智能用電信息采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉 欣，張少波，陳 亮

（深圳市國電科技通信有限公司，廣東 深圳 518109）

0 引 言

電力行業(yè)用電信息以往均是通過人工抄表的方式采集，這種方式通常會耗費較多的人力與物力，準確率和工作效率不高，還會涉及到較為復(fù)雜的統(tǒng)計工作，對電力企業(yè)管理水平的提升及快速發(fā)展產(chǎn)生了較大阻礙[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣企業(yè)需要積極引入先進的技術(shù)手段，加大對智能化系統(tǒng)的研究力度，通過在用電信息采集工作中應(yīng)用智能用電信息采集系統(tǒng)，提升工作效率，減少人工成本支出，使信息采集更加高效、準確，提升電力行業(yè)智能化水平。

對于用電信息采集系統(tǒng)而言，其實際工作環(huán)節(jié)是在信息采集裝置的應(yīng)用下對各節(jié)點用電信息進行采集，得到采集信息數(shù)據(jù)后利用通電線路將其傳送至相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中，從而進行信息的儲存。同時，能夠在信息庫中實現(xiàn)用電信息的查閱、分析及處理。此外，還可以對各節(jié)點用電情況實現(xiàn)智能化監(jiān)測，詳細記錄各節(jié)點的重要信息，如線路信息、用戶信息、供電質(zhì)量信息以及用電量信息等，從而有效管理用電量，提高用電管理決策水平，減少供電管理成本[2]。

1 用電信息采集系統(tǒng)現(xiàn)狀

國家電網(wǎng)有限公司于2008年開始全面推動計量、抄表和收費的標準化建設(shè)工作，2009年啟動用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)，2010年用電信息采集系統(tǒng)得以全面推廣應(yīng)用。目前，用電信息采集系統(tǒng)在全國27個地區(qū)運行穩(wěn)定。用電信息采集系統(tǒng)具備較多功能，包括采集電力用戶的用電信息、處理分析用電信息以及對用電信息進行實時監(jiān)控。同時，系統(tǒng)為電力營銷、運行監(jiān)測等專業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。

電能表接入方面，國家電網(wǎng)有限公司累計實現(xiàn)用電信息采集接入超過4億戶，整體采集覆蓋率超99%。終端設(shè)備接入方面，國網(wǎng)公司范圍內(nèi)累計完成超1 500萬只終端安裝接入，其中專變終端約500萬只、集中器約1 000萬臺。

2 智能用電信息采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

智能用電信息采集系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，主要包含業(yè)務(wù)服務(wù)、人工智能（Artificial Intelligence，AI）服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)以及物管服務(wù)，同時擁有獨立的數(shù)據(jù)儲存平臺，能夠采集、儲存低壓集中器、負控終端、采集器等終端中的信息。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

在系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計方面，需要達到精準感知、統(tǒng)一物聯(lián)的目標，并且還應(yīng)做到邊緣智能、開放共享。選擇微服務(wù)技術(shù)框架，構(gòu)建AI中臺、數(shù)據(jù)中臺、物聯(lián)管理平臺及業(yè)務(wù)中臺，能夠滿足各類采集終端接入需求，具備較強的安全性和可靠性，實現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的良好融合與應(yīng)用。系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

2.3 系統(tǒng)主要功能

（1）數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集功能主要涉及到3個部分，分別是配置采集任務(wù)、執(zhí)行采集任務(wù)以及統(tǒng)計采集任務(wù)執(zhí)行結(jié)果。實際運行環(huán)節(jié)，系統(tǒng)能夠進行采集任務(wù)編制，生成采集列隊，對采集任務(wù)進行調(diào)度管理，并且可以詳細分析采集任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。若存在采集失敗的任務(wù)，還能進行補采。開設(shè)多種線上服務(wù)渠道，如微信公眾號、掌上電力小程序等，精準感知用戶負荷，還能提供多樣化服務(wù)，包括多表合一接入服務(wù)、客戶用能便捷服務(wù)以及增值服務(wù)等。

（2）設(shè)備控制。設(shè)備控制功能主要包括對任務(wù)單進行控制管理、對設(shè)備執(zhí)行環(huán)節(jié)進行管理以及對相關(guān)日志進行審計控制。具體工作中，能夠進行停電與復(fù)電工作任務(wù)單的編制，可以對設(shè)備進行遠程控制，詳細記錄并審計控制日志[3]。實際應(yīng)用環(huán)節(jié)可實現(xiàn)以下成效：一是遠程自動抄表智能核算；二是主動上報各項信息，如開關(guān)狀態(tài)、停電事故、需量超限以及故障告警等；三是監(jiān)測微電網(wǎng)、園區(qū)以及智慧樓宇用電情況，優(yōu)化用電管理。

