智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)的補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)

劉瑞+李濤+龔桃榮

摘要：基于目前的用電信息采集系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)及通信組網(wǎng)方式分析，對(duì)比幾種通信模式的優(yōu)缺點(diǎn)，總結(jié)用電信息采集系統(tǒng)平均采集率偏低的原因。文章提出了智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)中的補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)于智能家居產(chǎn)品可能帶來(lái)的技術(shù)變革和如何通過(guò)PLC抄表及數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了介紹。同時(shí)描述了分項(xiàng)計(jì)量、隨器計(jì)量結(jié)合負(fù)荷識(shí)別技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中的深入應(yīng)用，重點(diǎn)對(duì)于智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)中未來(lái)應(yīng)用前景進(jìn)行了詳細(xì)分析，結(jié)合單一電器精準(zhǔn)計(jì)量實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)控和數(shù)據(jù)分析挖掘?？墒褂秒娦畔⒉杉到y(tǒng)利用該技術(shù)獲得更多技術(shù)支持和數(shù)據(jù)支撐，為高精度的用電信息采集奠定了基礎(chǔ)條件，形成電網(wǎng)與用戶互惠互利的新局面。

關(guān)鍵詞：用電信息采集系統(tǒng)；智能插座；電力線載波；抄表；分項(xiàng)計(jì)量；負(fù)荷識(shí)別。

0 引言

用電信息采集系統(tǒng)是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，為智能用電服務(wù)提供業(yè)務(wù)支撐[1]，依托各類現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量采集終端，實(shí)現(xiàn)電力用戶的“全采集、全覆蓋、全費(fèi)控”，是智能電網(wǎng)用戶用電信息重要采集渠道，也是全面實(shí)行階梯電價(jià)的技術(shù)保障[2-3]。采集成功率是用電信息采集系統(tǒng)的重要考核指標(biāo)，是其他數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)服務(wù)的基礎(chǔ)。目前現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量采集終端主要通過(guò)電力線載波、微功率無(wú)線和RS485三種方式進(jìn)行通信組網(wǎng)，但由于現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜，實(shí)際操作人員閱歷不足，仍然存在采集率偏低的問(wèn)題，據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示，我國(guó)華北某省用電信息平均采集率僅為87%，有些區(qū)域采集成功率甚至更低，仍需消耗大量人力依靠人工抄表補(bǔ)充[4]，文獻(xiàn)[4-9]對(duì)用電信息采集系統(tǒng)采集成功率偏低的問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析，主要?dú)w集為環(huán)境對(duì)通信鏈路的影響、計(jì)量采集終端故障帶來(lái)的影響、SIM卡損壞或信號(hào)覆蓋弱、無(wú)覆蓋或覆蓋不穩(wěn)定造成的通信問(wèn)題等諸類問(wèn)題，提出了增加設(shè)備消除裝置老化和干擾、無(wú)線+有線通信結(jié)合的方式增加通信可靠性、軟件處理進(jìn)行甄別補(bǔ)遺、增加無(wú)線中繼或者功率放大器等方法，進(jìn)而提高采集成功率。但更多的是對(duì)原系統(tǒng)的查漏補(bǔ)遺，各類新興技術(shù)沒(méi)有與傳統(tǒng)業(yè)務(wù)相融合。

1 用電信息采集系統(tǒng)通信技術(shù)現(xiàn)狀分析

1.1用電信息采集系統(tǒng)通信組網(wǎng)方式

用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示，用電信息采集系統(tǒng)以營(yíng)銷系統(tǒng)主站為核心，省市分別部署工作站。各類集抄終端與前置采集平臺(tái)間通過(guò)光纖專網(wǎng)、230專網(wǎng)無(wú)線信道、中壓載波專網(wǎng)信道等幾種方式進(jìn)行直接通信。通過(guò)GPRS、CADMA1X等無(wú)線公網(wǎng)信道的通信方式，需要防火墻進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)隔離，保證系統(tǒng)安全。在三種專網(wǎng)的通信方式中，光纖專網(wǎng)的效果最好，無(wú)線專網(wǎng)由于受外界環(huán)境影響較大，很少采用。而各類集抄終端和終端計(jì)量設(shè)備之間的本地通信多采用RS485、微功率無(wú)線通信及PLC（電力線載波）三種方式，目前電力線載波主要以窄帶載波通信為主，正在進(jìn)行寬帶載波通信方式試點(diǎn)和應(yīng)用推廣。

