用電信息采集系統(tǒng)發(fā)展新趨勢

王曉峰，李庚清

（1.南京供電公司，南京 210008；2.南京新聯(lián)電子股份有限公司，南京 210008）

從智能電網(wǎng)概念的出現(xiàn)，到美國提出能源新政，再到我國提出堅強智能電網(wǎng)計劃，智能電網(wǎng)已成為全球能源界的關(guān)注焦點；用電領(lǐng)域也開始積極倡導(dǎo)智能用電，而智能用電與電力用戶關(guān)系最為緊密，且智能用電是中國堅強智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能用電建設(shè)的好壞直接關(guān)系到電網(wǎng)的能源使用效率、經(jīng)濟運行和有序用電。

為加快電力用戶用電信息自動采集系統(tǒng)建設(shè)，國家電網(wǎng)公司提出在系統(tǒng)范圍內(nèi)電力用戶實現(xiàn)“全覆蓋、全采集、全預(yù)付費”的工作目標，積極推進營銷計量、抄表、收費模式標準化建設(shè)和國家電網(wǎng)公司信息化建設(shè)，不斷提升計量、計費水平和服務(wù)能力，分階段全面實行居民階梯電價。而用電信息自動采集系統(tǒng)是國家電網(wǎng)公司SG186信息化建設(shè)的重要組成部分，是營銷計量、抄表、收費標準體系建設(shè)的重要基礎(chǔ)，從2009年起，國家電網(wǎng)公司計劃利用3～5年時間，投巨資用于各網(wǎng)省公司建立用電信息采集系統(tǒng)。用電信息采集系統(tǒng)的重要性比以往任何時候都更加突出，同時科研設(shè)計、制造廠商和各級電力公司均投入了大量的人力財力開展這方面的開發(fā)研究和工程實施工作。

1 現(xiàn)狀

長期以來我國電網(wǎng)缺電嚴重，加之“重發(fā)、輕配、不管用”的影響，從而用電系統(tǒng)建設(shè)相對比較薄弱，自動化、信息化程度不高。從計劃經(jīng)濟時代開始，隨著電力負荷控制系統(tǒng)及限電為主的負控裝置10多年的發(fā)展推廣，全國各省會、各地及市等都不同程度地建立發(fā)展了負荷控制系統(tǒng)。隨著采集功能應(yīng)用的逐步擴大，在大用戶、臺區(qū)監(jiān)測及居民抄表應(yīng)用中也部分投運了配變監(jiān)測系統(tǒng)和居民集抄系統(tǒng)。但是，由于各系統(tǒng)分別建設(shè)，沒有很好整合各種系統(tǒng)資源，主站軟件對多種信道的綜合運用能力存在不足，目前應(yīng)用的有230 MHz無線專網(wǎng)、GPRS/CDMA無線公網(wǎng)、電力線載波（PLC）等，缺乏統(tǒng)一管理，存在重復(fù)建設(shè)、信道資源利用率低等問題。同時這些系統(tǒng)各自獨立，數(shù)據(jù)沒有有效地共享，數(shù)據(jù)的應(yīng)用價值沒有充分挖掘，缺乏統(tǒng)一全面的技術(shù)標準和規(guī)范，不利于營銷信息化的進一步發(fā)展。

針對現(xiàn)狀，在國家電網(wǎng)公司主導(dǎo)下，電力行業(yè)標委會修訂了《DL/T 698電能信息采集與管理系統(tǒng)》。它系統(tǒng)規(guī)范了電能信息采集的主站、信道、終端的功能、性能，其范圍涵蓋了所有上網(wǎng)關(guān)口、變電站關(guān)口和考核、各類電力用戶、公用配變考核的所有計量點，并可構(gòu)成一個整體的從發(fā)電上網(wǎng)到用戶消費的全過程電能信息采集。從而為加快用電信息自動采集系統(tǒng)的全面發(fā)展提供了可能。

2 發(fā)展趨勢探討

2.1 用電信息系統(tǒng)建設(shè)

