面向?qū)ο蟮男滦蜆I(yè)務(wù)綜合能源計(jì)量系統(tǒng)研究

賀云隆，宋曉林，黃璐涵，李建波，徐 軍，謝海鵬

（1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司電力科學(xué)研究院，陜西 西安 710100；2.積成電子股份有限公司，山東 濟(jì)南250100；3.西安交通大學(xué)，陜西 西安 710049）

0 引言

隨著全球能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)，綜合能源成為了發(fā)展的重點(diǎn)[1]，單一的電能發(fā)展需要結(jié)合包括水、氣、熱等在內(nèi)的能源形式協(xié)調(diào)發(fā)展。而目前綜合能源計(jì)量技術(shù)尚未成熟，智能表計(jì)的終端應(yīng)用程度還不夠深入，通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架也尚未形成，給綜合能源開(kāi)發(fā)和利用帶來(lái)了一定困難。

目前，針對(duì)綜合能源調(diào)度方面的研究較多。文獻(xiàn)[2]提出了一種綜合能源一體化采集系統(tǒng)的多任務(wù)自適應(yīng)實(shí)時(shí)調(diào)度方法。文獻(xiàn)[3]針對(duì)強(qiáng)電能源計(jì)量綜合系統(tǒng)測(cè)試進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[4]設(shè)計(jì)了基于用電信息采集系統(tǒng)的一體化多表采集方案。文獻(xiàn)[5]研究了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的能源計(jì)量采集傳輸裝置。文獻(xiàn)[6]設(shè)計(jì)了支持能源計(jì)量一體化的通信模擬測(cè)試系統(tǒng)。文獻(xiàn)[7]針對(duì)水電氣多表合一數(shù)據(jù)自動(dòng)采集進(jìn)行了分析。文獻(xiàn)[8]對(duì)用電信息采集系統(tǒng)的四表合一技術(shù)進(jìn)行了研究。文獻(xiàn)[9]分析了用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。文獻(xiàn)[10]設(shè)計(jì)了水、熱、氣、電四表合一的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。文獻(xiàn)[11]針對(duì)電力用戶用電信息采集系統(tǒng)分布式彈性架構(gòu)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了分析。以上文獻(xiàn)針對(duì)多表合一的研究較多，而對(duì)綜合能源計(jì)量系統(tǒng)的研究不夠深入。

為此，針對(duì)新型綜合能源計(jì)量，本文首先說(shuō)明了電動(dòng)汽車、分布式電源以及多表合一對(duì)綜合能源計(jì)量的數(shù)據(jù)需求；然后針對(duì)面向?qū)ο蟾拍钜约懊嫦驅(qū)ο髤f(xié)議進(jìn)行了分析，針對(duì)面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)，設(shè)計(jì)了綜合能源計(jì)量的分層結(jié)構(gòu)，給出了各層的主要功能以及通信構(gòu)架；最后針對(duì)綜合能源大數(shù)據(jù)的計(jì)量特征和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)進(jìn)行了說(shuō)明。

1 新型業(yè)務(wù)對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)的需求

1.1 電動(dòng)汽車充換電業(yè)務(wù)

電動(dòng)汽車越來(lái)越多的接入電網(wǎng)充電，其充電方式可根據(jù)電流的形式不同，分為交流充電和直流充電。這兩種充電形式對(duì)電網(wǎng)計(jì)量工作都有一定的影響。電動(dòng)汽車充電功率的計(jì)量主要是有功功率計(jì)量，目前所用的裝置大部分為電子式電能表。早期的計(jì)量方法是通過(guò)將采樣得到的電壓和電流波形進(jìn)行快速傅立葉變換，從而得到相應(yīng)物理量的諧波分量的頻率和幅值，進(jìn)而通過(guò)計(jì)算得到各次諧波功率，并確定功率方向。由于快速傅立葉變換對(duì)于動(dòng)態(tài)和非穩(wěn)態(tài)的諧波或者暫態(tài)信息的分析有一定的局限性，又出現(xiàn)了對(duì)傅立葉變換的改進(jìn)算法，從而提高了計(jì)量的準(zhǔn)確性。

