田妙豐

摘 要：用電信息采集系統(tǒng)是采集客戶端實時用電數(shù)據(jù)的專業(yè)工作平臺。用電信息采集系統(tǒng)綜合應(yīng)用通信技術(shù)、計算機自動化技術(shù)、自動控制相關(guān)理論與技術(shù)，實現(xiàn)對客戶端電力負荷的監(jiān)控與管理，具有全覆蓋性、全采集性、全費控性的特點以及數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)分析等功能，是供電企業(yè)用電管理的關(guān)鍵手段與工具。

關(guān)鍵詞：電力營銷;用電信息采集系統(tǒng);業(yè)務(wù)模型;營配貫通;系統(tǒng)實現(xiàn)

中圖分類號：F426.61 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1064（2021）11-0-03

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.11.017

從電力營銷的角度看，用電信息采集系統(tǒng)依托計算機硬件技術(shù)、軟件技術(shù)、電力計量技術(shù)、營銷技術(shù)以及信息通信技術(shù)，進一步完善用戶側(cè)電能計量裝置的使用功能，使該裝置在采集用電信息的同時，支持對用戶用電信息及基本需求的分析，并搭載通信技術(shù)將分析結(jié)果傳輸至系統(tǒng)主站，支持供電企業(yè)工作人員利用這部分數(shù)據(jù)信息，對預(yù)付費、電價階梯、分時等決策的制定與執(zhí)行加以完善與控制。

1 用電信息采集系統(tǒng)的需求

近年來，我國深入踐行堅強智能電網(wǎng)的建設(shè)目標(biāo)，在這一背景下，為適應(yīng)電力行業(yè)市場化運作和現(xiàn)代化營銷建設(shè)的要求，提升企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化、集約化、精益化管理水平，需要建設(shè)全面的電力用戶用電信息采集系統(tǒng)，滿足電力企業(yè)各層面、各專業(yè)對全面、及時掌握用電信息的迫切需求。

國家電網(wǎng)公司在2008年9月啟動了“計量、抄表、收費標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)”項目，對智能電能表和采集終端的外形結(jié)構(gòu)、功能配置、通信協(xié)議、信息交換安全認證、可靠性要求、驗收檢驗等方面都提出了具體要求，提出了智能電能表的12項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和采集終端的24項技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在企業(yè)內(nèi)部統(tǒng)一智能電能表和采集終端的技術(shù)規(guī)范，為產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和規(guī)?；瘧?yīng)用提供了系統(tǒng)性的基礎(chǔ)技術(shù)支持，為用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)、智能電網(wǎng)的穩(wěn)步發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。2009年以來，國家電網(wǎng)公司以“全覆蓋、全采集、全費控”為建設(shè)目標(biāo)，按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一實施”的原則，推動智能電能表普及應(yīng)用和用電信息采集系統(tǒng)全范圍建設(shè)。

在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展背景下，社會各行業(yè)領(lǐng)域?qū)τ诜?wù)性、支撐性行業(yè)的需求不斷提升，進而在一定程度上帶動了電力行業(yè)管理工作的高效性發(fā)展，更為技術(shù)創(chuàng)新提供了巨大動力支持。特別是在各種分布式電源發(fā)展應(yīng)用的背景下，電網(wǎng)系統(tǒng)運營效率以及供電服務(wù)質(zhì)量有待進一步提升。

20世紀(jì)70年代至80年代，為踐行節(jié)能減排的工作目標(biāo)，西方發(fā)達國家開始探索用電信息采集的智能化、系統(tǒng)化建設(shè)問題，并在遠距離抄表系統(tǒng)建設(shè)方面取得了一定的成效與進展，為后續(xù)用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)發(fā)展奠定了可靠基礎(chǔ)。

例如，中東歐國家正逐步履行歐盟計劃，在堅持建設(shè)智能型電網(wǎng)這一主導(dǎo)方向的背景下，依托于構(gòu)建智能化用電服務(wù)平臺的方式，在電能表自動管理系統(tǒng)支持下實現(xiàn)對用電負荷的控制以及對用電需求的調(diào)整，至2020年，中東歐主要國家智能化電能表普及率達到80%以上;至2023年年底，將基本完成智能化電能表的全覆蓋。西班牙電力公司為滿足太陽能等分布式能源的接入在智能城市和自動抄表研發(fā)、建設(shè)領(lǐng)域開展工作，至2014年，所有配電網(wǎng)運營商已完成自動抄表管理系統(tǒng)的建設(shè)工作，并在2018年之前完成了1 550萬只電能表的更換工作。

