考慮層間交互的電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鄭斌， 歐陽(yáng)柳

(國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司, 浙江， 杭州 310000)

0 引言

智能電網(wǎng)的電力營(yíng)銷(xiāo)管理已經(jīng)由最初的粗糙設(shè)計(jì)逐步向精細(xì)化和集約化管理方向發(fā)展，遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)的應(yīng)用逐漸代替了人工抄表，使所獲取的數(shù)據(jù)信息更加精準(zhǔn)，并且在一定程度上解決了由于人工抄表工作形式繁瑣造成的耗時(shí)較長(zhǎng)的問(wèn)題，使用戶(hù)的信息安全得到了保障[1]。隨著大營(yíng)銷(xiāo)體系的完善，遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為了提高電網(wǎng)企業(yè)的電費(fèi)回收效率，需要加快遠(yuǎn)程費(fèi)控的平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)供電區(qū)域信息管理的實(shí)時(shí)監(jiān)控，保障用戶(hù)的信息安全。但是電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)中所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息復(fù)雜多樣，并且同一節(jié)點(diǎn)在相鄰層中的通信路徑并不相同，不同層中的節(jié)點(diǎn)間路徑長(zhǎng)度也不相同，導(dǎo)致檢索后得到的信息雜亂且顯示格式單一，使工作人員無(wú)法準(zhǔn)確快速地查詢(xún)到所需要的數(shù)據(jù)信息，導(dǎo)致現(xiàn)有電力工程EPC流程費(fèi)控系統(tǒng)和電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)存在信息傳輸誤差較大，耗時(shí)較長(zhǎng)的問(wèn)題，為了轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的量控模式，將層間交互技術(shù)用到電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)當(dāng)中[2-4]，推廣支撐階梯電價(jià)政策，降低電網(wǎng)企業(yè)的營(yíng)銷(xiāo)成本，降低由人工干預(yù)所導(dǎo)致的數(shù)據(jù)信息獲取誤差，提高用戶(hù)滿(mǎn)意度。

遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)需要借助社區(qū)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力信息的遠(yuǎn)程監(jiān)控，該系統(tǒng)能夠掌握網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的變化規(guī)律，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的分析與監(jiān)測(cè)，及時(shí)甄別出用戶(hù)的異常行為，并向電網(wǎng)企業(yè)發(fā)出及時(shí)提醒，維護(hù)用戶(hù)的隱私安全[5-7]。通過(guò)優(yōu)化遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)，在保證用戶(hù)信息安全的基礎(chǔ)上，提高系統(tǒng)運(yùn)行效率，降低電網(wǎng)企業(yè)的營(yíng)銷(xiāo)成本。

1 電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 射頻收發(fā)電路設(shè)計(jì)

射頻收發(fā)電路是電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)組網(wǎng)的基礎(chǔ)，常用的頻段為433 MHz、315 MHz和2.4 GHz 3種，其中2.4 GHz頻段易受干擾，因此在遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中不選用該通信頻段。選擇頻率較低的通信信道，以達(dá)到減少能量衰減，降低應(yīng)用成本的目的。結(jié)合遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)的實(shí)際需求，選擇nRF905型號(hào)的射頻收發(fā)芯片，作為射頻電路的核心處理單元，圖1是具體實(shí)物圖。

圖1 nRF905型芯片實(shí)物圖

nRF905型單片射頻收發(fā)芯片根據(jù)所包含管腳間的功能差異，具體分為模式控制管腳、接地端、電源端以及天線(xiàn)、狀態(tài)輸出管腳等，具體如表1所示。

表1 nRF905芯片管腳功能劃分

芯片的工作模式主要由TX-EN、TRX-CE以及PWR-UP 3個(gè)管腳決定，在不同的節(jié)電模式及活動(dòng)模式下運(yùn)行，具體配置如表2所示。