對(duì)于交流充電的電動(dòng)汽車，計(jì)量可以按照普通的形式進(jìn)行；而對(duì)于直流充電的電動(dòng)汽車，如果仍然按照交流計(jì)量收費(fèi)，則會(huì)產(chǎn)生一定的自身?yè)p耗成本，這會(huì)增加車主的成本支出，按照電費(fèi)結(jié)算的原則，電動(dòng)汽車直流充電時(shí)應(yīng)在計(jì)量過(guò)程中安裝相應(yīng)的表計(jì)，采用直流計(jì)費(fèi)。由于目前直流計(jì)費(fèi)設(shè)備應(yīng)用相對(duì)于交流計(jì)費(fèi)設(shè)備廣泛性較差，同時(shí)又存在相關(guān)政策和設(shè)備的缺乏，因此電動(dòng)汽車計(jì)量方面存在一定的問(wèn)題。

1.2 分布式電源接入

分布式電源通常是指包括分布式風(fēng)機(jī)、屋頂光伏、儲(chǔ)能設(shè)備等組成的小型配網(wǎng)電源。分布式發(fā)電可以滿足用戶和電網(wǎng)之間的雙向流動(dòng)，用戶同時(shí)存在購(gòu)電和售電。分布式電源一般分為并網(wǎng)運(yùn)行和微網(wǎng)孤島運(yùn)行。

目前，分布式發(fā)電模式一般為自發(fā)自用、余電上網(wǎng)和全部上網(wǎng)兩種，前者較多使用，在這種模式下，用戶只需要進(jìn)行簡(jiǎn)單的雙向計(jì)量便可以完成結(jié)算。對(duì)于計(jì)價(jià)方式，一般分為上網(wǎng)電價(jià)和凈電表計(jì)量方式兩種。對(duì)于前者，分布式電源直接并網(wǎng)在配電網(wǎng)上，無(wú)需經(jīng)過(guò)用戶電表，單獨(dú)進(jìn)行電表計(jì)量；后者則需要采用雙向計(jì)量電表計(jì)算用戶和電網(wǎng)雙向電能的總和，也就是通常使用的自發(fā)自用、余電上網(wǎng)的模式。

隨著分布式電源在配電網(wǎng)的滲透率不斷增加[12]，僅依靠計(jì)量用戶與電網(wǎng)的雙向結(jié)算電表，無(wú)法直接反映規(guī)模日益擴(kuò)大的用戶用電需求，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行雙向的獨(dú)立的電能監(jiān)測(cè)，從而為分布式發(fā)電的統(tǒng)計(jì)和監(jiān)控以及分布式電源的出力進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1.3 多表合一

多表合一是目前針對(duì)居民用戶的一項(xiàng)重點(diǎn)推進(jìn)項(xiàng)目，具體包括利用電力系統(tǒng)現(xiàn)有平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)電力、水資源、天然氣、熱力等能源的綜合計(jì)量一體化[13]。多表合一能夠有力促進(jìn)智慧能源的發(fā)展和應(yīng)用，同時(shí)也能夠?yàn)榉治鼍用裼脩舻挠媚芮闆r提供較為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)接口，從而方便進(jìn)一步對(duì)用戶側(cè)的綜合用能情況進(jìn)行管理。在公共事業(yè)領(lǐng)域，多種能源形式有不同的單位管理，在管理上沒(méi)有重合。多表合一是在原有智能電表基礎(chǔ)上的改進(jìn)和提升，將智能水表、熱力表與燃?xì)獗淼墓δ苓M(jìn)行整合，通過(guò)集中抄表和信息數(shù)據(jù)通信將多表數(shù)據(jù)傳送到統(tǒng)一的管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能化管理。多表合一不僅能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)、商業(yè)以及居民用戶的用能采集，而且能夠?qū)K端能源消耗使用習(xí)慣、能源使用結(jié)構(gòu)等方面提供有力的信息支撐。這部分系統(tǒng)是面向用戶側(cè)的綜合能源計(jì)量中的重要環(huán)節(jié)。

綜合能源系統(tǒng)與電能計(jì)量之間的關(guān)系如圖1所示。

圖1 綜合能源計(jì)量Fig.1 Integrated energy metering

2 面向?qū)ο髤f(xié)議的新興業(yè)務(wù)綜合能源計(jì)量系統(tǒng)

