計及RFID資產(chǎn)信息的臺區(qū)用戶自動識別系統(tǒng)研究

潘明明，田世明，耿俊成，吳 博

(1.中國電力科學(xué)研究院有限公司， 北京 100192； 2.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院， 鄭州 450052)

計及RFID資產(chǎn)信息的臺區(qū)用戶自動識別系統(tǒng)研究

潘明明1，田世明1，耿俊成2，吳 博2

(1.中國電力科學(xué)研究院有限公司， 北京 100192； 2.國網(wǎng)河南省電力公司電力科學(xué)研究院， 鄭州 450052)

為了提高臺區(qū)管理的智能化和精細(xì)化管理水平，設(shè)計了一種計及RFID資產(chǎn)信息的臺區(qū)用戶自動識別系統(tǒng)，利用現(xiàn)場智能傳感單元同時采集電能表計量信息與RFID資產(chǎn)信息，并通過寬帶載波與中心通信單元進(jìn)行信息交換，同時實(shí)現(xiàn)了臺區(qū)用戶的自動識別與電能表資產(chǎn)信息的采集與錄入。該系統(tǒng)可以有效提升電網(wǎng)企業(yè)的智能化和自動化水平，提高工作效率。

RFID；臺區(qū)用戶識別；電能表；載波通信；資產(chǎn)管理

電力公司對低壓電力用戶實(shí)行分臺區(qū)管理，臺區(qū)拓?fù)渥R別是電力公司實(shí)現(xiàn)營銷精益化管理并實(shí)現(xiàn)降耗減損目標(biāo)的基礎(chǔ)[1]。部分老舊小區(qū)、沿街門面的線路復(fù)雜，由于臺區(qū)信息不完善、信息更新不及時等原因，臺區(qū)的用戶資料往往不準(zhǔn)確甚至缺失，電網(wǎng)工作人員在不停電狀態(tài)下難以識別臺區(qū)的拓?fù)潢P(guān)系，這嚴(yán)重影響了國家電網(wǎng)公司提出的建設(shè)智能電網(wǎng)的進(jìn)程[2-3]。

現(xiàn)有的臺區(qū)識別技術(shù)主要采用載波通信法與脈沖電流法。載波通信法的缺陷在于受共高壓、共地、共電纜溝串線等問題的影響，載波信號可跨變壓器耦合到其他臺區(qū)，易造成臺區(qū)的誤識別[4-5]。文獻(xiàn)[6]提出了一種基于脈沖電流法的臺區(qū)用戶帶電識別裝置，但該方法需要在變壓器低壓側(cè)安裝電流互感器，安全性差，且需要工作人員對用戶逐個識別，工作量大。另外，電能表資產(chǎn)管理也是臺區(qū)管理的重要組成部分，傳統(tǒng)的資產(chǎn)信息采錄模式要經(jīng)過數(shù)據(jù)采集、整理、校驗(yàn)、錄入等環(huán)節(jié)，工作內(nèi)容繁瑣，基層班組工作壓力大。

本文提出了一種計及射頻識別(radio frequency identification，RFID)的資產(chǎn)信息的臺區(qū)用戶自動識別系統(tǒng)，該系統(tǒng)的建立同時完成了臺區(qū)識別、拓?fù)渥R別與電能表資產(chǎn)信息的自動采集與錄入，可有效提高電網(wǎng)企業(yè)的智能化水平，大大降低電網(wǎng)企業(yè)工作人員的工作量，提高工作效率。

1 臺區(qū)拓?fù)渥詣幼R別系統(tǒng)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

目前配電臺區(qū)數(shù)據(jù)在空間上電能表計量數(shù)據(jù)與電能表資產(chǎn)數(shù)據(jù)獨(dú)立采集，在時間上數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)錄入由不同業(yè)務(wù)分管人員獨(dú)立完成，工作效率低，重復(fù)勞動多。本文設(shè)計了一種含RFID資產(chǎn)信息的臺區(qū)拓?fù)渥詣幼R別系統(tǒng)，利用現(xiàn)場智能傳感單元將電能表計量數(shù)據(jù)與資產(chǎn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一采集，并對數(shù)據(jù)的采集與錄入進(jìn)行一體化運(yùn)作，利用電能表計量數(shù)據(jù)與資產(chǎn)信息共同進(jìn)行拓?fù)渥R別，提高臺區(qū)拓?fù)渥R別的準(zhǔn)確率，同時降低人工成本。

