CN117956006A - 一种非侵入式防逆流采集终端 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采集终端技术领域，提供一种非侵入式防逆流采集终端，采集终端包括数据采集配置接口、标识数据库匹配模块、请求帧生成模块、红外载波收发模块、应答帧解析模块、数据滤波模块、Modbus寄存器和数据库模块。利用红外调制口与电表上的红外载波调制口对电表实现非侵入式的数据交换，采集的电表数据用于储能的防逆流控制，执行防逆流采集任务时，通过红外载波接口发送数据查询的请求帧，电表接收了数据的请求帧后自动返回应答帧给采集终端，采集终端把采集到的数据进行固定时间窗口的动态数据滑差滤波，把滤波结果存放至数据库模块和Modbus寄存器，供储能EMS调用，提高了通信的便捷性和采集效率，及降低了数据存储压力。

Description

一种非侵入式防逆流采集终端

技术领域

本发明涉及采集终端技术领域，尤其涉及一种非侵入式防逆流采集终端。

背景技术

目前传统的用户侧储能电站的防逆流采集方案一般都采用在客户配电房内新装计量柜或在原有空的柜体内新装电表。储能电站的能量管理***（Energy ManagementSystem，EMS）与新增的电表之间是采用RS485通信，EMS通过不断向电表发送请求帧的方式获取电表测量数据，EMS把获取到的数据与当前的储能充放电功率进行比较后对储能变流器（Power Conversion System，PCS）进行功率调整。同时，EMS会把采集到的负荷数据通过GPRS/CDMA等公网通信的方式上传至运营主站，运营主站再对现有数据进行负荷预测，并把生成需求侧响应与日前邀约的策略参数再下发至各个子站的EMS上。

但是，由于当前市面上绝大部分的电表都采用DL/T645协议，而DL/T645协议在一定程度上限制了电表应答帧的响应时间，EMS在等待电表应答帧的回传期间，数据通道处于空闲状态，导致储能电站防逆流采集效率低下。不同的电表生产厂家对RS485的通信硬件电路设计存在差异，因此，有可能会在EMS的通信通道内相互影响而导致***奔溃。一个储能电站的运营年限一般为15年以上，整个运营年限传输给主站的储能毫秒级数据量较大，会产生庞大的上行流量的消耗。在主站接入多个子站的情况下，主站需要存储各子站的实时数据，使得主站较为臃肿，导致主站服务器存储压力增大。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种非侵入式防逆流采集终端，用以提高通信的便捷性和采集效率，以及降低主站的数据存储压力。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种非侵入式防逆流采集终端，包括：数据采集配置接口、标识数据库匹配模块、请求帧生成模块、红外载波收发模块、应答帧解析模块、数据滤波模块、Modbus寄存器和数据库模块；

所述数据采集配置接口，用于提供前端网页，以供用户在所述前端网页中设置待采集电表的电表地址码和配置数据采集列表；

所述标识数据库匹配模块，用于在标识数据库中对所述配置数据采集列表中的数据标识条目进行逐个检索，从标识数据库匹配出数据标识条目中每个数据标识对应的数据信息；

所述请求帧生成模块，用于结合电表地址码和每个数据标识对应的数据信息，生成数据请求帧列表；

所述红外载波收发模块，用于根据数据请求帧列表通过采集终端的红外调制口，向电子式多功能电表发送数据查询的请求帧，并根据所述电子式多功能电表返回的数据应答帧，生成应答帧队列；

所述应答帧解析模块，用于根据所述应答帧队列生成源数据队列；

所述数据滤波模块，用于对所述源数据队列中的每个数据结构体进行数据滑差滤波，并将得到的滤波后数据更新到Modbus寄存器与数据库模块；

所述Modbus寄存器和所述数据库模块分别用于提供数据调用接口，以供储能电站的能量管理***得到所述Modbus寄存器和所述数据库模块中的数据。

根据本发明提供的非侵入式防逆流采集终端，所述结合电表地址码和每个数据标识对应的数据信息，生成数据请求帧列表，包括：

获取字符串数组的电表地址码，对字符串数组的电表地址码进行字节偏置，以将字符串数组转换为逆序的字节数组，获取电表地址码的第一字节数组列表；

将11H转换为第二字节数组列表；

获取所述配置数据采集列表中的数据标识列表，并计算所述数据标识列表的标识列表长度；

若标识列表长度大于等于第一预设长度，则基于所述第一预设长度在所述数据标识列表中获取当前数据标识；

计算所述当前数据标识的字符长度的一半，并将当前数据标识的字符长度的一半转换为逆序的字节数组，得到所述当前数据标识的第三字节数组列表；

对所述当前数据标识的字符串数组进行字节偏置，以将字符串数组转换为逆序的字节数组，得到所述当前数据标识的第四字节数组列表；

将所述第一字节数组列表、所述第二字节数组列表、所述第三字节数组列表和所述第四字节数组列表进行拼接，得到所述当前数据标识的头部帧；

对所述当前数据标识的头部帧进行校验码计算，得到所述当前数据标识的第一数据校验码；

基于所述当前数据标识的头部帧和第一数据校验码进行拼接，得到所述当前数据标识的请求帧；

基于所述配置数据采集列表中所有数据标识的请求帧，生成所述数据请求帧列表。

根据本发明提供的非侵入式防逆流采集终端，所述字符串数组转换为逆序字节数组的具体过程步骤包括：

获取字节偏置和所述字符串数组的第一数组长度；

若所述数组长度大于等于第二预设长度，则获取所述字符串数组中的第一个字符；

将所述第一个字符转换为第一目标整型数，并将所述第一目标整型数压入至临时列表，并在所述字符串数组中删除所述第一个字符，得到更新后字符串数组；

若所述临时列表的列表长度等于第一预设值，或，所述临时列表的列表长度等于第二预设值且所述更新后字符串数组的第二数组长度小于所述第二预设长度，则基于所述临时列表和所述字节偏置，确定第二目标整型数；