2.1 面向?qū)ο蟾拍?/h3>

面向?qū)ο笫怯?jì)算機(jī)編程程序設(shè)計(jì)的一種思想，計(jì)算機(jī)編程分為面向?qū)ο蠛兔嫦蜻^(guò)程兩類。面向過(guò)程是指利用計(jì)算機(jī)分析解決問(wèn)題所需要的步驟，通過(guò)調(diào)用函數(shù)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行一次解決；面向?qū)ο笫菍?wèn)題分解為各個(gè)對(duì)象，建立對(duì)象不是為了描述一個(gè)任務(wù)的完成，而是為了描述這個(gè)事物在整個(gè)解決問(wèn)題步驟中的具體行為。具體來(lái)說(shuō)，面向?qū)ο蟮乃枷胧鞘紫确治鼍唧w實(shí)體發(fā)出的動(dòng)作，對(duì)實(shí)體進(jìn)行定義，并根據(jù)其屬性和功能增加相應(yīng)的描述，最后讓實(shí)體去執(zhí)行相應(yīng)的功能和動(dòng)作。這個(gè)過(guò)程是建立在認(rèn)識(shí)方法學(xué)基礎(chǔ)上的，系統(tǒng)也就是對(duì)象和消息的組合，從而使得數(shù)據(jù)和方法有機(jī)融合為一個(gè)整體，可用于系統(tǒng)的建模，相對(duì)于面向過(guò)程程序設(shè)計(jì)，封裝性較好。

2.2 面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議

用戶用電信息的采集是計(jì)量的重要步驟，用戶用電信息的采集需要一定的通信協(xié)議，目前廣泛使用本地通信協(xié)議和遠(yuǎn)程通信協(xié)議。本地通信協(xié)議用于采集終端到智能電表的數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程通信協(xié)議用于采集終端到采集主站的數(shù)據(jù)交換。這兩類通信協(xié)議在拓展性、兼容性等方面受到一定制約。隨著電力大數(shù)據(jù)的不斷推廣應(yīng)用，電網(wǎng)呈現(xiàn)多態(tài)化運(yùn)營(yíng)模式，多表合一等采集新業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)，因此需要基于面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議來(lái)對(duì)電能的計(jì)量進(jìn)行采集。

面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議是本地通信協(xié)議和遠(yuǎn)程通信協(xié)議的融合，能夠在數(shù)據(jù)格式上進(jìn)行統(tǒng)一，有利于用戶用電信息采集和計(jì)量。面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議詳細(xì)地規(guī)定了數(shù)據(jù)交換協(xié)議的數(shù)據(jù)構(gòu)架、通信構(gòu)架、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層、接口類與對(duì)象標(biāo)識(shí)，適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多點(diǎn)共線、一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的通訊方式。由于面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議充分借鑒了傳統(tǒng)通信協(xié)議的經(jīng)驗(yàn)，融合了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC 62056采用面向?qū)ο蟮乃枷?，因此，具有較強(qiáng)的可拓展性以及靈活配置性，這就意味著能夠?qū)Χ喾N用戶類別的用電終端采集以及多表合一的智能表計(jì)有著良好的動(dòng)態(tài)管理能力。在服務(wù)形式上，面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議能夠提供鏈接、設(shè)置、讀取、操作、上報(bào)、代理等多類型服務(wù)，意味著能夠大幅增加協(xié)議一致性測(cè)試的內(nèi)容，采集范圍更加廣泛，可以適用于多環(huán)節(jié)信息采集，包括主站、終端設(shè)備、智能電表、多表合一等表計(jì)設(shè)備[14]。面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議構(gòu)架如圖2所示。

圖2 面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議構(gòu)架Fig.2 Object-oriented communication protocol architecture

2.3 基于面向?qū)ο蟮木C合能源計(jì)量構(gòu)架

利用面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議構(gòu)架，考慮電動(dòng)汽車、分布式電源以及多表合一的應(yīng)用需求，建立計(jì)量系統(tǒng)。

綜合能源計(jì)量按照其通信網(wǎng)絡(luò)可以分為4個(gè)部分：用戶戶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)、智能表計(jì)、外部通信網(wǎng)絡(luò)以及量測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。這4個(gè)部分分別涉及到通訊終端、主站和通信通道以及數(shù)據(jù)采集設(shè)備3個(gè)層面。對(duì)于綜合能源計(jì)量，用電信息的采集系統(tǒng)所面對(duì)的不僅僅是電能，采集的對(duì)象更加多樣化，采集方式需要更加靈活，采集分析效率需要更高，數(shù)據(jù)形態(tài)范圍更加廣泛。對(duì)于可能會(huì)出現(xiàn)的大量新型業(yè)務(wù)，其多樣性和不確定性對(duì)計(jì)量采集提出了更高的要求，因此該技術(shù)構(gòu)架具有安全、高效、靈活、開(kāi)放等特點(diǎn)。

