劉瑞+李濤+龔桃榮
摘要:基于目前的用電信息采集系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)及通信組網(wǎng)方式分析,對(duì)比幾種通信模式的優(yōu)缺點(diǎn),總結(jié)用電信息采集系統(tǒng)平均采集率偏低的原因。文章提出了智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)中的補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)于智能家居產(chǎn)品可能帶來(lái)的技術(shù)變革和如何通過(guò)PLC抄表及數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行了介紹。同時(shí)描述了分項(xiàng)計(jì)量、隨器計(jì)量結(jié)合負(fù)荷識(shí)別技術(shù)在用電信息采集系統(tǒng)中的深入應(yīng)用,重點(diǎn)對(duì)于智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)中未來(lái)應(yīng)用前景進(jìn)行了詳細(xì)分析,結(jié)合單一電器精準(zhǔn)計(jì)量實(shí)現(xiàn)負(fù)荷調(diào)控和數(shù)據(jù)分析挖掘??墒褂秒娦畔⒉杉到y(tǒng)利用該技術(shù)獲得更多技術(shù)支持和數(shù)據(jù)支撐,為高精度的用電信息采集奠定了基礎(chǔ)條件,形成電網(wǎng)與用戶互惠互利的新局面。
關(guān)鍵詞:用電信息采集系統(tǒng);智能插座;電力線載波;抄表;分項(xiàng)計(jì)量;負(fù)荷識(shí)別。
0 引言
用電信息采集系統(tǒng)是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié),為智能用電服務(wù)提供業(yè)務(wù)支撐[1],依托各類現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量采集終端,實(shí)現(xiàn)電力用戶的“全采集、全覆蓋、全費(fèi)控”,是智能電網(wǎng)用戶用電信息重要采集渠道,也是全面實(shí)行階梯電價(jià)的技術(shù)保障[2-3]。采集成功率是用電信息采集系統(tǒng)的重要考核指標(biāo),是其他數(shù)據(jù)運(yùn)算和數(shù)據(jù)服務(wù)的基礎(chǔ)。目前現(xiàn)場(chǎng)計(jì)量采集終端主要通過(guò)電力線載波、微功率無(wú)線和RS485三種方式進(jìn)行通信組網(wǎng),但由于現(xiàn)場(chǎng)工況復(fù)雜,實(shí)際操作人員閱歷不足,仍然存在采集率偏低的問(wèn)題,據(jù)有關(guān)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)顯示,我國(guó)華北某省用電信息平均采集率僅為87%,有些區(qū)域采集成功率甚至更低,仍需消耗大量人力依靠人工抄表補(bǔ)充[4],文獻(xiàn)[4-9]對(duì)用電信息采集系統(tǒng)采集成功率偏低的問(wèn)題進(jìn)行了系統(tǒng)的分析,主要?dú)w集為環(huán)境對(duì)通信鏈路的影響、計(jì)量采集終端故障帶來(lái)的影響、SIM卡損壞或信號(hào)覆蓋弱、無(wú)覆蓋或覆蓋不穩(wěn)定造成的通信問(wèn)題等諸類問(wèn)題,提出了增加設(shè)備消除裝置老化和干擾、無(wú)線+有線通信結(jié)合的方式增加通信可靠性、軟件處理進(jìn)行甄別補(bǔ)遺、增加無(wú)線中繼或者功率放大器等方法,進(jìn)而提高采集成功率。但更多的是對(duì)原系統(tǒng)的查漏補(bǔ)遺,各類新興技術(shù)沒(méi)有與傳統(tǒng)業(yè)務(wù)相融合。
1 用電信息采集系統(tǒng)通信技術(shù)現(xiàn)狀分析
1.1用電信息采集系統(tǒng)通信組網(wǎng)方式