将所述第二目标整型数压入电表地址码的地址码列表的末尾，得到电表地址码的更新后地址码列表，并清空所述临时列表；

若所述更新后字符串数组的第二数组长度小于所述第二预设长度，则将所述更新后地址码列表转换并输出字节数组列表。

根据本发明提供的非侵入式防逆流采集终端，所述对所述当前数据标识的头部帧进行校验码计算，得到所述当前数据标识的第一数据校验码，包括：

获取所述头部帧的字节个数；

若所述字节个数大于等于第一预设个数，则基于所述第一预设个数在所述字节个数中获取目标字节，并将所述目标字节转换为整型，得到目标字节数；

基于所述目标字节数确定第一字节总数；

为所述第一预设个数增加预设值，得到第二预设个数，并判断所述字节个数是否大于等于所述第二预设个数；

若所述字节个数小于所述第二预设个数，则基于所述第一字节总数确定第二字节总数；将所述第二字节总数转化为字节数组，得到第一数据校验码；或，

若所述字节个数大于等于所述第二预设个数，则返回执行基于所述第二预设个数在字节个数中获取目标字节，将目标字节转换为整型，得到目标字节数。

根据本发明提供的非侵入式防逆流采集终端，所述根据数据请求帧列表通过采集终端的红外调制口，向电子式多功能电表发送数据查询的请求帧，并根据所述电子式多功能电表返回的数据应答帧，生成应答帧队列，包括：

通过采集终端的红外调制口对所述请求帧列表中的每一条请求帧进行循环发送至所述电子式多功能电表，并获取所述电子式多功能电表对每一条请求帧返回的数据应答帧，基于每一条请求帧返回的数据应答帧生成应答帧队列。

根据本发明提供的非侵入式防逆流采集终端，所述根据所述应答帧队列生成源数据队列，包括：

检测所述应答帧队列的长度是否大于第三预设长度；

若所述应答帧队列的长度大于所述第三预设长度，则提取出所述应答帧队列中排在最前的目标应答帧数据；

将所述目标应答帧数据整理为一个数据结构体，并将所述结构体加入源数据队列中，其中，每个结构体包括采集时间字段、数据标识字段、数据名称字段、数值列表字段和单位字段。

根据本发明提供的非侵入式防逆流采集终端，提取出所述应答帧队列中排在最前的目标应答帧数据，包括：

获取所述应答帧队列中的第一数据应答帧；

若所述第一数据应答帧不为空帧，则对所述第一数据应答帧进行去除前导字节处理，得到第二数据应答帧；

截取所述第二数据应答帧的校验码和头部帧；

计算所述头部帧对应的第二数据校验码，并对所述第二数据应答帧的校验码进行校验，确定所述第二数据应答帧的校验码是否等于第二数据校验码；

若确定所述第二数据应答帧的校验码等于第二数据校验码，则基于所述第二数据应答帧的校验码从所述第一数据应答帧中获取目标应答帧数据。

根据本发明提供的非侵入式防逆流采集终端，所述对所述第一数据应答帧进行去除前导字节处理，得到第二数据应答帧，包括：

获取所述第一数据应答帧中的第一个字节；

若所述第一数据应答帧中的第一个字节为FEH字节，则对所述第一数据应答帧进行去除前导字节处理，得到更新后数据应答帧；

若更新后数据应答帧中的第一个字节为FEH字节，则对更新后数据应答帧进行去除前导字节处理，直至得到更新后数据应答帧中的第一个字节不为FEH字节，得到所述第二数据应答帧。

根据本发明提供的非侵入式防逆流采集终端，所述对所述源数据队列中的每个数据结构体进行数据滑差滤波，包括：

检测所述源数据队列的长度是否大于第四预设长度；

若所述源数据队列的长度大于第四预设长度，则将所述源数据队列中的排在最前的目标数据结构体进行数据滑差滤波，得到所述滤波后数据。

根据本发明提供的非侵入式防逆流采集终端，所述将所述源数据队列中的排在最前的目标数据结构体进行数据滑差滤波，得到所述滤波后数据，包括：

获取所述目标数据结构体的数据；

将所述目标数据结构体的数据压入第一数据队列，并计算所述第一数据队列的长度；

基于所述第一数据队列的长度计算当前采集的第二数据队列的长度；

基于所述第二数据队列的长度和所述目标数据结构的滤波类型对所述目标数据结构体进行数据滑差滤波，得到所述滤波后数据。

本发明的有益效果是：利用红外调制口与电表上的红外载波调制口对电表实现非侵入式的数据交换，采集的电表数据用于储能的防逆流控制，执行防逆流采集任务时，通过红外载波接口发送数据查询的请求帧，电表在接收了数据的请求帧后自动返回应答帧给采集终端，采集终端把采集到的数据进行固定时间窗口的动态数据滑差滤波，把滤波结果存放至数据库模块和Modbus寄存器中，供储能EMS调用，提高了通信的便捷性和采集效率，及降低了主站的数据存储压力。

附图说明

图1是本发明提供的非侵入式防逆流采集终端的结构示意图；

图2是本发明提供的生成数据请求帧列表的流程示意图；

图3是本发明提供的字符串数组转换为逆序的字节数组的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的校验码计算的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的提取应答帧数据的流程示意图；