1.2用電信息采集系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

目前部分地區(qū)用電信息采集抄收成功率偏低，給電力系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來(lái)極大影響。用電信息采集系統(tǒng)采集成功率偏低原因比較復(fù)雜，包括接線引起的通訊故障、人為因素造成的影響、環(huán)境因素造成的影響及集抄和終端設(shè)備故障等多種因素對(duì)采集成功率造成的影響[10]。用電信息采集系統(tǒng)采用分層部署，從頂端至終端采用不同鏈路組網(wǎng)，尤其是終端設(shè)備的通信組網(wǎng)方式，采用RS485、微功率無(wú)線、電力線載波及多種混合通信模式，各類通信方式存在不同的優(yōu)缺點(diǎn)，優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。

表1 用電信息采集系統(tǒng)中各類抄表通信方式對(duì)比表[11-12]

由于終端數(shù)量龐大，安裝環(huán)境復(fù)雜多變，部分依靠無(wú)線通信的終端附近信號(hào)弱，依靠有線通信的終端環(huán)境干擾大或線路損壞，導(dǎo)致總體抄收成功率不高，尤其適用窄帶電力線載波通信的計(jì)量終端，抄收成功率相對(duì)較低。

2 智能家居產(chǎn)品迅猛發(fā)展帶來(lái)的技術(shù)更新

2.1智能家居產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀

隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展對(duì)人們生活帶來(lái)的劇烈變革，讓人們看到了智能技術(shù)給生活帶來(lái)的便捷性，智能家居產(chǎn)品呈指數(shù)爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，智能家居產(chǎn)品已逐步從家居控制、娛樂(lè)延伸到智能樓宇、智能辦公等應(yīng)用場(chǎng)景。在未來(lái)幾年時(shí)間里，其市場(chǎng)的發(fā)展前景十分廣闊。

智能家居產(chǎn)品仍處于初級(jí)階段，主要以云端服務(wù)器為核心，通過(guò)路由器或直連的方式，將終端設(shè)備連接至云端服務(wù)器，通過(guò)手機(jī)APP客戶端實(shí)現(xiàn)控制，如圖2所示。智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于家庭用電設(shè)備的監(jiān)視和操控，使生活更舒適，用電設(shè)備使用更便捷。

2.2智能家居產(chǎn)品可能帶來(lái)的電力變革

在家庭及建筑類能耗中，夏季主要以空調(diào)用電為主，空調(diào)的大量使用，極大增加了電力負(fù)荷。由于用戶對(duì)于溫度調(diào)控不合理的空調(diào)使用習(xí)慣造成了大量能源浪費(fèi)，應(yīng)以技術(shù)手段引入監(jiān)管，降低能耗。而冬季，為了減少環(huán)境污染，政府在大力推廣“以電代煤”，利用電能采暖，從而減少冬季污染物排放。同等的階梯電價(jià)和分時(shí)電價(jià)對(duì)“以電代煤”用戶也是不合理的，為了鼓勵(lì)用戶參與“以電代煤”，應(yīng)合理監(jiān)控、降低收費(fèi)。

電力分項(xiàng)計(jì)量即是對(duì)低壓配電柜內(nèi)各回路進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量，可與隨器計(jì)量技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的計(jì)量管理。從而利用經(jīng)濟(jì)手段，培養(yǎng)用戶合理用電習(xí)慣。在夏季高峰利用經(jīng)濟(jì)手段迫使用戶調(diào)高空調(diào)溫度，降低用電負(fù)荷。在冬季，通過(guò)家居產(chǎn)品進(jìn)行采暖電器單獨(dú)計(jì)量、單獨(dú)收費(fèi)，減少用戶電費(fèi)支出，鼓勵(lì)用戶電采暖，節(jié)能減排。

用電器電力負(fù)荷識(shí)別技術(shù)，通過(guò)電壓、電流、諧波等用電參數(shù)分析用電器用電行為，識(shí)別電器類型，并提供用電器異常監(jiān)控，為用電器壽命預(yù)估提供技術(shù)支撐。電力負(fù)荷識(shí)別技術(shù)為分項(xiàng)計(jì)量提供了更高級(jí)的技術(shù)手段，通過(guò)負(fù)荷識(shí)別實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)電器監(jiān)控，防止瞞報(bào)電量及騙取補(bǔ)貼等行為。

