用電信息采集系統(tǒng)在配網(wǎng)運維管理中的應用

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

　　摘要：用電信息采集系統(tǒng)是提升配網(wǎng)運維管理的重要內(nèi)容。本文介紹了當前用電信息采集系統(tǒng)的概況，分析了用電信息采集系統(tǒng)和臺區(qū)管理目前存在的一些問題，研究了用電信息系統(tǒng)中臺區(qū)采集模型改造、通訊規(guī)約擴展、面向?qū)ο髤f(xié)議、智能電表停電時間研判擴充、臺區(qū)線損治理改造和統(tǒng)一接口平臺改造，論述了用電信息采集系統(tǒng)的未來會朝豐富、共享、大數(shù)據(jù)、移動、融合和交互發(fā)展的趨勢。

　　關(guān)鍵詞：用電信息采集系統(tǒng);配網(wǎng)運維管理;采集模型;智能電表;臺區(qū)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(xiàn)出日益激烈的態(tài)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(zhàn)，國家電網(wǎng)基于智能電表的數(shù)據(jù)，通過用電信息采集系統(tǒng)實現(xiàn)公用配電變壓器停電信息監(jiān)控、配電線路停運信息研判及公用配變異常運行工況監(jiān)測等需求，為供電服務指揮系統(tǒng)建設內(nèi)容提供良好的基礎^[1-3]。

　　目前，連接國家電網(wǎng)陜西電力公司電力信息采集系統(tǒng)的智能電能表數(shù)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(shù)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(tǒng)仍舊存在部分問題，如主站系統(tǒng)檔案完善、 運行不穩(wěn)定、采集端與電能表協(xié)議不統(tǒng)一和通信不同期等問題。如何利用集電系統(tǒng)提高配電網(wǎng)運行維護效率、配電網(wǎng)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(tǒng)的人性化、精益化、信息化發(fā)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(tǒng)的發(fā)展概況，針對用電采集系統(tǒng)和臺區(qū)管理運維中發(fā)生的問題和仍未解決的挑戰(zhàn)，提出了對用電采集系統(tǒng)改造和擴充的方案，以及對臺區(qū)管理的創(chuàng)新，提升了配網(wǎng)運維的效率和管理水平。最后論述了用電采集系統(tǒng)未來的發(fā)展方向，為用電采集系統(tǒng)在配網(wǎng)運行維護方面奠定了基礎。

　　1 用電信息采集系統(tǒng)概況

　　用電信息采集系統(tǒng)主要功能為：實時監(jiān)控、收集和處理電力用戶的用電信息、實現(xiàn)電力信息的自動采集、測量異常檢測、電能質(zhì)量檢測、用電分析和管理、相關(guān)信息發(fā)布、分布式能源監(jiān)控、智能電力設備信息交換等^[4]。為實現(xiàn)階梯電價電費自動結(jié)算、遠程和本地費控等營銷業(yè)務提供了技術(shù)支持^[5]。由于對用戶的實時監(jiān)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(fā)現(xiàn)電路故障。此外，它還可以分析和研究功耗不穩(wěn)定用戶的用電情況，并確保用戶用電的安全性和穩(wěn)定性^[6]。因此，使用用電信息采集系統(tǒng)可以提高效率，并且還可以自動檢測分析諸如不穩(wěn)定電力使用的意外情況，以防止竊電、漏電的發(fā)生^[7]。在實踐中，系統(tǒng)的應用效果也令人印象深刻。

　　用電信息采集系統(tǒng)由主站系統(tǒng)、通信信道和采集設備三部分組成。主站系統(tǒng)的主要功能是業(yè)務應用，數(shù)據(jù)采集，控制執(zhí)行，預通信調(diào)度和數(shù)據(jù)庫管理。通信信道用于系統(tǒng)主站和采集終端之間的遠程數(shù)據(jù)通信^[8]。采集裝置負責收集和提供整個系統(tǒng)的原始用電信息，通常是現(xiàn)場安裝的終端和計量設備^[9]。

　　電力信息采集系統(tǒng)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(yè)用戶、低壓居民用戶、配變臺區(qū)計量點等6種類型的用戶。 通常電力公司都會根據(jù)用戶用電需求的不同來設定不同的采集任務，從而實現(xiàn)合理的供電、采集和維護，詳見表1。

　　2 用電信息采集系統(tǒng)和臺區(qū)管理中存在的問題

　　2.1 用電信息采集系統(tǒng)主站存在的問題

　　(1)系統(tǒng)檔案問題

　　主站系統(tǒng)基礎檔案不完善。電力用戶用電信息采集系統(tǒng)在使用的初期，由于建檔人員未經(jīng)過統(tǒng)一的培訓，從而導致專、公變表計參數(shù)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(shù)據(jù)整理與計算時出現(xiàn)錯誤^[10]。

　　(2)主站運行不穩(wěn)定

　　隨著智能化的蓬勃發(fā)展，信息采集已經(jīng)進入無人化，但是采集終端接入數(shù)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(fā)信息查詢指令并計算數(shù)據(jù)時，因為服務器的運行速度往往不足以處理龐大的數(shù)據(jù)，導致系統(tǒng)卡機、癱瘓的情況時有發(fā)生^[11]。這些問題也影響了對現(xiàn)場情況的及時判斷，從而耽誤了搶修救援的最佳時機。