图6为本发明实施例提供的去除FEH前导字节的流程示意图；

图7为本发明实施例提供的数据滑差滤波的流程示意图之一；

图8为本发明实施例提供的数据滑差滤波的流程示意图之二；

图9为本发明实施例提供的控制码定义格式的示意图；

图10为本发明实施例提供的采集终端电表轮训的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，术语“例如”一词用来表示“用作例子、例证或说明”。本申请中被描述为“例如”的任何实施例不一定被解释为比其它实施例更优选或更具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本发明，给出了以下描述。在以下描述中，为了解释的目的而列出了细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本发明。在其它实例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本发明的描述变得晦涩。因此，本发明并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本申请所公开的原理和特征的最广范围相一致。

参照图1，图1是本发明提供的非侵入式防逆流采集终端的结构示意图。非侵入式防逆流采集终端包括：数据采集配置接口、标识数据库匹配模块、请求帧生成模块、红外载波收发模块、应答帧解析模块、数据滤波模块、Modbus寄存器和数据库模块。数据采集配置接口与标识数据库匹配模块连接，标识数据库匹配模块与请求帧生成模块连接，请求帧生成模块与红外载波收发模块连接，红外载波收发模块与应答帧解析模块连接，应答帧解析模块与数据滤波模块连接，Modbus寄存器和数据滤波模块分别与数据库模块连接。

在一可选实施例中，数据采集配置接口提供前端网页，因此，用户在前端网页中设置待采集电表的电表地址码和配置数据采集列表。

用户在数据采集配置接口所提供的前端网页中设置待采集电表的电表地址码与配置数据采集列表，配置数据采集列表的字段格式要求如下表1所示。

表1 配置数据采集列表的字段格式

在一可选实施例中，标识数据库匹配模块可以在标识数据库中对配置数据采集列表中的数据标识条目进行逐个检索，从标识数据库匹配出数据标识条目中每个数据标识对应的数据信息，具体为：用户在填写好配置数据采集列表并启动防逆流采集任务后，非侵入式防逆流采集终端会把配置接口中的配置数据采集列表提取出来，并在标识数据库中对数据标识条目进行逐个检索，从标识数据库匹配出每个数据标识所对应的数据长度、数据名称、数据单位等信息。

在一可选实施例中，请求帧生成模块可以结合电表地址码和每个数据标识对应的数据信息，生成数据请求帧列表，具体为：结合电表地址码、数据标识与数据长度等数据，组合头部帧、计算校验码，最终生成数据请求帧列表。

在一可选实施例中，红外载波收发模块可以根据数据请求帧列表通过采集终端的红外调制口，向电子式多功能电表发送数据查询的请求帧，并根据电子式多功能电表返回的数据应答帧，生成应答帧队列，具体为：红外载波收发模块获取到请求帧列表后，通过采集终端的红外调制口，对请求帧列表中的每一条请求帧进行循环发送，同时不断捕获电子式多功能电表返回的数据应答帧。每一次红外采集，采集终端的红外调制口会发送请求帧给电子式多功能电表，电子式多功能电表在接收到请求帧后会返回一个数据应答帧，终端的红外调制口在接收到电子式多功能电表的数据应答帧后将其放入至应答帧队列中，至此，红外载波收发模块完成了一次完整的数据收发任务，后面所有的过程都是单次收发的循环调用。通过这种方式以确保采集终端与电子式多功能电表之间实现最大程度的实时采集。

在一可选实施例中，应答帧解析模块可以根据应答帧队列生成源数据队列，具体为：检测应答帧队列的长度是否大于第三预设长度，其中，第三预设长度为0，即确定应答帧队列的长度是否大于0。若确定应答帧队列的长度大于第三预设长度，则提取出应答帧队列中排在最前的一条目标应答帧数据。进一步地，将目标应答帧数据整理为一个数据结构体，并将结构体加入源数据队列中，其中，每个结构体包括采集时间字段、数据标识字段、数据名称字段、数值列表字段和单位字段。

在一可选实施例中，数据滤波模块可以对源数据队列中的每个数据结构体进行数据滑差滤波，具体为：检测源数据队列的长度是否大于第四预设长度，其中，第四预设长度为0，即确定源数据队列的长度是否大于0。若确定源数据队列的长度大于第四预设长度，则提取出源数据队列中的排在最前的一个目标数据结构体，并将目标数据结构体进行数据滑差滤波，得到滤波后数据。进一步地，数据滤波模块将得到的滤波后数据更新到Modbus寄存器与数据库模块。

在一可选实施例中，Modbus寄存器和数据库模块分别提供数据调用接口，以供储能电站的能量管理***获取Modbus寄存器和数据库模块中的数据。

本发明实施例的采集终端包括：数据采集配置接口、标识数据库匹配模块、请求帧生成模块、红外载波收发模块、应答帧解析模块、数据滤波模块、Modbus寄存器和数据库模块。通过本发明实施例的采集终端，利用红外调制口与电表上的红外载波调制口对电表实现非侵入式的数据交换，采集的电表数据用于储能的防逆流控制，执行防逆流采集任务时，通过红外载波接口发送数据查询的请求帧，电表在接收了数据的请求帧后自动返回应答帧给采集终端，采集终端把采集到的数据进行固定时间窗口的动态数据滑差滤波，把滤波结果存放至数据库模块和Modbus寄存器中，供储能EMS调用，提高了通信的便捷性和采集效率，及降低了主站的数据存储压力。

