智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

郭小波

（國(guó)網(wǎng)陜西省電力有限公司吳起縣供電分公司，陜西 延安 717600）

0 引 言

數(shù)字化時(shí)代，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)不可或缺的一部分。智能電網(wǎng)將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)與先進(jìn)的通信和信息技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電力供需的高效協(xié)調(diào)和靈活管理，為用戶提供了更可靠、可持續(xù)和經(jīng)濟(jì)高效的電力服務(wù)[1]。作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色。

智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)電力消費(fèi)、生產(chǎn)和傳輸?shù)娜姹O(jiān)控與管理。通過(guò)高精度的數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制，電力運(yùn)營(yíng)商能夠更好地了解用戶的用電情況、電力負(fù)荷需求以及電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行狀況。這些數(shù)據(jù)為電力系統(tǒng)規(guī)劃、供需平衡和故障診斷等決策提供了寶貴的依據(jù)，同時(shí)為用戶提供了更加智能化和個(gè)性化的用電體驗(yàn)。

1 智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能需求分析

1.1 整體功能分析

為滿足社會(huì)對(duì)信息采集的高需求，實(shí)現(xiàn)電力管理的高效性和穩(wěn)定性，并確保電網(wǎng)安全的維護(hù)，智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)旨在實(shí)時(shí)監(jiān)控、采集和處理各類用電信息，以提供必要的數(shù)據(jù)支持。在建設(shè)智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí)，需要符合國(guó)家電網(wǎng)有限公司的規(guī)定并遵從相關(guān)規(guī)范要求，依據(jù)相關(guān)條例和管理規(guī)定進(jìn)行操作[2]。智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，主站層扮演著關(guān)鍵角色，其需要具備一系列基本應(yīng)用功能，如信息存儲(chǔ)、處理和收集功能等，同時(shí)應(yīng)具備擴(kuò)展應(yīng)用的能力。該系統(tǒng)的主要功能之一是滿足電費(fèi)結(jié)算的需求，并堅(jiān)持實(shí)用性原則，同時(shí)兼顧可伸縮性，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和未來(lái)3～5年相關(guān)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。文章設(shè)計(jì)的系統(tǒng)主要功能如下。

1.1.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能之一。通過(guò)傳感器和智能電表等設(shè)備，系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集電力用戶的用電數(shù)據(jù)，包括用電量、功率、電壓以及電流等關(guān)鍵信息。數(shù)據(jù)采集過(guò)程需要保證高精度和實(shí)時(shí)性，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。采集的數(shù)據(jù)可以為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析、處理和應(yīng)用提供基礎(chǔ)，為電力系統(tǒng)的運(yùn)行和管理提供關(guān)鍵支持。

1.1.2 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理功能是智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心功能之一。該功能涵蓋數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、組織和管理等方面。對(duì)于系統(tǒng)采集的大量電力數(shù)據(jù)，需要進(jìn)行有效的存儲(chǔ)和管理，包括數(shù)據(jù)備份、壓縮和安全性保障[3]。同時(shí)，數(shù)據(jù)的組織和管理需要考慮數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化和標(biāo)準(zhǔn)化，以便后續(xù)數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用。良好的數(shù)據(jù)管理能夠提高數(shù)據(jù)的可訪問(wèn)性和可用性，為電力系統(tǒng)的優(yōu)化和決策提供可靠的支撐。

1.1.3 綜合應(yīng)用

綜合應(yīng)用功能是智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的價(jià)值所在。綜合應(yīng)用涵蓋數(shù)據(jù)處理、分析和應(yīng)用的多個(gè)領(lǐng)域。系統(tǒng)可以對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗、預(yù)處理和分析，從而提取有價(jià)值的信息。分析結(jié)果可以用于電力系統(tǒng)的規(guī)劃和優(yōu)化，如電力負(fù)荷預(yù)測(cè)、能源調(diào)度和電網(wǎng)故障診斷等。此外，綜合應(yīng)用包括用戶參與和反饋的功能，系統(tǒng)能夠與用戶進(jìn)行互動(dòng)，提供實(shí)時(shí)的用電建議和優(yōu)化措施，促進(jìn)用戶節(jié)約能源和參與電力系統(tǒng)的管理。

1.2 采集終端功能分析

智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的采集終端是系統(tǒng)的重要組成部分，具備多項(xiàng)關(guān)鍵功能。采集終端承擔(dān)著數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的任務(wù)，為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)和準(zhǔn)確的電力數(shù)據(jù)。采集終端的具體功能如下。

