用電信息采集系統(tǒng)發(fā)展新趨勢(shì)

王曉峰，李庚清

（1.南京供電公司，南京 210008；2.南京新聯(lián)電子股份有限公司，南京 210008）

從智能電網(wǎng)概念的出現(xiàn)，到美國(guó)提出能源新政，再到我國(guó)提出堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)計(jì)劃，智能電網(wǎng)已成為全球能源界的關(guān)注焦點(diǎn)；用電領(lǐng)域也開始積極倡導(dǎo)智能用電，而智能用電與電力用戶關(guān)系最為緊密，且智能用電是中國(guó)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能用電建設(shè)的好壞直接關(guān)系到電網(wǎng)的能源使用效率、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和有序用電。

為加快電力用戶用電信息自動(dòng)采集系統(tǒng)建設(shè)，國(guó)家電網(wǎng)公司提出在系統(tǒng)范圍內(nèi)電力用戶實(shí)現(xiàn)“全覆蓋、全采集、全預(yù)付費(fèi)”的工作目標(biāo)，積極推進(jìn)營(yíng)銷計(jì)量、抄表、收費(fèi)模式標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)和國(guó)家電網(wǎng)公司信息化建設(shè)，不斷提升計(jì)量、計(jì)費(fèi)水平和服務(wù)能力，分階段全面實(shí)行居民階梯電價(jià)。而用電信息自動(dòng)采集系統(tǒng)是國(guó)家電網(wǎng)公司SG186信息化建設(shè)的重要組成部分，是營(yíng)銷計(jì)量、抄表、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)的重要基礎(chǔ)，從2009年起，國(guó)家電網(wǎng)公司計(jì)劃利用3～5年時(shí)間，投巨資用于各網(wǎng)省公司建立用電信息采集系統(tǒng)。用電信息采集系統(tǒng)的重要性比以往任何時(shí)候都更加突出，同時(shí)科研設(shè)計(jì)、制造廠商和各級(jí)電力公司均投入了大量的人力財(cái)力開展這方面的開發(fā)研究和工程實(shí)施工作。

1 現(xiàn)狀

長(zhǎng)期以來(lái)我國(guó)電網(wǎng)缺電嚴(yán)重，加之“重發(fā)、輕配、不管用”的影響，從而用電系統(tǒng)建設(shè)相對(duì)比較薄弱，自動(dòng)化、信息化程度不高。從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)時(shí)代開始，隨著電力負(fù)荷控制系統(tǒng)及限電為主的負(fù)控裝置10多年的發(fā)展推廣，全國(guó)各省會(huì)、各地及市等都不同程度地建立發(fā)展了負(fù)荷控制系統(tǒng)。隨著采集功能應(yīng)用的逐步擴(kuò)大，在大用戶、臺(tái)區(qū)監(jiān)測(cè)及居民抄表應(yīng)用中也部分投運(yùn)了配變監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和居民集抄系統(tǒng)。但是，由于各系統(tǒng)分別建設(shè)，沒有很好整合各種系統(tǒng)資源，主站軟件對(duì)多種信道的綜合運(yùn)用能力存在不足，目前應(yīng)用的有230 MHz無(wú)線專網(wǎng)、GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)、電力線載波（PLC）等，缺乏統(tǒng)一管理，存在重復(fù)建設(shè)、信道資源利用率低等問(wèn)題。同時(shí)這些系統(tǒng)各自獨(dú)立，數(shù)據(jù)沒有有效地共享，數(shù)據(jù)的應(yīng)用價(jià)值沒有充分挖掘，缺乏統(tǒng)一全面的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，不利于營(yíng)銷信息化的進(jìn)一步發(fā)展。

