作者/何鑫¹，杜杰²,尹璐¹(1.國網陜西省電力公司電力科學研究院，陜西 西安 710100;2.國網陜西省電力公司,陜西 西安 710048)

　　摘要：用電信息采集系統是提升配網運維管理的重要內容。本文介紹了當前用電信息采集系統的概況，分析了用電信息采集系統和臺區管理目前存在的一些問題，研究了用電信息系統中臺區采集模型改造、通訊規約擴展、面向對象協議、智能電表停電時間研判擴充、臺區線損治理改造和統一接口平臺改造，論述了用電信息采集系統的未來會朝豐富、共享、大數據、移動、融合和交互發展的趨勢。

　　關鍵詞：用電信息采集系統;配網運維管理;采集模型;智能電表;臺區線

　　0 引言

　　近年來我國電力體制改革不斷深入，市場競爭呈現出日益激烈的態勢，以及客戶需求也變得多樣化、個性化。面對新形勢和新挑戰，國家電網基于智能電表的數據，通過用電信息采集系統實現公用配電變壓器停電信息監控、配電線路停運信息研判及公用配變異常運行工況監測等需求，為供電服務指揮系統建設內容提供良好的基礎^[1-3]。

　　目前，連接國家電網陜西電力公司電力信息采集系統的智能電能表數量，總計548.85萬只，累計接入采集終端96214臺(其中專變終端49077臺， 集中器47137臺)，采集覆蓋率基本上是100%，采集成功的電表數量為539.83萬，采集成功率達到98.92%。然而在日常的運行管理中，用戶用電采集系統仍舊存在部分問題，如主站系統檔案完善、 運行不穩定、采集端與電能表協議不統一和通信不同期等問題。如何利用集電系統提高配電網運行維護效率、配電網運行維護管理水平、客戶滿意度。促進用戶用電信息采集系統的人性化、精益化、信息化發展仍是一個重要的研究方向。

　　本文主要介紹了目前用電信息采集系統的發展概況，針對用電采集系統和臺區管理運維中發生的問題和仍未解決的挑戰，提出了對用電采集系統改造和擴充的方案，以及對臺區管理的創新，提升了配網運維的效率和管理水平。最后論述了用電采集系統未來的發展方向，為用電采集系統在配網運行維護方面奠定了基礎。

　　1 用電信息采集系統概況

　　用電信息采集系統主要功能為：實時監控、收集和處理電力用戶的用電信息、實現電力信息的自動采集、測量異常檢測、電能質量檢測、用電分析和管理、相關信息發布、分布式能源監控、智能電力設備信息交換等^[4]。為實現階梯電價電費自動結算、遠程和本地費控等營銷業務提供了技術支持^[5]。由于對用戶的實時監控，不僅有利于分析電力線路的使用和損壞情況，使操作人員能夠及時發現電路故障。此外，它還可以分析和研究功耗不穩定用戶的用電情況，并確保用戶用電的安全性和穩定性^[6]。因此，使用用電信息采集系統可以提高效率，并且還可以自動檢測分析諸如不穩定電力使用的意外情況，以防止竊電、漏電的發生^[7]。在實踐中，系統的應用效果也令人印象深刻。

　　用電信息采集系統由主站系統、通信信道和采集設備三部分組成。主站系統的主要功能是業務應用，數據采集，控制執行，預通信調度和數據庫管理。通信信道用于系統主站和采集終端之間的遠程數據通信^[8]。采集裝置負責收集和提供整個系統的原始用電信息，通常是現場安裝的終端和計量設備^[9]。

　　電力信息采集系統的對口用戶主要包括大型專用用戶，中小型專用用戶，低壓三相工商用戶，低壓單相工商業用戶、低壓居民用戶、配變臺區計量點等6種類型的用戶。 通常電力公司都會根據用戶用電需求的不同來設定不同的采集任務，從而實現合理的供電、采集和維護，詳見表1。

　　2 用電信息采集系統和臺區管理中存在的問題

　　2.1 用電信息采集系統主站存在的問題

　　(1)系統檔案問題

　　主站系統基礎檔案不完善。電力用戶用電信息采集系統在使用的初期，由于建檔人員未經過統一的培訓，從而導致專、公變表計參數錯誤或地址不匹配等問題，造成建檔時檔案信息和實際表計的信息不一致，最終導致后期進行數據整理與計算時出現錯誤^[10]。

