能源计量环境与能源计量标准

杜炜

吐鲁番市质量与计量检测所，新疆吐鲁番 838000

摘 要：本文提出了一种简单网络管理协议(SNMP)环境下电能表组网的开放标准协议。由于 SNMP 是相当流行的网络支持不间断电源，必要的支持硬件和软件已经存在。因此，将电能表连接迁移到传输控制协议/基于 Internet 协议的 SNMP 将是一项简单的任务。在 LabVIEW/虚拟仪器环境下创建了一个样本网络，并研究了用于电能表联网的开放标准协议。

关键词：能源计量环境；能源计量标准；分析与研究

1. 引言

在电力公用事业系统中，运营成本的一个主要组成部分是获取数千用户消费数据的成本，这些数据分布在与系统相连的大型经纬度上。通常，获取能源消耗数据是通过让抄表员访问每个用户的前提并手动记录数据来完成的。由于在获取个人消费者的消费数据时出现人为错误，公用事业一次又一次地遭受收入损失。通过自动化获取数据和计费的整个过程，可以消除抄表中的人为干预，从而降低成本。在没有人为干预的情况下收集用电量数据的任务通常被称为自动抄表(ACR)[1]。为了方便自动数据收集，计量系统应该联网。通过专用电线、电力线通信和无线信道实现仪表的联网正在探索中[1]、[2]。

2. 根据 SNMP 建议的电能表组网开放标准

2.1硬件使电能表能够使用 TCP/IP 进行通信

所有要联网的电能表首先启用 TCP/IP，使每个电能表成为 SNMP 环境中网络管理器(中央服务器)控制下的受管设备(节点)。一旦电表启用了 TCP/IP 协议，每个电能表都用一个32位的 IP 地址唯一标识，这个 IP 地址可以增长到232(4294967296)可能的唯一地址。IP 地址由四组数字(称为八位元组)表示，每组数字的范围为0-255(一个字节) ，由点分隔为100.201.102.001。第一组八进制表示网络部分(netid) ，它确定可能网络的数量，其余八进制表示每个网络支持的可能节点(主机)的数量。TCP/IP 环境允许三类网络，即 a 类、 b 类和 c 类用于寻址主机。在 a 类网络中，第一个八位组单独用于网络地址 netid，其余的八位组用于主机地址。因此，在 a 类寻址方案中，地址范围是从001。3x3x3x3x3x126.Xxx，其中 xxx 可以有0到255的值并确定主机 ID。B 类网络实现了前两个八进制(地址范围128。Yyy.xxx.xxx 呼叫191。Yyy.xxx.xxx) ，其中 yyy 的值可以从0到255。C 类网络实现 netid 的前三个八位字节(地址范围192。Yyy yyy xxx 呼叫223。Yyyy.yy.xxx).其余未被覆盖的地址用于特殊应用程序。类别 a 及类别 c 的地址通常用作建立专用区域网络(LANs) ，例如用作建立电能表网络的区域网络。在 a 类地址方案中，126(27)个可能的网络总共可以拥有1600万台主机(电能表) ，而在 c 类地址方案中，2097151(224)个可能的网络可以在每个网络上拥有254台主机。因此，提出的开放标准可以支持大量电能表的联网。

2.2电能表专用管理信息库

为了管理网络中的资源(称为对象) ，需要列出资源，并在该节点(电能表)和服务器上提供列表。因此，服务器的 MIB 包含网络中电能表的所有单独 MIB。在 SNMP 中，管理信息库(MIB)就是为此服务的。MIB 在一个树结构中列出所有的对象[12]。RFC 1155定义了管理信息(SMI)的结构，并提供了构建 MIB 的一般框架。在这里，每个对象都有一个由整数组成的唯一对象标识符(OID)。MIB 对象用于识别公用事业中存在的不同类型的电能表的所有参数，并且符合在 SNMP 管理器上创建和维护 MIB 的 SMI 标准程序。从树的根开始，第一级有三个节点: iso、 ccitt 和 joint-iso-ccitt。Iso 子树是为不同的标准组织而设计的，其中一个是 dod (国防部) ，在这个标准下，互联网活动委员会被分配到互联网节点。在 MIB 树节点中，互联网节点有一个私有节点，用于识别企业节点下由私有企业定义的对象。目前的 MIB 电能表是在一个私营企业节点下开发的，私营企业编号(PEN)20983是以印地马德拉斯的名义发布的。为电能表网络化而开发的 MIB 适用于在单一网络上处理不同类型的电能表(单相或三相电能表)。服务器上的 MIB 是不同类型的电能表的超级集合，它们在网络中相互连接或被连接。在此应当指出，拟议的能源表管理信息局是可扩展的，因此有利于今后的扩展和修改。

2.3电能表的 SNMP 代理

代理是驻留在被管理设备上的软件模块，具有本地 MIB 的知识(可以是管理系统上可用的全局管理信息的子集)。代理同步响应任何一个 SNMP 请求，即来自管理系统(服务器)的 GetRequest 和 getNextRequest。任何中断(例如，报警条件)都由代理报告给 SNMP 管理器，在 SNMP 下使用陷阱消息。当接收到来自 SNMP 管理器的 SetRequest 命令时，代理还能够设置/配置电能表的参数。因此，开发的代理也支持管理能力。SNMP 管理器用于管理系统(服务器)。为了实现 SNMP 命令 GetRequest，代理调用一个请求侦听器来创建一个线程对象，并调用请求处理程序来执行请求。然后，请求处理程序通过设备处理程序在托管设备上执行指定的操作，然后向服务器发送响应。完成请求后，请求处理程序删除线程对象以释放资源。

SNMP 管理器是一种服务，它使用各种工具、应用程序和设备来帮助人类网络管理员监视和维护网络。SNMP 管理器有一个分布式数据库轮询功能，可以对网络设备进行自动轮询。它管理高端工作站，生成网络拓扑变化和流量的实时图形视图。通常，SNMP 管理器负责基于 SNMP 的网络的性能、配置、安全、故障和计费管理。网络管理系统实现了管理系统(服务器)上的 SNMP 管理器与运行在电能表(客户端)上的 SNMP 代理之间的通信。MIB 中的电能表参数、电能表测试等资源由 SNMP 管理员管理和控制。电能表网络的管理人员可以将获得的数据用于能源使用情况分析、计费、需求预测、泄漏检测、远程关闭等。开发的 SNMP 管理器是一个交互式图形界面，能够监测开发的网络和轮询电能表的行为。SNMP 管理器的主要组件是: SNMP 请求、 SNMP 请求-响应和捕获消息。这些组件是使用 SNMP LabVIEW 工具包中提供的虚拟仪器原语开发的。这些原语被组合起来实现所需的 SNMP 管理器模块。

3. 小结

本文提出的基于 SNMP 的电能表联网开放标准，仅仅通过扩展 MIB，就可以灵活地包括任何类型的电能表。此外，在需要时，管理站与网络中的特定电能表之间建立连接，一旦所需任务完成，连接即关闭。因此，网络上的数据交换只有在需要时才发生，从而优化数据流量，从而节省带宽。开发的网络只要配备 TCP/IP、 SNMP 代理和 MIB 协议，就可以使用不同厂商的仪表。提出的基于 SNMP 的电能表组网开放标准协议的实现，确保了整个网络管理解决方案的实现，包括自动抄表、网络管理和控制。

参考文献：

[1]高莉. 浅谈能源计量管理中存在的问题及对策[J]. 科技传播,2011,(11):73+61.

[2]. 富阳市造纸行业能源计量工作推进块状产业转型升级[J]. 中国计量,2011,(01):19-22.

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