一种智能电网用电信息采集方法与流程

本发明涉及到智能电网技术，特别涉及到一种智能电网中用电信息系统采集用户用电信息的方法。

背景技术：

用电信息采集系统是智能电网建设的一部分，是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统，分为主站层、通信信道层、设备采集层三个层。其中设备采集层处于用电用户信息采集系统的信息最底层，负责收集用户原始用电信息、处理数据并实现和主站的交互。

参见图1和图2，智能电网用电信息采集系统通常为树状结构(如图1所示)或网状结构(如图2所示)，包括一个集中器，多个电能表和通信模块，通信模块分别设置在集中器和各电能表中作为节点，构成用电信息采集系统通信网络，集中器中设置的通信模块为通信网络的主节点(简称，cco)，在用电信息收集过程中负责启动抄表业务，发送抄表条目，接收用电信息数据给集中器，各电能表中设置的通信模块为通信网络的从节点(简称，sta)，在用电信息收集过程中负责接收cco的抄表条目并把数据发送至主站，sta从其对应的电能表获取该电能表的用电信息并发送给cco。

如图1和图2所示，用电信息采集系统通信网络中包括一个cco和多个sta，sta和cco之间通过预先设定的路由来进行通信，对于一个具体的sta，其到cco的路由中的上一级节点称为该sta的代理节点(简称，pco)，一个代理节点下可以有多个sta，最上级的，即第一层sta直接和cco通信，无需经pco转发。

用电信息采集系统通信网络使用了基于信标帧的信道访问机制，网络中的主节点和从节点通过周期性的发送信标以保证网络的正常运行。信标周期的时隙结构如图3所示，包括，中央信标时隙、代理信标时隙、发现信标时隙和载波侦听多路访问时隙(简称，csma时隙)。

智能电网中，需要采集的用电信息包括了多个数据项，如(当前)组合有功总电能、(当前)正向有功总电能、(当前)反向有功总电能等，现有的用电信息采集系统在进行用电信息采集时，一般采用的是轮询抄表的方式，集中器通过cco在csma时隙向指定的sta发送抄表帧；sta接收到cco发送的抄表帧后，从该sta对应的电能表获取抄表条目所指定的一条用电信息数据项，在csma时隙上传给cco，完成一条数据项采集，cco接收到该条数据项后，向该sta发送采集下一条数据项的抄表帧，采集下一条数据项；完成一个电能表的用电信息采集后，再对下一个sta发送抄表帧，直到完成需要采集用电信息的所有电能表的用电信息采集。

其中，集中器给cco发送的抄表帧采用集中器本地通信模块接口协议q/gdw1376.2-2013，其帧格式为：起始字符、长度l、控制域c、用户数据域、校验和、结束字符；其中，用户数据域包含一条多功能电能表通信协议dl/t645报文，sta与电能表用dl/t645报文进行通信，dl/t645帧格式定义如下：帧起始符1(68h)、地址域(mac地址)、帧起始符2(68h)、控制码c、数据域长度l、数据域data、校验码cs、结束符(16h)。

现有技术的用电信息采集方法集中器一次只能抄读到一个电表的一条数据项信息，要抄读完智能电网网络内所有电表的数据项信息，需要与电能表进行多次数据交互；存在着信令开销大、抄表周期长、效率低的问题。

技术实现要素：

为了解决现有智能电网用电信息采集过程中存在的上述问题，本发明提供一种智能电网用电信息采集方法，以减少智能电网用电信息采集过程中的帧开销，提升用电信息采集效率。

本发明的技术方案为，一种智能电网用电信息采集方法，包括：

cco广播携带抄表条目的中央信标帧；

从节点接收所述中央信标帧，如果该从节点有到达目标代理节点(简称，apco)的路由，该从节点广播携带抄表条目的代理信标帧；

apco接收携带抄表条目的代理信标帧或中央信标帧；

apco发送携带抄表条目的代理信标帧给其下一级的各sta；

apco下一级的各sta从其对应的电能表采集所述抄表条目指定的用电信息的各数据项；

sta发送采集的用电信息给所述目标代理节点；

目标代理节点将从其下一级的各sta采集到的用电信息发送给cco。

其中，所述抄表条目包括，目标代理节点地址，数据项数，本次抄表所需要采集的具体数据项。

进一步的，所述cco广播携带抄表条目的中央信标帧包括：

如果本次需要采集的是主节点下一级的各从节点的用电信息，所述apco为主节点。

进一步的，所述apco发送携带抄表条目的代理信标帧给其下一级的各sta包括：

在一个信标周期内，如果apco接收到多个所述代理信标帧，apco只针对第一次接收到的代理信标帧发送携带抄表条目的代理信标帧给其下一级sta，抛弃后续接收到的所述代理信标帧。