利用SPI接口完成其與微處理器間的信息傳輸，能夠在不外加聲表面波濾波器的情況下，實(shí)現(xiàn)高信噪比的信息通信。遠(yuǎn)程通信實(shí)現(xiàn)需要借助天線(xiàn)完成，將接收到的無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，參考表3中的比較結(jié)果，選取合適的天線(xiàn)類(lèi)型。

表2 工作模式配置表

表3 常用RF天線(xiàn)性能比較

1.2 電參數(shù)計(jì)量電路設(shè)計(jì)

為了保障電參數(shù)計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，需要選擇運(yùn)算能力強(qiáng)，速度快的計(jì)量芯片，ADE7758型號(hào)芯片能夠在任意時(shí)間和環(huán)境下，完成高準(zhǔn)確度的數(shù)字信號(hào)處理任務(wù)，參考其芯片管腳的相關(guān)功能，設(shè)計(jì)如圖2所示的外部電路。

圖2 ADE7758外部電路圖

電流信號(hào)經(jīng)過(guò)前端電路的處理后，將采集獲得的各相電能，累加到與ADE7758芯片相對(duì)應(yīng)的寄存器中，借助SPI串行接口調(diào)節(jié)運(yùn)行狀態(tài)，獲取電能數(shù)據(jù)信息。

2 電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

在上述硬件的支持下，基于層間交互技術(shù)，設(shè)計(jì)電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)的軟件部分。

2.1 費(fèi)控標(biāo)準(zhǔn)管理

在進(jìn)行設(shè)計(jì)之前，首先需要按照用戶(hù)類(lèi)型的差異和用電性質(zhì)的差異，將用戶(hù)分類(lèi)并設(shè)置相應(yīng)的參數(shù)代碼，制定對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)策略：根據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果計(jì)算用戶(hù)的可用余額[11-13]；將臨界條件限額作為基準(zhǔn)值，當(dāng)其達(dá)到限額時(shí)觸發(fā)系統(tǒng)預(yù)警，停止對(duì)該用戶(hù)的供電，且費(fèi)控停電請(qǐng)求無(wú)需經(jīng)過(guò)用戶(hù)確認(rèn)，并在用戶(hù)重新充值后自動(dòng)恢復(fù)供電[14]；當(dāng)用戶(hù)的可用余額較低時(shí)，向用戶(hù)發(fā)送提醒，若該用戶(hù)的信譽(yù)度良好，則可以適當(dāng)提供一定的透支額度；電價(jià)的制定可以結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)用戶(hù)所使用的歷史電量進(jìn)行電費(fèi)折算。

分析不同用戶(hù)的用電量情況，根據(jù)各自的基本情況制定相應(yīng)的預(yù)警金額、透支限度等，按照用戶(hù)的具體需求，在固定日期為用戶(hù)發(fā)送電量的使用情況，記錄檔位變化、電費(fèi)余額等信息，為用戶(hù)定制個(gè)性化服務(wù)。

2.2 基于層間交互的傳輸組網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)劃

由于電力電網(wǎng)的自身特性，導(dǎo)致低壓電力線(xiàn)載波通信發(fā)射功率受到限制，為了增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)目煽啃裕枰噪娏€(xiàn)載波通信節(jié)點(diǎn)為基礎(chǔ)，建立分布式組網(wǎng)，快速適應(yīng)傳輸路線(xiàn)的動(dòng)態(tài)變化。通信節(jié)點(diǎn)在保證通信信息順利傳輸?shù)幕A(chǔ)上，構(gòu)建子網(wǎng)路由實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)變化，不同網(wǎng)絡(luò)層中的節(jié)點(diǎn)交互行為存在一定差異，同時(shí)也具有一定的相似性，其相似部分能夠被歸納并量化。由于網(wǎng)絡(luò)層次化特征加劇，不同層中的節(jié)點(diǎn)交互能力也有所不同。根據(jù)這一特征，挖掘通信信息的傳遞規(guī)律，測(cè)量2個(gè)集群之間共有特征的比率，若節(jié)點(diǎn)的鄰居集合為該共有特征的具體形態(tài)，則通過(guò)式(1)能夠得到2個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)間的相關(guān)性系數(shù)，