隨著智能家居產(chǎn)品的快速崛起，產(chǎn)品成本也在急劇下降，智能家居不再是奢侈品，已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶。一個(gè)小小的插座，即可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)電器的智能控制，降低產(chǎn)品待機(jī)功耗及不必要的能源浪費(fèi)。目前已有部分智能家居運(yùn)營(yíng)商通過(guò)各種投資方獲得部分資金，通過(guò)峰谷調(diào)節(jié)對(duì)錯(cuò)峰用電用戶進(jìn)行補(bǔ)貼。

3 智能家居產(chǎn)品為用電信息采集系統(tǒng)的補(bǔ)充

3.1智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)中的補(bǔ)充應(yīng)用

智能家居產(chǎn)品基于家庭公網(wǎng)信道進(jìn)行信息傳輸，一般是通過(guò)家庭路由器連接公網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、帶寬高。將PLC（電力線載波）通信技術(shù)與智能家居產(chǎn)品相結(jié)合，智能家居產(chǎn)品植入PLC通信模塊后，利用家庭內(nèi)部電路與電表通信，采集電表數(shù)據(jù)，通過(guò)公網(wǎng)信道傳至前置采集平臺(tái)。如圖3所示。

智能家居產(chǎn)品通過(guò)PLC通信采集計(jì)量設(shè)備信息，是對(duì)既有用電信息采集系統(tǒng)的補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)。由于智能家居產(chǎn)品與家庭或者樓宇內(nèi)計(jì)量設(shè)備距離近，除空開(kāi)外無(wú)其它變壓器類設(shè)備連接，通信鏈路良好，采集成功率較高。到前置采集平臺(tái)剔除用電信息采集系統(tǒng)已采數(shù)據(jù)，對(duì)采集未成功數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充，完成用電信息采集系統(tǒng)補(bǔ)缺工作，提升采集成功率。

3.2智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)中的前景分析

隨著智能家居產(chǎn)品的快速推廣，為分項(xiàng)計(jì)量和隨器計(jì)量提供了環(huán)境基礎(chǔ)。在下一代用電信息采集系統(tǒng)中可能就不再是使用電表作為入戶表進(jìn)行整體計(jì)量，可利用分項(xiàng)計(jì)量實(shí)現(xiàn)大負(fù)荷電器的計(jì)量和峰谷調(diào)節(jié)，利用隨器計(jì)量實(shí)現(xiàn)單一電器精準(zhǔn)收費(fèi)。而這一切隨著智能家居產(chǎn)品的推廣都變成了可能。

單一電器精準(zhǔn)計(jì)量是大勢(shì)所趨，同時(shí)也是電力負(fù)荷調(diào)整的技術(shù)基礎(chǔ)。家庭電器品種繁多，有些是屬于不可調(diào)控的，譬如冰箱、洗衣機(jī)、電燈等，需硬性使用；有些是屬于高負(fù)荷但又柔性可控的，譬如空調(diào)、熱水器、電暖氣等，該類負(fù)荷很大，但也有很大的柔性負(fù)荷調(diào)整空間，易于被電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度。而之前由于電器設(shè)備并未連網(wǎng)，無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。智能家居為既有的用電信息采集系統(tǒng)提供了補(bǔ)充，為未來(lái)的用電信息采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了向下延伸。

柔性負(fù)荷的調(diào)控可通過(guò)費(fèi)率手段實(shí)現(xiàn)。費(fèi)率手段包括增高費(fèi)率、降低費(fèi)率及節(jié)能補(bǔ)貼等多種方式。譬如夏季高峰負(fù)荷，就可以調(diào)高空調(diào)用電費(fèi)率，規(guī)范用戶使用習(xí)慣，降低能耗；冬季可以降低“以電代煤”家庭電采暖費(fèi)率，鼓勵(lì)用戶通過(guò)電暖氣采暖，降低煤排放；也可以通過(guò)峰谷，在谷電時(shí)鼓勵(lì)用戶用電，給與一定的節(jié)能補(bǔ)貼，避免多發(fā)電造成的浪費(fèi)。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代，基于智能家居的采集系統(tǒng)，可以為用電行為分析提供更好數(shù)據(jù)支撐?；谇Ъ胰f(wàn)戶的用電信息大數(shù)據(jù)分析，可以對(duì)各種用電問(wèn)題進(jìn)行提前告警，譬如根據(jù)各年歷史數(shù)據(jù)，分析當(dāng)年用電高峰及年用電需求量，可以與分布式電力負(fù)荷調(diào)控系統(tǒng)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)柔性調(diào)整，在電網(wǎng)發(fā)生意外的情況下，可以有效削減空調(diào)、熱水器等柔性負(fù)荷，減輕電網(wǎng)壓力，而又保證基本民生用電。