針對(duì)現(xiàn)狀，在國(guó)家電網(wǎng)公司主導(dǎo)下，電力行業(yè)標(biāo)委會(huì)修訂了《DL/T 698電能信息采集與管理系統(tǒng)》。它系統(tǒng)規(guī)范了電能信息采集的主站、信道、終端的功能、性能，其范圍涵蓋了所有上網(wǎng)關(guān)口、變電站關(guān)口和考核、各類電力用戶、公用配變考核的所有計(jì)量點(diǎn)，并可構(gòu)成一個(gè)整體的從發(fā)電上網(wǎng)到用戶消費(fèi)的全過(guò)程電能信息采集。從而為加快用電信息自動(dòng)采集系統(tǒng)的全面發(fā)展提供了可能。

2 發(fā)展趨勢(shì)探討

2.1 用電信息系統(tǒng)建設(shè)

SG186工程要建立一體化企業(yè)級(jí)信息集成平臺(tái)，由于技術(shù)、管理體制及歷史的原因，在一個(gè)供電企業(yè)內(nèi)就存在多個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)。各系統(tǒng)開放性差、數(shù)據(jù)交換接口不標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)模型不統(tǒng)一，互相之間信息不能共享，形成“信息孤島”，而目前國(guó)內(nèi)還沒有一套成熟標(biāo)準(zhǔn)去規(guī)范各廠家的產(chǎn)品，難以實(shí)現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的互連互換。大量用電信息數(shù)據(jù)利用率不高，各省、地市和縣一級(jí)供電企業(yè)信息也無(wú)法進(jìn)行共享和互操作。為實(shí)現(xiàn)供電企業(yè)信息的共享和互操作，在電力經(jīng)營(yíng)上需要有技術(shù)手段作為支持，IEC 61970協(xié)議族作為電力系統(tǒng)信息共享和應(yīng)用集成的基礎(chǔ)框架，目前還在發(fā)展完善中。其主要包括公共信息模型（CIM）和組件接口規(guī)范（CIS）2方面內(nèi)容，IEC 61970/61968系列標(biāo)準(zhǔn)為推動(dòng)電力企業(yè)信息共享、解決信息孤島現(xiàn)象提供了一種可行的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。尤其是IEC 61970標(biāo)準(zhǔn)在EMS系統(tǒng)的開發(fā)與建設(shè)上取得相當(dāng)大的成績(jī)，對(duì)國(guó)家電網(wǎng)公司自行建設(shè)的用電信息管理主站系統(tǒng)開發(fā)具有極大的參考意義，IEC 61970支持應(yīng)用集成的組件軟件技術(shù)和中間件技術(shù)，可以以這些標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)和產(chǎn)品為基礎(chǔ)，在較高層次上作規(guī)劃、制定策略，從而較好地解決電力企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用集成的問(wèn)題。

另外為滿足電力市場(chǎng)變革和用戶管理中的抄表、用戶服務(wù)、電費(fèi)、負(fù)荷/供應(yīng)管理、服務(wù)質(zhì)量、設(shè)備/系統(tǒng)檢查、數(shù)據(jù)信息和增值服務(wù)、配電系統(tǒng)自動(dòng)化等方面的需求，以及為解決各系統(tǒng)的通信協(xié)議不兼容而造成的系統(tǒng)間互連、互操作困難等問(wèn)題，滿足市場(chǎng)商務(wù)過(guò)程對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)的一致性、合法性、溯源性、安全性的要求，IEC TC13 WG14制定了IEC 62056系列國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)采用對(duì)象標(biāo)識(shí)、對(duì)象建模、對(duì)象訪問(wèn)和服務(wù)、通信介質(zhì)接入方式等方法，從通信的角度建立儀表的接口模型，其主要可用于主站與計(jì)量設(shè)備間的通信，可完成設(shè)備級(jí)互聯(lián)互通、實(shí)現(xiàn)安全認(rèn)證等功能，我們?cè)谟秒娤到y(tǒng)建設(shè)時(shí)，除嚴(yán)格按國(guó)家電網(wǎng)公司用電信息采集系統(tǒng)指導(dǎo)意見及配套功能、技術(shù)規(guī)范執(zhí)行外，還應(yīng)采用面向?qū)ο蟮臉?biāo)準(zhǔn)體系設(shè)計(jì)理念。各級(jí)供電企業(yè)可逐步建立用電信息實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)系統(tǒng)、電力營(yíng)銷管理信息系統(tǒng)、95598系統(tǒng)等組成的完整電力營(yíng)銷和服務(wù)平臺(tái)，系統(tǒng)將及時(shí)收集和全面掌握客戶用電信息，對(duì)用電負(fù)荷進(jìn)行集中控制，對(duì)客戶側(cè)計(jì)量設(shè)備工作狀況進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)又能為電力客戶提供信息服務(wù)等。

