集中抄表方式電價(jià)下發(fā)方案的理論與驗(yàn)證

王剛 劉曉華 戴曉非 張樂群

摘 要：該文通過對比傳統(tǒng)電價(jià)下發(fā)與透明任務(wù)電價(jià)下發(fā)模式，詳述了透明任務(wù)模式的原理與流程。結(jié)合仿真臺區(qū)和現(xiàn)場臺區(qū)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了抄表模式電價(jià)下發(fā)方案的實(shí)際效果與理論分析完全相符，證明了透明任務(wù)模式在實(shí)際用電信息采集業(yè)務(wù)中是可行的。

關(guān)鍵詞：本地費(fèi)控表 電價(jià)下發(fā) 透明任務(wù) 抄表模式 集中器主動

中圖分類號：TM744 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）02（a）-0098-03

伴隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，生活生產(chǎn)中的電能消耗迅猛增長，給電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來了更大的考驗(yàn)。堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)[1]建設(shè)已納入國家“十二五”發(fā)展綱要，采集系統(tǒng)的進(jìn)一步建設(shè)和智能電能表的擴(kuò)大應(yīng)用是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容，只有做好這部分工作才能在電力客戶和社會層面比較好地展現(xiàn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的建設(shè)成果。

目前，各地電網(wǎng)公司著力加快電網(wǎng)建設(shè)、進(jìn)一步轉(zhuǎn)變電網(wǎng)發(fā)展方式、全面推進(jìn)特高壓電網(wǎng)和上下級電網(wǎng)協(xié)調(diào)發(fā)展，以更好地滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，保障國家能源安全，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高服務(wù)水平和電網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理水平。

當(dāng)前許多省市出現(xiàn)供電緊張局面，短期內(nèi)難以得到有效緩解，依托采集系統(tǒng)實(shí)施有序用電管理的需求越來越迫切。階梯電價(jià)政策推出后已經(jīng)得到了有關(guān)方面和市場的認(rèn)同，對采集系統(tǒng)的多功能需求進(jìn)一步增加[2]。當(dāng)前很多地區(qū)的本地費(fèi)控智能電能表[3]占智能表總量超過90%，給電價(jià)下發(fā)工作帶來了一定的困難[4]。目前用電信息采集系統(tǒng)的電價(jià)下發(fā)工作模式為終端透傳，也就是系統(tǒng)主站通過終端透明傳輸?shù)姆绞较掳l(fā)電價(jià)，從實(shí)際現(xiàn)場反饋的數(shù)據(jù)來看，此方案的下發(fā)成功率較低，耗時(shí)長且最終仍會有約30%的下發(fā)任務(wù)不成功，需要現(xiàn)場人工調(diào)試，尤其在偏遠(yuǎn)人口稀疏地區(qū)將耗費(fèi)更多的人力物力，耗時(shí)也遠(yuǎn)超自動下發(fā)[5]。

1 抄表模式與傳統(tǒng)電價(jià)下發(fā)模式的區(qū)別

全國來看電價(jià)下發(fā)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)一直在進(jìn)步[6]，各地電力公司也一直致力于更先進(jìn)的模式開發(fā)。

在分析原系統(tǒng)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)同樣是主站與智能電能表之間的通訊過程，同樣的通信信道，全國各地用電信息采集系統(tǒng)日采集成功率普遍在在95%以上，采集系統(tǒng)各通信信道的平均成功率較高，所以理論上如果采用合理的方式，電價(jià)下發(fā)完全可以達(dá)到抄表成功率的水平。

現(xiàn)有的電價(jià)下發(fā)方式的主體思路是通過系統(tǒng)主站、終端上下行模塊和智能電能表等多個(gè)環(huán)節(jié)的實(shí)時(shí)通信交互實(shí)現(xiàn)電價(jià)調(diào)整。

首先由系統(tǒng)主站下發(fā)身份認(rèn)證命令至集中器，集中器直接將認(rèn)證命令透明轉(zhuǎn)發(fā)至電能表，此時(shí)主站和集中器均進(jìn)入等待狀態(tài)。電能表的身份認(rèn)證通過后作出回應(yīng)，通過集中器逐級上報(bào)主站，若主站和集中器均在各自的超時(shí)閾值內(nèi)接收到回應(yīng)，電能表的身份相應(yīng)才是有效的（見圖1），電價(jià)下發(fā)設(shè)置此時(shí)會由主站下發(fā)至電能表。下發(fā)設(shè)置與身份認(rèn)證指令的傳輸方式一樣，也是通過集中器透明傳輸（見圖2）。同理，電能表新電價(jià)設(shè)置成功的回復(fù)也必須在各途徑設(shè)備的通信超時(shí)閾值內(nèi)接收并最終到達(dá)主站，至此一個(gè)完整的傳統(tǒng)電價(jià)下發(fā)任務(wù)成功完成?？梢姡藗鹘y(tǒng)電價(jià)下發(fā)方式是一種各設(shè)備同步的任務(wù)方式，這就對通信信道的實(shí)時(shí)性提出了很高的要求。身份認(rèn)證結(jié)果上報(bào)時(shí)的主站超時(shí)、集中器超時(shí)，設(shè)置結(jié)果上報(bào)時(shí)的主站超時(shí)、集中器超時(shí)，四者有一個(gè)發(fā)生問題此電價(jià)下發(fā)任務(wù)即告失敗。而終端上行常用的GPRS/CDMA和下行的窄帶載波信道，就其自身硬件技術(shù)而言優(yōu)勢均不在單次通信的實(shí)時(shí)性上。所以把二者放在一個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)中，其通信成功概率是各自單次通信成功率（，屬于設(shè)備故障，長期看不存在100%成功率，二者均不計(jì)算在內(nèi)）的乘積，見式（1）、式（2）。若存在采集器等其他途徑設(shè)備，相當(dāng)于增加概率乘數(shù)項(xiàng)，得到的總通信成功率會更小。