在智能化電網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)背景下，供電公司建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)的根本目的是為開展電力營銷業(yè)務(wù)提供用戶實時用電數(shù)據(jù)支持，以促進電力營銷計量、抄表、收費等環(huán)節(jié)業(yè)務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，為供電公司快速響應(yīng)電力市場變化趨勢、客觀反映用電客戶實際需求提供數(shù)據(jù)支持，為電力用戶全面預(yù)付費、階梯電價以及分時電價等電力營銷業(yè)務(wù)策略的制定與執(zhí)行提供技術(shù)保障[1]。

從智能電網(wǎng)對電力營銷業(yè)務(wù)的實際需求看，供電公司建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)的目的是打造高度集中與統(tǒng)一的用電信息數(shù)據(jù)采集平臺，適應(yīng)多種形式的通信信道及信息采集終端，以較廣的覆蓋范圍支持對各類用戶電力信息的實時采集，同步支持計量點數(shù)據(jù)控制、運用功能的實現(xiàn)，以更好地契合智能電網(wǎng)發(fā)展需求。

2 用電信息采集系統(tǒng)的設(shè)計

2.1 總體架構(gòu)

供電公司構(gòu)建用電信息采集系統(tǒng)采取三層式架構(gòu)體系。

底層是設(shè)備采集層，由用電信息采集系統(tǒng)終端裝置構(gòu)成，同時包括集中器裝置、電能表計量裝置、專變終端裝置等多個部分。在設(shè)備采集層，可通過采集終端收集電力客戶實時用電信息與數(shù)據(jù)，通過對計量設(shè)備裝置的合理應(yīng)用，支持電能劑量功能的實現(xiàn)，還可搭載中間層級與主站層進行交互介入，實現(xiàn)電力采集與營銷的相關(guān)功能。

中層是通信信道層，主要功能是實現(xiàn)上層主站與下層設(shè)備采集數(shù)據(jù)間的傳輸與通信，由有線光纖信道、無線電力專用信道、無線公網(wǎng)信道幾個部分構(gòu)成。通信信道層一方面為系統(tǒng)主站與用電信息采集終端間的連接提供有線及無線兩種連接方式，另一方面支持兩個層級中終端設(shè)備的交互式連接。

上層是主站層，主要包括數(shù)據(jù)庫管理模塊、電力營銷業(yè)務(wù)采集應(yīng)用模塊、前置采集平臺模塊三大部分[2]。通過綜合應(yīng)用這三個模塊，可進一步拓展用電信息采集系統(tǒng)功能，搭載遠程通信技術(shù)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)終端的通信管理、調(diào)度功能。

2.2 通信信道層設(shè)計

在供電公司電信息采集系統(tǒng)中，通信網(wǎng)絡(luò)肩負著通信傳輸?shù)闹匾蝿?wù)，要負責(zé)實現(xiàn)對電能表、主站及采集傳輸終端的可靠連接，是用電信息采集系統(tǒng)中各個層級信息交互連接的基礎(chǔ)載體，其主要包括一體化通信管理工作平臺、本地通信網(wǎng)絡(luò)以及遠程通信網(wǎng)絡(luò)。

遠程通信模塊的基本功能是在用戶現(xiàn)場終端以及遠程主站系統(tǒng)間搭載良好的信息通信平臺支持，由于距離較遠，通常將其稱為遠程信道。本地通信模塊的基本功能是在現(xiàn)場終端與用戶用電儀表裝置間搭載穩(wěn)定的數(shù)據(jù)傳輸平臺支持，由于距離較近，通常將其稱為本地通信。在這一平臺，需要面向用電信息采集構(gòu)建一個具有一體化以及通用性特點網(wǎng)關(guān)軟件支持系統(tǒng)，在網(wǎng)關(guān)軟件平臺上保證各類通信設(shè)備網(wǎng)元管理功能的實現(xiàn)[3]。