（3）計量裝置在線監(jiān)測。系統(tǒng)應(yīng)用中可快速采集與處理電能表數(shù)據(jù)信息，同時在采集系統(tǒng)主站通過多種技術(shù)手段科學(xué)診斷計量設(shè)備的運行工況，進而了解其運行是否正常。計量裝置在線監(jiān)測功能的應(yīng)用可實現(xiàn)以下成效：一是對在線運行計量裝置的狀態(tài)進行跟蹤，提高計量管理水平；二是準確判斷異常數(shù)據(jù)，提高用電信息采集系統(tǒng)管理水平；三是監(jiān)控用電異常，幫助工作人員主動化開展反竊電管理工作；四是實現(xiàn)供電質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)精確定位，獲得更高的投資效益。

（4）防竊電應(yīng)用。智能用電信息采集系統(tǒng)可以實時監(jiān)測現(xiàn)場計量設(shè)備的運行工況，當(dāng)現(xiàn)場計量設(shè)備出現(xiàn)異常后，可以獲取相應(yīng)異常信息。綜合分析采集終端采集到的電能表數(shù)據(jù)，形成計量設(shè)備異常記錄，在全面、準確的數(shù)據(jù)支撐下，開展高質(zhì)量的反竊電工作。結(jié)合系統(tǒng)生成的各類異常情況，主站監(jiān)控人員能夠綜合分析計量設(shè)備運行情況，找出設(shè)備存在的問題，掌握用戶竊電線索。主站監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)異常事件后會做出初步分析，若異常需要去現(xiàn)場進行確認，應(yīng)向營銷系統(tǒng)發(fā)送工作單，并在營銷系統(tǒng)中發(fā)起計量裝置異常檢查流程，完成檢查工作后向采集系統(tǒng)進行反饋。根據(jù)檢查結(jié)果，計量裝置異常檢查流程會自動發(fā)起電量退補流程或故障調(diào)表流程。

（5）臺區(qū)線損分析。系統(tǒng)按照臺區(qū)考核單元構(gòu)成，對臺區(qū)售電量、供電量、線損率以及損失電量等進行定期統(tǒng)計。利用臺區(qū)線損指標，通過實際計算得到計劃指標值與實際線損率之間存在的差異值，實現(xiàn)線損管理考核[4]。此外，還能有效監(jiān)測臺區(qū)線損應(yīng)用指標。對于臺區(qū)線損監(jiān)測率而言，主要表示臺區(qū)線損可計算的低壓臺區(qū)數(shù)占已采集覆蓋的低壓臺區(qū)數(shù)的比例。對于臺區(qū)線損可正確計算率而言，表示已實現(xiàn)臺區(qū)公變計量點和低壓用戶采集覆蓋且臺區(qū)線損在正常范圍內(nèi)的臺區(qū)低壓用戶數(shù)占臺區(qū)低壓采集已覆蓋用戶數(shù)的比例，通過該指標能夠綜合評價用戶臺區(qū)檔案質(zhì)量、采集質(zhì)量及全覆蓋情況。臺區(qū)線損分析功能的應(yīng)用可實現(xiàn)以下成效：一是通過統(tǒng)計分析結(jié)果可進行臺區(qū)線損管理考核和臺區(qū)線損應(yīng)用考核；二是利用臺區(qū)線損異常數(shù)據(jù)能夠進行其他診斷分析，主要包括采集質(zhì)量異常、用戶疑似竊電以及低壓電網(wǎng)質(zhì)量異常等。以分析結(jié)果為主要依據(jù)，制定相應(yīng)對策，做到有的放矢。

（6）配變監(jiān)測。智能用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用中，根據(jù)系統(tǒng)采集的配變電數(shù)據(jù)進行停電分析、電壓質(zhì)量分析、配變負載分析以及功率因數(shù)越限統(tǒng)計等。停電分析工作中，應(yīng)根據(jù)停電事件數(shù)據(jù)與負荷數(shù)據(jù)全面監(jiān)測分析用戶停電情況；電壓質(zhì)量分析工作中，可以監(jiān)測公變、專變及低壓用戶的電壓質(zhì)量；配變負載分析工作中，按照變壓器容量和配變負荷數(shù)據(jù)對負載情況進行分析；功率因數(shù)越限統(tǒng)計工作中，主要統(tǒng)計分析用戶功率因數(shù)越限情況[5]。基于相關(guān)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可以為各項業(yè)務(wù)提供準確、全面的數(shù)據(jù)支持，如電能質(zhì)量監(jiān)測、供電質(zhì)量評價以及配網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃等。