臺區(qū)用戶自動識別系統(tǒng)的原理如圖1所示。該系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成：現(xiàn)場智能傳感單元、中心通信單元和主站系統(tǒng)?，F(xiàn)場智能傳感單元就近安裝于用戶電能箱旁，原則上1個表箱安裝1個現(xiàn)場傳感單元，其可通過多種通信方式(RS485、電力載波、微功率無線)與電表箱中的所有電能表計進(jìn)行通信，并通過內(nèi)置RFID主機(jī)與粘貼在電表外殼的電子標(biāo)簽進(jìn)行通訊，讀取其設(shè)備編碼。現(xiàn)場智能傳感單元通過電力線寬帶載波通信方式將采集到的電表計量數(shù)據(jù)與電表資產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳至中心通信單元。中心通信單元安裝于變壓器低壓側(cè)，通過分析現(xiàn)場智能傳感單元的數(shù)據(jù)得到該臺區(qū)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并進(jìn)行能效分析。中心通信單元通過GPRS或以太網(wǎng)等通信網(wǎng)絡(luò)將本臺區(qū)數(shù)據(jù)上傳至主站系統(tǒng)。主站獲取到本臺區(qū)的信息后可開展設(shè)備資產(chǎn)管理、拓?fù)浞治龊湍苄Ч芾淼雀呒墤?yīng)用。

圖1 臺區(qū)用戶自動識別系統(tǒng)的原理圖

現(xiàn)場智能傳感單元是實(shí)現(xiàn)臺區(qū)設(shè)備資產(chǎn)管理、用戶用電信息采集的基本單元。該裝置的主要作用是定時采集電能表計量信息與電能表RFID電子標(biāo)簽的資產(chǎn)信息，并通過寬帶載波通信方式將已采集到的數(shù)據(jù)上傳至中心通信單元，其功能框圖如圖2所示。其中：RS485和微功率無線為下行通信模塊，負(fù)責(zé)與現(xiàn)場安裝的電表進(jìn)行通信；RFID模塊由RFID Reader與天線構(gòu)成，負(fù)責(zé)與粘貼在電能表計等電力公司資產(chǎn)設(shè)備上的RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行通信，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)管理；寬帶載波與脈沖通信為上行通信模塊，負(fù)責(zé)將核心控制器維護(hù)的現(xiàn)場資產(chǎn)管理數(shù)據(jù)上傳至中心通信單元?，F(xiàn)場智能傳感單元能記錄參數(shù)變更、資產(chǎn)數(shù)據(jù)變更等事件。

圖2 現(xiàn)場智能傳感單元功能框圖

中心通信單元是臺區(qū)用戶識別系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備。能夠通過下行信道自動抄收并存儲現(xiàn)場智能傳感單元或其他各類載波通信終端的數(shù)據(jù)；同時能通過上行信道與主站或移動終端進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，其上行信道采用公用通訊網(wǎng)，支持 GPRS等通信方式。與現(xiàn)場傳感單元相比，中心通信單元主要增加了GPRS的上行通信通道。

1.2 計及RFID資產(chǎn)信息的拓?fù)渥R別原理

RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無需人工干預(yù)，可識別高速運(yùn)動的物體并可同時識別多個標(biāo)簽[7-12]。RFID技術(shù)相對傳統(tǒng)的條形碼等技術(shù)主要有以下技術(shù)優(yōu)勢[13]:

1) 讀取方便快捷，識別距離遠(yuǎn)，可多目標(biāo)識別。

2) 使用壽命長、數(shù)據(jù)容量大。

3) 安全性高、對環(huán)境要求低。

RFID電子標(biāo)簽的內(nèi)存區(qū)包括4個部分[14]，分別為保留區(qū)(保留 區(qū))、物品標(biāo)識區(qū)(EPC 區(qū))、標(biāo)簽標(biāo)識區(qū)(TID 區(qū))和用戶數(shù)據(jù)區(qū)(用戶區(qū))。保留區(qū)用于存儲標(biāo)簽的滅活密碼和訪問密碼，滅活密碼和訪問密碼用于銷毀、讀寫標(biāo)簽時提供安全認(rèn)證，為8個字節(jié)數(shù)。物品標(biāo)識區(qū)用于存儲統(tǒng)一的計量設(shè)備編碼，不至少16個字節(jié)數(shù)。標(biāo)簽標(biāo)識區(qū)用于存儲標(biāo)簽自身的編號，該編號為全球唯一，為8個字節(jié)數(shù)。用戶數(shù)據(jù)區(qū)用于存儲計量設(shè)備的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及其相關(guān)信息，存儲的計量設(shè)備業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息采用壓縮BCD 編碼方式，不少于64位字節(jié)數(shù)。系統(tǒng)可以按照ISO 18000-6C 要求的數(shù)據(jù)幀格式進(jìn)行通信，可實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽中整個或部分EPC 區(qū)、TID 區(qū)、用戶區(qū)、保留區(qū)中的數(shù)據(jù)讀寫，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽讀寫功能。讀命令與寫命令的通信幀格式分別如表1和表2所示。

