計及RFID資產信息的臺區用戶自動識別系統研究

潘明明，田世明，耿俊成，吳 博

(1.中國電力科學研究院有限公司， 北京 100192； 2.國網河南省電力公司電力科學研究院， 鄭州 450052)

計及RFID資產信息的臺區用戶自動識別系統研究

潘明明1，田世明1，耿俊成2，吳 博2

(1.中國電力科學研究院有限公司， 北京 100192； 2.國網河南省電力公司電力科學研究院， 鄭州 450052)

為了提高臺區管理的智能化和精細化管理水平，設計了一種計及RFID資產信息的臺區用戶自動識別系統，利用現場智能傳感單元同時采集電能表計量信息與RFID資產信息，并通過寬帶載波與中心通信單元進行信息交換，同時實現了臺區用戶的自動識別與電能表資產信息的采集與錄入。該系統可以有效提升電網企業的智能化和自動化水平，提高工作效率。

RFID；臺區用戶識別；電能表；載波通信；資產管理

電力公司對低壓電力用戶實行分臺區管理，臺區拓撲識別是電力公司實現營銷精益化管理并實現降耗減損目標的基礎[1]。部分老舊小區、沿街門面的線路復雜，由于臺區信息不完善、信息更新不及時等原因，臺區的用戶資料往往不準確甚至缺失，電網工作人員在不停電狀態下難以識別臺區的拓撲關系，這嚴重影響了國家電網公司提出的建設智能電網的進程[2-3]。

現有的臺區識別技術主要采用載波通信法與脈沖電流法。載波通信法的缺陷在于受共高壓、共地、共電纜溝串線等問題的影響，載波信號可跨變壓器耦合到其他臺區，易造成臺區的誤識別[4-5]。文獻[6]提出了一種基于脈沖電流法的臺區用戶帶電識別裝置，但該方法需要在變壓器低壓側安裝電流互感器，安全性差，且需要工作人員對用戶逐個識別，工作量大。另外，電能表資產管理也是臺區管理的重要組成部分，傳統的資產信息采錄模式要經過數據采集、整理、校驗、錄入等環節，工作內容繁瑣，基層班組工作壓力大。

本文提出了一種計及射頻識別(radio frequency identification，RFID)的資產信息的臺區用戶自動識別系統，該系統的建立同時完成了臺區識別、拓撲識別與電能表資產信息的自動采集與錄入，可有效提高電網企業的智能化水平，大大降低電網企業工作人員的工作量，提高工作效率。

1 臺區拓撲自動識別系統

1.1 系統總體結構

目前配電臺區數據在空間上電能表計量數據與電能表資產數據獨立采集，在時間上數據采集與數據錄入由不同業務分管人員獨立完成，工作效率低，重復勞動多。本文設計了一種含RFID資產信息的臺區拓撲自動識別系統，利用現場智能傳感單元將電能表計量數據與資產數據統一采集，并對數據的采集與錄入進行一體化運作，利用電能表計量數據與資產信息共同進行拓撲識別，提高臺區拓撲識別的準確率，同時降低人工成本。

臺區用戶自動識別系統的原理如圖1所示。該系統主要由三大部分構成：現場智能傳感單元、中心通信單元和主站系統。現場智能傳感單元就近安裝于用戶電能箱旁，原則上1個表箱安裝1個現場傳感單元，其可通過多種通信方式(RS485、電力載波、微功率無線)與電表箱中的所有電能表計進行通信，并通過內置RFID主機與粘貼在電表外殼的電子標簽進行通訊，讀取其設備編碼。現場智能傳感單元通過電力線寬帶載波通信方式將采集到的電表計量數據與電表資產數據上傳至中心通信單元。中心通信單元安裝于變壓器低壓側，通過分析現場智能傳感單元的數據得到該臺區的拓撲結構，并進行能效分析。中心通信單元通過GPRS或以太網等通信網絡將本臺區數據上傳至主站系統。主站獲取到本臺區的信息后可開展設備資產管理、拓撲分析和能效管理等高級應用。

