用電信息采集系統未來應用領域與發(fā)展

苗 翯

（國網徐州供電公司賈汪區(qū)供電公司，江蘇 徐州 221005）

0 引 言

電力用戶用電信息采集系統是信息化、智能化電網建設的主要內容，是由電能量采集系統、電力負荷管理系統、低壓集中抄表系統及關口電能量采集系統發(fā)展而來，對電能計量、線損統計、用電監(jiān)測及負荷管理等方面工作有重要意義[1]。同時，該系統可以連接營銷業(yè)務系統，有效推進分時電價、階梯電價等電費控制策略，實現現代化、智能化電力營銷。

1 用電信息采集系統基本概述

1.1 用電信息采集系統重要性

智能電網要融合互聯網和通信優(yōu)勢，實現電力和信息的雙向流動和實時交換。要實現這一目標，必須要實現發(fā)電、輸電、變電、配電、用電各環(huán)節(jié)信息采集和實時監(jiān)控。目前，安全監(jiān)控和數據采集系統（SCADA）、能量管理系統（EMS）和配網管理系統（DMS）相對成熟。隨著電力用戶增多，用電環(huán)節(jié)信息采集難度逐漸增加，成為智能電網建設的相對薄弱環(huán)節(jié)。因此，用電信息采集系統對智能電網建設具有重要意義。

1.2 用電信息采集系統結構

目前的用電信息采集系統由主站系統、通信信道、現場終端三部分組成。其組成結構如圖1所示。其中，主站系統由數據庫服務器、磁盤陣列、應用服務器、前置服務器、接口服務器、工作站、全球定位系統（GPS）時鐘、防火墻以及相關的網絡設備組成，主要實現業(yè)務應用、數據采集、控制執(zhí)行、前置通信調度、數據庫管理等功能。通信信道用于主站層與采集點監(jiān)測設備層之間的通信，主要有無線公網（GPRS/CDMA）、光纖專網、230 MHz無線專網、電力線載波專網等通信方式。現場終端主要包括智能電能表、專變采集終端、集中器、采集器等設備，負責實時采集負荷用電信息

1.3 國內外研究現狀

圖1 用電信息采集系統結構圖

中國用電信息采集技術和采集覆蓋率在世界均處于領先地位。2008年9月起，國家電網公司開啟了集“計量、抄表、收費”于一體的研究工作。與此同時，國家電網公司統一了智能電能表和用電信息采集系統的技術規(guī)范，對智能電能表和用電信息采集終端的技術參數、功能配置、可靠性要求、通信協議、信息交換安全認證、驗收檢驗等方面都提出了具體要求，為用電信息采集系統建設提供支撐和保障。2009年以來，國家電網公司以“全覆蓋、全采集、全費控”為建設目標，按照“統一規(guī)劃、統一標準、統一實施”的原則推動智能電能表應用和用電信息采集系統建設。截至2013年10月底，已累計安裝應用智能電能表173億只，用電信息采集系統覆蓋1.73億戶。2018年12月，國家電網公司已累計完成4.57億用戶的智能電表安裝替換工作，服務區(qū)采集覆蓋率達99.6%；南方電網公司置換智能電表超過8 000萬只，服務區(qū)采集覆蓋率達90%。截止2020年1月，江蘇省采集覆蓋率已達到99.99%，智能電表覆蓋率已達到99.98%，基本實現了“全覆蓋、全采集、全費控”的目標。目前，國家電網公司所屬27個省公司的用電信息采集系統主站已經全部投入運行，用戶用電信息數據采集在電量電費計算、抄表收費、線損分析、營銷稽查、業(yè)擴報裝、營配調一體化等多項業(yè)務技術中得到廣泛應用，并扮演者重要角色，對提升客戶服務能力、滿足客戶多元化需求、制定有序用電方案、保障電網安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

國外智能電表的安裝速度和采集覆蓋率慢于國內。目前全美范圍采集覆蓋率不到50%，俄羅斯預計在2020年采集覆蓋率才達到18.9%，歐盟要求成員國到2023年要基本完成智能電能表替換工作，采集覆蓋率達到100%。