綜合能源計(jì)量構(gòu)架由通信前置、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分析、后臺(tái)統(tǒng)計(jì)服務(wù)、智能分析、可視化模塊和對(duì)外接口服務(wù)6個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，如圖3所示。

圖3 面向?qū)ο蟮木C合能源計(jì)量構(gòu)架Fig.3 Structure of object oriented integrated energy metering

①前置系統(tǒng)

通信前置系統(tǒng)是多能源綜合采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)，多能源綜合采集系統(tǒng)需要采集來(lái)自不同通信信道上的多種數(shù)據(jù)，包括水、電、氣、熱等計(jì)量裝置提供的成百上千的大數(shù)據(jù)。因此，通信前置子系統(tǒng)采用彈性構(gòu)架設(shè)計(jì)，通過(guò)信息通信技術(shù)達(dá)到日均處理信息量盡可能多的目的。通信系統(tǒng)所利用的通信通道主要是各能源公司提供的專用網(wǎng)絡(luò)、光纖通信、以太網(wǎng)等。采集設(shè)備是現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量設(shè)備、采集終端的集合，主要包括多表合一表計(jì)、集中器、智能終端等設(shè)備，可以使用多種頻率的通信方式，以實(shí)現(xiàn)不同能源類別的通信。

②實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分析系統(tǒng)

實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分析系統(tǒng)主要針對(duì)各類能源信息系統(tǒng)的處理和分析，應(yīng)用流處理技術(shù)和大數(shù)據(jù)處理技術(shù)，能夠有效地分析各類能源信息數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種能源類別的運(yùn)行以及負(fù)荷預(yù)測(cè)，還能夠根據(jù)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)各種能源使用過(guò)程中的異常和故障，支撐水、電、氣、熱故障的快速排查和檢修。實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分析系統(tǒng)可以根據(jù)不同能源類別的運(yùn)行情況和統(tǒng)計(jì)時(shí)長(zhǎng)，按照不同的時(shí)間間隔進(jìn)行分類和處理。

③智能分析子系統(tǒng)

智能分析子系統(tǒng)是建立在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分析系統(tǒng)上的進(jìn)一步的優(yōu)化和分析系統(tǒng)。智能分析子系統(tǒng)能夠針對(duì)不同類別的數(shù)據(jù)，結(jié)合時(shí)間和地理位置信息雙重維度對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，建立與能源供應(yīng)商、能源設(shè)備、能源消費(fèi)者三者之間的行為分析、關(guān)系梳理等，能夠有效地幫助建立用戶側(cè)和能源供應(yīng)側(cè)的互動(dòng)，從而為制定相應(yīng)的需求側(cè)管理和設(shè)備整體運(yùn)行狀態(tài)提供決策支撐服務(wù)。

④可視化展示系統(tǒng)

可視化展示系統(tǒng)是根據(jù)不同的能源類別進(jìn)行可視化展示的分析系統(tǒng)。由于多種能源運(yùn)行數(shù)據(jù)相互融合，具有實(shí)時(shí)變化和規(guī)模龐大等特點(diǎn)，依靠傳統(tǒng)的分析方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行展示的分析效率較低，難以及時(shí)獲得有關(guān)能源使用情況的重要信息。通過(guò)可視化數(shù)據(jù)展示技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像分析處理技術(shù)，將多種類型的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成不同的圖形或圖像，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互融合和直接展示，能夠有效地分析數(shù)據(jù)的結(jié)果和數(shù)據(jù)運(yùn)行情況。

⑤對(duì)外接口服務(wù)系統(tǒng)

對(duì)外接口服務(wù)系統(tǒng)能夠建立綜合能源計(jì)量系統(tǒng)與其他市政公共業(yè)務(wù)系統(tǒng)、能源營(yíng)銷等業(yè)務(wù)的交互模型。通過(guò)與其他服務(wù)接口的連接，能夠查詢相應(yīng)的用能分析結(jié)果和用能采集情況，對(duì)外發(fā)布數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)能源計(jì)量系統(tǒng)業(yè)務(wù)的全方位融合。