由此看來(lái),現(xiàn)代漢語(yǔ)常用詞中,帶有借代意義的詞不僅數(shù)量多,而且意義復(fù)雜,語(yǔ)義類型繁多?！冬F(xiàn)代漢語(yǔ)詞典》對(duì)于常用詞的借代義的釋義體例和方式多種多樣,并不穩(wěn)定統(tǒng)一。這不僅不利于辭書編校體例的嚴(yán)密規(guī)范,也會(huì)給使用者理解詞義帶來(lái)不便,有的還可能造成詞義理解上的偏差。從辭書的規(guī)范性和權(quán)威性看,也迫切需要進(jìn)一步嚴(yán)格修訂和完善。

（1）數(shù)據(jù)采集功能。通過(guò)傳感器和智能電表等設(shè)備，采集終端實(shí)時(shí)獲取電力用戶的用電數(shù)據(jù)，包括用電量、功率、電壓及電流等數(shù)據(jù)信息。采集終端需要保證數(shù)據(jù)的高精度和實(shí)時(shí)性，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。

（2）數(shù)據(jù)傳輸功能。采集的電力數(shù)據(jù)需要上傳到系統(tǒng)的中央處理單元或數(shù)據(jù)管理平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)一步處理和分析。采集終端通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等）將數(shù)據(jù)傳輸指定的目標(biāo)節(jié)點(diǎn)，確保數(shù)據(jù)的安全和可靠傳輸。

2 智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括主站層、數(shù)據(jù)采集層和采集點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備，具體的智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該系統(tǒng)中，主站層充當(dāng)關(guān)鍵角色，負(fù)責(zé)管理和控制整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其通過(guò)與采集點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備的通信，實(shí)時(shí)采集用戶的用電數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性[4]。主站層還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸和管理，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚韱卧驍?shù)據(jù)管理平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)一步處理和分析。主站層的高效和穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的性能與功能至關(guān)重要。

圖1 智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集層是用戶用電信息的關(guān)鍵來(lái)源，通過(guò)不同的采集點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備實(shí)時(shí)采集用戶的電力數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集層通過(guò)遠(yuǎn)程通信信道和本地通信信道，將采集的數(shù)據(jù)上傳到主站層進(jìn)行處理和管理。數(shù)據(jù)采集層的高效工作和準(zhǔn)確采集能力對(duì)于系統(tǒng)的整體性能與數(shù)據(jù)質(zhì)量至關(guān)重要。

采集點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備是智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的重要組成部分，包括無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備、智能電表和用戶配電開關(guān)等，其任務(wù)是監(jiān)測(cè)和控制用戶用電設(shè)備。這些設(shè)備能夠與主站層和數(shù)據(jù)采集層進(jìn)行通信，提供實(shí)時(shí)的用電數(shù)據(jù)，并接收主站層的指令，從而進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。采集點(diǎn)監(jiān)控設(shè)備的高效工作和可靠性對(duì)于確保用戶用電信息的準(zhǔn)確采集以及系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。

2.2 系統(tǒng)通信技術(shù)設(shè)計(jì)

文章設(shè)計(jì)的智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信通道中，主站和采集終端通過(guò)可靠的通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該通信方式能夠確保數(shù)據(jù)的安全性和準(zhǔn)確性，為系統(tǒng)的運(yùn)行和管理提供支持[5]。通過(guò)遠(yuǎn)程通信通道，主站可以實(shí)時(shí)獲取采集終端的數(shù)據(jù)，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和處理。采集終端也可以接收主站的指令，并進(jìn)行相應(yīng)的控制操作。

遠(yuǎn)程通信通道的設(shè)計(jì)對(duì)于智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有重要意義，其能夠?qū)崿F(xiàn)主站與采集終端之間的遠(yuǎn)程連接，使數(shù)據(jù)的傳輸更加高效和便捷。同時(shí)，通過(guò)多種通信方式的組合使用，系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的環(huán)境和需求，提供靈活的通信解決方案。文章設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程通信架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 遠(yuǎn)程通信構(gòu)架

2.3 各類用戶數(shù)據(jù)采集技術(shù)

2.3.1 大型專用變壓器用戶的采集模式

通過(guò)專門設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對(duì)大型專用變壓器（以下簡(jiǎn)稱專變）用戶的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)。這些用戶往往具有較大的用電負(fù)荷和復(fù)雜的電力需求，如工業(yè)企業(yè)和商業(yè)綜合體等。為滿足其特殊需求，采集模式設(shè)計(jì)采用了專門的采集設(shè)備和通信方案。