3 智能用電信息采集系統(tǒng)優(yōu)化方案

結(jié)合智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展實際需要，通過了解現(xiàn)階段通信技術(shù)的發(fā)展情況可知，光纖通信技術(shù)屬于未來電力通信領(lǐng)域發(fā)展的重點。光纖通信技術(shù)涉及到較高的建設(shè)投資成本，需要進一步加大對光纖智能電表技術(shù)規(guī)范、相應(yīng)施工技術(shù)標準及運行模式的研究力度。通過選擇成本支出少、便于維護的產(chǎn)品，能夠更好地進行信息采集，進一步提升服務(wù)水平。在本地信息系統(tǒng)建設(shè)中，智能用電采集系統(tǒng)具備更高的適用性。在微功率無線通信和電力線載波通信方面，為更好地發(fā)揮出應(yīng)用效果，應(yīng)明確具體的評價指標，不斷優(yōu)化智能用電信息采集系統(tǒng)。

在智能用電信息采集系統(tǒng)的高效應(yīng)用下，需要確保信息交互的及時性，提高交互成功率，提供更加可靠、便捷的服務(wù)，最大程度上降低運行維護工作量。對于供電企業(yè)而言，為了保證電網(wǎng)統(tǒng)計規(guī)劃與經(jīng)營核算等工作的高效開展，需要關(guān)注用電信息的完成情況，保證及時抄讀用電信息。為了實現(xiàn)公司各項業(yè)務(wù)的良好開展，應(yīng)將重點放在通信網(wǎng)絡(luò)通信成功率與通信穩(wěn)定性上。根據(jù)現(xiàn)階段整體工作安排，應(yīng)重點關(guān)注全部計量改造工程的完成情況，盡可能簡化設(shè)備安裝調(diào)試工作，通過這種方式避免受到設(shè)備技術(shù)要求提升的影響[6]。與普通的一次性工程相比，通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)環(huán)節(jié)會受到較多不良因素的影響，這種情況下應(yīng)積極制定科學(xué)的運行維護體制，在體系支撐下進一步提升通信系統(tǒng)的可維護性，盡可能減少外界因素對其產(chǎn)生的不良影響。智能用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)對各類運行環(huán)境具備較強的適應(yīng)性，防止其實際運行受到外在環(huán)境的不良影響，提升信息采集的穩(wěn)定性與安全性。

4 智能用電信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢

目前，為了更好地應(yīng)對各項挑戰(zhàn)，電力公司需要積極創(chuàng)新信息技術(shù)，不斷優(yōu)化現(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)用電信息采集系統(tǒng)整體架構(gòu)、應(yīng)用性能、服務(wù)范圍、數(shù)據(jù)處理效率以及系統(tǒng)迭代速度的提升[7]。

（1）系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求。系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求主要涉及到基礎(chǔ)應(yīng)用、新型應(yīng)用以及其他專業(yè)應(yīng)用。基礎(chǔ)應(yīng)用方面，支持傳統(tǒng)用電采集系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)功能，滿足各種基礎(chǔ)功能需求，如抄表、負荷管理及線損分析等；新型應(yīng)用方面，能夠進行海量數(shù)據(jù)的采集分析，對數(shù)據(jù)價值進行深入挖掘，形成新的用能服務(wù)方式；其他專業(yè)應(yīng)用方面，可滿足其他專業(yè)管理對用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求。

（2）系統(tǒng)能力要求。新一代用電信息采集系統(tǒng)屬于客戶側(cè)用能信息采集與控制交互系統(tǒng)，具有較為強大的數(shù)據(jù)分析能力、控制交互能力以及物理通信管理能力，可以統(tǒng)一接入并管理超大規(guī)模終端設(shè)備，通過連接設(shè)備感知層實現(xiàn)信息交互。

（3）系統(tǒng)建設(shè)目標。立足信息統(tǒng)一規(guī)劃目標，通過先進互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅能為電力客戶提供良好的用能服務(wù)，還能廣泛接入用能管理裝置，實現(xiàn)實時采集、計算與交互，構(gòu)建云端協(xié)同、邊緣自治、業(yè)務(wù)雙向以及數(shù)據(jù)共享的客戶能源實時監(jiān)控系統(tǒng)，更好地滿足多專業(yè)及各領(lǐng)域業(yè)務(wù)的融通應(yīng)用要求。建設(shè)目標主要包括以下3個方面：一是實現(xiàn)百萬級或千萬級設(shè)備分鐘級采集，提升公司精益化管理水平；二是進一步提升采集數(shù)據(jù)對外服務(wù)能力，增強電網(wǎng)內(nèi)部資源共享復(fù)用；三是提升新型設(shè)備交互控制效果，滿足市場化改革環(huán)境下的客戶需求。

5 結(jié) 論

電力系統(tǒng)運行中，電表不僅屬于基礎(chǔ)設(shè)備，還屬于終端設(shè)備，對于用電計量工作的開展意義重大。積極應(yīng)用智能電表，同時充分發(fā)揮智能電表用電信息采集系統(tǒng)的應(yīng)用價值，結(jié)合電網(wǎng)實際情況科學(xué)制定負荷值和收費標準，促進電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展，助力電力公司實現(xiàn)經(jīng)濟效益與社會效益的和諧統(tǒng)一。