　　(2)主站運行不穩定

　　隨著智能化的蓬勃發展，信息采集已經進入無人化，但是采集終端接入數量的迅速增加，所采集的信息量也隨之幾何倍增，同時主站下發信息查詢指令并計算數據時，因為服務器的運行速度往往不足以處理龐大的數據，導致系統卡機、癱瘓的情況時有發生^[11]。這些問題也影響了對現場情況的及時判斷，從而耽誤了搶修救援的最佳時機。

　　(3)數據合理性分析不完善

　　雖然用電信息采集系統可以正確地記錄下用戶出現計量表飛轉和倒轉問題，但是仍然無法對于出現這些問題的具體原因作出明確診斷^[12]。 因此，目前無法消除無效數據，也無法通過計算補全缺失數據。

　　2.2 采集終端及電能表存在的問題

　　(1)協議不統一

　　目前，大多數采集終端使用Q/GDW1376.1協議，電能表使用DL/T645-07協議和衍生版本。由于協議的標準不完全統一，協議之間需要提前完成相互轉換才能正常運行，從而無法完全保證數據采集過程中的高效性和成功率。

　　(2)采集終端采集的數據不同期

　　由于現場設備故障以及電能表時鐘電池的原因，造成采集數據異常或者凍結數據不是每日零點的凍結值，影響了用戶計算電費以及線損的計算。

　　(3)采集終端與電表模塊不兼容

　　由于采集終端與電能模塊間存在兼容性問題，而且采集模塊也會出現不穩定的情況， 這些問題造成了載波日凍結抄表失敗，用戶用電數據無法采集和傳輸。

　　2.3 臺區管理系統建設及運用存在的問題

　　(1)各臺區交流匱乏

　　在臺區建設采集系統的過程中，經過專家組的深入調查研究，發現臺區的管理還存在許多建設性問題。由于相互之間缺少溝通，供電機關各自為戰，并沒有形成相互協作和發展的機制，裝配的采集設備也是形形色色，不能統一，彼此之間也不具有兼容性。容易導致同一個問題在不同臺區之間不斷發生。

　　(2)對各地區建設采集系統規劃不合理

　　許多臺區看重生產效益，為了盡快讓采集系統產生效益，采集裝置往往都規劃在新的或者易于建設的地區，忽視了偏遠及落后的山區的發展。同時，大部分臺區在農村安裝采集系統時，為了降低成本，一般都會外包完成，這樣安裝水平參差不齊，安裝質量低，系統運行不足等問題也隨之出現，大大降低了數據采集和分析采集系統的準確性。

　　(3)系統在運用中缺乏維護

　　系統運行中的環境因素也影響系統穩定的一大因素，如惡劣的天氣、施工人員水平、突發情況以及用戶的不正當操作都會引起電表信號衰弱、采集裝置被損壞甚至燒毀等問題。系統運維沒有制定統一、明確的管理制度，采集系統得不到有效維護，突發故障得不到快速解決。

　　(4)多樣的竊電手段

　　用戶竊電以及如何反竊電一直是我國家電力供應機構和供電公司關注的焦點。目前，仍然有很多不法分子利用高科技的竊電手段，隱蔽地竊電，而相關部門的技術水平滯后，很難及時發現和阻止。

　　3 用電信息采集系統改造與擴充

　　3.1 臺區多集中器采集模型改造

　　臺區關系模型對營銷同期線損的計算影響較大，通過集中器的升級改造利用載波通訊的特點實現臺區檔案抄收，采集系統增加相應的功能模塊實現集中器抄收臺區信息與營銷檔案基礎信息分析比較的功能，以便運維人員進行查看和處理。改造用電信息采集系統現有臺區-終端檔案管理模型，實現對單臺區下掛載多個集中器的數據采集模型。為了完成智能電表的曲線數據采集，通常需要臺區中的多個集中器配合完成，具體方案為：令1臺集中器為主、其余多臺集中器為輔，同時采集臺區內電壓、電流、功率、功率因數等曲線數據。