可选的，参照图2，图2是本发明提供的生成数据请求帧列表的流程示意图，生成数据请求帧列表的具体过程如下：

步骤1：采集终端获取字符串数组的12位电表地址码ACC，对字符串数组的电表地址码进行00H字节偏置，以将字符串数组转换为逆序的字节数组，获取电表地址码的第一字节数组列表。

步骤2：采集终端将11H转换为第二字节数组列表。

步骤3：采集终端获取配置数据采集列表中的数据标识列表QID，并计算数据标识列表的标识列表长度Lqid。

步骤4：采集终端首先设定起始长度i=1（第一预设长度），并确定标识列表长度Lqid是否大于或者等于第一预设长度，即Lqid≥i。若确定标识列表长度Lqid大于或者等于第一预设长度，则根据第一预设长度在数据标识列表中获取当前数据标识，当前数据标识即为QID[i]。采集终端计算当前数据标识QID[i]的字符长度lqid的一半，并将当前数据标识QID[i]的字符长度lqid的一半转换为逆序的字节数组，得到当前数据标识QID[i]的第三字节数组列表。同时，对当前数据标识QID[i]的字符串数组进行33H字节偏置，以将字符串数组转换为逆序的字节数组，得到当前数据标识QID[i]的第四字节数组列表/>。

步骤5：采集终端将第一字节数组列表、第二字节数组列表、第三字节数组列表和第四字节数组列表进行拼接，得到当前数据标识QID[i]的头部帧，其中，头部帧/>可以表示为/>=68H+/>+68H+/>+/>+/>。

步骤6：采集终端对当前数据标识QID[i]的头部帧进行校验码计算，得到当前数据标识QID[i]的第一数据校验码/>。

步骤7：采集终端将当前数据标识QID[i]的头部帧和第一数据校验码/>进行拼接，得到当前数据标识QID[i]的请求帧/>，其中，当前数据标识识QID[i]的请求帧可以表示为/>=FEFEFEFEH+/>+/>+16H。

进一步地，采集终端在第一预设长度的基础上加1，即此时的长度为i=i+1，以更新后的i执行步骤4至步骤7，直至不满足Lqid≥i，输出配置数据采集列表中所有数据标识的请求帧，生成数据请求帧列表，即数据请求帧列表/>可以表示为/>={/>，/>，...，，...，/>}。

可选的，参照图3，图3是本发明提供的字符串数组转换为逆序的字节数组的流程示意图，字符串数组转换为逆序的字节数组的具体过程如下：

步骤1：采集终端获取字节偏置OFS和字符串数组STR的第一数组长度。

步骤2：采集终端确定字符串数组STR的第一数组长度是否大于等于第二预设长度，其中，第二预设长度为1，也可以理解为确定字符串数组STR的第一数组长度是否大于0。若确定字符串数组STR的第一数组长度大于等于第二预设长度，则获取字符串数组STR中的第一个字符。

步骤3：采集终端将第一个字符转换为第一目标整型数stri，并将第一目标整型数stri压入至临时列表中，并在字符串数组STR中删除第一个字符，得到更新后字符串数组STR。

步骤4：采集终端确定临时列表的列表长度是否等于第一预设值，其中，第一预设值为2，即确定临时列表/>的列表长度是否等于2。若确定临时列表/>的列表长度等于2，则根据临时列表/>和字节偏置OFS，确定第二目标整型数c，具体的计算公式为：

若确定列表的列表长度不等于2，由于列表/>的列表长度不会出现大于2的情况，即此时可以理解为，临时列表/>的列表长度小于2，则确定临时列表的列表长度是否等于第二预设值，且更新后字符串数组STR的第二数组长度小于第二预设长度，其中，第二预设值为1，因此可以理解为，确定临时列表/>的列表长度是否等于1，且更新后字符串数组STR的第二数组长度小于1，若是，根据临时列表/>和字节偏置OFS，确定第二目标整型数c，具体的计算公式为：

步骤5：采集终端将第二目标整型数c压入电表地址码HEX的地址码列表的末尾，得到电表地址码HEX的更新后地址码列表/>，并清空临时列表/>。

步骤6：采集终端确定更新后字符串数组STR的第二数组长度是否小于第二预设长度，若确定更新后字符串数组TR的第二数组长度小于第二预设长度，则将更新后地址码列表转换并输出字节数组列表。

步骤7：若确定更新后字符串数组TR的第二数组长度大于等于第二预设长度，则执行步骤2至步骤6，直至确定更新后字符串数组TR的第二数组长度小于第二预设长度，将更新后地址码列表转换并输出字节数组列表。

可选的，参照图4，图4为本发明实施例提供的校验码计算的流程示意图，校验码计算的具体过程如下：

步骤1：采集终端获取头部帧的字节个数/>。

步骤2：采集终端确定头部帧的字节个数/>是否大于等于起始字节个数i=1（第一预设个数），即/>≥i。若确定字节个数/>大于或者等于第一预设个数，则根据第一预设个数在字节个数中获取目标字节，即目标字节为/>[i]，并将目标字节/>[i]转换为整型，得到目标字节数/>[i]。

步骤3：采集终端基根据目标字节数[i]与原始总数sum求和，得到第一字节总数，其中，原始总数sum为0，因此，第一字节总数可以表示为sum=sum+/>[i]。

步骤4：采集终端为第一预设个数增加预设值，得到第二预设个数，在一实施例中，预设值为1，因此，第二预设个数可以表示为i=i+1。

步骤5：采集终端判断字节个数是否大于等于第二预设个数，即字节个数/>≥i。若确定字节个数/>小于第二预设个数，则根据第一字节总数（sum=sum+/>[i]）计算第二字节总数ckc，具体的计算公式为：

