智能用電信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉 欣，張少波，陳 亮

（深圳市國(guó)電科技通信有限公司，廣東 深圳 518109）

0 引 言

電力行業(yè)用電信息以往均是通過人工抄表的方式采集，這種方式通常會(huì)耗費(fèi)較多的人力與物力，準(zhǔn)確率和工作效率不高，還會(huì)涉及到較為復(fù)雜的統(tǒng)計(jì)工作，對(duì)電力企業(yè)管理水平的提升及快速發(fā)展產(chǎn)生了較大阻礙[1]。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，電氣企業(yè)需要積極引入先進(jìn)的技術(shù)手段，加大對(duì)智能化系統(tǒng)的研究力度，通過在用電信息采集工作中應(yīng)用智能用電信息采集系統(tǒng)，提升工作效率，減少人工成本支出，使信息采集更加高效、準(zhǔn)確，提升電力行業(yè)智能化水平。

對(duì)于用電信息采集系統(tǒng)而言，其實(shí)際工作環(huán)節(jié)是在信息采集裝置的應(yīng)用下對(duì)各節(jié)點(diǎn)用電信息進(jìn)行采集，得到采集信息數(shù)據(jù)后利用通電線路將其傳送至相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而進(jìn)行信息的儲(chǔ)存。同時(shí)，能夠在信息庫(kù)中實(shí)現(xiàn)用電信息的查閱、分析及處理。此外，還可以對(duì)各節(jié)點(diǎn)用電情況實(shí)現(xiàn)智能化監(jiān)測(cè)，詳細(xì)記錄各節(jié)點(diǎn)的重要信息，如線路信息、用戶信息、供電質(zhì)量信息以及用電量信息等，從而有效管理用電量，提高用電管理決策水平，減少供電管理成本[2]。

1 用電信息采集系統(tǒng)現(xiàn)狀

國(guó)家電網(wǎng)有限公司于2008年開始全面推動(dòng)計(jì)量、抄表和收費(fèi)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)工作，2009年啟動(dòng)用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)，2010年用電信息采集系統(tǒng)得以全面推廣應(yīng)用。目前，用電信息采集系統(tǒng)在全國(guó)27個(gè)地區(qū)運(yùn)行穩(wěn)定。用電信息采集系統(tǒng)具備較多功能，包括采集電力用戶的用電信息、處理分析用電信息以及對(duì)用電信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。同時(shí)，系統(tǒng)為電力營(yíng)銷、運(yùn)行監(jiān)測(cè)等專業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐服務(wù)。

電能表接入方面，國(guó)家電網(wǎng)有限公司累計(jì)實(shí)現(xiàn)用電信息采集接入超過4億戶，整體采集覆蓋率超99%。終端設(shè)備接入方面，國(guó)網(wǎng)公司范圍內(nèi)累計(jì)完成超1 500萬只終端安裝接入，其中專變終端約500萬只、集中器約1 000萬臺(tái)。

2 智能用電信息采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

智能用電信息采集系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示，主要包含業(yè)務(wù)服務(wù)、人工智能（Artificial Intelligence，AI）服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)以及物管服務(wù)，同時(shí)擁有獨(dú)立的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存平臺(tái)，能夠采集、儲(chǔ)存低壓集中器、負(fù)控終端、采集器等終端中的信息。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

2.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

在系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)方面，需要達(dá)到精準(zhǔn)感知、統(tǒng)一物聯(lián)的目標(biāo)，并且還應(yīng)做到邊緣智能、開放共享。選擇微服務(wù)技術(shù)框架，構(gòu)建AI中臺(tái)、數(shù)據(jù)中臺(tái)、物聯(lián)管理平臺(tái)及業(yè)務(wù)中臺(tái)，能夠滿足各類采集終端接入需求，具備較強(qiáng)的安全性和可靠性，實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)的良好融合與應(yīng)用。系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