进一步的，所述apco发送携带抄表条目的代理信标帧给其下一级的各sta包括：

apco删除抄表条目中的目标代理节点地址，广播删除了目标代理节点地址的携带抄表条目的代理信标帧给其下一级的各sta。

进一步的，所述sta发送采集的用电信息给所述目标代理节点包括：

目标代理节点分配各sta的用电信息发送时间；

各sta完成其对应的电能表用电信息采集后，在该sta的用电信息发送时间发送所述用电信息。

进一步的，所述目标代理节点分配各sta的用电信息发送时间包括：

目标代理节点根据需要采集的数据项和网络数据传输速率估计各sta发送所述用电信息所需的时间tsend；

目标代理节点对需要采集用电信息的各sta的发送顺序进行排序；

目标代理节点发送一条发送顺序控制帧给各sta；

其中，所述发送顺序控制帧包括，tsend和各sta的发送顺序；

各sta的用电信息发送时间ti为tsend*i～tsend*(i+1)；i为各sta的发送顺序，i＝0,1,2……i；i为所述目标代理节点下一级的sta数量。

进一步的，各sta发送采集的用电信息给所述目标代理节点包括：

如果有sta未在该sta的用电信息发送时间内完成发送；apco在下一个信标周期为未完成发送的sta分配用电信息发送时间；

所述未完成发送的sta在在该sta的用电信息发送时间发送所述用电信息。

进一步的，所述方法还包括：

cco接收到目标代理节点发送的各sta采集的用电信息后，如果有sta采集的用电信息不完整，cco在csma时隙发送抄表帧给用电信息不完整的sta，对用电信息不完整的sta进行补抄。

进一步的，所述方法还包括：

cco接收到目标代理节点发送的各sta采集的用电信息后，如果有sta采集的用电信息不完整，cco广播携带抄表条目的中央信标帧，对用电信息不完整的sta进行补抄。

优选的，如果从节点在广播所述携带抄表条目的代理信标帧之前，接收到其同一级的其他从节点广播的携带该抄表条目的代理信标帧，该从节点不再广播携带该抄表条目的代理信标帧。

本发明的技术方案充分利用信标周期来实现用电信息采集，通过cco在中央信标中增加抄表条目，一次完成一个目标代理节点下的多个从节点用电信息数据项的采集，有效的减少了用电信息采集过程的信令开销、缩短了采集周期，提升了采集效率。

附图说明

图1是智能电网用电信息采集系统树状结构示意图；

图2是智能电网用电信息采集系统网状结构示意图；

图3是智能电网用电信息采集系统信标周期结构示意图；

图4是本发明具体实施例用电信息采集方法流程图；

图5是本发明具体实施例抄表条目结构示意图；

图6是本发明用电信息数据帧结构示意图；

图7是本发明用电信息响应帧结构示意图；

具体实施方式

为了更好的说明本发明的技术方案，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述。

具体实施例

本实施例为本发明智能电网用电信息采集方法的一种优选实施方式。

参见图4，如图4所示，本实施例的智能电网用电信息采集方法流程包括：

s101、集中器发送用电信息采集指令给cco，cco根据所述用电信息采集指令，构建抄表条目；

用电信息采集指令的内容包括：需要采集的用电信息数据项、目标代理节点地址、数据项项数等信息；

本实施例中，集中器和cco之间可以通过rs-485总线连接，接口通信协议为集中器本地通信模块接口协议q/gdw1376.2-2013，集中器采用dl/t645-1997或dl/t645-2007报文发送所述用电信息采集指令。