2.3 設(shè)備采集層設(shè)計

供電公司的用電信息采集系統(tǒng)在其采集與覆蓋中，服務(wù)對象主要包括工商業(yè)用電用戶（單相/一般）、居民用電用戶等六種用戶類型。基于不同的用電信息采集要求，可以初步劃分為低壓供電用戶、高壓供電用戶兩大類型。

低壓供電用戶主要包括工商業(yè)用電用戶（單相/一般）、居民用電用戶、公用配變考核計量點用電用戶、工商業(yè)用電用戶（三相/一般）、同公用式配變電模式、混合式配變電模式下低壓供電用戶，參與用電的最典型特點在于用電情況單一且用電數(shù)量較大。面向上述用電用戶采集用電信息數(shù)據(jù)的過程中，可以嘗試依托低壓集中抄表終端的方式，以集中形式完成抄表任務(wù)，根據(jù)智能電表執(zhí)行預(yù)付費管理與控制業(yè)務(wù)。

高壓供電用戶多指大型專變用戶以及中小型專變用戶這兩種類型，面向上述用戶采集用電信息數(shù)據(jù)的同時，必須兼具用電管理、負荷控制兩項功能，根據(jù)負荷控制功能，直接支持對預(yù)購電的管理，采集與控制用戶關(guān)鍵信息參數(shù)。

3 用電信息采集系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.1 數(shù)據(jù)采集功能

供電公司用電信息采集系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能的方式包括實時性采集、定時性采集、終端主動上報三種模式。

實時性采集功能中，如果供電公司需要實時分析針對某一用戶的用電信息，則用電信息采集終端主站操作人員可以經(jīng)由Web工作頁面，選擇實時性采集對象及其采集數(shù)據(jù)，下發(fā)實時性抄表指令，然后經(jīng)采集終端返回所需數(shù)據(jù)。用電信息采集系統(tǒng)主站操作人員可以預(yù)先配置用電信息采集指令，包括采集指標(biāo)、采集時間、采集任務(wù)間隔時間幾個方面[4]。

達到預(yù)先設(shè)定啟動時間后，由主站自動下發(fā)數(shù)據(jù)采集指令，終端接收該指令后將數(shù)據(jù)上報至用電信息采集系統(tǒng)主站。在終端主動上報模式下，用電信息采集系統(tǒng)主站操作人員要配置終端上報任務(wù)，將任務(wù)指令下放至采集終端，到預(yù)先設(shè)定任務(wù)啟動時間后，由采集終端將數(shù)據(jù)傳輸至主站即可。

3.2 抄表查詢功能

供電公司用電信息采集系統(tǒng)可以根據(jù)不同類型的電力用戶在抄表查詢方面的實際需求，采集關(guān)鍵用電信息，以直觀方式呈現(xiàn)，采集系統(tǒng)為關(guān)鍵用電客戶提供電力使用狀況的追蹤和分析查詢，并根據(jù)行業(yè)性質(zhì)、容量大小、電壓高低水平和電價種類查詢關(guān)鍵用電客戶或用電客戶群。

采集系統(tǒng)的查詢信息有歷史負載曲線、實時負載曲線、電能曲線、電能質(zhì)量數(shù)據(jù)、運行狀況數(shù)據(jù)和異常事件信息。重要事件的查詢和處理意味著信息收集系統(tǒng)使用主站將記錄的警報事件記錄為重要事件。如果終端不支持主動報告，它將發(fā)送訪問主站的請求。檢查終端是否有事故發(fā)生并立即處理事故。如果終端支持主動報告，它將自動向主站報告重要事件。主站可以定期查詢終端的重要事件記錄，并存儲和打印有關(guān)報表[4]。

3.3 用戶檔案管理功能

在供電公司用電信息采集系統(tǒng)中，面向電力用戶的檔案資料可以以Excel表格形式批量導(dǎo)入系統(tǒng)，也可以由電力營銷部門的工作人員以單戶方式逐一錄入系統(tǒng)。在用電信息采集系統(tǒng)新建用戶檔案時，必須完善包括電力用戶類型、用戶編號、用戶名、表計局號、RS—485地址、電壓互感器變比、電流互感比變比等在內(nèi)的相關(guān)參數(shù)信息，并支持對既有用戶檔案信息參數(shù)的修改功能。