2.3 系統(tǒng)主要功能

（1）數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集功能主要涉及到3個(gè)部分，分別是配置采集任務(wù)、執(zhí)行采集任務(wù)以及統(tǒng)計(jì)采集任務(wù)執(zhí)行結(jié)果。實(shí)際運(yùn)行環(huán)節(jié)，系統(tǒng)能夠進(jìn)行采集任務(wù)編制，生成采集列隊(duì)，對(duì)采集任務(wù)進(jìn)行調(diào)度管理，并且可以詳細(xì)分析采集任務(wù)的執(zhí)行結(jié)果。若存在采集失敗的任務(wù)，還能進(jìn)行補(bǔ)采。開設(shè)多種線上服務(wù)渠道，如微信公眾號(hào)、掌上電力小程序等，精準(zhǔn)感知用戶負(fù)荷，還能提供多樣化服務(wù)，包括多表合一接入服務(wù)、客戶用能便捷服務(wù)以及增值服務(wù)等。

（2）設(shè)備控制。設(shè)備控制功能主要包括對(duì)任務(wù)單進(jìn)行控制管理、對(duì)設(shè)備執(zhí)行環(huán)節(jié)進(jìn)行管理以及對(duì)相關(guān)日志進(jìn)行審計(jì)控制。具體工作中，能夠進(jìn)行停電與復(fù)電工作任務(wù)單的編制，可以對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，詳細(xì)記錄并審計(jì)控制日志[3]。實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)可實(shí)現(xiàn)以下成效：一是遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表智能核算；二是主動(dòng)上報(bào)各項(xiàng)信息，如開關(guān)狀態(tài)、停電事故、需量超限以及故障告警等；三是監(jiān)測(cè)微電網(wǎng)、園區(qū)以及智慧樓宇用電情況，優(yōu)化用電管理。

（3）計(jì)量裝置在線監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)應(yīng)用中可快速采集與處理電能表數(shù)據(jù)信息，同時(shí)在采集系統(tǒng)主站通過多種技術(shù)手段科學(xué)診斷計(jì)量設(shè)備的運(yùn)行工況，進(jìn)而了解其運(yùn)行是否正常。計(jì)量裝置在線監(jiān)測(cè)功能的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)以下成效：一是對(duì)在線運(yùn)行計(jì)量裝置的狀態(tài)進(jìn)行跟蹤，提高計(jì)量管理水平；二是準(zhǔn)確判斷異常數(shù)據(jù)，提高用電信息采集系統(tǒng)管理水平；三是監(jiān)控用電異常，幫助工作人員主動(dòng)化開展反竊電管理工作；四是實(shí)現(xiàn)供電質(zhì)量薄弱環(huán)節(jié)精確定位，獲得更高的投資效益。

（4）防竊電應(yīng)用。智能用電信息采集系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量設(shè)備的運(yùn)行工況，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量設(shè)備出現(xiàn)異常后，可以獲取相應(yīng)異常信息。綜合分析采集終端采集到的電能表數(shù)據(jù)，形成計(jì)量設(shè)備異常記錄，在全面、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐下，開展高質(zhì)量的反竊電工作。結(jié)合系統(tǒng)生成的各類異常情況，主站監(jiān)控人員能夠綜合分析計(jì)量設(shè)備運(yùn)行情況，找出設(shè)備存在的問題，掌握用戶竊電線索。主站監(jiān)控人員發(fā)現(xiàn)異常事件后會(huì)做出初步分析，若異常需要去現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行確認(rèn)，應(yīng)向營(yíng)銷系統(tǒng)發(fā)送工作單，并在營(yíng)銷系統(tǒng)中發(fā)起計(jì)量裝置異常檢查流程，完成檢查工作后向采集系統(tǒng)進(jìn)行反饋。根據(jù)檢查結(jié)果，計(jì)量裝置異常檢查流程會(huì)自動(dòng)發(fā)起電量退補(bǔ)流程或故障調(diào)表流程。