显然，在本发明的技术方案中，集中器和cco之间也可以采用其他智能电网中集中器和通信模块的现有连接方式和通信协议，本发明对此没有限制。

本实施例中，所述抄表条目可以采用如图5所示的格式，包括：

快速抄表信标条目标识id，用于标识本条目为抄表条目；

目标代理节点的终端设备地址(简称，tei)；

抄表项数n，用于表示本次用电信息采集需要采集的数据项的项数；

抄表控制码c，dl/t645报文帧中的控制码，用于表示传送方向、从站应答标志和功能码等控制信息；

数据项标识1，数据项标识2，……，数据标识项n，用于表示需要采集的具体用电信息的数据项。

本发明的技术方案中，所述抄表条目也可以采用其他条目格式，如，直接使用完整的dl/t645报文帧或其他能携带上述抄表信息的结构，本发明对此没有限制。

s102、cco广播携带抄表条目的中央信标帧；

cco在信标周期的中央信标时隙广播携带有所述抄表条目的中央信标帧。

s103、cco的邻居从节点根据抄表条目中的tei判断目标代理节点，如果所述目标代理节点是cco，执行步骤s110；否则，执行步骤s104；

s104、有到达apco路由的从节点广播携带抄表条目的代理信标帧；

有到达apco路由的从节点在代理信标时隙广播一条携带抄表条目的代理信标帧，以此类推，直到所述apco接收到携带抄表条目的代理信标帧。

对没有到到apco路由的从节点，在广播代理信标帧之前，删除所述抄表条目。

作为本实施例的一种优选实现方案，如果所述从节点在广播所述携带抄表条目的代理信标帧之前，接收到其同一级的其他从节点广播的携带该抄表条目的代理信标帧，该从节点不再广播携带该抄表条目的代理信标帧。

s105、apco接收携带抄表条目的代理信标帧或中央信标帧；

如果apco为cco的下一级从节点中的一个，则目标代理节点接收到的是携带抄表条目的中央信标帧，否则，接收到的是携带抄表条目的代理信标帧。

s106、目标代理节点发送携带抄表条目的代理信标帧给其下一级的各sta；

本实施例中，本步骤可以进一步包括：

s1061、目标代理节点删除抄表条目中的tei；

s1062、目标代理节点广播删除了tei的代理信标帧给其下一级的各sta。

作为本发明的一种优选实现方案，在一个信标周期内，如果目标代理节点接收到多个所述携带抄表条目的代理信标帧，目标代理节点只针对第一次接收到的代理信标帧进行响应，发送携带抄表条目的代理信标帧给其下一级sta，抛弃后接收到的所述代理信标帧。

显然，本发明的具体实施里中，本步骤也可以有其他实现方案，如，目标代理机构响应最优路由的上一级从节点所发送的代理信标帧，或响应预先设置的优先级最高的上一级从节点所发送的代理信标帧。

s107、apco下一级的各sta从其对应的电能表采集所述抄表条目指定的用电信息的各数据项；

apco的下一级sta收到所述携带抄表条目的代理信标帧后，解析快速抄表信标条目，获取所需采集用电信息数据项；从其对应的电能表采集所述用电信息数据项；并组装成用电信息数据帧；

本实施例中，所述sta和电能表之间可以通过rs-485总线连接，通信的接口协议采用dl/t645-1997或dl/t645-2007多功能电能表通讯协议，所述用电信息数据帧可以采用dl/t645报文帧；也可以是采用其他连接方式、通信协议和用电信息数据帧结构，本发明对此没有限制。