⑥后臺(tái)統(tǒng)計(jì)服務(wù)

后臺(tái)統(tǒng)計(jì)服務(wù)能夠?qū)η爸孟到y(tǒng)和實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分析系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行后臺(tái)處理，從而為智能分析子系統(tǒng)提供相應(yīng)的前端數(shù)據(jù)。后臺(tái)統(tǒng)計(jì)服務(wù)需要利用相應(yīng)的高速消息中間件進(jìn)行傳輸，該中間件與通信網(wǎng)關(guān)服務(wù)器具有直接關(guān)系，因而后臺(tái)統(tǒng)計(jì)分析服務(wù)器能夠?qū)崿F(xiàn)相應(yīng)的通信、電力數(shù)據(jù)等方面的處理。

綜合能源計(jì)量系統(tǒng)能夠極大地提高各種能源的使用數(shù)據(jù)、分析和采集效率，豐富用戶體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)多種能源的綜合利用向數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)變，能夠?yàn)橄嚓P(guān)的決策機(jī)構(gòu)部門制定節(jié)能減排等措施提供有力的數(shù)據(jù)支撐。通過(guò)對(duì)各類用戶的綜合用能情況的統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)公共事業(yè)、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的能源需求，從而不斷的為資源集約化能源發(fā)展提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

2.4 綜合能源計(jì)量通信體系

以電能為例，用電信息計(jì)量系統(tǒng)的通信協(xié)議如下：主站與采集終端之間遵循Q/GDW 1376.1-2013通信協(xié)議或IEC 62056標(biāo)準(zhǔn)體系協(xié)議（IECTC13）[15]；終端與智能電能表之間遵循DL/T 645-2007通信協(xié)議。系統(tǒng)間設(shè)備通信方式如圖4所示[16]。本文綜合能源通信體系可參考進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖4 用電信息系統(tǒng)中設(shè)備的通信方式Fig.4 Communication mode of the electricity information system

數(shù)據(jù)收集和傳輸?shù)耐ㄐ徘揽梢允怯芯€網(wǎng)絡(luò)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)或者其他組合。智能表計(jì)可實(shí)現(xiàn)能源計(jì)量表與公用事業(yè)中央管控系統(tǒng)之間的雙向?qū)崟r(shí)通信。這使實(shí)用程序能夠收集間隔數(shù)據(jù)、基于時(shí)間的需求數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)中斷管理、服務(wù)中斷、服務(wù)恢復(fù)、服務(wù)質(zhì)量監(jiān)控、配電網(wǎng)絡(luò)分析、配電計(jì)劃等。近年來(lái)，高級(jí)計(jì)量構(gòu)架（AMI）不斷發(fā)展成熟并應(yīng)用。AMI中的關(guān)鍵要素是智能表計(jì)與公用事業(yè)之間的通信服務(wù)器[17]。另外，計(jì)量系統(tǒng)與物理實(shí)體之間的通信還需要依靠物聯(lián)網(wǎng)，因此物聯(lián)網(wǎng)是綜合計(jì)量通信體系中的重要內(nèi)容。

本文針對(duì)計(jì)量的分層結(jié)構(gòu)，提出如圖5所示的綜合能源計(jì)量系統(tǒng)通信構(gòu)架。

圖5 綜合能源計(jì)量系統(tǒng)通信構(gòu)架Fig.5 Communication architecture

該通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分為終端、計(jì)量系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)以及數(shù)據(jù)分析終端層。物聯(lián)網(wǎng)是數(shù)據(jù)通信的過(guò)程層，實(shí)現(xiàn)實(shí)體設(shè)備與終端的通信。物聯(lián)網(wǎng)層還包括量測(cè)網(wǎng)關(guān)和Hub，用于與計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行通信。通過(guò)該通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了用戶設(shè)備、量測(cè)表計(jì)、網(wǎng)關(guān)、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心之間的通信。

3 綜合能源計(jì)量數(shù)據(jù)特征分析及流轉(zhuǎn)