　　3.2 通訊規約擴展

　　通常，采集終端的通信規約不一致，因此在應對不同事件時，往往需要制定不同終端、智能電表事件采集方案。詳見表2。

　　國網陜西省電力公司用電信息采集系統主站與采集終端主要通訊方式包括GPRS無線通信方式和230 MHz無線通訊方式。數量詳見表3。

　　采集終端和電能表之間的通信模式一般可分為三種類型：RS-485總線通信模式，微功率無線通信模式和電力線載波通信模式。 數量詳見表4。

　　用電信息采集系統主站與采集終端之間的數據交互協議主要包括負控制版本4.1協議，Q/GDW376.1-2009版規約、Q/GDW1376.1-2013版規約。各種規約的終端數量詳見表5。

　　通信協議的擴展分為兩部分。一是修訂用電信息采集系統Q/GDW1376.1-2013《電力用戶信息采集系統通信協議：主站與終端通信協議》中電壓曲線、電流曲線、功率曲線、功率因數曲線數據通訊規約，實現5分鐘曲線數據采集。二是擴大用電信息采集系統數據Q/GDW1376.1-2013《電力用戶用電信息采集系統通信協議 第1部分：主站和采集終端通信協議》，擴展系統主站和終端事件數據采集協議，實現全表事件采集。

　　3.3 推廣面向對象通信協議

　　面向對象協議是基于采集主站、采集終端、現場智能電能表數據交互時所用到的數據轉換協議，該協議區別于1376.1協議，是一種全新的數據交互方式。根據前期測試工作，已于2017年7月份完成了主站功能開發，實現了面向對象協議與645協議的電能表數據完整交互，確保現場數據采集的穩定性。面向對象協議采集應用模塊能夠實現靈活配置采集終端的數據采集方案、事件采集、上報方案，便于采集終端的多樣化管理。在安全性方面實現多級加密策略，用戶用電數據、采集終端及電能表事件上報、參數更改、控制命令下發利用不同的加密等級，提高數據傳輸的安全性。推廣面向對象的通信協議，提高用電信息采集系統的性能，并根據電壓信息，電流曲線，功率曲線，功率因數曲線等存儲數據模型,實現5分鐘曲線數據采集入庫。

　　3.4 智能電表停電事件研判擴充

　　當智能電能表檢測到停電事件時，智能電能表和通信模塊之間無正常供電維持，導致兩端電壓歸零，此時，通信模塊內部的超級電容被激活，用來暫時維持電能表的正常工作，同時在發生停電情況的一分鐘內，通信模塊會通過微功率通信協議發出警報，上報該次停電事件。根據臺區的實際停電上報情況結合雙模通信單元中載波過零相位識別技術對的智能電能表發生停電的相位進行判定，然后利用集中器的停電事件、斷相事件給出合理的研判方法，準確的定位出臺區中哪相電、哪棟樓、哪個單元甚至哪一戶居民發生停電，從而實現快速高效的搶修。

　　3.5 臺區線損治理改造

　　臺區線損的治理的主要意義在于兩方面，一是根據臺區線損合格率的大小來衡量供電企業的管理能力水平;其次，減少臺區的損失可以節省大量電力，提高供電公司的經濟效益。

　　根據《國家電網公司關于進一步加強營銷專業線損管理工作的通知》【國家電網營銷〔2016〕510號】，為滿足營銷部對公變臺區線損管理的需要，在采集系統建立線損統計分析模型，包括線損模型維護、臺區線損統計分析、本地化線損監控等功能。

　　3.6 統一接口平臺改造

　　擴展用電信息采集系統統一接口平臺傳輸數據模型，支撐5分鐘電壓曲線、電流曲線、功率曲線、功率因數曲線，事件數據推送;該接口平臺應該具備的功能有：

　　(1)基礎數據自動更新。

　　(2)系統的擴展性。

　　(3)數據轉換及共享。

　　(4)系統的安全性。

　　4 用電信息采集系統的未來發展趨勢

　　4.1 電信息采集系統的推廣效果

　　推廣用電信息采集系統，在遠程費控應用功能方面，目前采集系統遠程實時費控功能已在全省范圍內推廣使用，平均每天上傳248萬戶遠程費控用戶日凍結數據，下發5萬條任務工單，為遠程實時費控工作提供有效工作支撐。

