貴陽(yáng)供電局 張 路

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城市綜合體電能表低壓集抄系統(tǒng)建設(shè)淺析

貴陽(yáng)供電局 張 路

【摘要】通過對(duì)某大型城市綜合體低壓集抄系統(tǒng)建設(shè)分析，采用雙核心、雙匯聚的三層網(wǎng)路機(jī)構(gòu)低壓集抄系統(tǒng)，利用光纖傳輸性能，達(dá)到低壓集抄系統(tǒng)的高可靠性，同時(shí)利用低壓集抄系統(tǒng)的遠(yuǎn)程開斷功能，克服傳統(tǒng)人工抄表方式的各種弊端，滿足減少抄表工作量、提高抄表實(shí)時(shí)性和降低抄表錯(cuò)誤率。

【關(guān)鍵詞】電能表低壓集抄系統(tǒng)；三層網(wǎng)絡(luò)機(jī)構(gòu)；遠(yuǎn)程開斷式電能表；雙核心；雙匯聚

1 前言

全國(guó)有超過200個(gè)大型城市綜合體正在建設(shè)，大型城市綜合體集商業(yè)、居住、辦公、醫(yī)療、教育等業(yè)態(tài)于一身，可以說就是一個(gè)小型的城市，以貴州貴陽(yáng)大型城市綜合體“未來(lái)方舟”為例，未來(lái)方舟總占地15000畝，總建筑面積1300萬(wàn)平方米，預(yù)計(jì)居住人口17萬(wàn)，居民用電戶數(shù)約6.5戶，小區(qū)用戶電表為集中表箱式安裝，用戶密集且數(shù)量龐大，如果采用人工抄表方式將耗費(fèi)大量人力資源，且不符合用電營(yíng)銷自動(dòng)化的要求，為克服傳統(tǒng)人工抄表方式的各種弊端，滿足減少抄表工作量、提高抄表實(shí)時(shí)性和降低抄表錯(cuò)誤率的要求，急需建設(shè)低壓集抄系統(tǒng)。

低壓集抄系統(tǒng)是指由后臺(tái)主站系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程通信信道（無(wú)線、有線等信道）將臺(tái)區(qū)電能表的電能量數(shù)據(jù)及相關(guān)用電信息集中抄讀，并能遠(yuǎn)程實(shí)施斷、送電控制的網(wǎng)絡(luò)抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要由臺(tái)區(qū)考核總表、用戶電能表、采集終端、本地通信信道、集中器、遠(yuǎn)方通信信道和后臺(tái)主站系統(tǒng)等設(shè)備組成。建設(shè)集抄系統(tǒng)取代現(xiàn)有的用電手動(dòng)抄表。節(jié)省人力資源，降低抄表成本，提高抄表及時(shí)率，抄收成功率；計(jì)算機(jī)自動(dòng)抄表降低人工抄表差錯(cuò)率；監(jiān)測(cè)居民用電情況，發(fā)現(xiàn)用電異常及時(shí)報(bào)警；同時(shí)抄收臺(tái)區(qū)總表，可進(jìn)行臺(tái)區(qū)線損計(jì)算分析，為開展節(jié)能降耗提供數(shù)據(jù)支撐。

2 總體方案設(shè)計(jì)架構(gòu)圖

本次未來(lái)方舟抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要分為以下幾個(gè)區(qū)域：接入?yún)^(qū)、區(qū)域匯聚區(qū)、核心區(qū)、服務(wù)器區(qū)、出口區(qū)；

2.1 接入?yún)^(qū)域

由于此次未來(lái)方舟抄表系統(tǒng)所使用的集中器全部為百兆光纖接口，且每棟樓只部署一個(gè)集中器，因此，我們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)接入?yún)^(qū)采用帶千兆上鏈的百兆光纖接口交換機(jī)S3600V2-28F-EI，所有的集中器過單模光纖直接連接到接入交換機(jī)；

接入交換機(jī)通過雙千兆光纖分別連接到兩臺(tái)區(qū)域匯聚交換機(jī)；

為保證網(wǎng)絡(luò)具有一定的冗余、擴(kuò)展性，建議此次接入交換機(jī)端口不要全部使用，至少保留30%以上空閑端口，即每臺(tái)24口交換機(jī)最多使用16個(gè)端口；