用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示,用電信息采集系統(tǒng)以營(yíng)銷系統(tǒng)主站為核心,省市分別部署工作站。各類集抄終端與前置采集平臺(tái)間通過(guò)光纖專網(wǎng)、230專網(wǎng)無(wú)線信道、中壓載波專網(wǎng)信道等幾種方式進(jìn)行直接通信。通過(guò)GPRS、CADMA1X等無(wú)線公網(wǎng)信道的通信方式,需要防火墻進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)隔離,保證系統(tǒng)安全。在三種專網(wǎng)的通信方式中,光纖專網(wǎng)的效果最好,無(wú)線專網(wǎng)由于受外界環(huán)境影響較大,很少采用。而各類集抄終端和終端計(jì)量設(shè)備之間的本地通信多采用RS485、微功率無(wú)線通信及PLC(電力線載波)三種方式,目前電力線載波主要以窄帶載波通信為主,正在進(jìn)行寬帶載波通信方式試點(diǎn)和應(yīng)用推廣。
1.2用電信息采集系統(tǒng)現(xiàn)狀分析
目前部分地區(qū)用電信息采集抄收成功率偏低,給電力系統(tǒng)正常運(yùn)行帶來(lái)極大影響。用電信息采集系統(tǒng)采集成功率偏低原因比較復(fù)雜,包括接線引起的通訊故障、人為因素造成的影響、環(huán)境因素造成的影響及集抄和終端設(shè)備故障等多種因素對(duì)采集成功率造成的影響[10]。用電信息采集系統(tǒng)采用分層部署,從頂端至終端采用不同鏈路組網(wǎng),尤其是終端設(shè)備的通信組網(wǎng)方式,采用RS485、微功率無(wú)線、電力線載波及多種混合通信模式,各類通信方式存在不同的優(yōu)缺點(diǎn),優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比如表1所示。
表1 用電信息采集系統(tǒng)中各類抄表通信方式對(duì)比表[11-12]
由于終端數(shù)量龐大,安裝環(huán)境復(fù)雜多變,部分依靠無(wú)線通信的終端附近信號(hào)弱,依靠有線通信的終端環(huán)境干擾大或線路損壞,導(dǎo)致總體抄收成功率不高,尤其適用窄帶電力線載波通信的計(jì)量終端,抄收成功率相對(duì)較低。
2 智能家居產(chǎn)品迅猛發(fā)展帶來(lái)的技術(shù)更新
2.1智能家居產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀
隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展對(duì)人們生活帶來(lái)的劇烈變革,讓人們看到了智能技術(shù)給生活帶來(lái)的便捷性,智能家居產(chǎn)品呈指數(shù)爆發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì),智能家居產(chǎn)品已逐步從家居控制、娛樂(lè)延伸到智能樓宇、智能辦公等應(yīng)用場(chǎng)景。在未來(lái)幾年時(shí)間里,其市場(chǎng)的發(fā)展前景十分廣闊。
智能家居產(chǎn)品仍處于初級(jí)階段,主要以云端服務(wù)器為核心,通過(guò)路由器或直連的方式,將終端設(shè)備連接至云端服務(wù)器,通過(guò)手機(jī)APP客戶端實(shí)現(xiàn)控制,如圖2所示。智能家居系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于家庭用電設(shè)備的監(jiān)視和操控,使生活更舒適,用電設(shè)備使用更便捷。
2.2智能家居產(chǎn)品可能帶來(lái)的電力變革
在家庭及建筑類能耗中,夏季主要以空調(diào)用電為主,空調(diào)的大量使用,極大增加了電力負(fù)荷。由于用戶對(duì)于溫度調(diào)控不合理的空調(diào)使用習(xí)慣造成了大量能源浪費(fèi),應(yīng)以技術(shù)手段引入監(jiān)管,降低能耗。而冬季,為了減少環(huán)境污染,政府在大力推廣“以電代煤”,利用電能采暖,從而減少冬季污染物排放。同等的階梯電價(jià)和分時(shí)電價(jià)對(duì)“以電代煤”用戶也是不合理的,為了鼓勵(lì)用戶參與“以電代煤”,應(yīng)合理監(jiān)控、降低收費(fèi)。
