城市綜合體電能表低壓集抄系統建設淺析

貴陽供電局 張 路

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城市綜合體電能表低壓集抄系統建設淺析

貴陽供電局 張 路

【摘要】通過對某大型城市綜合體低壓集抄系統建設分析，采用雙核心、雙匯聚的三層網路機構低壓集抄系統，利用光纖傳輸性能，達到低壓集抄系統的高可靠性，同時利用低壓集抄系統的遠程開斷功能，克服傳統人工抄表方式的各種弊端，滿足減少抄表工作量、提高抄表實時性和降低抄表錯誤率。

【關鍵詞】電能表低壓集抄系統；三層網絡機構；遠程開斷式電能表；雙核心；雙匯聚

1 前言

全國有超過200個大型城市綜合體正在建設，大型城市綜合體集商業、居住、辦公、醫療、教育等業態于一身，可以說就是一個小型的城市，以貴州貴陽大型城市綜合體“未來方舟”為例，未來方舟總占地15000畝，總建筑面積1300萬平方米，預計居住人口17萬，居民用電戶數約6.5戶，小區用戶電表為集中表箱式安裝，用戶密集且數量龐大，如果采用人工抄表方式將耗費大量人力資源，且不符合用電營銷自動化的要求，為克服傳統人工抄表方式的各種弊端，滿足減少抄表工作量、提高抄表實時性和降低抄表錯誤率的要求，急需建設低壓集抄系統。

低壓集抄系統是指由后臺主站系統通過遠程通信信道（無線、有線等信道）將臺區電能表的電能量數據及相關用電信息集中抄讀，并能遠程實施斷、送電控制的網絡抄表系統。該系統主要由臺區考核總表、用戶電能表、采集終端、本地通信信道、集中器、遠方通信信道和后臺主站系統等設備組成。建設集抄系統取代現有的用電手動抄表。節省人力資源，降低抄表成本，提高抄表及時率，抄收成功率；計算機自動抄表降低人工抄表差錯率；監測居民用電情況，發現用電異常及時報警；同時抄收臺區總表，可進行臺區線損計算分析，為開展節能降耗提供數據支撐。

2 總體方案設計架構圖

本次未來方舟抄表系統網絡建設主要分為以下幾個區域：接入區、區域匯聚區、核心區、服務器區、出口區；

2.1 接入區域

由于此次未來方舟抄表系統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集中器，因此，我們在網絡接入區采用帶千兆上鏈的百兆光纖接口交換機S3600V2-28F-EI，所有的集中器過單模光纖直接連接到接入交換機；

接入交換機通過雙千兆光纖分別連接到兩臺區域匯聚交換機；

為保證網絡具有一定的冗余、擴展性，建議此次接入交換機端口不要全部使用，至少保留30%以上空閑端口，即每臺24口交換機最多使用16個端口；

2.2 匯聚區域

由于未來方舟占地面積很廣，信息點分部相對分散，因此，此次網絡設計我們采用三層架構（即核心層、匯聚層、接入層），以減少光纖資源以及因鋪設光纖帶來的人力、物力資源的浪費；建議每個區域設置一個匯聚區；

我們在匯聚區域采用兩臺高性能交換機S5800-32F作虛擬化，將兩臺交換機虛擬成一臺同時工作，匯聚區域的數據交換能力翻倍，而且不管任何一臺出現故障，另外一臺還可以繼續正常工作，提高了網絡的穩定性；