SG186工程要建立一體化企業(yè)級信息集成平臺，由于技術(shù)、管理體制及歷史的原因，在一個供電企業(yè)內(nèi)就存在多個自動化系統(tǒng)。各系統(tǒng)開放性差、數(shù)據(jù)交換接口不標準，數(shù)據(jù)模型不統(tǒng)一，互相之間信息不能共享，形成“信息孤島”，而目前國內(nèi)還沒有一套成熟標準去規(guī)范各廠家的產(chǎn)品，難以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的互連互換。大量用電信息數(shù)據(jù)利用率不高，各省、地市和縣一級供電企業(yè)信息也無法進行共享和互操作。為實現(xiàn)供電企業(yè)信息的共享和互操作，在電力經(jīng)營上需要有技術(shù)手段作為支持，IEC 61970協(xié)議族作為電力系統(tǒng)信息共享和應(yīng)用集成的基礎(chǔ)框架，目前還在發(fā)展完善中。其主要包括公共信息模型（CIM）和組件接口規(guī)范（CIS）2方面內(nèi)容，IEC 61970/61968系列標準為推動電力企業(yè)信息共享、解決信息孤島現(xiàn)象提供了一種可行的技術(shù)標準。尤其是IEC 61970標準在EMS系統(tǒng)的開發(fā)與建設(shè)上取得相當大的成績，對國家電網(wǎng)公司自行建設(shè)的用電信息管理主站系統(tǒng)開發(fā)具有極大的參考意義，IEC 61970支持應(yīng)用集成的組件軟件技術(shù)和中間件技術(shù)，可以以這些標準、技術(shù)和產(chǎn)品為基礎(chǔ)，在較高層次上作規(guī)劃、制定策略，從而較好地解決電力企業(yè)內(nèi)部應(yīng)用集成的問題。

另外為滿足電力市場變革和用戶管理中的抄表、用戶服務(wù)、電費、負荷/供應(yīng)管理、服務(wù)質(zhì)量、設(shè)備/系統(tǒng)檢查、數(shù)據(jù)信息和增值服務(wù)、配電系統(tǒng)自動化等方面的需求，以及為解決各系統(tǒng)的通信協(xié)議不兼容而造成的系統(tǒng)間互連、互操作困難等問題，滿足市場商務(wù)過程對計量數(shù)據(jù)的一致性、合法性、溯源性、安全性的要求，IEC TC13 WG14制定了IEC 62056系列國際標準。該標準采用對象標識、對象建模、對象訪問和服務(wù)、通信介質(zhì)接入方式等方法，從通信的角度建立儀表的接口模型，其主要可用于主站與計量設(shè)備間的通信，可完成設(shè)備級互聯(lián)互通、實現(xiàn)安全認證等功能，我們在用電系統(tǒng)建設(shè)時，除嚴格按國家電網(wǎng)公司用電信息采集系統(tǒng)指導(dǎo)意見及配套功能、技術(shù)規(guī)范執(zhí)行外，還應(yīng)采用面向?qū)ο蟮臉藴鼠w系設(shè)計理念。各級供電企業(yè)可逐步建立用電信息實時數(shù)據(jù)系統(tǒng)、電力營銷管理信息系統(tǒng)、95598系統(tǒng)等組成的完整電力營銷和服務(wù)平臺，系統(tǒng)將及時收集和全面掌握客戶用電信息，對用電負荷進行集中控制，對客戶側(cè)計量設(shè)備工作狀況進行監(jiān)視，同時又能為電力客戶提供信息服務(wù)等。

2.2 用電信息采集終端

按照電力用戶性質(zhì)和營銷業(yè)務(wù)需要，面向不同的電力用戶，需大量投運用電信息采集系統(tǒng)專變采集終端、集中抄表終端、集中器（公變采集終端）、采集器、智能電表等。

2.2.1 平臺化設(shè)計

隨著電子技術(shù)、通信技術(shù)的發(fā)展，終端設(shè)備制造商紛紛采用32位ARM9系列單片機，操作系統(tǒng)優(yōu)先采用開源的、服務(wù)支持能力強的嵌入式Linux操作系統(tǒng)，從而能充分利用Linux提供的強大的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，同時采用提供損耗平衡和掉電保護等功能的YAFFS2等文件系統(tǒng)，從而能支持USB host接口系列設(shè)備的接入。隨著用電信息采集設(shè)備功能標準化、規(guī)范化，對產(chǎn)品性能、穩(wěn)定性、可靠性也提出了更高的要求，因此客觀上要求終端軟件須實施平臺化設(shè)計，按操作系統(tǒng)層、驅(qū)動層、業(yè)務(wù)平臺層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層等多層進行嚴格分層設(shè)計，采用POSIX等標準接口來提供系列源代碼級別的C語言應(yīng)用編程接口（API），并采用嵌入式數(shù)據(jù)庫，平臺數(shù)據(jù)接口支持SQL標準操作等，通過終端軟件平臺化設(shè)計，終端軟件將具備跨平臺、易移植、規(guī)范化、可定制性、高可靠性、支持Windows仿真調(diào)試等優(yōu)越性能，從而保障終端產(chǎn)品的生產(chǎn)質(zhì)量和快速響應(yīng)能力。

