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1、论新型电能计量自动化系统在电网售电工作中的应用论新型电能计量自动化系统在电网售电工作中的应用（福建省南安市电力有限责任公司 梁炳河）摘摘 要：要：随着电力系统的发展，长期以来，居民用电的电费是由供电局内抄表工定期挨家挨 户抄写每块电度表的数据进行收取的，不仅效率低、浪费人力资源，而且无法获得用户实 时的用电量。因此，研究和开发出一套能进行低压电表数据自动采集和远距离传输的自动 化系统对于加强用电管理、提高用电质量、降低用电成本和实现用电管理自动化，具有积 极的意义。 关键词：关键词：自动化系统；通信协议；CRC 检验法 0、引言、引言伴随着电力体制的不断深入改革，电能计量自动化系统的研究对城网
2、、农网的低压 配电网技术改造，对提高电网负荷的管理水平，对提高售电收费工作的效率有广泛的实用 性，是一项与现代电力生产过程紧密结合的课题。而系统的总体设计对系统的功效影响巨 大。 1、系统组成及功能、系统组成及功能 1.1 设计思想 电能计量自动化系统采用分层分布式结构，共分为级:管理中心计算机、集中器、采 集器和智能电度表。其中，智能电度表中的采集模块是在机械式电度表中加装智能计数模 块，主要完成计数存储及通讯功能，以减小成木、功耗和体积。采集器位于一栋住宅楼或 者其中一个单元的电表集中处，用于定时采集该楼或单元的所有电表数据。而集中器则安 置在一个住宅小区公共变压器范围内，负责该小区所有用
3、户电表量的汇总。而管理中心则 由供电局营业所进行管理，按要求定时抄表，也可以随时抄录所管辖区域内各用户的电度 表读数，分时计费查询，并且形成各种报表曲线。 1.2 系统组成 在电能计量自动化系统中，要完成电表的改造、采集器和集中器的软硬件设计和中心 计算机管理软件的设计。系统组成如图所示。图 1 系统组成图 2 上下级功能模块通讯规则 管理中心位于供电局，对整个系统中各用户用电量进行抄录、存储、查询、统计、分 析等。集中器可以安装在公共变压器范围内的任何地方，向下通过电力线收集各采集模块 的数据，进行处理存储以后，再通过电话线将数据向上传至管理中心。采集器则响应集中 器的召唤采集各个电表的数值
4、。 2、通信协议、通信协议 在网络中，要进行数据交换，就需要实现不同系统中各个实体之间的通信。为进行网 络中的数据交换而建立的规则的集合称之为协议。协议的关键成分有: (1）语法:包括数据格式、编码及信号电平等。 (2）语义:包括用于协调和差错处理的控制信息。 (3）定时:包括速度匹配和排序，即事件实现顺序的详细说明，只有通信各节点。 遵循相同的协议，才能有条不紊地交换数据。2.1 报文格式 通信各方必须采用标准化的数据传输规约，本系统参考国家电力部颁布的循环式远 动规约 ，现对本系统中各种通信方式所采用的命令及数据帧格式说明如下:（1）电力线通信报文格式，如表所示。在电力线通信接口芯片 SS
5、CP300 进行数据 传输时，自动将数据打包，并且加上帧头、帧尾和 CRC 校验码，故采用上述报文格式。 （2）RS232 通信及电话线通信报文格式，如表所示。检验方法为 CRC 校验，帧头 为 77H,76H(与部颁协议中的同步字相符)，帧尾为 DH 和 OAH，另外，由于 RS232 通信为 一对一通信，不需要源地址和目的地址，而电话线通信则是先拨号建立好通信线路之后， 双方再进行通信，同样不需要源地址和目的地址。 各种通信方式中，由于信道或采用通信接口的不同，报文格式各异，但统一采用相同 的特征码，如表 3 所示。 2.2 通信规则 除了广播命令以外，上、下级功能模块严格按照以下规则进行
6、通信，如图所示。其 中特征码如表所示。3、CRC 校验校验 3.1 CRC 法的原理 在通信过程中，通信信道上的数据和控制信号受到通信介质周围各种干扰信号的影响 很大，严重时造成误码以至阻断通信。传统的差错检测方法有:奇偶校验法、校验和法、行 列冗余码校验法等。这些方法都是在数据信息后面增加一定数量的冗余位同时发送出去， 在接受端对数据信息进行比较、判别或简单地求和运算，然后将所得结果同接受到的冗余 位比较，若二者相同则认为接受正确；否则就判定有误码出现。由于所加的冗余位仅仅能 够反映数据信息行与列的奇偶情况，所以这类检测方法对于行与列的偶数个错误不敏感， 漏判的几率很高。由于循环码的编码和检