綜合能源系統(tǒng)包括的能源類別較多，在能源綜合計(jì)量過(guò)程中，不同類型能源的時(shí)間顆粒度存在一定差異，并且能源的使用形式以及本質(zhì)屬性的差異導(dǎo)致數(shù)據(jù)元素存在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等內(nèi)容的較大差異。針對(duì)電能這類實(shí)時(shí)生產(chǎn)和消耗的、不可大規(guī)模存儲(chǔ)的能源，時(shí)間采集顆粒度較小，并且采集面較廣；而對(duì)于水、氣、熱等，采集時(shí)間顆粒度較大，一般生活中的數(shù)據(jù)采集均是按月計(jì)量，每日數(shù)據(jù)的采集需求不高。綜合能源計(jì)量數(shù)據(jù)特征如圖6所示。

圖6 綜合能源計(jì)量數(shù)據(jù)特征Fig.6 Data features of mixed energy metering

綜合能源的計(jì)量與大數(shù)據(jù)、能源互聯(lián)網(wǎng)的建設(shè)十分緊密，應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)不同能源類型數(shù)據(jù)采集的頻率和采集方式。由于綜合能源計(jì)量過(guò)程中面對(duì)的是不同采集時(shí)間尺度要求、不同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)元素構(gòu)成的復(fù)合數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，因此，有必要對(duì)綜合能源計(jì)量的數(shù)據(jù)體系進(jìn)行深入研究。

綜合能源涉及到較多的數(shù)據(jù)類型和數(shù)據(jù)量，不同能源使用形式的數(shù)據(jù)采集到統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行計(jì)量時(shí)涉及到數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)。目前數(shù)據(jù)領(lǐng)域中，針對(duì)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)主要分為數(shù)據(jù)削峰、數(shù)據(jù)解耦和數(shù)據(jù)異步。數(shù)據(jù)削峰是將數(shù)據(jù)寫入和處理分開(kāi)進(jìn)行，將大量的數(shù)據(jù)寫入到計(jì)量消息隊(duì)列中，后端再根據(jù)數(shù)據(jù)的處理能力進(jìn)行進(jìn)一步分析；數(shù)據(jù)解耦是將大量的數(shù)據(jù)分解到不同的服務(wù)器中，從多個(gè)數(shù)據(jù)寫入端和數(shù)據(jù)讀取端進(jìn)行分布式處理；數(shù)據(jù)異步是指讀寫狀態(tài)的時(shí)間差異性。針對(duì)綜合能源大數(shù)據(jù)計(jì)量，在數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)過(guò)程中，可以結(jié)合不同能源的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)采取不同的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)方案，減輕數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的處理壓力，提高能源綜合計(jì)量效率和質(zhì)量。

4 系統(tǒng)仿真

以多表合一為背景，對(duì)本文所提系統(tǒng)的效率進(jìn)行測(cè)試。本文所提多表合一與傳統(tǒng)表計(jì)的功能對(duì)比如表1所示，其中√表示支持該功能。

表1 功能對(duì)比Table 1 Comparison of functions

對(duì)采集終端進(jìn)行帶載測(cè)試，結(jié)果如表2所示。另外，測(cè)試過(guò)程中，終端有功功率最大值為2.22 W，視在功率最大值為5.02 VA。

從表2可以看出，多表合一的功能和測(cè)試數(shù)據(jù)相較傳統(tǒng)表計(jì)有一定提高和改善。本文的綜合能源表計(jì)還可以推廣至電動(dòng)汽車充放電功率以及可再生能源能量交換的計(jì)量。

5 結(jié)論

本文針對(duì)面向?qū)ο蟮木C合能源計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行了分析。首先說(shuō)明了電動(dòng)汽車、分布式電源以及多表合一對(duì)綜合能源計(jì)量的數(shù)據(jù)需求；然后針對(duì)面向?qū)ο蟮母拍钜约懊嫦驅(qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議進(jìn)行了分析，針對(duì)面向?qū)ο蟮奶攸c(diǎn)，設(shè)計(jì)了綜合能源計(jì)量的分層結(jié)構(gòu)，給出了各層的主要功能以及通信構(gòu)架；最后針對(duì)綜合能源大數(shù)據(jù)的計(jì)量特征和數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)進(jìn)行了說(shuō)明。通過(guò)本文的系統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以為綜合能源計(jì)量系統(tǒng)的發(fā)展提供一定思路。