（5）臺(tái)區(qū)線損分析。系統(tǒng)按照臺(tái)區(qū)考核單元構(gòu)成，對(duì)臺(tái)區(qū)售電量、供電量、線損率以及損失電量等進(jìn)行定期統(tǒng)計(jì)。利用臺(tái)區(qū)線損指標(biāo)，通過實(shí)際計(jì)算得到計(jì)劃指標(biāo)值與實(shí)際線損率之間存在的差異值，實(shí)現(xiàn)線損管理考核[4]。此外，還能有效監(jiān)測(cè)臺(tái)區(qū)線損應(yīng)用指標(biāo)。對(duì)于臺(tái)區(qū)線損監(jiān)測(cè)率而言，主要表示臺(tái)區(qū)線損可計(jì)算的低壓臺(tái)區(qū)數(shù)占已采集覆蓋的低壓臺(tái)區(qū)數(shù)的比例。對(duì)于臺(tái)區(qū)線損可正確計(jì)算率而言，表示已實(shí)現(xiàn)臺(tái)區(qū)公變計(jì)量點(diǎn)和低壓用戶采集覆蓋且臺(tái)區(qū)線損在正常范圍內(nèi)的臺(tái)區(qū)低壓用戶數(shù)占臺(tái)區(qū)低壓采集已覆蓋用戶數(shù)的比例，通過該指標(biāo)能夠綜合評(píng)價(jià)用戶臺(tái)區(qū)檔案質(zhì)量、采集質(zhì)量及全覆蓋情況。臺(tái)區(qū)線損分析功能的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)以下成效：一是通過統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可進(jìn)行臺(tái)區(qū)線損管理考核和臺(tái)區(qū)線損應(yīng)用考核；二是利用臺(tái)區(qū)線損異常數(shù)據(jù)能夠進(jìn)行其他診斷分析，主要包括采集質(zhì)量異常、用戶疑似竊電以及低壓電網(wǎng)質(zhì)量異常等。以分析結(jié)果為主要依據(jù)，制定相應(yīng)對(duì)策，做到有的放矢。

（6）配變監(jiān)測(cè)。智能用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)用中，根據(jù)系統(tǒng)采集的配變電數(shù)據(jù)進(jìn)行停電分析、電壓質(zhì)量分析、配變負(fù)載分析以及功率因數(shù)越限統(tǒng)計(jì)等。停電分析工作中，應(yīng)根據(jù)停電事件數(shù)據(jù)與負(fù)荷數(shù)據(jù)全面監(jiān)測(cè)分析用戶停電情況；電壓質(zhì)量分析工作中，可以監(jiān)測(cè)公變、專變及低壓用戶的電壓質(zhì)量；配變負(fù)載分析工作中，按照變壓器容量和配變負(fù)荷數(shù)據(jù)對(duì)負(fù)載情況進(jìn)行分析；功率因數(shù)越限統(tǒng)計(jì)工作中，主要統(tǒng)計(jì)分析用戶功率因數(shù)越限情況[5]。基于相關(guān)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，可以為各項(xiàng)業(yè)務(wù)提供準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)支持，如電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、供電質(zhì)量評(píng)價(jià)以及配網(wǎng)建設(shè)規(guī)劃等。

3 智能用電信息采集系統(tǒng)優(yōu)化方案

結(jié)合智能電網(wǎng)建設(shè)發(fā)展實(shí)際需要，通過了解現(xiàn)階段通信技術(shù)的發(fā)展情況可知，光纖通信技術(shù)屬于未來電力通信領(lǐng)域發(fā)展的重點(diǎn)。光纖通信技術(shù)涉及到較高的建設(shè)投資成本，需要進(jìn)一步加大對(duì)光纖智能電表技術(shù)規(guī)范、相應(yīng)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及運(yùn)行模式的研究力度。通過選擇成本支出少、便于維護(hù)的產(chǎn)品，能夠更好地進(jìn)行信息采集，進(jìn)一步提升服務(wù)水平。在本地信息系統(tǒng)建設(shè)中，智能用電采集系統(tǒng)具備更高的適用性。在微功率無線通信和電力線載波通信方面，為更好地發(fā)揮出應(yīng)用效果，應(yīng)明確具體的評(píng)價(jià)指標(biāo)，不斷優(yōu)化智能用電信息采集系統(tǒng)。