匯聚交換機通過雙萬兆鏈路分別連接到核心交換機。

2.3 核心區域

核心區域是整個網絡的中樞，其安全性和穩定性要求更高，我們建議核心區域同樣采用兩臺S10508-V高性能模塊化交換機作虛擬化；

為提高網絡的安全性，我們在核心交換機上部署防火墻插卡和IPS插卡；

核心交換機與各區域相連主要采用萬兆光纜，為整網的數據交換提供一個高速、穩定的數據交換機平臺。

2.4 出口區域

此次方案設計，我們在出口部署一臺MSR50-40路由器，作為未來方舟整個網絡與電力專網互聯的出口；

路由器通過兩顆千兆光纖分別與兩臺核心交換機互聯。

2.5 服務器區域

此次服務器區域建設，我們部署一臺S5800-32C數據中心級交換機作為服務器的接入交換機，通過雙萬兆鏈路分別與兩臺核心交換機互聯；

在服務器區部署一套IMC管理軟件，對全網的網絡設備進行統一管理，通過圖形化的界面，可以實時了解掌握整個網絡的運行情況，大大降低了網絡的管理難度，提升了工作效率。

3 雙核心、雙匯聚設計，實現鏈路冗余與路由備份

傳統的雙機組網一般采用VRRP+MSTP雙機熱備，局限性很大，具體如下：

可靠性不足，收斂時間太長

采用傳統的VRRP+MSTP雙機模式，一旦一臺核心交換機宕機，VRRP的收斂時間短則十幾秒，長則幾分鐘，在此期間會有大量的數據丟失。

性能低下，擴展性差

采用傳統的VRRP+MSTP雙機模式，兩臺核心交換機不能當同一臺使用，必須配置雙份的業務板卡。譬如，若需實現防火墻功能，每臺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，可擴展性差。

H3C對于傳統的雙機方式做了改進，采用虛擬化技術，將兩臺核心真正的虛擬化為一臺，具體特點如下：

◆點對點組網，無環路，不需啟動STP，上行帶寬增倍

◆跨設備鏈路捆綁，鏈路故障收斂時間短，毫秒級

◆一個管擬組一個網關地址，一個虛擬組一個管理地址，節省IP地址資源

◆核心、匯聚各虛擬組只管理1臺邏輯設備

4 核心交換機自身的可靠性設計

經過數十年的發展，業界對于數據中心級核心交換機的認知也越來越深，設計方向各有不同，但是在高端核心交換機的可靠性方面有著共同的設計理念：

控制平面與轉發平面物理分離

傳統的園區網交換機一般采用“Crossbar+共享緩存”的交換架構，引擎板繼承擔控制平面的工作，同時也承擔數據轉發平面的工作，跨槽位的流量轉發報文需要經背板到引擎板的Crossbar芯片進行轉發。這種架構限制了設備的可靠性和性能：

◆ 可靠性限制：引擎需要承接數據轉發平面的工作，因此在引擎出現主備倒換時必然會出現丟包。此外引擎1+1冗余，也使得Crossbar交換網只能是1+1的冗余，冗余能力無法做的更高。

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

數據中心級核心交換機產品將控制平面與轉發平面物理分離，一般有獨立的引擎板和交換網板，同時采用CLOS多級交換架構，大大提高設備的可靠性及性能。

關鍵部件更強的冗余能力

除了引擎和交換網板的冗余外，此類設備的電源一般均可以配置多塊，實現N+M的冗余，保證電源的可靠性更高；另外風扇的冗余也由原來的風扇級冗余，提高到了風扇框冗余，每個獨立的風扇框內多個風扇冗余。

◆ 虛擬化能力

大型網絡的復雜度越來越高，需要管理的設備也越來越多，設備的虛擬化可將同一層面的多臺設備虛擬化為一臺，進行設備的橫向整合，簡化設備的配置和管理。

5 結論

采用以上下行通信信道安裝方案，以及三層通信網絡構架的建設，可保證低壓集抄系統的穩定性、安全性、準確性的同時，也節省了上行通信信道的投資，同時通過主站網管的建立，能夠快速、準確的發現通信故障，保證了后期運行維護工作的開展。

參考文獻

［1］宗建華 ，智能電能表，中國電力出版社，北京，2010.

［2］章欣，用電信息采集系統和智能電能表知識問答，中國電力出版社，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

作者簡介：

張路（1987—），男，大學本科，主要從事城市配電網運行維護。