7、错方法简单，容易实现，而且找到了许多有效的 纠错方法所以循环码得到了广泛的应用，特别是在工业系统中常采用循环码来作为抗干扰 编码。 在许多通信接口芯片中都使用了硬件来产生 CRC 校验码，如电力线扩频接口芯片 SSCP300,CAN 总线接口芯片 82(200 等。由于软件差错检测不增加硬件，本系统的串口通 信中使用软件实现 CRC 校验。 CRC(Cyclic Redundancy Check）检验法的指导思想也是增加冗余位，但是它的冗余位 是通过将传送的数据流多项式除以 CRC 多项式得到的，在实际应用中 CRC 多项式预先给 定。就是被除多项式的系数，除法用模 2 减(无借位)实现，而且
8、余数作为冗余位。接收端 将被传输的余数(即检验码)与它自己计算的余数相比较，相等则表示没有错误发生，不相 等则表示有错。由于这种方法取得兀余位的方式具有很强的信息覆盖能力，所以它是一种 效率极高的错误检验法，当采用 16 位长的检验值时，其错误发现率如下: 单个位错误:100% 双位错误:100% 比 16 位短的突发性错误:100%所有其他的突发性错误:99.9984% 由此可见，CRC 法善于发现各种类型的错误，特别是一些突发性错误。 3.2 CRC 法的数学模型 假设有一个(n,k)循环码，它有 2k 个码字，根据循环码的特点，它的任意一个码字的每 一次移位得到的是本空间的另外一个码字，
9、从中取一个前 K-1 位为零的码字以 g(X)表示。 则 g(X)，Xg(X)，Xk-1g(X)都是码字，且这 K 个码字显然都是独立的，所以可以作为码 的一组生成基底。除了全是零的码字以外，其它码字中不可能找到连续 K 位均为。的码字，即连续为 0 的长度只有 K-1 位，至少 g(X)的首项和常数项的这两项系数必定为 1。也就是 说，g(X)是常数项不为 0 的 n-k 次多项式。更为重要的是，g(X)是码中次数为 n-k 的唯一的 一个多项式。因为如果有两个的话，则把这 2 个码字相加也应该是一个码宇，而此码字的 多项式的次数将小于 n-k 次。一旦确定了 g(X)，则整个(n,k)循环
10、码就被确定了。码的生成 矩阵 G(X)的 k 行可以用 g(X)的循环移位构成，即:因此,所有用 G(X)生成的码字都是 g(X)的倍式。换句话说，凡是码多项式都可以被 g(X)除尽。这些码等效于如下编码，如果用多项式 m(X)表示信息组，而且次数小于 k，则 Xn-km(X)的次数就小于 n。用 g(X)去除 Xn-km(X)，得到余式 r(X)，其次数小于 n-k，把此 余式作为校验码元附加在信息组后面，就得到一个必能被 g(X)除尽的多项式，故必是码字 多项式，这可以由下式表示:或 C(X)=Xn-km(X)+r(X)=q(X)g(X) q(X)是 g(X)除 Xn-kn(X)后所得之商
11、。上式即是 CRC 法的数学模型。用这种方法所编出 的码字，前面是原来未变的 k 个信息码元，后面则为 r 个校验码元。 在通信方式中有同步通信和异步通信方式之分，CRC 是一种多用于同步通信方式中的 差错检出方式。在这种方式中，将所传数据系列看为高次多项式，也成为位序列多项式 G(X)，将此多项式用预先规定的生成多项式 P(X)(Checking Pocynomial)去除，再将其余数 码 BCC(Block Check Code)附加在所传数据的尾部一并传送;在接收方，用同样的生成多项 式去除，如果除得的结果余数值为零，则可以判断所接收到的数据是正确的。 现在结合图例来说明 CRC 校验的
12、数学原理。 (1)首先将欲传送的序列 G(x)乘以 xn-k，其中 n-k 为余数码(BCC)的位数。 (2)将乘得的结果用生成多项式去除。 (3)忽略其商，仅将其余数 C(X)(即 BCC)取出，并且将其与相加，形成 k+(n-k)=n 位数 据序列 F(X)，如下式所示: 即有 F(X)=Xn-k*G(X)+C(X) 3.3 软件实现方法 生成多项式有多种，这里系统采用 CRC-CCITT 类，生成多项式 P(X)=X16+X12+X5+1。 其余数码 BCC 为 16 位。上位机(PC 机)的计算能力强，可以直接采用计算的方法产生校验 码。而下位机(单片机)运算能力有限，可以采用查表的方
13、法生成校验码。具体的方法如下: 首先建立个单字节信息循环码的余式编码表(512 字节)。在发送信息的过程当中，利用 这个编码表同时进行 R(X)的计算和信息位的发送。当信息位的发送完成以后，接着发送 R(X)，在接收端通过同样的方式计算循环码 m(X),然后判余式完成检错。显然，此种方法 对于以中断方式进行发送和接收的实时测控系统能够提高系统的效率。4、结语、结语 为解决自动抄表问题，经过对国内外电能计量自动化的现状进行深入细致的调查研究， 在此提出了一种解决自动抄表问题的解决方案。但由于系统比较庞大，作为工程设计还要 考虑许多因素。因此要想实用化，必须经过电力检验部门的各种检验和现场的调试运行。