圖1 臺區用戶自動識別系統的原理圖

現場智能傳感單元是實現臺區設備資產管理、用戶用電信息采集的基本單元。該裝置的主要作用是定時采集電能表計量信息與電能表RFID電子標簽的資產信息，并通過寬帶載波通信方式將已采集到的數據上傳至中心通信單元，其功能框圖如圖2所示。其中：RS485和微功率無線為下行通信模塊，負責與現場安裝的電表進行通信；RFID模塊由RFID Reader與天線構成，負責與粘貼在電能表計等電力公司資產設備上的RFID電子標簽進行通信，進而實現資產管理；寬帶載波與脈沖通信為上行通信模塊，負責將核心控制器維護的現場資產管理數據上傳至中心通信單元。現場智能傳感單元能記錄參數變更、資產數據變更等事件。

圖2 現場智能傳感單元功能框圖

中心通信單元是臺區用戶識別系統中的關鍵設備。能夠通過下行信道自動抄收并存儲現場智能傳感單元或其他各類載波通信終端的數據；同時能通過上行信道與主站或移動終端進行數據交換，其上行信道采用公用通訊網，支持 GPRS等通信方式。與現場傳感單元相比，中心通信單元主要增加了GPRS的上行通信通道。

1.2 計及RFID資產信息的拓撲識別原理

RFID技術是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數據，識別工作無需人工干預，可識別高速運動的物體并可同時識別多個標簽[7-12]。RFID技術相對傳統的條形碼等技術主要有以下技術優勢[13]:

1) 讀取方便快捷，識別距離遠，可多目標識別。

2) 使用壽命長、數據容量大。

3) 安全性高、對環境要求低。

RFID電子標簽的內存區包括4個部分[14]，分別為保留區(保留 區)、物品標識區(EPC 區)、標簽標識區(TID 區)和用戶數據區(用戶區)。保留區用于存儲標簽的滅活密碼和訪問密碼，滅活密碼和訪問密碼用于銷毀、讀寫標簽時提供安全認證，為8個字節數。物品標識區用于存儲統一的計量設備編碼，不至少16個字節數。標簽標識區用于存儲標簽自身的編號，該編號為全球唯一，為8個字節數。用戶數據區用于存儲計量設備的業務數據及其相關信息，存儲的計量設備業務數據信息采用壓縮BCD 編碼方式，不少于64位字節數。系統可以按照ISO 18000-6C 要求的數據幀格式進行通信，可實現標簽中整個或部分EPC 區、TID 區、用戶區、保留區中的數據讀寫，實現標簽讀寫功能。讀命令與寫命令的通信幀格式分別如表1和表2所示。

表1 讀命令通信幀格式

表2 寫命令通信幀格式

利用RFID技術讀取電能表資產信息，需要提前對RFID電子標簽進行初始化。首先，根據一定的編碼規則對每個電子標簽生成唯一的電子編碼并將其寫入標簽。其次，將RFID編碼與電能表的資產信息(如制造廠商、生產日期、電表類型、產權單位等)進行關聯，在資產管理系統中建立RFID編碼與電能表資產的一一對應關系，通過現場智能傳感單元內置的RFID閱讀器讀取電子標簽的編碼信息便可讀取電能表的資產信息。

臺區拓撲自動識別功能的步驟如下：

1) 某臺區的中心通信單元向所轄現場智能傳感單元發出臺區識別命令。

2) 該臺區所有現場智能傳感單元收到此命令后發送含有其自身ID信息的載波信號。

3) 中心通信單元收到帶有現場智能傳感單元ID信息的載波信號后，標記現場智能傳感單元所屬的臺區號并將該臺區信息上傳至主站的配網GIS系統。

4) 現場智能傳感單元每30 min采集一次所轄電能表箱的所有電能表計量信息和RFID資產信息，并上傳至中心通信單元。

5) 中心通信單元根據RFID信息統計各現場智能傳感單元所轄電能表個數和各電能表資產信息，并將資產信息打包上傳至主站，錄入電能表資產管理系統，實現資產信息采集與錄入一體化運作，提高工作效率。

6) 中心通信單元根據電能表計量信息，當某現場智能傳感單元所轄電能表計量信息中至少有一個計量信息相比于前一次采集時刻發生變化時，則判斷該電能表箱上級開關為合位；當所有計量信息相比于前一次采集時刻均無變化時，則判斷該電能表箱上級開關為分位。然后將電能表數據打包上傳至主站的用電管理系統。

