智能电能表全性能试验管理信息系统设计与实现*

王慧武，赵明，张闯，郑安刚，邹和平，庄磊

(1. 哈尔滨电工仪表研究所有限公司，哈尔滨 150027； 2. 中国电力科学研究院有限公司，北京 100192； 3. 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院，合肥 230000)

0 引 言

随着国家坚强型智能电网建设，智能电能表等电能计量设备的可靠性和稳定性变得越发重要。智能电能表的的自动化程度很高，更容易受到外界干扰[1-2]。智能电能表的计量准确性与电力公司和用户的切身利益密切相关，所以针对智能电能表的全性能试验更加重要。

随着大量新技术、先进自动化检测设备在智能电能表全性能试验中的应用，系统的常态化运营维护工作面临更多、更新的挑战，全性能试验的自动化和信息化程度还不够高，比如一些全性能试验仍然采取人工方式，缺乏统一的信息化管控模式，工作流程、检测方案、试验方法差异较大[3-5]。因此，有必要针对性开展智能电能表全性能试验系统性能优化和应用评价等技术研究，全面提升其自动化、智能化和信息化水平。通过研发智能电能表全性能试验管理信息系统，实现试验数据的自动采录、业务流程的自动流转、检验报告的自动生成，进一步提高智能计量体系建设的自动化水平。

1 系统的需求分析

智能电能表全性能试验管理信息系统主要实现对试验委托、工作令、检测任务、检测过程、样品流转、报告出具等全过程闭环管理，以及用户对试验数据和试验结果的在线查询。

具体来说，本系统要实现智能电能表全性能试验业务流程、检测方案、试验项目与内容、原始记录与试验报告格式、试验设备数据接口的标准化；固化智能电能表全性能试验业务流程，实现试验数据的自动采集和分析处理，实现原始记录及检验报告的自动生成，提升数据采集自动化程度和数据录入准确度，提升检测工作效率；实现检测数据上下全贯通和全性能试验数据高度共享。

2 系统的设计

智能电能表全性能试验管理信息系统采用数据传输、图像识别、过程录像等多元方式，将全性能试验业务、流程、数据、管理等固化到信息系统中。系统分为两部分，一部分是系统主站和试验设备之间的连接，另一部分是系统主站与外部用户之间的连接。

2.1 通讯结构的选择

目前，信息系统的通信结构主要有C/S结构和B/S结构。

C/S结构即客户端/服务器结构，它建立在专用的网络上，充分利用客户端和服务器端的配置环境，合理分配工作任务，优化系统开销。客户端和服务器端之间没有中间环节，具有较强的事务处理能力和较快的响应速度[6-7]。B/S结构即浏览器/服务器结构，它建立在广域网上，不需要安装专门的桌面应用软件，外部用户拥有一个浏览器即可访问。软件的维护和软件的升级非常方便，且成本较低；业务扩展容易、共享性强，可以随时进行数据查询和业务浏览等操作[8-9]。

系统主站和试验设备之间的连接部分包括主站服务器、数据库和检测设备。主站服务器与所有的检测设备连接，主站服务器负责与检测设备交互、将试验设备发送的试验数据和试验结果存入数据库、以及根据试验结果打印试验报告；数据库负责存储上传的试验记录；试验设备根据主站服务器的指令，按照标准要求进行智能电能表全性能试验，并将试验数据和试验结果上传至主站服务器。这部分实时数据处理量大、安全性能要求高、交互性能要求强、且使用群体不大，根据以上特性，选择C/S结构进行系统设计。

系统主站与外部用户之间的连接部分包括浏览器、Web服务器和数据库，外部用户使用浏览器通过Web服务器获取数据库的试验数据和试验结果。这部分用户使用面广、数据实时性要求较低、安全性能要求不高、且操作简单，根据以上特性，选择B/S结构进行系统设计。

综上所述，本系统基于C/S和B/S混合结构进行系统设计。C/S结构模式下主要由电能表检测工程师进行操作，B/S结构模式下主要由外部用户通过浏览器来获取试验数据和试验结果，系统的总体结构如图1所示。

图1 系统的总体结构

2.2 数据库的选择

本系统的所有功能都是建立在数据库的基础上来实现的，采用SQL Server关系型数据库。该数据库功能全面、效率高、界面友好，可以与Windows操作系统紧密集成，提升应用程序开发速度和系统事物处理运行速度[10-11]。

数据库采用结构分析方法, 在兼顾子模块之间数据共享的基础上建立不同的数据库文件。数据库按照功能进行分类，包括试验设备部分、试验数据部分、用户权限部分、修正记录部分。为了避免数据冗余现象，建立了对应的视图，如图2所示。

图2 数据库视图结构

数据库有几个关键的数据表：试验设备表、试验数据表、用户权限表、修正记录表。试验设备表用来存储试验设备的信息和对应的试验标准，包括设备编号、用户编号和试验标准编号。试验数据表用来存储检测的智能电能表的试验数据和试验结果，包括设备编号、用户编号、电能表编号、试验标准编号、试验时间、试验数据和试验结果。用户权限表用来存储不同用户的权限和重要记录，包括用户编号、权限等级、记录时间与操作。修正记录表用来记录数据库的修正记录，包括用户编号、设备编号、电能表编号、记录时间与操作。

3 系统的软件实现

按照系统的需求分析和设计，软件开发部分主要包括主站服务器模块、Web服务器模块和数据库维护模块三部分。系统开发中采用的关键技术，包括C#编程语言、基于Visual Studio的WinForm开发环境和SQL Server数据库等。