2.2 用電信息采集終端

按照電力用戶性質(zhì)和營(yíng)銷業(yè)務(wù)需要，面向不同的電力用戶，需大量投運(yùn)用電信息采集系統(tǒng)專變采集終端、集中抄表終端、集中器（公變采集終端）、采集器、智能電表等。

2.2.1 平臺(tái)化設(shè)計(jì)

隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，終端設(shè)備制造商紛紛采用32位ARM9系列單片機(jī)，操作系統(tǒng)優(yōu)先采用開源的、服務(wù)支持能力強(qiáng)的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，從而能充分利用Linux提供的強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，同時(shí)采用提供損耗平衡和掉電保護(hù)等功能的YAFFS2等文件系統(tǒng)，從而能支持USB host接口系列設(shè)備的接入。隨著用電信息采集設(shè)備功能標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，對(duì)產(chǎn)品性能、穩(wěn)定性、可靠性也提出了更高的要求，因此客觀上要求終端軟件須實(shí)施平臺(tái)化設(shè)計(jì)，按操作系統(tǒng)層、驅(qū)動(dòng)層、業(yè)務(wù)平臺(tái)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層等多層進(jìn)行嚴(yán)格分層設(shè)計(jì)，采用POSIX等標(biāo)準(zhǔn)接口來(lái)提供系列源代碼級(jí)別的C語(yǔ)言應(yīng)用編程接口（API），并采用嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，平臺(tái)數(shù)據(jù)接口支持SQL標(biāo)準(zhǔn)操作等，通過(guò)終端軟件平臺(tái)化設(shè)計(jì)，終端軟件將具備跨平臺(tái)、易移植、規(guī)范化、可定制性、高可靠性、支持Windows仿真調(diào)試等優(yōu)越性能，從而保障終端產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和快速響應(yīng)能力。

當(dāng)然，只有專業(yè)制造商投入大量人力、物力資源，實(shí)施終端軟件平臺(tái)開發(fā)戰(zhàn)略，在終端軟件的平臺(tái)化和產(chǎn)品化進(jìn)程中，加強(qiáng)行業(yè)領(lǐng)域深層次分析和應(yīng)用需求的研究，采用可復(fù)用的分層構(gòu)架件化設(shè)計(jì)，構(gòu)建企業(yè)級(jí)的構(gòu)件庫(kù)，才可實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。而采用"板凳模式"進(jìn)行手工作坊式開發(fā)產(chǎn)品的小企業(yè)，由于產(chǎn)品無(wú)法保證性能穩(wěn)定，市場(chǎng)將優(yōu)勝劣汰。

2.2.2 新通信技術(shù)應(yīng)用

信息通信技術(shù)（ICT）、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與自動(dòng)化、生產(chǎn)、管理等應(yīng)用正在日益走向融合，信息通信技術(shù)是支撐智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，對(duì)于用電信息采集系統(tǒng)也不例外。主要變化如下：

（1）230 MHz無(wú)線專網(wǎng)，擁有國(guó)家無(wú)委會(huì)批準(zhǔn)專用的15對(duì)雙工頻點(diǎn)和10個(gè)單工頻點(diǎn)構(gòu)建數(shù)據(jù)通信資源，現(xiàn)在可采用新的單工/雙工自組網(wǎng)技術(shù)，支持自動(dòng)中繼和路由功能，可充分利用頻點(diǎn)資源，擴(kuò)充系統(tǒng)容量，為電力大型專變用戶提供用電信息采集和監(jiān)控等服務(wù)。

