儀二合一檢定軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電工材料，2019（6）：48-49.

[3] 郭銀山，朱立新，朱云飛，等.一種回路巡檢儀測(cè)試裝置的設(shè)計(jì)[J].農(nóng)村電氣化，2019（10）：67-69.

收稿日期：2022-01-20

作者簡(jiǎn)介：徐亮（1994—），男，浙江寧波人，碩士，研究方向：電力智能采集系統(tǒng)。