集中抄表方式電價下發方案的理論與驗證

王剛 劉曉華 戴曉非 張樂群

摘 要：該文通過對比傳統電價下發與透明任務電價下發模式，詳述了透明任務模式的原理與流程。結合仿真臺區和現場臺區的實驗結果，驗證了抄表模式電價下發方案的實際效果與理論分析完全相符，證明了透明任務模式在實際用電信息采集業務中是可行的。

關鍵詞：本地費控表 電價下發 透明任務 抄表模式 集中器主動

中圖分類號：TM744 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（a）-0098-03

伴隨著經濟的發展和人民生活水平的提高，生活生產中的電能消耗迅猛增長，給電網安全穩定運行帶來了更大的考驗。堅強智能電網[1]建設已納入國家“十二五”發展綱要，采集系統的進一步建設和智能電能表的擴大應用是堅強智能電網建設的重要內容，只有做好這部分工作才能在電力客戶和社會層面比較好地展現堅強智能電網的建設成果。

目前，各地電網公司著力加快電網建設、進一步轉變電網發展方式、全面推進特高壓電網和上下級電網協調發展，以更好地滿足社會經濟發展，保障國家能源安全，優化能源結構，提高服務水平和電網調度運行管理水平。

當前許多省市出現供電緊張局面，短期內難以得到有效緩解，依托采集系統實施有序用電管理的需求越來越迫切。階梯電價政策推出后已經得到了有關方面和市場的認同，對采集系統的多功能需求進一步增加[2]。當前很多地區的本地費控智能電能表[3]占智能表總量超過90%，給電價下發工作帶來了一定的困難[4]。目前用電信息采集系統的電價下發工作模式為終端透傳，也就是系統主站通過終端透明傳輸的方式下發電價，從實際現場反饋的數據來看，此方案的下發成功率較低，耗時長且最終仍會有約30%的下發任務不成功，需要現場人工調試，尤其在偏遠人口稀疏地區將耗費更多的人力物力，耗時也遠超自動下發[5]。

1 抄表模式與傳統電價下發模式的區別

全國來看電價下發的系統設計一直在進步[6]，各地電力公司也一直致力于更先進的模式開發。

在分析原系統時，我們發現同樣是主站與智能電能表之間的通訊過程，同樣的通信信道，全國各地用電信息采集系統日采集成功率普遍在在95%以上，采集系統各通信信道的平均成功率較高，所以理論上如果采用合理的方式，電價下發完全可以達到抄表成功率的水平。

現有的電價下發方式的主體思路是通過系統主站、終端上下行模塊和智能電能表等多個環節的實時通信交互實現電價調整。

首先由系統主站下發身份認證命令至集中器，集中器直接將認證命令透明轉發至電能表，此時主站和集中器均進入等待狀態。電能表的身份認證通過后作出回應，通過集中器逐級上報主站，若主站和集中器均在各自的超時閾值內接收到回應，電能表的身份相應才是有效的（見圖1），電價下發設置此時會由主站下發至電能表。下發設置與身份認證指令的傳輸方式一樣，也是通過集中器透明傳輸（見圖2）。同理，電能表新電價設置成功的回復也必須在各途徑設備的通信超時閾值內接收并最終到達主站，至此一個完整的傳統電價下發任務成功完成。可見，此傳統電價下發方式是一種各設備同步的任務方式，這就對通信信道的實時性提出了很高的要求。身份認證結果上報時的主站超時、集中器超時，設置結果上報時的主站超時、集中器超時，四者有一個發生問題此電價下發任務即告失敗。而終端上行常用的GPRS/CDMA和下行的窄帶載波信道，就其自身硬件技術而言優勢均不在單次通信的實時性上。所以把二者放在一個實時任務中，其通信成功概率是各自單次通信成功率（，屬于設備故障，長期看不存在100%成功率，二者均不計算在內）的乘積，見式（1）、式（2）。若存在采集器等其他途徑設備，相當于增加概率乘數項，得到的總通信成功率會更小。

假設，即使，，那么單次任務成功率仍然只有，如此造成了有同步需求的任務在現有抄表構架中不易實施。這就是原電價下發模式任務成功率僅在70%左右的最重要的技術原因之一。

可見，同步任務[7]的弊端在于：為了保證實時性，也就是等待時間不能超過途徑各設備的超時閾值，對各信道的通信質量要求非常高，再加上各設備廠商留給路由的工作時間都不相同，實際現場臺區的復雜情況無法完全滿足此要求。由上面的分析可見，限制電價下發任務成功率的桎梏是各種響應時間必須同時滿足不同的超時閾值。如果系統能進行異步模式[8]改造，即集中器能夠分擔電價設置下發的部分工作將結果暫時保存在本地，終端不再等待實時的結果回復，而是間歇地主動去“詢問”集中器任務執行結果，那么各信道的通信成功率要求會大大降低，設備可重復執行暫時失敗的任務直至成功為止，這樣，偶發的通信失敗不便會影響電價下發的最終結果。其實，以上假設的流程和現有采集系統抄表任務的流程大致相似，基于各地用電信息采集系統日采集成功率普遍在95%以上，所以理論上無需改造硬件，電價下發任務也可達到此成功率。以下將此新方案稱為透明任務模式。

2 透明任務模式方案與分析

基于抄表模式對電價下發工作的啟示，電力公司組織相關的設備軟硬件廠家針對Q/GDW 1376.1-2013擴充了透明任務協議，開發集中器透明任務模式電價下發程序和主站程序功能模塊，對主要廠家的集中器程序進行標準規范檢測和實驗室驗證。最終確定的方案流程為：