電力分項(xiàng)計(jì)量即是對(duì)低壓配電柜內(nèi)各回路進(jìn)行單獨(dú)計(jì)量,可與隨器計(jì)量技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的計(jì)量管理。從而利用經(jīng)濟(jì)手段,培養(yǎng)用戶合理用電習(xí)慣。在夏季高峰利用經(jīng)濟(jì)手段迫使用戶調(diào)高空調(diào)溫度,降低用電負(fù)荷。在冬季,通過(guò)家居產(chǎn)品進(jìn)行采暖電器單獨(dú)計(jì)量、單獨(dú)收費(fèi),減少用戶電費(fèi)支出,鼓勵(lì)用戶電采暖,節(jié)能減排。
用電器電力負(fù)荷識(shí)別技術(shù),通過(guò)電壓、電流、諧波等用電參數(shù)分析用電器用電行為,識(shí)別電器類型,并提供用電器異常監(jiān)控,為用電器壽命預(yù)估提供技術(shù)支撐。電力負(fù)荷識(shí)別技術(shù)為分項(xiàng)計(jì)量提供了更高級(jí)的技術(shù)手段,通過(guò)負(fù)荷識(shí)別實(shí)現(xiàn)更精準(zhǔn)電器監(jiān)控,防止瞞報(bào)電量及騙取補(bǔ)貼等行為。
隨著智能家居產(chǎn)品的快速崛起,產(chǎn)品成本也在急劇下降,智能家居不再是奢侈品,已經(jīng)走進(jìn)千家萬(wàn)戶。一個(gè)小小的插座,即可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)電器的智能控制,降低產(chǎn)品待機(jī)功耗及不必要的能源浪費(fèi)。目前已有部分智能家居運(yùn)營(yíng)商通過(guò)各種投資方獲得部分資金,通過(guò)峰谷調(diào)節(jié)對(duì)錯(cuò)峰用電用戶進(jìn)行補(bǔ)貼。
3 智能家居產(chǎn)品為用電信息采集系統(tǒng)的補(bǔ)充
3.1智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)中的補(bǔ)充應(yīng)用
智能家居產(chǎn)品基于家庭公網(wǎng)信道進(jìn)行信息傳輸,一般是通過(guò)家庭路由器連接公網(wǎng),網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定、帶寬高。將PLC(電力線載波)通信技術(shù)與智能家居產(chǎn)品相結(jié)合,智能家居產(chǎn)品植入PLC通信模塊后,利用家庭內(nèi)部電路與電表通信,采集電表數(shù)據(jù),通過(guò)公網(wǎng)信道傳至前置采集平臺(tái)。如圖3所示。
智能家居產(chǎn)品通過(guò)PLC通信采集計(jì)量設(shè)備信息,是對(duì)既有用電信息采集系統(tǒng)的補(bǔ)充實(shí)現(xiàn)。由于智能家居產(chǎn)品與家庭或者樓宇內(nèi)計(jì)量設(shè)備距離近,除空開(kāi)外無(wú)其它變壓器類設(shè)備連接,通信鏈路良好,采集成功率較高。到前置采集平臺(tái)剔除用電信息采集系統(tǒng)已采數(shù)據(jù),對(duì)采集未成功數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充,完成用電信息采集系統(tǒng)補(bǔ)缺工作,提升采集成功率。
3.2智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)中的前景分析
隨著智能家居產(chǎn)品的快速推廣,為分項(xiàng)計(jì)量和隨器計(jì)量提供了環(huán)境基礎(chǔ)。在下一代用電信息采集系統(tǒng)中可能就不再是使用電表作為入戶表進(jìn)行整體計(jì)量,可利用分項(xiàng)計(jì)量實(shí)現(xiàn)大負(fù)荷電器的計(jì)量和峰谷調(diào)節(jié),利用隨器計(jì)量實(shí)現(xiàn)單一電器精準(zhǔn)收費(fèi)。而這一切隨著智能家居產(chǎn)品的推廣都變成了可能。