3.1 主站服务器

主站服务器如图3所示，服务器的IP地址默认为192.168.0.10，端口号默认为502，可以根据实际情况进行修改。现有试验设备包括单项智能电能表校验装置、三相智能电能表校验装置、交流磁场影响试验装置、恒定磁场试验装置、冲击电流试验装置、过电流试验装置、灼热丝试验装置和脉冲电压试验装置，当试验设备成功连接主站服务器之后，试验设备对应的checkbox选项会自动被选中。试验完成后，主站服务器会自动生成试验报告的电子版，并显示待打印的份数，等待工程师进行操作。同时，工程师可以按照试验时间或者检测编号对历史试验记录进行查询。主站服务器和试验设备的交互过程以及打印和查询等其他操作都会显示在主站服务器日志中，并和试验报告一起自动存储在数据库中。

图3 主站服务器

主站服务器软件由应用层、程序控制层、数据存储层、操作系统层和网络层五部分组成。软件基于桌面应用程序集成思想，采用OLE(对象连接与嵌入)技术和DCOM(分布式组件对象模型)技术，通过数据集合和操作数据的函数连接机制，实现多个应用程序间互操作的可重用即插即用对象；OPC(过程控制对象连接与嵌入)技术作为针对各个试验设备应用程序的通信标准，所有试验设备采用统一的DLL(动态链路数据库)和DDE(动态数据交换)，从而实现了数据通信协议和驱动接口的统一。

原始记录及试验报告自动生成的原理如图4所示，由计算机根据标准、按照规定的格式和提供的数据编排处理得到符合要求的电子文档。首先，通过模板文档自定义技术，按试验项目定制模板；然后，从数据库中提取试验数据，并根据预定义的判定规则或计算公式自动得出试验结论，结合试验委托信息、样品信息、试验设备、试验条件等信息，生成格式化文档；最后，按照预定义的生成规则，合并处理格式化文档，生成原始记录及检验报告。

图4 原始记录及报告自动生成原理

3.2 Web服务器

Web服务器由服务器初始化部分、接收用户请求部分、解析客户请求部分和发送响应信息部分组成，它的功能包括页面请求响应、HTML文件解析和数据发送。Web服务器的核心是HTTP，它是一种网络应用层的标准协议，浏览器和Web服务器之间的通信都是采用HTTP协议来实现的。用户通过浏览器输入网址来访问Web服务器，而Web服务器就要求对其发送的请求进行相应的分析，Web服务器采用多线程技术接受外部客户发送的请求。

3.3 数据库维护

为了保障数据库中数据的安全性，本系统从日志备份入手，在设计备份频率和设计命名规范方面进行数据库维护。

(1)每周星期五的20：00执行一次数据库完整备份；

(2)每天(除星期五)的20：00执行一次数据库差异备份；

(3)工作日的8：00到17：00之间，每隔一个小时执行一次日志备份；

(4)每个月最后一个星期五的18：00执行一次数据库完整备份。

根据上述备份文件的差异性、数据库内容的安全级别、和电能表全性能试验的业务特性，设计了四种文件夹。

(1)完整备份文件存放于SSQQLL_FULL文件夹，保存时间为4周；

(2)差异备份文件存放于SSQQLL_DIFF文件夹，保存时间为2周；

(3)日志备份文件存放于SQQLL_LOG文件夹，保存时间为1周；

(4)保留备份文件存放于SSQQLL_SAVE文件夹，保留时间为1年。

4 系统的测试

为了检验所开发的智能电能表全性能试验管理信息系统，搭建了系统的测试环境。主站服务器通过交换机与内部局域网连接，与试验设备进行交互；Web服务器与以太网连接，外部用户通过浏览器获取历史试验记录，系统测试环境部署如图5所示。

图5 系统测试环境

稳定性和安全性是系统测试的两个主要方面，稳定性测试包括主站服务器与试验设备的交互测试、主站服务器数据处理测试、试验报告打印测试和用户以太网访问是否流畅测试，安全性测试包括外部用户账号、工程师账号的操作权限是否对应模块功能和数据库的存储过程是否安全。系统帐号登录对各功能模块的权限操作是否安全。本部分给出系统测试流程图、系统关键部分测试项目表和以太网访问流畅性测试表，分别如图6、表1和表2所示。

通过测试，系统实际运行效果良好、安全、可靠、稳定，各方面的性能完全达到了系统需求分析预计的要求。

系统可以极大的提高试验人员的工作效率、降低人力成本；以50人编制的实验室为例，可以节约至少10人，根据每人每年可以生产20万元经济效益来估算，每年间接产生经济效益200万元。

图6 系统测试流程图

序号测试内容测试次数成功次数成功率1连接/断开服务器1 0001 000100%2打印报告100100100%3查询记录1 0001 000100%4读取日志1 000 1000100%5账号操作权限1 0001 000100%6数据库存储2 0002 000100%

表2 以太网访问流畅性测试表

5 结束语

本文针对智能电能表全性能试验的自动化和信息化程度不高的问题设计了智能电能表全性能试验管理信息系统，将C/S结构和B/S结构综合起来，合理利用SQL Server数据库资源，给出了系统的设计方案和主要软件操作界面。最后，对开发的系统搭建测试环境，进行稳定性能和安全性能测试，测试结果满足实际应用的需求。