（2）目前遠(yuǎn)程信道主要采用GPRS/CDMA和230 MHz專網(wǎng)方式，隨著3G、4G新一代公網(wǎng)通信方式的發(fā)展，會(huì)衍生基于語(yǔ)音、照片、數(shù)據(jù)、視頻的高速、大量數(shù)據(jù)的傳輸需求。

（3）電力系統(tǒng)接入點(diǎn)分散、環(huán)境復(fù)雜、接入點(diǎn)擴(kuò)容變化大，建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)需要1套技術(shù)先進(jìn)、穩(wěn)定可靠、擴(kuò)展便捷、成本最優(yōu)的通信接入系統(tǒng)。EPON作為全I(xiàn)P化寬帶光纖接入系統(tǒng)，可以有星形、F形、一字形等多種組網(wǎng)方式，能很好滿足電力系統(tǒng)接入需求。

（4）電力線寬帶通信技術(shù)經(jīng)多年發(fā)展，技術(shù)已趨成熟，電力線寬帶抄表的實(shí)時(shí)性、遠(yuǎn)程控制能力、網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備管理能力可大力應(yīng)用到電力用戶用電信息采集系統(tǒng)；在條件不具備的地區(qū)，可考慮用電力線低壓載波作為補(bǔ)償。

（5）大部分?jǐn)?shù)據(jù)的采集采用基于開放標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字通信網(wǎng)，即基于IP的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸方式。多通道共用，提高通道利用率，可以和其他數(shù)據(jù)通信共用。為保證信息安全加密，用電信息采集設(shè)備特別是費(fèi)控電能表考慮內(nèi)置ESRM模塊等安全芯片。

2.2.3 智能采集與維護(hù)技術(shù)

用電信息智能采集終端對(duì)大用戶專變、公變和低壓居民用戶用電信息進(jìn)行自動(dòng)采集，實(shí)現(xiàn)用戶側(cè)電能量、負(fù)荷數(shù)據(jù)、用電設(shè)備數(shù)據(jù)的采集及在線診斷，支持?jǐn)?shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳。主要變化如下：

（1）專變終端和公變終端內(nèi)置交流采樣，可實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的防竊電監(jiān)測(cè)，另可提供相位角指示，增加本地智能判斷現(xiàn)場(chǎng)接線錯(cuò)誤指示，如斷缺相、三相不平衡等故障告警等；可采集諧波數(shù)據(jù)，實(shí)施電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)，必要時(shí)可提供無(wú)功補(bǔ)償和諧波治理方案。

（2）用電信息采集終端將提供攝像頭監(jiān)測(cè)，智能定義啟動(dòng)條件，在打開表尾蓋或計(jì)量箱門時(shí)，定時(shí)拍照或視頻錄制，利用遠(yuǎn)程信道可事件上報(bào)和文件上傳，也可提供手動(dòng)拍照功能，作為工程人員是否定期到場(chǎng)運(yùn)行維護(hù)的依據(jù)。

（3）可進(jìn)行變壓器、開關(guān)、電源分配箱等設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，有利于推進(jìn)電力行業(yè)設(shè)備狀態(tài)檢修的發(fā)展；可在線進(jìn)行設(shè)備故障診斷和分析，可進(jìn)行終端或設(shè)備的各部件溫度、工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)、可支持后備電池容量檢測(cè)、電臺(tái)長(zhǎng)發(fā)保護(hù)、通信流量保護(hù)、設(shè)備故障自恢復(fù)功能等，大大提高了設(shè)備使用的安全性。

（4）用電信息采集終端可支持?jǐn)U裝大容量SD卡，支持海量存儲(chǔ)，可采集各種數(shù)據(jù)1 min曲線，支持12個(gè)月（365天）以上的歷史數(shù)據(jù)保存，從而掌握更詳細(xì)的用戶信息，加強(qiáng)需求側(cè)管理，為電網(wǎng)規(guī)劃和擴(kuò)容提供決策支持?jǐn)?shù)據(jù)。