假設(shè)，即使，，那么單次任務(wù)成功率仍然只有，如此造成了有同步需求的任務(wù)在現(xiàn)有抄表構(gòu)架中不易實(shí)施。這就是原電價(jià)下發(fā)模式任務(wù)成功率僅在70%左右的最重要的技術(shù)原因之一。

可見，同步任務(wù)[7]的弊端在于：為了保證實(shí)時(shí)性，也就是等待時(shí)間不能超過途徑各設(shè)備的超時(shí)閾值，對各信道的通信質(zhì)量要求非常高，再加上各設(shè)備廠商留給路由的工作時(shí)間都不相同，實(shí)際現(xiàn)場臺區(qū)的復(fù)雜情況無法完全滿足此要求。由上面的分析可見，限制電價(jià)下發(fā)任務(wù)成功率的桎梏是各種響應(yīng)時(shí)間必須同時(shí)滿足不同的超時(shí)閾值。如果系統(tǒng)能進(jìn)行異步模式[8]改造，即集中器能夠分擔(dān)電價(jià)設(shè)置下發(fā)的部分工作將結(jié)果暫時(shí)保存在本地，終端不再等待實(shí)時(shí)的結(jié)果回復(fù)，而是間歇地主動去“詢問”集中器任務(wù)執(zhí)行結(jié)果，那么各信道的通信成功率要求會大大降低，設(shè)備可重復(fù)執(zhí)行暫時(shí)失敗的任務(wù)直至成功為止，這樣，偶發(fā)的通信失敗不便會影響電價(jià)下發(fā)的最終結(jié)果。其實(shí)，以上假設(shè)的流程和現(xiàn)有采集系統(tǒng)抄表任務(wù)的流程大致相似，基于各地用電信息采集系統(tǒng)日采集成功率普遍在95%以上，所以理論上無需改造硬件，電價(jià)下發(fā)任務(wù)也可達(dá)到此成功率。以下將此新方案稱為透明任務(wù)模式。

2 透明任務(wù)模式方案與分析

基于抄表模式對電價(jià)下發(fā)工作的啟示，電力公司組織相關(guān)的設(shè)備軟硬件廠家針對Q/GDW 1376.1-2013擴(kuò)充了透明任務(wù)協(xié)議，開發(fā)集中器透明任務(wù)模式電價(jià)下發(fā)程序和主站程序功能模塊，對主要廠家的集中器程序進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范檢測和實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證。最終確定的方案流程為：

（1）主站將電價(jià)下發(fā)身份認(rèn)證批量下發(fā)到集中器中，在集中器中建立透明任務(wù)隊(duì)列。

（2）集中器對臺區(qū)電能表循環(huán)執(zhí)行身份驗(yàn)證，將通過身份驗(yàn)證的電能表號回報(bào)主站，無需在意任務(wù)隊(duì)列順序，先通過認(rèn)證的先設(shè)置，后通過的后設(shè)置，直到滿足身份認(rèn)證的電能表全部通過或身份認(rèn)證過期。

（3）主站根據(jù)身份認(rèn)證結(jié)果批量下發(fā)電價(jià)設(shè)置至集中器，由集中器自行多輪次執(zhí)行對電能表的電價(jià)設(shè)置，直到成功為止，流程與集中器抄表完全相同。

（4）為避免超時(shí)機(jī)制，主站不再等待集中器上報(bào)執(zhí)行結(jié)果，而是主動召測任務(wù)執(zhí)行結(jié)果，確認(rèn)完成電價(jià)下發(fā)任務(wù)。