當然，只有專業(yè)制造商投入大量人力、物力資源，實施終端軟件平臺開發(fā)戰(zhàn)略，在終端軟件的平臺化和產(chǎn)品化進程中，加強行業(yè)領(lǐng)域深層次分析和應(yīng)用需求的研究，采用可復(fù)用的分層構(gòu)架件化設(shè)計，構(gòu)建企業(yè)級的構(gòu)件庫，才可實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。而采用"板凳模式"進行手工作坊式開發(fā)產(chǎn)品的小企業(yè)，由于產(chǎn)品無法保證性能穩(wěn)定，市場將優(yōu)勝劣汰。

2.2.2 新通信技術(shù)應(yīng)用

信息通信技術(shù)（ICT）、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與自動化、生產(chǎn)、管理等應(yīng)用正在日益走向融合，信息通信技術(shù)是支撐智能電網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，對于用電信息采集系統(tǒng)也不例外。主要變化如下：

（1）230 MHz無線專網(wǎng)，擁有國家無委會批準專用的15對雙工頻點和10個單工頻點構(gòu)建數(shù)據(jù)通信資源，現(xiàn)在可采用新的單工/雙工自組網(wǎng)技術(shù)，支持自動中繼和路由功能，可充分利用頻點資源，擴充系統(tǒng)容量，為電力大型專變用戶提供用電信息采集和監(jiān)控等服務(wù)。

（2）目前遠程信道主要采用GPRS/CDMA和230 MHz專網(wǎng)方式，隨著3G、4G新一代公網(wǎng)通信方式的發(fā)展，會衍生基于語音、照片、數(shù)據(jù)、視頻的高速、大量數(shù)據(jù)的傳輸需求。

（3）電力系統(tǒng)接入點分散、環(huán)境復(fù)雜、接入點擴容變化大，建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)需要1套技術(shù)先進、穩(wěn)定可靠、擴展便捷、成本最優(yōu)的通信接入系統(tǒng)。EPON作為全IP化寬帶光纖接入系統(tǒng)，可以有星形、F形、一字形等多種組網(wǎng)方式，能很好滿足電力系統(tǒng)接入需求。

（4）電力線寬帶通信技術(shù)經(jīng)多年發(fā)展，技術(shù)已趨成熟，電力線寬帶抄表的實時性、遠程控制能力、網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備管理能力可大力應(yīng)用到電力用戶用電信息采集系統(tǒng)；在條件不具備的地區(qū)，可考慮用電力線低壓載波作為補償。

（5）大部分數(shù)據(jù)的采集采用基于開放標準的數(shù)字通信網(wǎng)，即基于IP的實時數(shù)據(jù)傳輸方式。多通道共用，提高通道利用率，可以和其他數(shù)據(jù)通信共用。為保證信息安全加密，用電信息采集設(shè)備特別是費控電能表考慮內(nèi)置ESRM模塊等安全芯片。

2.2.3 智能采集與維護技術(shù)

用電信息智能采集終端對大用戶專變、公變和低壓居民用戶用電信息進行自動采集，實現(xiàn)用戶側(cè)電能量、負荷數(shù)據(jù)、用電設(shè)備數(shù)據(jù)的采集及在線診斷，支持數(shù)據(jù)的遠傳。主要變化如下：

（1）專變終端和公變終端內(nèi)置交流采樣，可實現(xiàn)對用戶的防竊電監(jiān)測，另可提供相位角指示，增加本地智能判斷現(xiàn)場接線錯誤指示，如斷缺相、三相不平衡等故障告警等；可采集諧波數(shù)據(jù)，實施電能質(zhì)量監(jiān)測，必要時可提供無功補償和諧波治理方案。

（2）用電信息采集終端將提供攝像頭監(jiān)測，智能定義啟動條件，在打開表尾蓋或計量箱門時，定時拍照或視頻錄制，利用遠程信道可事件上報和文件上傳，也可提供手動拍照功能，作為工程人員是否定期到場運行維護的依據(jù)。