4 結(jié)語(yǔ)

電力系統(tǒng)正在實(shí)現(xiàn)逐步放開(kāi)，售電領(lǐng)域已經(jīng)允許第三方資本介入，成立售電公司。而在光伏領(lǐng)域，更是鼓勵(lì)民眾利用屋頂光伏發(fā)電，電網(wǎng)回收發(fā)電電量，有效利用民間資源。所以，電力系統(tǒng)將是一個(gè)逐步放開(kāi)的生態(tài)系統(tǒng)，更多的社會(huì)資源和新興技術(shù)將被吸納，在下一代用電信息采集系統(tǒng)中必然會(huì)引入更為精準(zhǔn)的負(fù)控技術(shù)和數(shù)據(jù)分析、挖掘技術(shù)。智能家居產(chǎn)品目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)和大多數(shù)電器捆綁或者隨器計(jì)量，為高精度的用電信息采集奠定了基礎(chǔ)條件，再與分布式電力調(diào)荷系統(tǒng)相結(jié)合，必將快速實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)和柔性調(diào)整，形成電網(wǎng)與用戶互惠互利的新局面。

參考文獻(xiàn)：

[1]毛永泉，周子冠，宋彥斌，等.基于LTE-230MHz無(wú)線專網(wǎng)的用電信息采集技術(shù)研究[J].供用電，2015，（12）：01-07.

[2]劉永波，孫永明，武延年，等.用電信息采集系統(tǒng)通信技術(shù)發(fā)展方向的探討[J].供用電，2014，（8）：41-44.

[3]劉慶揚(yáng)，林大朋，何業(yè)慎，等.中頻電力線寬帶通信在用電信息采集系統(tǒng)的應(yīng)用研究[J].供用電，2014，（8）：28-33.

[4]沈毅達(dá).用電信息采集系統(tǒng)采集率問(wèn)題及對(duì)策研究[J].企業(yè)技術(shù)開(kāi)發(fā)，2015，（35）：72-73.

[5]黃太陽(yáng)，何志祥，林娜.用電信息采集信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及管理研究[J].科技廣場(chǎng)，2015，（6）：112-116.

[6]夏澤舉.用電信息采集現(xiàn)場(chǎng)異常處置系統(tǒng)研究[J].低碳世界，2015，（36）：34-35.

[7]王戰(zhàn)友，趙耀培.用電信息采集系統(tǒng)中數(shù)據(jù)甄別與補(bǔ)遺處理研究[J].信息通信，2015，（11）：34-36.

[8]劉剛，孫志銳，艾玲梅，等.無(wú)線網(wǎng)絡(luò)智能通在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2016，（7）：93-93.

[9]孫會(huì)立，祝賀，馬殿池.無(wú)線RS485中繼器用電信息采集系統(tǒng)中應(yīng)用探索[J].電子測(cè)試，2016，（2）：12-13.

[10]曹英華.分析影響用電信息采集系統(tǒng)采集成功率的原因[J].通訊世界，2015，（15）：172-173.

[11]路志剛.用電信息采集系統(tǒng)通訊信道建設(shè)和研究[J].通訊世界，2014，（17）：84-85.

[12]李博.基于載波技術(shù)的用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2014.

作者簡(jiǎn)介：

劉瑞（1984—），男，碩士，工程師，主要從事用電節(jié)能、智能用電等方面的工作。

李濤（1979—），男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事智能用電、能源互聯(lián)網(wǎng)等方面的工作。

龔桃榮（1982—），女，博士，高級(jí)工程師，主要從事用電節(jié)能、能源互聯(lián)網(wǎng)等方面的工作。