作为本实施例的一种优选实现方案，所述用电信息数据帧的结构如图6所示，包括：

帧开始标识：标识用电信息数据帧的开始；

sta的tei，用电信息数据帧对应的从节点；

帧总长度l，用电信息数据帧总长度；

控制码c：dl/t645报文帧中的控制码，用于表示传送方向、从站应答标志和功能码等控制信息；

数据项1长度、data1，数据项2长度、data2，……、数据项n长度、datan：各数据项的长度及数据内容；

校验码cs：用于数据校验；

帧结束标识：标识用电信息数据帧的结束。

s108、sta发送采集的用电信息给所述目标代理节点；

sta在csma时隙发送所述用电信息数据帧给目标代理节点；

作为本实施例的一种优选实现方案，本步骤可以进一步包括：

s1081、目标代理节点分配各sta的用电信息发送时间；

作为一种优选实现方案：

目标代理节点根据需要采集的数据项和网络数据传输速率估计各sta发送所述用电信息所需的时间tsend；

目标代理节点对需要采集用电信息的各sta的发送顺序进行排序；

在csma时隙到来时，目标代理节点发送一条发送控制帧给各sta；

其中，所述发送控制帧包括，tsend和各sta的发送顺序；

各sta的用电信息发送时间ti为tsend*i～tsend*(i+1)；i为各sta的发送顺序，i＝0,1,2……i；i为所述目标代理节点下一级的sta数量。

s1082、各sta完成其对应的电能表用电信息采集后，在该sta的用电信息发送时间发送所述用电信息；

sta完成用电信息采集后，等待tsend*i的时间，然后发送用电信息数据帧给目标代理节点。

显然，本发明的技术方案中，步骤s108也可以采用其他方式实现，例如，sta完成用电信息收集后，判断是否有其他sta在发送用电信息数据帧，如果没有，就发送自己的用电信息数据帧，否则，等待正在发送的sta完成发送后再次竞争发送。

作为本实施例的一种优选实现方案，本步骤还可以包括：

s1083、如果有sta未在该sta的用电信息发送时间内完成发送；目标代理节点在下一个信标周期为未完成发送的sta分配用电信息发送时间；所述未完成发送的sta在在该sta的用电信息发送时间发送所述用电信息；

如果经过预先设置的k个信标周期，仍然有sta未完成用电信息发送，执行步骤s109，目标代理节点不再为该sta分配用电信息发送时间。

其中，所述分配用电信息发送时间和发送所述用电信息的具体实现方案与步骤s1081、s1082相同，在此不再赘述。

s109、目标代理节点将从其下一级的各sta采集到的用电信息发送给cco，执行步骤s111；

apco将接收到的各个sta的用电信息数据帧组装成用电信息响应帧，在csma时隙选择合适的路由发送给cco；

作为本实施例的一种优选实现方案，所述用电信息响应帧的结构如图7所示，包括：

帧开始标识：标识用电信息数据帧的开始；

快速抄表响应帧标识id：表示本条为用电信息响应帧；

apco的tei值；

帧长度l：用电信息响应帧的长度；

当前上传序号j，总上传序号j：如果指定需采集的sta较多或数据项较多，不能在一个用电信息响应帧完成所有数据发送，目标代理节点会将采集的用电信息分成多个用电信息响应帧，以此发送，j表示当前发送的用电信息响应帧的序号，j为用电信息响应帧的总数量；

抄读完成标识：标识本次是否完成了指定的所有sta的指定数据项采集；

data域，各sta的用电信息数据帧；

校验码cs：用于数据校验；

帧结束标识。

s110、cco的下一级sta从其对应的电能表采集所述抄表条目指定的用电信息的各数据项，发送采集的用电信息给所述目标代理节点；

本步骤的具体实现方法和步骤s107、s108相同，在此不再赘述。

作为本实施例的一种优选实现方案，本实施例还可以包括：

s111、cco判断所采集到的用电信息是否完整，如果是，结束本次用电信息采集流程，否则，执行步骤s112；

s112、cco用电信息不完整的sta进行补抄；

本实现方案中，如果用电信息不完整的sta数量较少，所述补抄可以采用现有技术的用电信息采集方法，cco在csma时隙发送抄表帧给用电信息不完整的sta，对用电信息不完整的sta进行补抄。

如果用电信息不完整的sta数量较多，所述补抄也可以采用cco重新广播携带抄表条目的中央信标帧，对用电信息不完整的sta进行补抄，具体实现与本实施例的用电信息采集方法流程相似，在此不再赘述。

本发明具体实施例公开的技术方案利用智能电网用电信息采集系统的中央信标和代理信标来携带用电信息采集指令，一次采集可以实现一个目标代理节点下一级多个从节点的多条用电信息数据项的采集，有效的减少了用电信息采集过程的信令开销，缩短了采集周期，提升了采集效率。同时，在具体实施例的优选方案中，通过目标代理节点为各sta分配发送时间，简化了数据发送的控制流程，进一步提升了数据采集的效率。在具体实施例的一些优选方案中，通过使用特定的抄表条目、用电信息数据帧、用电信息响应帧结构，进一步减少了通信网络中的数据传输开销。

需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的一般技术人员显然应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。