表1 讀命令通信幀格式

表2 寫命令通信幀格式

利用RFID技術(shù)讀取電能表資產(chǎn)信息，需要提前對RFID電子標(biāo)簽進(jìn)行初始化。首先，根據(jù)一定的編碼規(guī)則對每個電子標(biāo)簽生成唯一的電子編碼并將其寫入標(biāo)簽。其次，將RFID編碼與電能表的資產(chǎn)信息(如制造廠商、生產(chǎn)日期、電表類型、產(chǎn)權(quán)單位等)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，在資產(chǎn)管理系統(tǒng)中建立RFID編碼與電能表資產(chǎn)的一一對應(yīng)關(guān)系，通過現(xiàn)場智能傳感單元內(nèi)置的RFID閱讀器讀取電子標(biāo)簽的編碼信息便可讀取電能表的資產(chǎn)信息。

臺區(qū)拓?fù)渥詣幼R別功能的步驟如下：

1) 某臺區(qū)的中心通信單元向所轄現(xiàn)場智能傳感單元發(fā)出臺區(qū)識別命令。

2) 該臺區(qū)所有現(xiàn)場智能傳感單元收到此命令后發(fā)送含有其自身ID信息的載波信號。

3) 中心通信單元收到帶有現(xiàn)場智能傳感單元ID信息的載波信號后，標(biāo)記現(xiàn)場智能傳感單元所屬的臺區(qū)號并將該臺區(qū)信息上傳至主站的配網(wǎng)GIS系統(tǒng)。

4) 現(xiàn)場智能傳感單元每30 min采集一次所轄電能表箱的所有電能表計量信息和RFID資產(chǎn)信息，并上傳至中心通信單元。

5) 中心通信單元根據(jù)RFID信息統(tǒng)計各現(xiàn)場智能傳感單元所轄電能表個數(shù)和各電能表資產(chǎn)信息，并將資產(chǎn)信息打包上傳至主站，錄入電能表資產(chǎn)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)信息采集與錄入一體化運(yùn)作，提高工作效率。

6) 中心通信單元根據(jù)電能表計量信息，當(dāng)某現(xiàn)場智能傳感單元所轄電能表計量信息中至少有一個計量信息相比于前一次采集時刻發(fā)生變化時，則判斷該電能表箱上級開關(guān)為合位；當(dāng)所有計量信息相比于前一次采集時刻均無變化時，則判斷該電能表箱上級開關(guān)為分位。然后將電能表數(shù)據(jù)打包上傳至主站的用電管理系統(tǒng)。

7) 主站的用電管理系統(tǒng)對變壓器低壓側(cè)電能表計量數(shù)據(jù)與該臺區(qū)所有電能表的計量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比與歷史數(shù)據(jù)、大數(shù)據(jù)分析，判斷該臺區(qū)是否存在竊電現(xiàn)象。

總體流程如圖3所示。

圖3 計及RFID資產(chǎn)信息的用戶臺區(qū)識別流程

2 案例分析

圖4為配電臺區(qū)的結(jié)構(gòu)簡圖，本節(jié)結(jié)合此案例對臺區(qū)1的拓?fù)渥詣幼R別方法進(jìn)行詳細(xì)說明。

圖4 臺區(qū)結(jié)構(gòu)簡圖

具體步驟如下：

1) 臺區(qū)1的中心通信單元1向所轄現(xiàn)場智能傳感單元發(fā)出臺區(qū)識別命令。

2) 該臺區(qū)的現(xiàn)場智能傳感單元1、2、3收到此命令后發(fā)出含有各自ID信息的載波信號(現(xiàn)場智能傳感單元4、5因變壓器隔離無法接收此命令)。

3) 中心通信單元1接收到此3個現(xiàn)場智能傳感單元傳送的載波信號后，標(biāo)記現(xiàn)場智能傳感單元1、2、3為臺區(qū)1的用戶，并將該信息上傳至主站的配網(wǎng)GIS系統(tǒng)。