3.4 統(tǒng)計分析功能

供電公司用電信息采集系統(tǒng)主站要采集用電數(shù)據(jù)信息（原始）并匯總各類數(shù)據(jù)，全面分析數(shù)據(jù)信息。

朔州市供電公司采集系統(tǒng)共有五種分析方式：

一是負荷分析，以組合的方式分析期間的負荷。分析對象類別包括地區(qū)、行業(yè)、生產(chǎn)線、電壓等級、自定義組、用電客戶和變壓器容量、負載最大值和最小值的統(tǒng)計、負載曲線的發(fā)生時間和趨勢，快速了解系統(tǒng)負載的變化。

二是負荷因素分析，根據(jù)地區(qū)、行業(yè)、線路、電壓等級、用電客戶群等分析各時段的負荷率并分析趨勢。

三是電能分析，根據(jù)日期、月度、季度和年的時間維度分析系統(tǒng)收集的電能。分析指標(biāo)包括逐年回路分析、峰谷分析、終端在線速率、用戶復(fù)制率和線損等。

四是三相平衡度的分析，主要分析三相負荷配電變壓器的三相負荷和屬于配電變壓器用戶的逐相電能的統(tǒng)計值調(diào)整用戶相線分布。

五是綜合電力分析，主要分析配電變壓器在一段時間內(nèi)的負荷，以確定變壓器的負荷利用率，然后調(diào)整變壓器的容量或功率負荷，改善變壓器的運行并優(yōu)化配電管理。

3.5 預(yù)付費控制

在電力營銷用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)過程中，必須依托于主站、終端以及電表三個環(huán)節(jié)的有機配合，才能夠確保預(yù)付費控制業(yè)務(wù)的實現(xiàn)。其中，用電信息采集系統(tǒng)主站包括兩種不同形式的預(yù)付費功能：第一種是將用電用戶繳費信息發(fā)送至現(xiàn)場（通過電卡到表或網(wǎng)絡(luò)通信到終端的方式實現(xiàn)），并由現(xiàn)場設(shè)備直接執(zhí)行預(yù)付費用電控制指令;第二種則是由主站采集用電用戶當(dāng)日用電量或日凍結(jié)電量參數(shù)，將采集數(shù)據(jù)上傳至營銷計費業(yè)務(wù)模塊中，計算用戶剩余用電費用，將計算數(shù)據(jù)通過終端或電表的方式發(fā)送至用電用戶作為提示，在用戶剩余用電費用不足的情況下執(zhí)行跳閘指令并停止對該用戶的電力供應(yīng)，當(dāng)用戶續(xù)交電費后方可通過電卡傳遞或網(wǎng)絡(luò)終端發(fā)送指令的方式恢復(fù)面向該用戶的正常電力供應(yīng)。

對于終端而言，為實現(xiàn)預(yù)付費控制功能，在用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)中必須設(shè)置預(yù)付費管理模塊。其一，可以通過執(zhí)行主站下發(fā)預(yù)付費控制指令的方式，顯示用戶當(dāng)前剩余電費信息，并負責(zé)對用電費用不足時跳閘指令的執(zhí)行功能來實現(xiàn)。其二，則可以通過接收用電信息采集系統(tǒng)主站下發(fā)用戶繳費信息的方式，連續(xù)采集用電信息，并計算用戶剩余電費，在電費不足時跳閘停電，接到主站的續(xù)交電費信息后復(fù)電。

對于電表而言，由于低壓集抄終端無預(yù)付費管理功能，因此，在用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)中，應(yīng)通過智能化電表實現(xiàn)預(yù)付費管理功能。第一，電力營銷用電信息采集系統(tǒng)智能電表應(yīng)當(dāng)具備儲值與讀卡功能，用戶可至專門開始的售電窗口購買電量，將磁卡信息插入電表后由電表自動處置，連續(xù)計算與扣除用戶用電信息，動態(tài)顯示剩余電量、剩余電費，當(dāng)電費不足時跳閘停電，接到主站的續(xù)交電費信息后復(fù)電。第二，電力營銷用電信息采集系統(tǒng)智能電表應(yīng)具有執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)指令的功能，即電表顯示主站連續(xù)計算的當(dāng)前剩余電費信息下發(fā)到電表，執(zhí)行主站的停電跳閘指令，用戶交費后網(wǎng)絡(luò)復(fù)電，存在電費下發(fā)不及時的隱患。

參考文獻

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