(1)

式中，z表示2個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)的共有鄰居數(shù)與2個(gè)相鄰節(jié)點(diǎn)各自鄰居數(shù)之和的比值，Γ(D1i)表示節(jié)點(diǎn)i在D1層的鄰居集合，Γ(D2i)表示節(jié)點(diǎn)i在D2層的鄰居集合。

通過(guò)式(1)可以得到節(jié)點(diǎn)間的相關(guān)性，節(jié)點(diǎn)間交互的頻繁項(xiàng)，其交互需要以信任關(guān)系作為基礎(chǔ)，將信任關(guān)系劃分為推薦信任與直接信任2種，利用服務(wù)提供節(jié)點(diǎn)與評(píng)估節(jié)點(diǎn)間的歷史交互情況，得出直接信任計(jì)算式如式(2)，

1.2.2 1H-MRS掃描參數(shù) 1H-MRS采用點(diǎn)分辨波譜(point resolved spectroscopy, PRESS)序列進(jìn)行橫斷面掃描，TR/TE 1 000 ms/144 ms，層厚10 mm，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm，矩陣18×19，激勵(lì)數(shù)1，成像時(shí)間328 s。1H-MRS結(jié)合橫斷面SE-T1WI設(shè)定感興趣區(qū)為右側(cè)基底節(jié)區(qū)，避免顱骨、腦脊液等影響[10]。定位后先進(jìn)行預(yù)掃描，當(dāng)自動(dòng)勻場(chǎng)達(dá)到半高線(xiàn)寬98%時(shí)，開(kāi)始1H-MRS掃描。

(2)

推薦信任計(jì)算用式(3)，

(3)

將式(2)與式(3)整合得到式(4)：

(4)

使β+χ=1,β,χ∈[0,1]，則能夠在不分級(jí)的情況下，仍使網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的平等性得到保障。

通過(guò)計(jì)算直接信任權(quán)重因子與推薦信任權(quán)重因子之間的關(guān)系，保障電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)中節(jié)點(diǎn)的平等性，完成傳輸組網(wǎng)結(jié)構(gòu)規(guī)劃。將系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與軟件設(shè)計(jì)進(jìn)行結(jié)合，實(shí)現(xiàn)考慮層間交互的電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

3 系統(tǒng)性能測(cè)試

為檢測(cè)層間交互技術(shù)在電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)當(dāng)中的應(yīng)用效果，設(shè)計(jì)仿真對(duì)照實(shí)驗(yàn)，測(cè)試該系統(tǒng)的實(shí)際性能，模擬遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程，與電力工程EPC流程費(fèi)控系統(tǒng)和電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，分析不同系統(tǒng)的差異性。將電力工程EPC流程費(fèi)控系統(tǒng)設(shè)置為對(duì)照1組，將電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)設(shè)置為對(duì)照2組，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)為實(shí)驗(yàn)組。為保證測(cè)試結(jié)果的嚴(yán)謹(jǐn)性，該實(shí)驗(yàn)在相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)施。

3.1 測(cè)試準(zhǔn)備過(guò)程

所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)平臺(tái)需要登錄，在網(wǎng)絡(luò)安全環(huán)境下，將所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)載入計(jì)算機(jī)中，連接網(wǎng)絡(luò)后登錄該系統(tǒng)的初始登錄界面：輸入用戶(hù)名、密碼以及驗(yàn)證碼后，即可成功登錄該系統(tǒng)平臺(tái)。該系統(tǒng)能夠自動(dòng)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)每家每戶(hù)的電量使用情況，經(jīng)過(guò)對(duì)終端設(shè)備運(yùn)行情況的分析后，將所獲取到的數(shù)據(jù)信息呈現(xiàn)在遠(yuǎn)程監(jiān)控終端中。若終端服務(wù)器出現(xiàn)故障，如網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定或存在其他外界影響因素時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其無(wú)法正常提供信息，則會(huì)出現(xiàn)如圖3所示的界面。