7) 主站的用電管理系統對變壓器低壓側電能表計量數據與該臺區所有電能表的計量數據進行對比與歷史數據、大數據分析，判斷該臺區是否存在竊電現象。

總體流程如圖3所示。

圖3 計及RFID資產信息的用戶臺區識別流程

2 案例分析

圖4為配電臺區的結構簡圖，本節結合此案例對臺區1的拓撲自動識別方法進行詳細說明。

圖4 臺區結構簡圖

具體步驟如下：

1) 臺區1的中心通信單元1向所轄現場智能傳感單元發出臺區識別命令。

2) 該臺區的現場智能傳感單元1、2、3收到此命令后發出含有各自ID信息的載波信號(現場智能傳感單元4、5因變壓器隔離無法接收此命令)。

3) 中心通信單元1接收到此3個現場智能傳感單元傳送的載波信號后，標記現場智能傳感單元1、2、3為臺區1的用戶，并將該信息上傳至主站的配網GIS系統。

4) 現場智能傳感單元1、2、3定時采集所轄電能表箱1、2、3中所有電能表的計量信息和RFID資產信息，并上傳至中心通信單元1。

5) 中心通信單元1根據電能表的RFID信息統計現場智能傳感單元1、2、3分別所轄的電能表個數，將所有電能表的資產信息進行打包并上傳至主站的資產管理系統。

6) 中心通信單元1以電能表計量信息為依據識別電能表箱上級開關的分合位。如當現場智能傳感單元1所轄的所有電能表的計量信息中有一個計量信息相比于前一次采集時刻發生變化時，則判斷電能表箱1上級開關為合位；當所有計量信息相比于前一次采集時刻均無變化時，則判斷電能表箱1的上級開關為分位。

7) 主站用電管理系統根據臺區1變壓器低壓側電能表的計量數據與臺區1所有下屬電能表的計量數據之和進行對比分析，如兩者數據相差較大，則判斷該臺區存在竊電現象，需進一步進行防竊電檢查。

根據本文提出的用戶臺區識別方法，對某配電網5個臺區256個用戶的臺區屬性進行識別，同時配電運檢人員也進行了現場核查，識別結果及現場核查對比情況如表3 所示。

表3 識別結果及現場核查情況

由結果可知：本文采用的用戶臺區識別方法識別正確率達到94.1%，表明此方法是切實有效的，相比于人工現場檢查，可大大提高工作效率。

3 結束語

本文設計了一種計及RFID資產信息的臺區用戶自動識別系統。在該系統中，現場智能傳感單元通過RFID 技術采集電能表的資產信息，同時通過RS485或微功率無線采集電能表的計量信息，將統一采集的這2種信息應用到臺區拓撲自動識別與資產管理中。該系統有利于提高臺區用戶自動識別系統的準確率，提升電網企業的智能化和自動化水平，提高工作效率。

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(責任編輯劉 舸)

ResearchonAutomaticUserIdentificationSystemofPowerDistributionAreaConsideringRFIDAssetInformation

PAN Mingming1， TIAN Shiming1， GENG Juncheng2, WU Bo2

(1.China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China；2.Electric Power Research Institute, State Grid Henan Electric Power Company， Zhengzhou 450052, China)

The user identification in the distribution area is of great significance for the power company to enhance the management level and improve the power supply service capability. In order to improve the intelligent and delicacy management level of the power distribution areas, this paper designs an automatic user identification system which takes the RFID asset information into account. The intelligent sensor unit is used to collect the energy meter measurement information and RFID asset information at the same time, and the information exchange is carried out through the broadband carrier and the central communication unit. As a result, the user is automatically identified and the energy meters’ asset information is acquired and input. This system can effectively improve the intelligent level of power grid enterprises and improve the work efficiency.

RFID; user identification; energy meter; carrier communication; asset information management

2017-08-11

國家電網公司科技項目“基于營配信息貫通的業務融合與數據共享服務技術”(YDB17201600040)

潘明明(1985—)，女，北京海淀人，博士,工程師，主要從事配電網運行與控制、能源互聯網研究，E-mail：panmingming1@epri.sgcc.com.cn。

潘明明，田世明，耿俊成，等.計及RFID資產信息的臺區用戶自動識別系統研究[J].重慶理工大學學報(自然科學)，2017(11):156-160.

formatPAN Mingming，TIAN Shiming，GENG Juncheng, et al.Research on Automatic User Identification System of Power Distribution Area Considering RFID Asset Information[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(11):156-160.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.11.023

TM76

A

1674-8425(2017)11-0156-05