采集模式中的數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括專變集中器和專變數(shù)據(jù)終端等。這些設(shè)備與大型專變用戶的電力設(shè)備進(jìn)行連接，實(shí)時(shí)采集用戶的用電數(shù)據(jù)，包括用電量、功率、電壓以及電流等重要信息。采集設(shè)備具備高精度的數(shù)據(jù)采集能力，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。采集模式還包括針對(duì)大型專變用戶的專用通信方案。該通信方案可以是基于有線通信網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)和電力線載波通信等）或無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)（通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)、4G、5G 等）的組合。通過(guò)該通信方案，采集設(shè)備能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)的主站層或數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和集中管理。

2.3.2 中小型專變用戶的采集模式

與大型專變用戶的采集模式類似，通過(guò)專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對(duì)中小型專變用戶的用電數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)。中小型專變用戶的采集模式還可以與其他智能化技術(shù)結(jié)合，如遠(yuǎn)程控制和能效管理等。通過(guò)與智能電網(wǎng)系統(tǒng)的集成，能夠?qū)χ行⌒蛯Ｗ冇脩舻挠秒娺^(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、控制和優(yōu)化，從而提高用電效率，降低能耗成本，并為用戶提供更便捷和高效的電力服務(wù)。

2.3.3 單相或者三相的低壓工商業(yè)用戶采集模式

單相或三相低壓工商業(yè)用戶包括商業(yè)企業(yè)、小型工廠、寫字樓等，通過(guò)專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)這些用戶的用電數(shù)據(jù)。該類用戶的用電負(fù)荷和需求相對(duì)較低，為滿足這些用戶的需求，采用適合單相或三相低壓工商業(yè)用戶的采集設(shè)備和通信方案。

3 智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用分析

3.1 應(yīng)用于電能損耗分析

通過(guò)專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實(shí)時(shí)采集和監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)中各個(gè)環(huán)節(jié)的用電數(shù)據(jù)，這些環(huán)節(jié)包括輸電線路、變電站、配電線路以及用戶端等。智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠獲取電能在不同環(huán)節(jié)的損耗情況，以便進(jìn)行準(zhǔn)確分析和評(píng)估。數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括智能電表、電流互感器、電壓互感器等，將這些設(shè)備安裝在不同的電力系統(tǒng)組件上，能夠?qū)崟r(shí)采集與監(jiān)測(cè)各個(gè)環(huán)節(jié)的電能消耗數(shù)據(jù)。

3.2 應(yīng)用于電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)

通過(guò)專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集和監(jiān)測(cè)電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量參數(shù)，包括電壓波動(dòng)、電壓暫降、電壓暫增、電壓諧波、電流諧波以及功率因數(shù)等，從而獲取電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)儀和電能質(zhì)量傳感器等。將這些設(shè)備安裝在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)或用戶端，能夠?qū)崟r(shí)采集和記錄電能質(zhì)量參數(shù)。采集設(shè)備具備高精度的數(shù)據(jù)采集能力，能夠確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。采集模式還采用了適合電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)的通信方案，如基于有線通信網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)等）或無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)（通用分組無(wú)線業(yè)務(wù)、4G、5G 等）的組合。通過(guò)這些通信方案，采集設(shè)備能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)的主站層或數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳輸和集中監(jiān)測(cè)。

3.3 應(yīng)用于信息發(fā)布與雙向互動(dòng)

通過(guò)專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和通信渠道，智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠幫助電力系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商向用戶發(fā)布各類信息，包括電力供應(yīng)情況、用電峰谷時(shí)段、電價(jià)調(diào)整通知等，旨在及時(shí)傳達(dá)關(guān)鍵信息，提高用戶對(duì)電力供應(yīng)的認(rèn)知和參與度。該系統(tǒng)的采集模式還采用了適合信息發(fā)布與雙向互動(dòng)的通信渠道。采集設(shè)備使用該通信渠道與用戶終端或數(shù)據(jù)管理平臺(tái)進(jìn)行雙向通信，從而實(shí)現(xiàn)信息發(fā)布和接收用戶反饋。

4 結(jié) 語(yǔ)

在智能電網(wǎng)中應(yīng)用用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅能降低工作人員的工作失誤率，還能提升電力數(shù)據(jù)采集、處理、分析的精準(zhǔn)度，進(jìn)一步縮減人力成本。同時(shí)，采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和處理，能有效提升數(shù)據(jù)采集的廣度，增加數(shù)據(jù)分析的深度，降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率。文章對(duì)智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行重點(diǎn)設(shè)計(jì)，通過(guò)具體分析，明確了該系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能，指出該系統(tǒng)是智能電網(wǎng)構(gòu)成不可或缺的部分，同時(shí)是確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的核心部分，為電力系統(tǒng)的優(yōu)化提供幫助。