智能電能表通信壓力測試方法及應(yīng)用

夏 敏

（舟山電力局，浙江 舟山 316021）

0 引言

隨著我國智能電網(wǎng)建設(shè)，智能電能表的全面推廣應(yīng)用和低壓居民用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)，電力系統(tǒng)原有的手工及紅外抄表必然被遠程抄表系統(tǒng)所代替，為確保用電信息采集系統(tǒng)遠程抄表的應(yīng)用，保證與現(xiàn)場安裝設(shè)備相匹配，建立一套通信壓力測試系統(tǒng)是必要的。利用該系統(tǒng)可以建立一種新的實驗室測試模式：借助實驗室的表計測試臺體，利用新的軟件系統(tǒng)，充分測試設(shè)備的通信能力，在安裝前檢出不合格或不能適應(yīng)現(xiàn)場工作條件的設(shè)備，可以極大地降低電能表的故障發(fā)生率。

1 壓力測試系統(tǒng)應(yīng)具備的條件

壓力測試系統(tǒng)是在被測試對象以某種特定的方式運轉(zhuǎn)時，驗證其在被施加了某些高強度壓力的情況下是否仍能正常運行，這已經(jīng)超越了功能驗證，因此該系統(tǒng)要具備以下4個條件：

（1）重復(fù)（Repetition）： 測試的重復(fù)就是一遍又一遍地執(zhí)行某個操作或功能，比如重復(fù)發(fā)送抄收當前電能示值指令。功能驗證測試是確定操作能正常執(zhí)行，而壓力測試則是確定是否每次操作都能正常執(zhí)行，這對于判斷電能表是否適用于某種生產(chǎn)情況至關(guān)重要。最簡單的壓力系統(tǒng)只實現(xiàn)這一個條件，但簡單地以擴展功能驗證測試來多次重復(fù)并不能構(gòu)成有效的壓力測試，當與其他條件結(jié)合起來使用時，重復(fù)就可以發(fā)現(xiàn)許多隱蔽的故障狀況。

（2）并發(fā)（Concurrency）： 并發(fā)是同時執(zhí)行多個操作的行為，即在同一時間執(zhí)行多個測試，例如在同一個臺體上同時測試多塊電能表，具體的操作方法視軟件控制和臺體狀況而定。

（3）量級（Magnitude）： 壓力系統(tǒng)的另一個條件是每個操作的負載量。壓力測試可以重復(fù)執(zhí)行一個操作，但是操作自身也要盡量給產(chǎn)品增加負擔。例如，可以通過高強度的發(fā)送抄收當前電能示值指令來測試操作，也就是增加這個操作的量級。量級是相對應(yīng)用而言的，但可以通過查找產(chǎn)品的可被用戶計量和修改的值來確定。例如，數(shù)據(jù)幀的大小、發(fā)送的頻率、接收到數(shù)據(jù)回應(yīng)幀的個數(shù)等等。單獨的高強度操作自身可能發(fā)現(xiàn)不了電能表故障，但與其他壓力條件結(jié)合在一起時可以增加發(fā)現(xiàn)問題的機會。

（4）隨機變化：任何壓力系統(tǒng)都具有隨機性，如果隨機使用前述壓力條件中的變化形式，就能夠在每次測試時應(yīng)用多種測試手段。

2 壓力測試系統(tǒng)的兼容性

由于該系統(tǒng)要借助現(xiàn)有的表計檢測臺體對不同廠家生產(chǎn)的電能表進行自動化測試，因此要求具有較好的兼容性。

2.1 校表臺體兼容

實驗室的臺體來自不同生產(chǎn)廠家，型號也各不相同，要對多塊電能表同時進行測試時，就要求臺體的運作模式能夠兼容，進行控制臺體停/上電，發(fā)送測試指令等操作。

由臺體供應(yīng)廠商提供通信指令接口，系統(tǒng)開發(fā)人員通過編寫動態(tài)鏈接庫或者其他手段實現(xiàn)對臺體的控制。

2.2 通信規(guī)約兼容

電能表計現(xiàn)行的通信規(guī)約主要包括DL/T 645-1997《多功能電能表通信規(guī)約》（97規(guī)約）和DL/T 645-2007《多功能電能表通信規(guī)約》（07規(guī)約），目前系統(tǒng)兼容這2種規(guī)約，如果有必要，將來還會增加集中器、采集器通信規(guī)約等，以適應(yīng)電力設(shè)備的發(fā)展。

2.3 通信模式兼容

隨著技術(shù)的不斷進步，電能表具備了更多的通信模式，如：485通信、載波通信、GPRS通信、以太網(wǎng)通信、光纖通信等，以便于計量中心檢測人員快捷地檢測設(shè)備的通信能力。

3 壓力測試系統(tǒng)的檢測手段

3.1 測試環(huán)境

（1）PC機配置建議CPU PIII600以上、內(nèi)存256M以上、顯示器15英寸以上，支持Windows 2000/XP以上操作系統(tǒng)，安裝Microsoft Office Access數(shù)據(jù)庫。

（2）數(shù)據(jù)來源對象為安裝了壓力測試系統(tǒng)的檢測臺體工控機。

（3）測試方式：在測試臺體上懸掛待測表計，配置測試方案，錄入表計信息，運行系統(tǒng)開始測試，對測試數(shù)據(jù)進行比對分析。

3.2 測試方案和分析

為了使表計能夠適應(yīng)現(xiàn)場復(fù)雜的運行環(huán)境，系統(tǒng)采用了多種檢測手段，如：使用不同的指令發(fā)送間隔，統(tǒng)計表計的應(yīng)答次數(shù)；控制臺體提供不同的工作電壓、工作電流；對表計同時施加不同的通信模式，例如在485通信時，同時進行紅外通信；在進行通信測試時，進行其他操作，如按鍵輪顯等；在發(fā)送有效指令前后，疊加發(fā)送無效指令。