其中，表示向下取整。

采集终端将第二字节总数转化为字节数组，得到第一数据校验码/>。

步骤6：若确定字节个数大于等于第二预设个数，则根据第二预设个数执行步骤2至步骤4，直至确定字节个数/>小于第二预设个数，执行步骤5，得到第二字节总数ckc。

可选的，参照图5，图5为本发明实施例提供的提取应答帧数据的流程示意图，提取应答帧数据的具体过程如下：

步骤1：采集终端获取应答帧队列中排在最前的第一数据应答帧AF，此处的第一数据应答帧AF也可以理解为电表数据应答帧。

步骤2：采集终端确定第一数据应答帧AF是否为空帧。若确定第一数据应答帧AF不为空帧，则标记第一数据应答帧的接收时间T，以通过接收时间T对后续的数据进行是否超时限的判断。

步骤3：采集终端对第一数据应答帧AF进行去除前导字节处理，得到第二数据应答帧。

步骤4：采集终端截取第二数据应答帧的校验码，截取第二数据应答帧的头部帧/>。

步骤5：计算头部帧对应的第二数据校验码，并采集终端对第二数据应答帧的校验码/>进行校验，确定第二数据应答帧的校验码/>是否等于第二数据校验码。

步骤6：若确定第二数据应答帧的校验码等于第二数据校验码/>，采集终端从第一数据应答帧AF中截取控制码/>，以通过控制码/>定义当前的数据交换的功能模式。

步骤7：采集终端确定校验码&0x80=0x00是否成立，若确定校验码/>&0x80=0x00不成立，则确定校验码/>&0x40=0x40是否成立。若确定校验码/>&0x40=0x40不成立，则截取应答帧数据/>。

步骤8：采集终端将应答帧数据进行-33H字节偏置，字符串数组转换为逆序的字节数组，获取得到目标应答帧数据d。

因此，本发明实施例可以理解为，获取应答帧后的第一件事是将应答帧分开为两个部分，第一部分是头部帧、第二部分是校验码（校验码1）。截取头部帧是为了让采集终端重新按照截取到的头部帧对校验码进行计算，将此计算而得的校验码（校验码2）与从应答帧截取到的校验码（校验码1）进行对比，从而判断接收到的应答帧内容是否发生传输错误或是被他人中途篡改。

若经校验码校验无误后，可进一步对头部帧进行内容提取。

头部帧的内容分为三个部分，分别是电表地址码、控制码、数据域（数据长度、数据标识、数据内容）。地址码是电表的唯一标识符，用于区分是哪个电表的数据。控制码是用于定义当前的数据交换的功能模式（主要模式有读数据、读后续数据、读电表地址码、广播校时等），请求帧的控制码决定了电表的工作模式，电表返回的应答帧中应含有与请求帧相同的控制码。数据域是包含数据的完整内容，数据标识用于区分读取的电表数据属于哪个字段。

接收数据应答帧同时标记时间，作用是用于后续的对数据进行是否超时限的判断，剔除超时限数据后并把没超时限的数据一并进行滑差运算得出滤波结果。同时也方便后续对数据进行数据存储与导出，方便在导出数据的时候可以按时间范围的条件进行导出，用于后续的负荷数据分析。

可选的，参照图6，图6为本发明实施例提供的去除FEH前导字节的流程示意图，去除FEH前导字节的具体过程如下：

步骤1：采集终端获取第一数据应答帧AF中的第一个字节AF[0]。

步骤2：采集终端确定第一数据应答帧AF中的第一个字节AF[0]是否为FEH字节。若第一数据应答帧AF中的第一个字节AF[0]为FEH字节，则对第一数据应答帧AF进行去除前导字节处理，得到更新后数据应答帧，去除前导字节处理的具体处理过程为AF=AF[1::1]，其中，AF表示数据应答帧，[1::1]表示数据切片，AF[a:b:c]表示从第a个字符开始，到第b个字符结束，以指定步长为c个字符的形式取出数据。在一实施例中，数据应答帧AF=ABCDEFGH，则AF[2:5:1]=BCDE，AF[2:5:2]=BD，AF[2::1]=BCDEFGH，AF[2::-1]=HGFEDCB。若第一数据应答帧AF中的第一个字节AF[0]不为FEH字节，则直接输出为第二数据应答帧。

步骤3：采集终端确定更新后数据应答帧中的第一个字节是否为FEH字节。若更新后数据应答帧中的第一个字节为FEH字节，则对更新后数据应答帧进行去除前导字节处理，直至得到更新后数据应答帧中的第一个字节不为FEH字节，得到第二数据应答帧。

需要说明的是，终端依据以上的通信协议与电表通信并获取电表数据后，终端根据滑差滤波配置对采集数据进行动态滑差滤波计算。

常规的滑差滤波一般是采用固定时间窗口的时间平均滑差滤波，或是采用固定队列长度的数据平均滑差滤波。这两种滤波方法会在滤波开始执行的瞬间，使得输出的滤波结果会缓慢地从0逐渐增大，滤波结果稳定输出的调节时间要么为设定的时间窗口长度，要么为填满数据队列的所用时长，该过程的调节时间较长，对储能设备造成的储能的输出相对滞后，该滞后对于储能的需求侧响应与现货动态响应来说是非常不利的。

可选的，本发明提出一种固定时间窗口的动态数据滑差滤波方法，较大程度缩短滤波开始执行时或在电表关口处潮流换向时的滤波结果输出的调节时间，尽可能地降低其对储能输出的滞后效果。