（3）可進行變壓器、開關(guān)、電源分配箱等設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集，有利于推進電力行業(yè)設(shè)備狀態(tài)檢修的發(fā)展；可在線進行設(shè)備故障診斷和分析，可進行終端或設(shè)備的各部件溫度、工作狀態(tài)監(jiān)測、可支持后備電池容量檢測、電臺長發(fā)保護、通信流量保護、設(shè)備故障自恢復(fù)功能等，大大提高了設(shè)備使用的安全性。

（4）用電信息采集終端可支持擴裝大容量SD卡，支持海量存儲，可采集各種數(shù)據(jù)1 min曲線，支持12個月（365天）以上的歷史數(shù)據(jù)保存，從而掌握更詳細的用戶信息，加強需求側(cè)管理，為電網(wǎng)規(guī)劃和擴容提供決策支持數(shù)據(jù)。

（5）用電信息采集終端可利用U盤本地程序升級維護和日志導(dǎo)出，不需隨身攜帶筆記本電腦，降低對工程運維人員的要求；終端可支持USB接口無線網(wǎng)卡進行遠程和本地調(diào)試維護，支持遠程空中升級，升級文件可采用高壓縮,如tar.bz2等壓縮格式的文件，終端支持遠程信道的斷點續(xù)傳，接收完升級文件并嚴格匹配后可自行對文件進行解壓縮，可進行整個應(yīng)用或模塊的程序升級，從而有利于用電信息功能的不斷拓展。

2.2.4 智能交互終端技術(shù)

對于專變用戶，一般采用主站下發(fā)控制定值，實時監(jiān)測用戶用電情況，實施本地閉環(huán)控制或遠方控制，引導(dǎo)用戶有序用電；對于三相/單相一般工商業(yè)用戶，可實施用戶定制模式下的個性化數(shù)據(jù)采集或更靈活的用戶交互模式；而對于居民用戶，智能交互終端可為電力企業(yè)和電力用戶之間的交互提供更友好、可視的交互平臺。由于分時電價和階梯電價的執(zhí)行、費控電表的推廣，對于一個智能用電家庭來說，更加經(jīng)濟的用電無疑是首要目標。用戶通過智能交互終端，隨時了解用電情況和當前電價，達到與電網(wǎng)自動交互目的。通過用戶自覺合理的用電，可減少用電費用5%甚至更多，而高峰用電量可減少10%左右。

智能交互終端通過電力線寬帶進行信息傳輸，可別提供水、電、氣3表集抄，家庭安全防范、家電控制和緊急求助，以及生活服務(wù)、物業(yè)管理、社區(qū)娛樂、用電信息等服務(wù)功能。電力網(wǎng)、信息網(wǎng)、通信網(wǎng)“三網(wǎng)合一”，電能表、水表、氣表等多表合一的市場，在未來應(yīng)該有非常廣闊的發(fā)展前景。但目前需要解決的問題非常多，如何建設(shè)合理的市場機制和有效的商業(yè)模式還有待探索。隨著信息社會的不斷發(fā)展和住宅市場消費主體的變化，住宅小區(qū)智能化建設(shè)將成為小區(qū)建設(shè)的重要內(nèi)容，從而推動了智能用電技術(shù)的不斷發(fā)展。

3 結(jié)束語

本文就國內(nèi)當前用電信息系統(tǒng)和終端發(fā)展新趨勢、新技術(shù)進行了探討，對智能電表、用戶側(cè)儲能技術(shù)、智能用電中同步測量技術(shù)等用電領(lǐng)域的未來技術(shù)作了展望。

隨著電能信息采集系統(tǒng)從面向關(guān)口、專變用戶、公用配變、低壓用戶的單一采集，轉(zhuǎn)而面向購電側(cè)、供電側(cè)、售電側(cè)的綜合性統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集的跨越式發(fā)展進程中，我們應(yīng)積極關(guān)注并著手新技術(shù)的研究和應(yīng)用，不斷進行新應(yīng)用模式和盈利模式的探索，加快用電信息采集系統(tǒng)的統(tǒng)一建設(shè)，為智能電網(wǎng)建設(shè)注入強勁的動力，從而大幅度提升用電營銷現(xiàn)代化管理水平。