　　推廣用電信息采集系統，在電價下發功能方面，5月份因營銷部營業處要求，需對151769戶用電客戶電價進行調整，涉及專變用戶數34戶，公變用戶數66戶，低壓用戶數150847戶，822戶檔案未接入采集系統，故不能下發。最終下發成功用戶數為129673戶，失敗22100戶，下發成功率可達85.44%。

　　推廣用電信息采集系統，在“多表合一”數據采集應用功能方面，2017“多表合一”采集建設工作有序進行開展，已累計接入水表24362只，累計接入熱表1128只，累計接入多表25490只。安康公司目前完成已接入的水表現場調試工作，并且采集成功率在近三四個月期間持續穩定在99%以上。

　　推廣用電信息采集系統，在閉環管理應用功能方面，目前模塊應用情況良好，9月份全省采集運維工單派發率91.06%，工單反饋率94.72%，工單歸檔率43.75%，工單綜合處理率達到76.51%。

　　推廣用電信息采集系統，在全電量數據采集應用功能方面，通過采集系統變電站管理模塊已接入采集系統35 kV及以上用戶1256戶，已接入北斗通訊方式用戶145戶。5月份對35 kV及以上專線用戶進行了專項治理，采集成功率從5月份的55.42%，到9月份已達到88.35%。

　　4.2 用電信息采集系統未來發展趨勢

　　(1) 豐富的通信網接入技術

　　用電信息采集系統的通信具有較高的實時性和可靠性，可以通過分析目前用采系統的體系架構，研究智能電網與用采系統結合接入技術，將數據、語音和圖像等方面的業務融合，實現接入技術的一體化，為采集、監測和控制提供多種安全可靠的通信通道。

　　(2) 信息共享與數據融合

　　目前，用電信息采集系統正處于規模投建階段，和其他業務系統還未實現融合，因此利用信息共享技術，將采集到的數據分享給不同業務系統，然后融合不同的數據信息，實現營銷系統業務多方位、多層次、多渠道的綜合應用。

　　(3)大數據處理

　　國家電網公司經營區域遍布全國，有超過3億戶的用戶。為了綜合利用現有的龐大數據，需要深入研究數據處理相關的技術，如多線程并行處理、海量數據分批處理、存儲以及數據備份。

　　(4)移動作業技術

　　傳統的計量作業的工作效率和準確度低下。基于移動作業平臺技術，可以實現現場計量、抄表、檢查、加載數據庫和培訓等功能，進而提高工作效率和數據準確度，減輕工作人員的壓力與負擔，進一步提升了計量現場作業的精細化管理水平。

　　(5)三網融合

　　深刻體會國家建設智能電網的內涵與目標，在現有的通信網絡和基礎設施系統架構基礎上，將通信網絡、廣播電視媒體網絡和互聯網技術結合， 實現數據、語音、視頻等業務的集成，節省通信信道建設和運營成本。提高網絡綜合運營的效率和用電信息采集系統的穩定性、準確性和實時性。

　　(6)智能用電雙向交互技術

　　智能用電雙向交互通過現有的光纖通信通道與電力線路載波信號通信通道，采集和分析用戶的用電信息和電能質量等數據，監控和管理家庭的用電設備，提供用戶需要的實時信息，并通過用戶用電的歷史記錄和數據曲線，調節配電網的峰谷負荷，并指導用戶合理的使用家電設備。

　　5 結論

　　本文介紹了用電信息采集系統的現狀，分析了用采系統和臺區管理存在的問題。針對這些問題，提出了用電信息采集系統的改造和擴展方案，同時，需要加強臺區之間的交流，合理規劃臺區用電采集系統的建設，培訓專業技術人員，提高配電網運行維護的效率和管理水平。通過陜西省用電信息采集系統推廣實施效果，總結出用電信息采集系統的未來會朝向豐富、共享、大數據、移動、融合和交互的趨勢發展，它仍然是配電網運營和維護的重要組成部分。

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本文來源于科技期刊《電子產品世界》2019年第3期第49頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處