用户在数据采集配置接口所提供的前端网页中设置待采集电表的电表地址域与配置数据采集列表，列表的字段格式要求如下表2所示。

表2 列表的字段格式

需要说明的是，数据标识参考DL/T645-2007行业标准附录A；滑差周期取值为None或一个正数，它表示数据采集的时间窗口长度；滤波类型为None、Average、Max、Min中的其中一种；Modbus存储区为3或为4，分别对应Modbus存储区的3区或4区。

假设某用户定义的数据采集列表为：

采集列表中共有项待采集的数据，计算列表第/>项数据在/>的时间窗口内的采集队列长度主要有以下两种方法：

①基于采集列表循环次数计算

若在的时间窗口内对采集列表的循环次数为/>，则对于第/>项数据的采集队列长度为：

其中，为向下取整数运算符；/>为向上取整数运算符；/>为按采集列表顺序中的第i项数据的当前采集队列长度；

②基于采集队列数据总长度计算

若在的时间窗口内采集数据总长度为/>，则对于第/>项数据的采集队列长度为：

其中，为向下取整数运算符；/>为向上取整数运算符；/>为第/>项数据的采集队列长度；

可选的，参照图7，图7为本发明实施例提供的数据滑差滤波的流程示意图之一，数据滑差滤波的具体过程为：

假定采集列表第项数据在/>的时间窗口内的采集队列为/>，在计算采集队列长度/>后，滑差滤波计算方法如下：/>

其中，表示按采集列表顺序中的第i项，且在其对应的数据队列中的第k个数据。/>；/>为取最大值运算符；/>为取最小值运算符；为采集列表第/>项数据对应的滤波类型；/>为滑差滤波后的数据结果，表示滤波类型为平均滤波类型，/>表示滤波类型为最大滤波类型，/>表示滤波类型为最小滤波类型，/>表示无滤波类型。

本发明提出的滑差滤波方法的滤波结果受滑差周期（时间窗口长度）、采集列表的长度与电表应答帧的返回时间的共同因素影响，因此对不同的储能设备的工况要求需要合理配置滑差周期与滤波方式，该滤波方法能在滑差滤波启动瞬间使滤波结果不再从0初始值开始递增从而迅速使滤波结果减少调节步长，有效降低滤波结果的调节时间；并且该方法会根据当前与电表之间的通讯延时与响应的情况自动调整时间窗口中采集数据的个数，实现滑差滤波特性的自动调整，确保滑差滤波的最长调节时间在一个滑差周期以内。

参照图8，图8为本发明实施例提供的数据滑差滤波的流程示意图之二，固定时间窗口的动态数据滑差滤波的具体过程为：

步骤1：采集终端获取目标数据结构体的数据。

步骤2：采集终端将目标数据结构体的数据压入第一数据队列，若目标数据结构体/>的数据压入第一数据队列的时间超过预设的时间限制，则将目标数据结构体/>的数据弹出第一数据队列，计算此时的第一数据队列的长度dql，时间限制如1ms；若目标数据结构体/>的数据压入第一数据队列的时间未超过时间限制，则计算压入目标数据结构体/>的数据的第一数据队列的长度dql。

步骤3：采集终端根据第一数据队列的长度dql计算当前采集的第二数据队列的长度，具体的计算公式如下：

其中，为向下取整数运算符；/>为向上取整数运算符；/>为第/>项数据的数据队列的长度。

步骤4：采集终端确定目标数据结构的滤波类型/>，根据滤波类型/>和第二数据队列的长度/>对目标数据结构体/>进行数据滑差滤波，得到滤波后数据/>。/>

需要说明的是，非侵入式防逆流采集终端（终端）与电表之前的通信是采用数据帧“一应一答”的方式，终端向电表发出数据请求帧，电表接收请求帧并解析，返回数据应答帧。在该过程中，电表一直处于被动接收请求与返回数据，在通信概念上也可以把电表称之为从站，而此时的终端为主站。

电表数据帧的组成规约由DL/T645电力行业标准所定义。数据帧主要由6部分组成，分别为帧起始符与帧结束符、电表地址码、控制码、数据域长度、数据域、校验码。数据帧的组成格式如下表3所示。

表3 数据帧的组成格式

进一步需要说明的是，主站发送的数据请求帧的头部还需要增加FEFEFEFEH的前导字节，以唤醒从站。

对于帧起始符与帧结束符：帧起始符与帧结束符分别由单个字节组成，每个字节共有8个比特位，若把高四位与第四位分别用单独的十六进制数表示，帧起始符帧结束符分别表示为68H和16H。帧起始符与帧结束符为固定字节，不随数据内容的改变而改变。

对于电表地址码：不同的电表具有唯一的电表地址码，地址域长度为6个字节，每个字节共有8个比特位，若把高四位与第四位分别用单独的BCD码表示，电表地址码的可行范围为000000000000H-999999999999H，可达近一万亿个。当使用的电表地址码长度不足6字节时，高位用0补足。

对于控制码：每个数据帧需要配置控制码，控制码由1个字节定义，控制码定义格式由如下图9所示。

若把单个字节的高四位与第四位分别用单独的十进制数字表示，控制码为11H则表示主站对从站进行读取数据，类似的，控制码为91H则表示从站对主站的读数据请求返回数据。

对于数据域长度：数据域长度由1个字节定义，内容范围为00H-FFH，由于数据域长度字节最大只能取FFH，因此每个数据帧数据最多255个字节。若数据帧数据多于255字节，采用后续数据帧的形式对数据进行续传。数据域由数据标识与数据组成，因此数据域长度为数据标识与数据的长度之和。但数据标识与数据是根据控制码、数据类型等多种因素决定的，不同的数据与控制码的数据帧，数据域长度会随之变化。