2 用電信息采集系統未來主要應用領域

用電信息采集系統傳統應用領域包括電能計量、自動化抄表、電能表電量信息查詢、采集成功率與采集應用率統計、線損統計與管理及電力負荷監(jiān)控等。未來用電信息采集系統將覆蓋分布式能源業(yè)務、綜合能源信息采集及源-網-荷友好互動系統建設等領域。

2.1 分布式能源業(yè)務

隨著化石能源資源的日益枯竭和全球氣候變暖問題的日益突出，開發(fā)和利用風能、太陽能等可再生能源已成必然趨勢。未來的電力系統中分布式能源發(fā)電比例將逐步提高。未來用電信息采集系統將增加分布式能源發(fā)電、電動汽車充放電及微電網等業(yè)務模型，完成支撐分布式能源監(jiān)控終端與用戶側智能終端研制。分布式能源監(jiān)控終端能雙向收集電能表信息，通過用電信息采集系統，監(jiān)控風能、分布式光伏等能源系統的運行狀態(tài)與電能質量，從而控制分布式能源接入電網。

2.2 綜合能源信息采集

目前，水表、天然氣表、暖氣熱表主要采用人工抄表采集，效率不高、抄采準確率較低。要進一步發(fā)揮用電信息采集系統價值，實現水、電、氣、熱綜合能源數據集約化、規(guī)范化遠程抄表采集的“多表合一”建設。未來“多表合一”通信方案可歸納為5種：M-BUS總線通信、RS-485通信方案、微功率無線通信、無線公網和電力線載波。文獻[2]提出了更換雙模模塊、升級雙模模塊、增加通信接口轉換器三種“多表合一”建設方案，并指出了其應用環(huán)境。江蘇省電力公司2020年將繼續(xù)做好“多表合一”建設試點工作，增設“多表合一”新型系統，并采集30萬戶，支持綜合能源城市與智慧城市建設。

2.3 源-網-荷友好互動

目前，智能電網最本質、最明顯的特征就是用戶可以參與需求側管理。未來的用電信息采集系統將根據網絡化、人機交互原則，實時提供用電數據、電價政策等信息，達到指導用戶合理用電，調節(jié)電網峰谷負荷的目的。當用電緊缺時，用戶可以根據自身負荷重要程度的特點，選擇合理的負荷，分級別、分時段合理削減負荷，調節(jié)電網負荷水平，實現源-網-荷友好互動。而電網公司根據不同時段負荷的情況制定合理的電價補貼。必須建設大帶寬、響應速度快、安全可靠的通信鏈路，滿足源-網-荷友好互動系統大量分散終端的數據采集和控制。

2.4 遠程智能費控

根據“全覆蓋、全采集、全費控”的建設目標，國家電網公司采用遠程智能費控模式，對客戶用電實施管理，即用戶“先交費后用電”。采用費控模式時，用電信息采集系統將根據用戶電量，計算用戶剩余電費，并將電費余額告知用戶。當余額不足時，通過發(fā)送信息等方式提示用戶繳費，當電費余額為零時，跳閘機構啟動，斷開電源。遠程智能費控技術可由主站、采集終端、智能電能表3個環(huán)節(jié)協調執(zhí)行，因此，遠程智能費控技術實現方式有主站費控技術、采集終端費控技術和智能電能表費控技術3種。遠程智能費控技術對通信的響應能力要求較高，由于目前本地通信主要采用電力線載波，因此，需要進一步提高載波通信工作的實時性、可靠性和穩(wěn)定性，為實現遠程智能費控提供技術支撐。

3 用電信息采集系統發(fā)展趨勢

3.1 大數據分析與處理技術

基于大數據技術的用電信息采集系統由數據采集層、服務層、存儲層和處理分析層、應用層等部分構成。高效能的數據計算工具和數據挖掘技術融入用電信息采集系統，可圍繞電量、電價、電費、線損等數據進行建模分析。搭建基于大數據的綜合仿真平臺，實現了電量、負荷、接線異常的診斷以及反竊電功能；對供電臺區(qū)線損數據的綜合解析，發(fā)現了季節(jié)和天氣對線損的影響，通過對解析結果的制定策略，有效降低了線損。文獻[3]指出，基于大數據的用電信息采集系統可實現電動汽車充電樁科學選址，充放電信息分析、潮流分析、降低諧波對電網污染；通過Web GIS技術和分布式能源計量點數據，實現分布式能源并網可視化實時監(jiān)控。