在智能用電信息采集系統(tǒng)的高效應(yīng)用下，需要確保信息交互的及時(shí)性，提高交互成功率，提供更加可靠、便捷的服務(wù)，最大程度上降低運(yùn)行維護(hù)工作量。對(duì)于供電企業(yè)而言，為了保證電網(wǎng)統(tǒng)計(jì)規(guī)劃與經(jīng)營(yíng)核算等工作的高效開展，需要關(guān)注用電信息的完成情況，保證及時(shí)抄讀用電信息。為了實(shí)現(xiàn)公司各項(xiàng)業(yè)務(wù)的良好開展，應(yīng)將重點(diǎn)放在通信網(wǎng)絡(luò)通信成功率與通信穩(wěn)定性上。根據(jù)現(xiàn)階段整體工作安排，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注全部計(jì)量改造工程的完成情況，盡可能簡(jiǎn)化設(shè)備安裝調(diào)試工作，通過這種方式避免受到設(shè)備技術(shù)要求提升的影響[6]。與普通的一次性工程相比，通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)環(huán)節(jié)會(huì)受到較多不良因素的影響，這種情況下應(yīng)積極制定科學(xué)的運(yùn)行維護(hù)體制，在體系支撐下進(jìn)一步提升通信系統(tǒng)的可維護(hù)性，盡可能減少外界因素對(duì)其產(chǎn)生的不良影響。智能用電信息采集系統(tǒng)應(yīng)對(duì)各類運(yùn)行環(huán)境具備較強(qiáng)的適應(yīng)性，防止其實(shí)際運(yùn)行受到外在環(huán)境的不良影響，提升信息采集的穩(wěn)定性與安全性。

4 智能用電信息系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

目前，為了更好地應(yīng)對(duì)各項(xiàng)挑戰(zhàn)，電力公司需要積極創(chuàng)新信息技術(shù)，不斷優(yōu)化現(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息采集系統(tǒng)整體架構(gòu)、應(yīng)用性能、服務(wù)范圍、數(shù)據(jù)處理效率以及系統(tǒng)迭代速度的提升[7]。

（1）系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求。系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求主要涉及到基礎(chǔ)應(yīng)用、新型應(yīng)用以及其他專業(yè)應(yīng)用。基礎(chǔ)應(yīng)用方面，支持傳統(tǒng)用電采集系統(tǒng)核心業(yè)務(wù)功能，滿足各種基礎(chǔ)功能需求，如抄表、負(fù)荷管理及線損分析等；新型應(yīng)用方面，能夠進(jìn)行海量數(shù)據(jù)的采集分析，對(duì)數(shù)據(jù)價(jià)值進(jìn)行深入挖掘，形成新的用能服務(wù)方式；其他專業(yè)應(yīng)用方面，可滿足其他專業(yè)管理對(duì)用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)應(yīng)用的需求。

（2）系統(tǒng)能力要求。新一代用電信息采集系統(tǒng)屬于客戶側(cè)用能信息采集與控制交互系統(tǒng)，具有較為強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力、控制交互能力以及物理通信管理能力，可以統(tǒng)一接入并管理超大規(guī)模終端設(shè)備，通過連接設(shè)備感知層實(shí)現(xiàn)信息交互。

（3）系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)。立足信息統(tǒng)一規(guī)劃目標(biāo)，通過先進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，不僅能為電力客戶提供良好的用能服務(wù)，還能廣泛接入用能管理裝置，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)采集、計(jì)算與交互，構(gòu)建云端協(xié)同、邊緣自治、業(yè)務(wù)雙向以及數(shù)據(jù)共享的客戶能源實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，更好地滿足多專業(yè)及各領(lǐng)域業(yè)務(wù)的融通應(yīng)用要求。建設(shè)目標(biāo)主要包括以下3個(gè)方面：一是實(shí)現(xiàn)百萬級(jí)或千萬級(jí)設(shè)備分鐘級(jí)采集，提升公司精益化管理水平；二是進(jìn)一步提升采集數(shù)據(jù)對(duì)外服務(wù)能力，增強(qiáng)電網(wǎng)內(nèi)部資源共享復(fù)用；三是提升新型設(shè)備交互控制效果，滿足市場(chǎng)化改革環(huán)境下的客戶需求。

5 結(jié) 論

電力系統(tǒng)運(yùn)行中，電表不僅屬于基礎(chǔ)設(shè)備，還屬于終端設(shè)備，對(duì)于用電計(jì)量工作的開展意義重大。積極應(yīng)用智能電表，同時(shí)充分發(fā)揮智能電表用電信息采集系統(tǒng)的應(yīng)用價(jià)值，結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際情況科學(xué)制定負(fù)荷值和收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)電網(wǎng)系統(tǒng)的智能化、現(xiàn)代化發(fā)展，助力電力公司實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益的和諧統(tǒng)一。