2.2 匯聚區(qū)域

由于未來(lái)方舟占地面積很廣，信息點(diǎn)分部相對(duì)分散，因此，此次網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)我們采用三層架構(gòu)（即核心層、匯聚層、接入層），以減少光纖資源以及因鋪設(shè)光纖帶來(lái)的人力、物力資源的浪費(fèi)；建議每個(gè)區(qū)域設(shè)置一個(gè)匯聚區(qū)；

我們?cè)趨R聚區(qū)域采用兩臺(tái)高性能交換機(jī)S5800-32F作虛擬化，將兩臺(tái)交換機(jī)虛擬成一臺(tái)同時(shí)工作，匯聚區(qū)域的數(shù)據(jù)交換能力翻倍，而且不管任何一臺(tái)出現(xiàn)故障，另外一臺(tái)還可以繼續(xù)正常工作，提高了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性；

匯聚交換機(jī)通過雙萬(wàn)兆鏈路分別連接到核心交換機(jī)。

2.3 核心區(qū)域

核心區(qū)域是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中樞，其安全性和穩(wěn)定性要求更高，我們建議核心區(qū)域同樣采用兩臺(tái)S10508-V高性能模塊化交換機(jī)作虛擬化；

為提高網(wǎng)絡(luò)的安全性，我們?cè)诤诵慕粨Q機(jī)上部署防火墻插卡和IPS插卡；

核心交換機(jī)與各區(qū)域相連主要采用萬(wàn)兆光纜，為整網(wǎng)的數(shù)據(jù)交換提供一個(gè)高速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)交換機(jī)平臺(tái)。

2.4 出口區(qū)域

此次方案設(shè)計(jì)，我們?cè)诔隹诓渴鹨慌_(tái)MSR50-40路由器，作為未來(lái)方舟整個(gè)網(wǎng)絡(luò)與電力專網(wǎng)互聯(lián)的出口；

路由器通過兩顆千兆光纖分別與兩臺(tái)核心交換機(jī)互聯(lián)。

2.5 服務(wù)器區(qū)域

此次服務(wù)器區(qū)域建設(shè)，我們部署一臺(tái)S5800-32C數(shù)據(jù)中心級(jí)交換機(jī)作為服務(wù)器的接入交換機(jī)，通過雙萬(wàn)兆鏈路分別與兩臺(tái)核心交換機(jī)互聯(lián)；

在服務(wù)器區(qū)部署一套IMC管理軟件，對(duì)全網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，通過圖形化的界面，可以實(shí)時(shí)了解掌握整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況，大大降低了網(wǎng)絡(luò)的管理難度，提升了工作效率。

3 雙核心、雙匯聚設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)鏈路冗余與路由備份

傳統(tǒng)的雙機(jī)組網(wǎng)一般采用VRRP+MSTP雙機(jī)熱備，局限性很大，具體如下：

可靠性不足，收斂時(shí)間太長(zhǎng)

采用傳統(tǒng)的VRRP+MSTP雙機(jī)模式，一旦一臺(tái)核心交換機(jī)宕機(jī)，VRRP的收斂時(shí)間短則十幾秒，長(zhǎng)則幾分鐘，在此期間會(huì)有大量的數(shù)據(jù)丟失。

性能低下，擴(kuò)展性差

采用傳統(tǒng)的VRRP+MSTP雙機(jī)模式，兩臺(tái)核心交換機(jī)不能當(dāng)同一臺(tái)使用，必須配置雙份的業(yè)務(wù)板卡。譬如，若需實(shí)現(xiàn)防火墻功能，每臺(tái)核心都必須配置一塊防火墻插卡，極大的抬高了用戶的投資，可擴(kuò)展性差。

H3C對(duì)于傳統(tǒng)的雙機(jī)方式做了改進(jìn)，采用虛擬化技術(shù)，將兩臺(tái)核心真正的虛擬化為一臺(tái)，具體特點(diǎn)如下：

◆點(diǎn)對(duì)點(diǎn)組網(wǎng)，無(wú)環(huán)路，不需啟動(dòng)STP，上行帶寬增倍

◆跨設(shè)備鏈路捆綁，鏈路故障收斂時(shí)間短，毫秒級(jí)