原電價(jià)下發(fā)模式中是采集主站發(fā)起，集中器僅透傳數(shù)據(jù)。透明任務(wù)方案中的任務(wù)直接發(fā)起方為集中器，將主站和電能表之間的交互由同步轉(zhuǎn)化為異步，提高了通信效率，降低主站占用時(shí)間。在整個(gè)透明任務(wù)流程中僅身份認(rèn)證存在有效期，這避免了任務(wù)無限制的等待，也統(tǒng)一了整個(gè)系統(tǒng)的超時(shí)閾值，避免了不同廠家的路由超時(shí)時(shí)間不同而造成的麻煩。不同電能表的下發(fā)任務(wù)采用優(yōu)先級策略，不影響日常采集，且透明電價(jià)下發(fā)任務(wù)可以多輪次執(zhí)行，理論上可成功將電價(jià)下發(fā)至所有滿足身份認(rèn)證的電能表。透明任務(wù)模式中相對傳統(tǒng)模式路由發(fā)揮了最大限度的作用，把電價(jià)下發(fā)任務(wù)轉(zhuǎn)變?yōu)轭愃瞥砣蝿?wù)執(zhí)行。由現(xiàn)場臺區(qū)驗(yàn)證證明電價(jià)下發(fā)的成功率顯著提升，達(dá)到了抄表成功率的水平，下面該文將詳述臺區(qū)驗(yàn)證結(jié)果。

3 透明任務(wù)模式電價(jià)下發(fā)臺區(qū)驗(yàn)證

3.1 電科院仿真臺區(qū)驗(yàn)證

在電科院計(jì)量中心仿真實(shí)驗(yàn)室第一臺區(qū)，采用青島鼎信集中器及11個(gè)廠家的96只智能電能表進(jìn)行電價(jià)下發(fā)測試，載波通信方案位鼎信方案，測試結(jié)果見表1。

由計(jì)量中心質(zhì)檢部人員在實(shí)驗(yàn)室通過掌機(jī)讀取和人工核對的方式對仿真臺區(qū)的電價(jià)下發(fā)結(jié)果進(jìn)行了核對，確認(rèn)電價(jià)下發(fā)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可靠。

通過結(jié)果分析，失敗的4塊表中1塊表為廣東中鈺的表計(jì)問題，另外3塊表電價(jià)參數(shù)下發(fā)成功，但電能表未能根據(jù)下發(fā)的電價(jià)切換時(shí)間進(jìn)行兩套費(fèi)率電價(jià)的自動切換，原因?yàn)殡娔鼙淼臅r(shí)鐘錯誤，在更正電能表時(shí)鐘后費(fèi)率電價(jià)切換成功。所以最終僅1塊電表未成功且是表計(jì)自身問題與下發(fā)模式無關(guān)，最終的成功率為95/96=98.96%，可見透明任務(wù)電價(jià)下發(fā)模式在仿真臺區(qū)表現(xiàn)良好。

3.2 現(xiàn)場臺區(qū)驗(yàn)證

烏魯木齊米東供電所“西工新村011（650131690）”臺區(qū)，臺區(qū)使用鼎信載波方案，共有15個(gè)表廠的485只電能表，其中本地費(fèi)控表325只，實(shí)驗(yàn)前一日的抄表成功率位95.69%。此臺區(qū)為典型的城鄉(xiāng)結(jié)合部區(qū)，臺區(qū)拓?fù)鋸?fù)雜，最長分支線路超過1 000 m，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。通過采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程召測，并與米東供電公司人員現(xiàn)場核查（共核查242只）確認(rèn)本次電價(jià)下發(fā)的結(jié)果全部正確。

該次實(shí)驗(yàn)僅選用311塊抄表成功的本地費(fèi)控表，其中10塊電能表下發(fā)任務(wù)失敗。經(jīng)測試人員分析，發(fā)現(xiàn)7只電能表本身并不支持遠(yuǎn)程電價(jià)下發(fā)，應(yīng)從測試基數(shù)中排出。另有2只表通信失敗，1只表身份認(rèn)證失敗，所以最終修正的電價(jià)下發(fā)成功率為301/（311-7）=99.01%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合該文的理論分析，現(xiàn)場電價(jià)下發(fā)成功率與抄表成功率相當(dāng)。

4 結(jié)語

以透明任務(wù)模式進(jìn)行本地費(fèi)控電能表的電價(jià)下發(fā)工作，從理論上避免了傳統(tǒng)電價(jià)下發(fā)模式的同步性對信道高實(shí)時(shí)性的要求，仿真臺區(qū)與現(xiàn)場臺區(qū)實(shí)驗(yàn)證明此方法確實(shí)提高了電價(jià)下發(fā)成功率。透明任務(wù)模式提高了采集系統(tǒng)對不同廠家終端的兼容性，去除了不同設(shè)備不同的超時(shí)設(shè)置對任務(wù)的影響，解決了設(shè)備因兼容性問題帶來的頻繁升級問題。此外，此方法無需進(jìn)行新的硬件投入，需要升級集中器與系統(tǒng)主站軟件即可，改造成本相對較小。依托于高成功率的電價(jià)下發(fā)模式，電力公司可以更方便的拓展其他業(yè)務(wù)，如電能表時(shí)鐘修改、剩余金額調(diào)整等任務(wù)均可按照透明任務(wù)的方式執(zhí)行，為將來堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的進(jìn)一步建設(shè)提供了更豐富的可能性。

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