3.2 云計算技術

基于云計算技術的用電信息采集系統特點是具有分布式計算、虛擬化、冗余熱備份、高容錯機制等特點。通過服務器搭建云計算環(huán)境，并進行并行分析實驗。仿真結果表明，基于云計算的用電信息采集系統有效提升海量數據檢索、分析、計算性能。未來，云計算技術在用電信息采集系統中的應用也存在不少技術難點。數據模型存在差異、日益復雜的用電業(yè)務需求、數據之間關聯性的解耦是制約云技術在用電信息采集系統中推廣與發(fā)展的幾個因素。同時，不同系統之間接口問題、云計算系統與傳統用電信息采集系統過渡都是未來亟需解決的技術問題。

3.3 三網融合技術

圍繞中國建設智能電網的總體目標，基于廣電網、電信網、互聯網的“三網融合”用電信息采集系統，完美的將語音通信、電信息數據和視頻技術有效結合。利用現有的通信網絡和基礎設施構建完整的系統架構，節(jié)約了更多的通信線路投資和運行方面的相關費用。文獻[4]指出，基于三網融合技術的用電信息采集系統應包含緊急呼叫服務、事故點定位、負荷實時監(jiān)控的信息管理系統，滿足未來電力營銷的需求。三網融合背景下，數據高度共享與融合，信息安全與保密面臨巨大挑戰(zhàn)，加強信息安全管理機制，提升信息安全管理水平尤為重要。

3.4 新型通信技術

未來用電信息采集系統要從實現通信模塊互聯互通、提升通信速率、提高數據采集效率和終端利用率等方面開展研究。在通信方案方面，文獻[5]就指出，改變EPON組網方案、接入方式和通信架構，用電信息傳遞能力、質量、效率將得到極大的提升，同時減少信息丟失。文獻[6]提出了一種EPON-LTEPLC-Zig bee相結合的新型AMI（高級計量架構）用電信息方案，解決了單一通信方案的技術弊端。通信協議方面，文獻[7]提出一種支持多源異構數據的通信協議，增強終端各項功能性能，有效提高數據采集效率和采集成功率。文獻[8]提出基于高速無線與載波通信、e SIM通信方案的的新型模組化采集終端系統，具有北斗與GPS雙星授時定位、電表掉電快速上報、老化線路識別功能。

3.5 移動作業(yè)技術

傳統計量采集現場作業(yè)需要預先打印工作單，按照作業(yè)指導書和工作單要求進行操作，作業(yè)完成后，通過手工方式，將用戶電能表數據錄入系統，效率低、耗時長、準確性差。移動作業(yè)技術是移動數據采集業(yè)務的應用，各項功能通過手持移動作業(yè)終端實現。作業(yè)人員可針對計量現場作業(yè)內容，完成現場電能表數據錄入、現場稽查、業(yè)擴報裝辦理、移動地理信息系統（GIS）應用、移動知識庫、現場抄表等任務。移動作業(yè)技術的普及，很大程度上高了作業(yè)人員工作效率，有效實現了計量作業(yè)現場精益化管理，具有較好的應用前景。

4 結 論

本文簡要介紹用電信息采集系統現狀后，指出未來用電信息采集系統將覆蓋分布式能源業(yè)務、綜合能源信息采集、源-網-荷友好互動系統建設以及遠程智能費控等領域。在此基礎上指出未來用電信息采集系統將包含大數據、云計算、三網融合、新型通信以及移動作業(yè)等技術。因此，未來用電信息采集系統將是涵蓋更多業(yè)務功能，具備數據采集、檢索、分析、挖掘能力的高級應用管理平臺，對電力工業(yè)發(fā)展具有更加重要意義。