4) 現(xiàn)場智能傳感單元1、2、3定時采集所轄電能表箱1、2、3中所有電能表的計量信息和RFID資產(chǎn)信息，并上傳至中心通信單元1。

5) 中心通信單元1根據(jù)電能表的RFID信息統(tǒng)計現(xiàn)場智能傳感單元1、2、3分別所轄的電能表個數(shù)，將所有電能表的資產(chǎn)信息進(jìn)行打包并上傳至主站的資產(chǎn)管理系統(tǒng)。

6) 中心通信單元1以電能表計量信息為依據(jù)識別電能表箱上級開關(guān)的分合位。如當(dāng)現(xiàn)場智能傳感單元1所轄的所有電能表的計量信息中有一個計量信息相比于前一次采集時刻發(fā)生變化時，則判斷電能表箱1上級開關(guān)為合位；當(dāng)所有計量信息相比于前一次采集時刻均無變化時，則判斷電能表箱1的上級開關(guān)為分位。

7) 主站用電管理系統(tǒng)根據(jù)臺區(qū)1變壓器低壓側(cè)電能表的計量數(shù)據(jù)與臺區(qū)1所有下屬電能表的計量數(shù)據(jù)之和進(jìn)行對比分析，如兩者數(shù)據(jù)相差較大，則判斷該臺區(qū)存在竊電現(xiàn)象，需進(jìn)一步進(jìn)行防竊電檢查。

根據(jù)本文提出的用戶臺區(qū)識別方法，對某配電網(wǎng)5個臺區(qū)256個用戶的臺區(qū)屬性進(jìn)行識別，同時配電運(yùn)檢人員也進(jìn)行了現(xiàn)場核查，識別結(jié)果及現(xiàn)場核查對比情況如表3 所示。

表3 識別結(jié)果及現(xiàn)場核查情況

由結(jié)果可知：本文采用的用戶臺區(qū)識別方法識別正確率達(dá)到94.1%，表明此方法是切實(shí)有效的，相比于人工現(xiàn)場檢查，可大大提高工作效率。

3 結(jié)束語

本文設(shè)計了一種計及RFID資產(chǎn)信息的臺區(qū)用戶自動識別系統(tǒng)。在該系統(tǒng)中，現(xiàn)場智能傳感單元通過RFID 技術(shù)采集電能表的資產(chǎn)信息，同時通過RS485或微功率無線采集電能表的計量信息，將統(tǒng)一采集的這2種信息應(yīng)用到臺區(qū)拓?fù)渥詣幼R別與資產(chǎn)管理中。該系統(tǒng)有利于提高臺區(qū)用戶自動識別系統(tǒng)的準(zhǔn)確率，提升電網(wǎng)企業(yè)的智能化和自動化水平，提高工作效率。

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(責(zé)任編輯劉 舸)

ResearchonAutomaticUserIdentificationSystemofPowerDistributionAreaConsideringRFIDAssetInformation

PAN Mingming1， TIAN Shiming1， GENG Juncheng2, WU Bo2

(1.China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China；2.Electric Power Research Institute, State Grid Henan Electric Power Company， Zhengzhou 450052, China)

The user identification in the distribution area is of great significance for the power company to enhance the management level and improve the power supply service capability. In order to improve the intelligent and delicacy management level of the power distribution areas, this paper designs an automatic user identification system which takes the RFID asset information into account. The intelligent sensor unit is used to collect the energy meter measurement information and RFID asset information at the same time, and the information exchange is carried out through the broadband carrier and the central communication unit. As a result, the user is automatically identified and the energy meters’ asset information is acquired and input. This system can effectively improve the intelligent level of power grid enterprises and improve the work efficiency.

RFID; user identification; energy meter; carrier communication; asset information management

2017-08-11

國家電網(wǎng)公司科技項目“基于營配信息貫通的業(yè)務(wù)融合與數(shù)據(jù)共享服務(wù)技術(shù)”(YDB17201600040)

潘明明(1985—)，女，北京海淀人，博士,工程師，主要從事配電網(wǎng)運(yùn)行與控制、能源互聯(lián)網(wǎng)研究，E-mail：panmingming1@epri.sgcc.com.cn。

潘明明，田世明，耿俊成，等.計及RFID資產(chǎn)信息的臺區(qū)用戶自動識別系統(tǒng)研究[J].重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué))，2017(11):156-160.

formatPAN Mingming，TIAN Shiming，GENG Juncheng, et al.Research on Automatic User Identification System of Power Distribution Area Considering RFID Asset Information[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(11):156-160.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.11.023

TM76

A

1674-8425(2017)11-0156-05