（1）主站將電價下發身份認證批量下發到集中器中，在集中器中建立透明任務隊列。

（2）集中器對臺區電能表循環執行身份驗證，將通過身份驗證的電能表號回報主站，無需在意任務隊列順序，先通過認證的先設置，后通過的后設置，直到滿足身份認證的電能表全部通過或身份認證過期。

（3）主站根據身份認證結果批量下發電價設置至集中器，由集中器自行多輪次執行對電能表的電價設置，直到成功為止，流程與集中器抄表完全相同。

（4）為避免超時機制，主站不再等待集中器上報執行結果，而是主動召測任務執行結果，確認完成電價下發任務。

原電價下發模式中是采集主站發起，集中器僅透傳數據。透明任務方案中的任務直接發起方為集中器，將主站和電能表之間的交互由同步轉化為異步，提高了通信效率，降低主站占用時間。在整個透明任務流程中僅身份認證存在有效期，這避免了任務無限制的等待，也統一了整個系統的超時閾值，避免了不同廠家的路由超時時間不同而造成的麻煩。不同電能表的下發任務采用優先級策略，不影響日常采集，且透明電價下發任務可以多輪次執行，理論上可成功將電價下發至所有滿足身份認證的電能表。透明任務模式中相對傳統模式路由發揮了最大限度的作用，把電價下發任務轉變為類似抄表任務執行。由現場臺區驗證證明電價下發的成功率顯著提升，達到了抄表成功率的水平，下面該文將詳述臺區驗證結果。

3 透明任務模式電價下發臺區驗證

3.1 電科院仿真臺區驗證

在電科院計量中心仿真實驗室第一臺區，采用青島鼎信集中器及11個廠家的96只智能電能表進行電價下發測試，載波通信方案位鼎信方案，測試結果見表1。

由計量中心質檢部人員在實驗室通過掌機讀取和人工核對的方式對仿真臺區的電價下發結果進行了核對，確認電價下發實驗結果可靠。

通過結果分析，失敗的4塊表中1塊表為廣東中鈺的表計問題，另外3塊表電價參數下發成功，但電能表未能根據下發的電價切換時間進行兩套費率電價的自動切換，原因為電能表的時鐘錯誤，在更正電能表時鐘后費率電價切換成功。所以最終僅1塊電表未成功且是表計自身問題與下發模式無關，最終的成功率為95/96=98.96%，可見透明任務電價下發模式在仿真臺區表現良好。

3.2 現場臺區驗證

烏魯木齊米東供電所“西工新村011（650131690）”臺區，臺區使用鼎信載波方案，共有15個表廠的485只電能表，其中本地費控表325只，實驗前一日的抄表成功率位95.69%。此臺區為典型的城鄉結合部區，臺區拓撲復雜，最長分支線路超過1 000 m，實驗結果見表2。通過采集系統遠程召測，并與米東供電公司人員現場核查（共核查242只）確認本次電價下發的結果全部正確。

該次實驗僅選用311塊抄表成功的本地費控表，其中10塊電能表下發任務失敗。經測試人員分析，發現7只電能表本身并不支持遠程電價下發，應從測試基數中排出。另有2只表通信失敗，1只表身份認證失敗，所以最終修正的電價下發成功率為301/（311-7）=99.01%。實驗結果符合該文的理論分析，現場電價下發成功率與抄表成功率相當。

4 結語

以透明任務模式進行本地費控電能表的電價下發工作，從理論上避免了傳統電價下發模式的同步性對信道高實時性的要求，仿真臺區與現場臺區實驗證明此方法確實提高了電價下發成功率。透明任務模式提高了采集系統對不同廠家終端的兼容性，去除了不同設備不同的超時設置對任務的影響，解決了設備因兼容性問題帶來的頻繁升級問題。此外，此方法無需進行新的硬件投入，需要升級集中器與系統主站軟件即可，改造成本相對較小。依托于高成功率的電價下發模式，電力公司可以更方便的拓展其他業務，如電能表時鐘修改、剩余金額調整等任務均可按照透明任務的方式執行，為將來堅強智能電網的進一步建設提供了更豐富的可能性。

參考文獻

[1] 李興源，魏巍，王渝紅，等.堅強智能電網發展技術的研究[J].電力系統保護與控制，2009，37（17）：1-7.

[2] 李金沙，鄭芳琴.優化遠程費控業務 助推營銷提檔升級[J].農村電工，2016（1）：10-11.

[3] 陶鵬，張艷，曹惠敏.本地費控智能電能表的特點及參數設置分析[J].河北電力技術，2012（1）：8-9.

[4] 李瑞杰，馬鑫源.淺析本地費控電能表欠費原因及解決對策[J].電源技術應用，2014（2）：377，381.

[5] 林女貴，莫桑比.智能電能表費控模式選擇研究[J].閩江學院學報，2013，34（1）：40-43.

[6] 付峰，王軍，陶曉峰.基于用電信息采集的電價下發調度系統的設計[C]//中國電機工程學會電力系統自動化專業委員會學術交流會.2012.

[7] GK Manacher，Production and Stabilization of Real-Time Task Schedules[J].Journal of the Acm，1967，14（3）：439-465.

[8] H Kaiser，T Heller，D Bourgeois，D Fey， Higher-level Parallelization for Local and Distributed Asynchronous Task-Based Programming，First International Workshop on Extreme Scale Programming Models and Middleware，At Austin，Texas，USA，2015.