◆一個(gè)管擬組一個(gè)網(wǎng)關(guān)地址，一個(gè)虛擬組一個(gè)管理地址，節(jié)省IP地址資源

◆核心、匯聚各虛擬組只管理1臺(tái)邏輯設(shè)備

4 核心交換機(jī)自身的可靠性設(shè)計(jì)

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，業(yè)界對(duì)于數(shù)據(jù)中心級(jí)核心交換機(jī)的認(rèn)知也越來(lái)越深，設(shè)計(jì)方向各有不同，但是在高端核心交換機(jī)的可靠性方面有著共同的設(shè)計(jì)理念：

控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面物理分離

傳統(tǒng)的園區(qū)網(wǎng)交換機(jī)一般采用“Crossbar+共享緩存”的交換架構(gòu)，引擎板繼承擔(dān)控制平面的工作，同時(shí)也承擔(dān)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面的工作，跨槽位的流量轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文需要經(jīng)背板到引擎板的Crossbar芯片進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。這種架構(gòu)限制了設(shè)備的可靠性和性能：

◆ 可靠性限制：引擎需要承接數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面的工作，因此在引擎出現(xiàn)主備倒換時(shí)必然會(huì)出現(xiàn)丟包。此外引擎1+1冗余，也使得Crossbar交換網(wǎng)只能是1+1的冗余，冗余能力無(wú)法做的更高。

◆ 性能限制：受制于業(yè)界當(dāng)前Crossbar芯片的工藝以及引擎PCB板卡布線等制造工藝，將Crossbar交換網(wǎng)與CPU主控單元集中在一塊引擎板上的結(jié)構(gòu)，一般單塊引擎的交換容量不可能做的太高（一般約2TB左右）。

數(shù)據(jù)中心級(jí)核心交換機(jī)產(chǎn)品將控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面物理分離，一般有獨(dú)立的引擎板和交換網(wǎng)板，同時(shí)采用CLOS多級(jí)交換架構(gòu)，大大提高設(shè)備的可靠性及性能。

關(guān)鍵部件更強(qiáng)的冗余能力

除了引擎和交換網(wǎng)板的冗余外，此類設(shè)備的電源一般均可以配置多塊，實(shí)現(xiàn)N+M的冗余，保證電源的可靠性更高；另外風(fēng)扇的冗余也由原來(lái)的風(fēng)扇級(jí)冗余，提高到了風(fēng)扇框冗余，每個(gè)獨(dú)立的風(fēng)扇框內(nèi)多個(gè)風(fēng)扇冗余。

◆ 虛擬化能力

大型網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度越來(lái)越高，需要管理的設(shè)備也越來(lái)越多，設(shè)備的虛擬化可將同一層面的多臺(tái)設(shè)備虛擬化為一臺(tái)，進(jìn)行設(shè)備的橫向整合，簡(jiǎn)化設(shè)備的配置和管理。

5 結(jié)論

采用以上下行通信信道安裝方案，以及三層通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的建設(shè)，可保證低壓集抄系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性、準(zhǔn)確性的同時(shí)，也節(jié)省了上行通信信道的投資，同時(shí)通過主站網(wǎng)管的建立，能夠快速、準(zhǔn)確的發(fā)現(xiàn)通信故障，保證了后期運(yùn)行維護(hù)工作的開展。

參考文獻(xiàn)

［1］宗建華 ，智能電能表，中國(guó)電力出版社，北京，2010.

［2］章欣，用電信息采集系統(tǒng)和智能電能表知識(shí)問答，中國(guó)電力出版社，北京2014.

City complex electric energy meter reading system construction of low set

（Guiyang Power Supply Bureau Guizhou Guiyang 550002）

Abstract：through in a large city complex low set copy system construction analysis and centralized meter reading system using poly （dual core，Shuanghui the three layer network mechanism of low pressure， using optical fiber transmission performance， achieve high reliability of the LV centralized reading system， at the same time， the LV centralized reading system for remote disconnect feature， overcome various malpractices in the traditional way of manual meter reading meet reduce workload of meter reading， can improve the real-time performance of the meter reading and reduce error rate meter.

Key words：electric energy meter automatic meter reading system； the three layer network；remote disconnect meter；dual core；Shuanghui poly

作者簡(jiǎn)介：

張路（1987—），男，大學(xué)本科，主要從事城市配電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)。