圖3 登錄失敗界面

3.2 結(jié)果對(duì)照分析

在上述實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備完成后，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，運(yùn)行所設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)，得出目標(biāo)信息的反饋結(jié)果，如圖4所示。

圖4 目標(biāo)信息反饋結(jié)果

分析圖4可知，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)借助層間交互技術(shù)，將所獲取到的信息數(shù)據(jù)的具體數(shù)值與其分布狀況相結(jié)合，將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息以折線(xiàn)形式呈現(xiàn)在遠(yuǎn)程監(jiān)控終端，并設(shè)置數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序的操作，得到該節(jié)點(diǎn)的準(zhǔn)確數(shù)值。相較于現(xiàn)有費(fèi)控系統(tǒng)將獲取到的數(shù)據(jù)信息以簡(jiǎn)單羅列的形式呈現(xiàn)在遠(yuǎn)程終端的方式，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的自動(dòng)配置，通過(guò)對(duì)用戶(hù)行為的分析與監(jiān)測(cè)，快速獲取到所需要的信息，使參數(shù)化管理更明確，保證用戶(hù)信息安全，為用戶(hù)提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。

為了驗(yàn)證所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的全面性，將信息傳輸準(zhǔn)確率作為指標(biāo)，對(duì)比不同系統(tǒng)的應(yīng)用效果，結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同系統(tǒng)信息傳輸準(zhǔn)確率對(duì)比

分析圖5可知，在信息傳輸開(kāi)始階段，由于電力營(yíng)銷(xiāo)費(fèi)控系統(tǒng)運(yùn)行頻率存在有功跳變，因此，信息傳輸準(zhǔn)確率波動(dòng)較大，而經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行后，信息傳輸準(zhǔn)確率波動(dòng)趨勢(shì)趨緩。此時(shí)，采用所設(shè)計(jì)系統(tǒng)進(jìn)行信息傳輸時(shí)，傳輸?shù)臏?zhǔn)確率始終高于對(duì)照1組和對(duì)照2組，其準(zhǔn)確率最高值接近90%，能夠滿(mǎn)足實(shí)際需求。這是由于該系統(tǒng)利用SPI接口完成其與微處理器之間的信息傳輸，能夠在不外加聲表面波濾波器的情況下，實(shí)現(xiàn)高信噪比的信息通信，降低干擾因素的影響，有效提高了信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確率。

將電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理耗時(shí)作為指標(biāo)，對(duì)比不同系統(tǒng)的應(yīng)用效果，結(jié)果如圖6所示。

圖6 不同系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理耗時(shí)對(duì)比

分析圖6可知，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)針對(duì)不同數(shù)據(jù)量的處理耗時(shí)均低于對(duì)照1組和對(duì)照2組，說(shuō)明該系統(tǒng)的時(shí)效性更強(qiáng)，能夠更快速地處理費(fèi)控系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)。這是由于該系統(tǒng)在硬件設(shè)計(jì)中選取的芯片天線(xiàn)具有效率高的優(yōu)勢(shì)，因此，提升了系統(tǒng)整體的運(yùn)行效率。

4 總結(jié)

依托于智能電網(wǎng)的建設(shè)，電力營(yíng)銷(xiāo)遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)的應(yīng)用降低了人工成本，提高了信息準(zhǔn)確度，但仍有部分不足，為此利用層間交互技術(shù)，結(jié)合原有的遠(yuǎn)程費(fèi)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)，優(yōu)化其業(yè)務(wù)架構(gòu)形式，希望上述研究能夠?yàn)殡娏ζ髽I(yè)研究提供理論依據(jù)。