对于数据域：数据域由数据标识与数据组成。数据标识是数据的唯一标识，相当于是数据的“身份证”。数据帧是否含有数据标识是根据控制码来决定的，只有在读数据、读后续数据、写数据的时候数据帧才存在数据标识。数据标识由4个字节组成，可选范围为00000000H-FFFFFFFFH。传输时发送方需对数据域的字节进行加33H处理，接收方需按字节进行减33H处理。

对于校验码：校验码的作用是标识数据帧的内容特征，以便在数据传输过程中筛选出传输错误或经他人恶意篡改的错误数据帧，其计算算法如下：

其中，表示不含校验码与帧结束符的数据帧的字节长度；/>表示不含校验码与帧结束符的数据帧的第/>个字节，以16进制数表示；/>表示/>为进制换算后的十进制数；/>为向下取整数运算符；/>为计算而得的校验码。

参照图10，图10为本发明实施例提供的采集终端电表轮训的流程示意图，采集终端电表轮训的的具体过程如下：

步骤1：采集终端获取电表地址码和采集列表（配置数据采集列表）。

步骤2：采集终端确定采集列表是否为空列表。

步骤3：若确定采集列表为空列表，采集终端则返回执行步骤1。若确定采集列表不为空列表，采集终端则计算采集列表的长度N，并执行步骤4。

步骤4：采集终端生成数据请求帧列表。

步骤5：采集终端获取采集指令。

步骤6：采集终端确定是否开始采集，即是否执行采集指令，具体为：采集终端解析接收到的采集指令，并对采集指令的完整性和有效性进行验证。验证采集指令完整和有效后，执行采集指令，即开始采集。

步骤7：若确定不执行采集指令，采集终端则返回执行步骤1。若确定执行采集指令，采集终端则执行步骤8。

步骤8：采集终端将第i个数据请求帧通过电表红外通信接口发送至电子式多功能电表，其中i的初始值为1。

步骤9：采集终端是否超时接收电子式多功能电表通过电表红外通信接口返回数据应答帧。若是，则令i=i+1，将i与采集列表的长度N进行比较。若i小于等于N，采集终端则以更新后的i返回执行步骤8，否则令i=1返回执行步骤8。若否，则下执行步骤10。

步骤10：采集终端接收数据应答帧。

步骤11：采集终端解析数据应答帧获取数据/>并标记数据时间/>。

步骤12：采集终端固定时间窗口的动态数据滑差滤波，得到滤波结果。

步骤13：滤波结果输出至Modbus寄存器与数据库模块。

因此，本发明实施例整体可以理解为，非侵入式防逆流采集终端内有远红外载波调制口，利用红外调制口与电子式多功能电表上的红外载波调制口对电表实现非侵入式的数据交换，采集的电表数据用于储能的防逆流控制。执行防逆流采集任务时，采集终端会通过红外载波接口发送数据查询的请求帧，电表在接收了数据的请求帧后自动返回应答帧给采集终端。采集终端把采集到的数据进行固定时间窗口的动态数据滑差滤波，最后把滤波结果存放至数据库模块和Modbus寄存器中，供储能EMS调用。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的设备（***）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种非侵入式防逆流采集终端，其特征在于，包括：数据采集配置接口、标识数据库匹配模块、请求帧生成模块、红外载波收发模块、应答帧解析模块、数据滤波模块、Modbus寄存器和数据库模块；

所述数据采集配置接口，用于提供前端网页，以供用户在所述前端网页中设置待采集电表的电表地址码和配置数据采集列表；

所述标识数据库匹配模块，用于在标识数据库中对所述配置数据采集列表中的数据标识条目进行逐个检索，从标识数据库匹配出数据标识条目中每个数据标识对应的数据信息；

所述请求帧生成模块，用于结合电表地址码和每个数据标识对应的数据信息，生成数据请求帧列表；

所述红外载波收发模块，用于根据数据请求帧列表通过采集终端的红外调制口，向电子式多功能电表发送数据查询的请求帧，并根据所述电子式多功能电表返回的数据应答帧，生成应答帧队列；