（5）用電信息采集終端可利用U盤本地程序升級(jí)維護(hù)和日志導(dǎo)出，不需隨身攜帶筆記本電腦，降低對(duì)工程運(yùn)維人員的要求；終端可支持USB接口無(wú)線網(wǎng)卡進(jìn)行遠(yuǎn)程和本地調(diào)試維護(hù)，支持遠(yuǎn)程空中升級(jí)，升級(jí)文件可采用高壓縮,如tar.bz2等壓縮格式的文件，終端支持遠(yuǎn)程信道的斷點(diǎn)續(xù)傳，接收完升級(jí)文件并嚴(yán)格匹配后可自行對(duì)文件進(jìn)行解壓縮，可進(jìn)行整個(gè)應(yīng)用或模塊的程序升級(jí)，從而有利于用電信息功能的不斷拓展。

2.2.4 智能交互終端技術(shù)

對(duì)于專變用戶，一般采用主站下發(fā)控制定值，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用戶用電情況，實(shí)施本地閉環(huán)控制或遠(yuǎn)方控制，引導(dǎo)用戶有序用電；對(duì)于三相/單相一般工商業(yè)用戶，可實(shí)施用戶定制模式下的個(gè)性化數(shù)據(jù)采集或更靈活的用戶交互模式；而對(duì)于居民用戶，智能交互終端可為電力企業(yè)和電力用戶之間的交互提供更友好、可視的交互平臺(tái)。由于分時(shí)電價(jià)和階梯電價(jià)的執(zhí)行、費(fèi)控電表的推廣，對(duì)于一個(gè)智能用電家庭來(lái)說(shuō)，更加經(jīng)濟(jì)的用電無(wú)疑是首要目標(biāo)。用戶通過(guò)智能交互終端，隨時(shí)了解用電情況和當(dāng)前電價(jià)，達(dá)到與電網(wǎng)自動(dòng)交互目的。通過(guò)用戶自覺合理的用電，可減少用電費(fèi)用5%甚至更多，而高峰用電量可減少10%左右。

智能交互終端通過(guò)電力線寬帶進(jìn)行信息傳輸，可別提供水、電、氣3表集抄，家庭安全防范、家電控制和緊急求助，以及生活服務(wù)、物業(yè)管理、社區(qū)娛樂、用電信息等服務(wù)功能。電力網(wǎng)、信息網(wǎng)、通信網(wǎng)“三網(wǎng)合一”，電能表、水表、氣表等多表合一的市場(chǎng)，在未來(lái)應(yīng)該有非常廣闊的發(fā)展前景。但目前需要解決的問(wèn)題非常多，如何建設(shè)合理的市場(chǎng)機(jī)制和有效的商業(yè)模式還有待探索。隨著信息社會(huì)的不斷發(fā)展和住宅市場(chǎng)消費(fèi)主體的變化，住宅小區(qū)智能化建設(shè)將成為小區(qū)建設(shè)的重要內(nèi)容，從而推動(dòng)了智能用電技術(shù)的不斷發(fā)展。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文就國(guó)內(nèi)當(dāng)前用電信息系統(tǒng)和終端發(fā)展新趨勢(shì)、新技術(shù)進(jìn)行了探討，對(duì)智能電表、用戶側(cè)儲(chǔ)能技術(shù)、智能用電中同步測(cè)量技術(shù)等用電領(lǐng)域的未來(lái)技術(shù)作了展望。

隨著電能信息采集系統(tǒng)從面向關(guān)口、專變用戶、公用配變、低壓用戶的單一采集，轉(zhuǎn)而面向購(gòu)電側(cè)、供電側(cè)、售電側(cè)的綜合性統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集的跨越式發(fā)展進(jìn)程中，我們應(yīng)積極關(guān)注并著手新技術(shù)的研究和應(yīng)用，不斷進(jìn)行新應(yīng)用模式和盈利模式的探索，加快用電信息采集系統(tǒng)的統(tǒng)一建設(shè)，為智能電網(wǎng)建設(shè)注入強(qiáng)勁的動(dòng)力，從而大幅度提升用電營(yíng)銷現(xiàn)代化管理水平。