單一電器精準(zhǔn)計(jì)量是大勢(shì)所趨,同時(shí)也是電力負(fù)荷調(diào)整的技術(shù)基礎(chǔ)。家庭電器品種繁多,有些是屬于不可調(diào)控的,譬如冰箱、洗衣機(jī)、電燈等,需硬性使用;有些是屬于高負(fù)荷但又柔性可控的,譬如空調(diào)、熱水器、電暖氣等,該類負(fù)荷很大,但也有很大的柔性負(fù)荷調(diào)整空間,易于被電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度。而之前由于電器設(shè)備并未連網(wǎng),無(wú)法進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。智能家居為既有的用電信息采集系統(tǒng)提供了補(bǔ)充,為未來(lái)的用電信息采集系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了向下延伸。
柔性負(fù)荷的調(diào)控可通過(guò)費(fèi)率手段實(shí)現(xiàn)。費(fèi)率手段包括增高費(fèi)率、降低費(fèi)率及節(jié)能補(bǔ)貼等多種方式。譬如夏季高峰負(fù)荷,就可以調(diào)高空調(diào)用電費(fèi)率,規(guī)范用戶使用習(xí)慣,降低能耗;冬季可以降低“以電代煤”家庭電采暖費(fèi)率,鼓勵(lì)用戶通過(guò)電暖氣采暖,降低煤排放;也可以通過(guò)峰谷,在谷電時(shí)鼓勵(lì)用戶用電,給與一定的節(jié)能補(bǔ)貼,避免多發(fā)電造成的浪費(fèi)。
在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時(shí)代,基于智能家居的采集系統(tǒng),可以為用電行為分析提供更好數(shù)據(jù)支撐?;谇Ъ胰f(wàn)戶的用電信息大數(shù)據(jù)分析,可以對(duì)各種用電問(wèn)題進(jìn)行提前告警,譬如根據(jù)各年歷史數(shù)據(jù),分析當(dāng)年用電高峰及年用電需求量,可以與分布式電力負(fù)荷調(diào)控系統(tǒng)結(jié)合,實(shí)現(xiàn)柔性調(diào)整,在電網(wǎng)發(fā)生意外的情況下,可以有效削減空調(diào)、熱水器等柔性負(fù)荷,減輕電網(wǎng)壓力,而又保證基本民生用電。
4 結(jié)語(yǔ)
電力系統(tǒng)正在實(shí)現(xiàn)逐步放開(kāi),售電領(lǐng)域已經(jīng)允許第三方資本介入,成立售電公司。而在光伏領(lǐng)域,更是鼓勵(lì)民眾利用屋頂光伏發(fā)電,電網(wǎng)回收發(fā)電電量,有效利用民間資源。所以,電力系統(tǒng)將是一個(gè)逐步放開(kāi)的生態(tài)系統(tǒng),更多的社會(huì)資源和新興技術(shù)將被吸納,在下一代用電信息采集系統(tǒng)中必然會(huì)引入更為精準(zhǔn)的負(fù)控技術(shù)和數(shù)據(jù)分析、挖掘技術(shù)。智能家居產(chǎn)品目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)和大多數(shù)電器捆綁或者隨器計(jì)量,為高精度的用電信息采集奠定了基礎(chǔ)條件,再與分布式電力調(diào)荷系統(tǒng)相結(jié)合,必將快速實(shí)現(xiàn)能源互聯(lián)和柔性調(diào)整,形成電網(wǎng)與用戶互惠互利的新局面。
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作者簡(jiǎn)介:
劉瑞(1984—),男,碩士,工程師,主要從事用電節(jié)能、智能用電等方面的工作。
李濤(1979—),男,碩士,高級(jí)工程師,主要從事智能用電、能源互聯(lián)網(wǎng)等方面的工作。
龔桃榮(1982—),女,博士,高級(jí)工程師,主要從事用電節(jié)能、能源互聯(lián)網(wǎng)等方面的工作。