所述应答帧解析模块，用于根据所述应答帧队列生成源数据队列；

所述数据滤波模块，用于对所述源数据队列中的每个数据结构体进行数据滑差滤波，并将得到的滤波后数据更新到Modbus寄存器与数据库模块；

所述Modbus寄存器和所述数据库模块分别用于提供数据调用接口，以供储能电站的能量管理***得到所述Modbus寄存器和所述数据库模块中的数据。

2.根据权利要求1所述的非侵入式防逆流采集终端，其特征在于，所述结合电表地址码和每个数据标识对应的数据信息，生成数据请求帧列表，包括：

获取字符串数组的电表地址码，对字符串数组的电表地址码进行字节偏置，以将字符串数组转换为逆序的字节数组，获取电表地址码的第一字节数组列表；

将11H转换为第二字节数组列表；

获取所述配置数据采集列表中的数据标识列表，并计算所述数据标识列表的标识列表长度；

若标识列表长度大于等于第一预设长度，则基于所述第一预设长度在所述数据标识列表中获取当前数据标识；

计算所述当前数据标识的字符长度的一半，并将当前数据标识的字符长度的一半转换为逆序的字节数组，得到所述当前数据标识的第三字节数组列表；

对所述当前数据标识的字符串数组进行字节偏置，以将字符串数组转换为逆序的字节数组，得到所述当前数据标识的第四字节数组列表；

将所述第一字节数组列表、所述第二字节数组列表、所述第三字节数组列表和所述第四字节数组列表进行拼接，得到所述当前数据标识的头部帧；

对所述当前数据标识的头部帧进行校验码计算，得到所述当前数据标识的第一数据校验码；

基于所述当前数据标识的头部帧和第一数据校验码进行拼接，得到所述当前数据标识的请求帧；

基于所述配置数据采集列表中所有数据标识的请求帧，生成所述数据请求帧列表。

3.根据权利要求2所述的非侵入式防逆流采集终端，其特征在于，所述字符串数组转换为逆序字节数组的具体过程步骤包括：

获取字节偏置和所述字符串数组的第一数组长度；

若所述数组长度大于等于第二预设长度，则获取所述字符串数组中的第一个字符；

将所述第一个字符转换为第一目标整型数，并将所述第一目标整型数压入至临时列表，并在所述字符串数组中删除所述第一个字符，得到更新后字符串数组；

若所述临时列表的列表长度等于第一预设值，或，所述临时列表的列表长度等于第二预设值且所述更新后字符串数组的第二数组长度小于所述第二预设长度，则基于所述临时列表和所述字节偏置，确定第二目标整型数；

将所述第二目标整型数压入电表地址码的地址码列表的末尾，得到电表地址码的更新后地址码列表，并清空所述临时列表；

若所述更新后字符串数组的第二数组长度小于所述第二预设长度，则将所述更新后地址码列表转换并输出字节数组列表。

4.根据权利要求2所述的非侵入式防逆流采集终端，其特征在于，所述对所述当前数据标识的头部帧进行校验码计算，得到所述当前数据标识的第一数据校验码，包括：

获取所述头部帧的字节个数；

若所述字节个数大于等于第一预设个数，则基于所述第一预设个数在所述字节个数中获取目标字节，并将所述目标字节转换为整型，得到目标字节数；

基于所述目标字节数确定第一字节总数；

为所述第一预设个数增加预设值，得到第二预设个数，并判断所述字节个数是否大于等于所述第二预设个数；

若所述字节个数小于所述第二预设个数，则基于所述第一字节总数确定第二字节总数；将所述第二字节总数转化为字节数组，得到第一数据校验码；或，

若所述字节个数大于等于所述第二预设个数，则返回执行基于所述第二预设个数在字节个数中获取目标字节，将目标字节转换为整型，得到目标字节数。

5.根据权利要求1所述的非侵入式防逆流采集终端，其特征在于，所述根据数据请求帧列表通过采集终端的红外调制口，向电子式多功能电表发送数据查询的请求帧，并根据所述电子式多功能电表返回的数据应答帧，生成应答帧队列，包括：

通过采集终端的红外调制口对所述请求帧列表中的每一条请求帧进行循环发送至所述电子式多功能电表，并获取所述电子式多功能电表对每一条请求帧返回的数据应答帧，基于每一条请求帧返回的数据应答帧生成应答帧队列。

6.根据权利要求1所述的非侵入式防逆流采集终端，其特征在于，所述根据所述应答帧队列生成源数据队列，包括：

检测所述应答帧队列的长度是否大于第三预设长度；

若所述应答帧队列的长度大于所述第三预设长度，则提取出所述应答帧队列中排在最前的目标应答帧数据；

将所述目标应答帧数据整理为一个数据结构体，并将所述结构体加入源数据队列中，其中，每个结构体包括采集时间字段、数据标识字段、数据名称字段、数值列表字段和单位字段。

7.根据权利要求6所述的非侵入式防逆流采集终端，其特征在于，所述提取出所述应答帧队列中排在最前的目标应答帧数据，包括：

获取所述应答帧队列中排在最前的第一数据应答帧；

若所述第一数据应答帧不为空帧，则对所述第一数据应答帧进行去除前导字节处理，得到第二数据应答帧；

截取所述第二数据应答帧的校验码和头部帧；

计算所述头部帧对应的第二数据校验码，并对所述第二数据应答帧的校验码进行校验，确定所述第二数据应答帧的校验码是否等于第二数据校验码；

若确定所述第二数据应答帧的校验码等于所述第二数据校验码，则基于所述第二数据应答帧的校验码从所述第一数据应答帧中获取目标应答帧数据。

8.根据权利要求7所述的非侵入式防逆流采集终端，其特征在于，所述对所述第一数据应答帧进行去除前导字节处理，得到第二数据应答帧，包括：

获取所述第一数据应答帧中的第一个字节；

若所述第一数据应答帧中的第一个字节为FEH字节，则对所述第一数据应答帧进行去除前导字节处理，得到更新后数据应答帧；

若更新后数据应答帧中的第一个字节为FEH字节，则对更新后数据应答帧进行去除前导字节处理，直至得到更新后数据应答帧中的第一个字节不为FEH字节，得到所述第二数据应答帧。

9.根据权利要求1所述的非侵入式防逆流采集终端，其特征在于，所述对所述源数据队列中的每个数据结构体进行数据滑差滤波，包括：

检测所述源数据队列的长度是否大于第四预设长度；

若所述源数据队列的长度大于第四预设长度，则将所述源数据队列中的排在最前的目标数据结构体进行数据滑差滤波，得到所述滤波后数据。

10.根据权利要求9所述的非侵入式防逆流采集终端，其特征在于，所述将所述源数据队列中的排在最前的目标数据结构体进行数据滑差滤波，得到所述滤波后数据，包括：

获取所述目标数据结构体的数据；

将所述目标数据结构体的数据压入第一数据队列，并计算所述第一数据队列的长度；

基于所述第一数据队列的长度计算当前采集的第二数据队列的长度；

基于所述第二数据队列的长度和所述目标数据结构的滤波类型对所述目标数据结构体进行数据滑差滤波，得到所述滤波后数据。