具體試驗方法分析如下：

（1）給故障表發(fā)送抄讀901F的數(shù)據(jù)標識，發(fā)送的間隔可調(diào)，從200 ms到600 ms。表計在200 ms間隔發(fā)送的時候，會頻繁復(fù)位；在600 ms間隔發(fā)送的時候也會復(fù)位，但不是很頻繁。

用示波器監(jiān)測數(shù)據(jù)，此時發(fā)送的幀長度是130 ms，返回是330 ms，表的響應(yīng)時間是80 ms，總時間為540 ms。也就是說，當外部發(fā)送數(shù)據(jù)很頻繁，表計需要頻繁處理通信事件的時候，如果程序沒有平衡好各種事件的優(yōu)先級，有可能會導(dǎo)致表計復(fù)位。而表計復(fù)位是可能導(dǎo)致電量突變的原因之一。

（2）發(fā)送抄讀901F的數(shù)據(jù)標識，發(fā)送間隔為5000 ms。若此時外部有紅外數(shù)據(jù)發(fā)送，也會導(dǎo)致表計復(fù)位。

從這一現(xiàn)象可以確定該表計在通信處理上是有缺陷的。可能原因有3個：一是緩沖區(qū)沒有做很好的保護，緩沖區(qū)溢出；二是沒有處理好事件的優(yōu)先級順序；三是沒有處理好總時序，導(dǎo)致看門狗復(fù)位。

（3）發(fā)送901F的數(shù)據(jù)標識，發(fā)送間隔5000 ms，通過調(diào)整負荷的大小，未發(fā)現(xiàn)復(fù)位現(xiàn)象。說明計量事件對系統(tǒng)總體影響不大。

（4）發(fā)送901F的數(shù)據(jù)標識，發(fā)送間隔5000 ms，按鍵翻閱，未發(fā)現(xiàn)復(fù)位現(xiàn)象。說明按鍵事件對系統(tǒng)總體影響也不大。

（5）在發(fā)送901F的數(shù)據(jù)標識前，增加近440 ms的干擾數(shù)據(jù)，發(fā)送有效數(shù)據(jù)的長度是130 ms，抄表間隔1000 ms。表計返回的數(shù)據(jù)長度是350ms。此時采集器從發(fā)送數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)接收完成的時間為920 ms。如果干擾數(shù)據(jù)里面沒有敏感數(shù)據(jù)，復(fù)位頻率不會是很高，若存在敏感數(shù)據(jù)，則復(fù)位頻率將大增。

（6）一直發(fā)送無效的數(shù)據(jù)，表計一直處于接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)，但是接收不到有效數(shù)據(jù)，則表計不會出現(xiàn)復(fù)位。因此，無效數(shù)據(jù)的攻擊對表計不產(chǎn)生影響。

（7）發(fā)送數(shù)據(jù)的總長度570 ms，其中440 ms為干擾數(shù)據(jù)，130 ms為有效數(shù)據(jù)，發(fā)送的間隔時間是500 ms，此時表計將難以接收到數(shù)據(jù)，同時回發(fā)數(shù)據(jù)，則表計必然復(fù)位。

試驗說明，表計在接收到有效數(shù)據(jù)幀并回發(fā)數(shù)據(jù)時，如果同時外部又有數(shù)據(jù)發(fā)送過去，則必然導(dǎo)致復(fù)位。

4 結(jié)果判斷標準及分析

該壓力測試主要針對產(chǎn)品的穩(wěn)定性和可靠性，所以只對每個批次進行抽檢即可。如果前后2個批次的產(chǎn)品在設(shè)計上沒有任何改動，只需抽檢1個批次即可?？梢詮膬蓚€方面判斷能否承受壓力測試：

（1）將上述試驗方法從頭到尾做一遍，每個方法重復(fù)時間在10 min以上。因為在10 min內(nèi)，表計系統(tǒng)應(yīng)該完成內(nèi)部所有的功能運行，并且能基本覆蓋大部分的程序功能模塊。

（2）設(shè)置表計時間在跨抄表日的前一天，讓其在滿負荷情況下接受第一種方法測試。

如果通過了以上測試，表計沒有出現(xiàn)任何復(fù)位、死機、丟失電量的情況，可以認為已通過通信壓力測試，基本可以判斷其在實際運行中也能經(jīng)歷現(xiàn)場的各種通信壓力。

5 系統(tǒng)應(yīng)用

2010年，在居民用戶智能用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)過程中，暴露出了一些比較嚴重的電費差錯問題，究其原因是由于采集器通信頻率高，同一個集中電表箱內(nèi)電能表種類繁多，導(dǎo)致不同表計應(yīng)答相互干擾，不但引起表計抄讀失敗，影響抄表成功率，并且還由此引起表計的停走、飛走、倒走、地址清零、谷電量大于總電量等多起計量故障。低壓采集系統(tǒng)運行幾個月來，累計發(fā)現(xiàn)近200起計量故障。

2011年7月，電能表485通信壓力測試系統(tǒng)在舟山市電力局計量中心投入試運行，對舟山電力局待安裝的表計采用批量抽檢的方法進行了485通信壓力檢測，及時發(fā)現(xiàn)問題表計，大大減少了電費差錯的問題，有效提高了檢測水平。

智能表通信壓力測試系統(tǒng)對電能表在不同通信波特率、不同通信頻率下的信道通信處理能力進行測試，既能及時發(fā)現(xiàn)電能表故障，又能解決傳統(tǒng)檢測手段不足的問題，減輕工作人員的工作量，提高工作效率，減少計量糾紛，提升電力營銷服務(wù)的水平，具有較好的實用價值。

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