　　(3)數(shù)據(jù)合理性分析不完善

　　雖然用電信息采集系統(tǒng)可以正確地記錄下用戶出現(xiàn)計量表飛轉(zhuǎn)和倒轉(zhuǎn)問題，但是仍然無法對于出現(xiàn)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(shù)據(jù)，也無法通過計算補全缺失數(shù)據(jù)。

　　2.2 采集終端及電能表存在的問題

　　(1)協(xié)議不統(tǒng)一

　　目前，大多數(shù)采集終端使用Q/GDW1376.1協(xié)議，電能表使用DL/T645-07協(xié)議和衍生版本。由于協(xié)議的標準不完全統(tǒng)一，協(xié)議之間需要提前完成相互轉(zhuǎn)換才能正常運行，從而無法完全保證數(shù)據(jù)采集過程中的高效性和成功率。

　　(2)采集終端采集的數(shù)據(jù)不同期

　　由于現(xiàn)場設備故障以及電能表時鐘電池的原因，造成采集數(shù)據(jù)異?；蛘邇鼋Y(jié)數(shù)據(jù)不是每日零點的凍結(jié)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(xiàn)不穩(wěn)定的情況， 這些問題造成了載波日凍結(jié)抄表失敗，用戶用電數(shù)據(jù)無法采集和傳輸。

　　2.3 臺區(qū)管理系統(tǒng)建設及運用存在的問題

　　(1)各臺區(qū)交流匱乏

　　在臺區(qū)建設采集系統(tǒng)的過程中，經(jīng)過專家組的深入調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)臺區(qū)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(guān)各自為戰(zhàn)，并沒有形成相互協(xié)作和發(fā)展的機制，裝配的采集設備也是形形色色，不能統(tǒng)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(qū)之間不斷發(fā)生。

　　(2)對各地區(qū)建設采集系統(tǒng)規(guī)劃不合理

　　許多臺區(qū)看重生產(chǎn)效益，為了盡快讓采集系統(tǒng)產(chǎn)生效益，采集裝置往往都規(guī)劃在新的或者易于建設的地區(qū)，忽視了偏遠及落后的山區(qū)的發(fā)展。同時，大部分臺區(qū)在農(nóng)村安裝采集系統(tǒng)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(zhì)量低，系統(tǒng)運行不足等問題也隨之出現(xiàn)，大大降低了數(shù)據(jù)采集和分析采集系統(tǒng)的準確性。

　　(3)系統(tǒng)在運用中缺乏維護

　　系統(tǒng)運行中的環(huán)境因素也影響系統(tǒng)穩(wěn)定的一大因素，如惡劣的天氣、施工人員水平、突發(fā)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(tǒng)運維沒有制定統(tǒng)一、明確的管理制度，采集系統(tǒng)得不到有效維護，突發(fā)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(gòu)和供電公司關(guān)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(guān)部門的技術(shù)水平滯后，很難及時發(fā)現(xiàn)和阻止。

　　3 用電信息采集系統(tǒng)改造與擴充

　　3.1 臺區(qū)多集中器采集模型改造

　　臺區(qū)關(guān)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(xiàn)臺區(qū)檔案抄收，采集系統(tǒng)增加相應的功能模塊實現(xiàn)集中器抄收臺區(qū)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(tǒng)現(xiàn)有臺區(qū)-終端檔案管理模型，實現(xiàn)對單臺區(qū)下掛載多個集中器的數(shù)據(jù)采集模型。為了完成智能電表的曲線數(shù)據(jù)采集，通常需要臺區(qū)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(qū)內(nèi)電壓、電流、功率、功率因數(shù)等曲線數(shù)據(jù)。

　　3.2 通訊規(guī)約擴展

　　通常，采集終端的通信規(guī)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(wǎng)陜西省電力公司用電信息采集系統(tǒng)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(shù)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(shù)量詳見表4。

　　用電信息采集系統(tǒng)主站與采集終端之間的數(shù)據(jù)交互協(xié)議主要包括負控制版本4.1協(xié)議，Q/GDW376.1-2009版規(guī)約、Q/GDW1376.1-2013版規(guī)約。各種規(guī)約的終端數(shù)量詳見表5。

　　通信協(xié)議的擴展分為兩部分。一是修訂用電信息采集系統(tǒng)Q/GDW1376.1-2013《電力用戶信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議：主站與終端通信協(xié)議》中電壓曲線、電流曲線、功率曲線、功率因數(shù)曲線數(shù)據(jù)通訊規(guī)約，實現(xiàn)5分鐘曲線數(shù)據(jù)采集。二是擴大用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)Q/GDW1376.1-2013《電力用戶用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議 第1部分：主站和采集終端通信協(xié)議》，擴展系統(tǒng)主站和終端事件數(shù)據(jù)采集協(xié)議，實現(xiàn)全表事件采集。

　　3.3 推廣面向?qū)ο笸ㄐ艆f(xié)議

　　面向?qū)ο髤f(xié)議是基于采集主站、采集終端、現(xiàn)場智能電能表數(shù)據(jù)交互時所用到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換協(xié)議，該協(xié)議區(qū)別于1376.1協(xié)議，是一種全新的數(shù)據(jù)交互方式。根據(jù)前期測試工作，已于2017年7月份完成了主站功能開發(fā)，實現(xiàn)了面向?qū)ο髤f(xié)議與645協(xié)議的電能表數(shù)據(jù)完整交互，確?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的穩(wěn)定性。面向?qū)ο髤f(xié)議采集應用模塊能夠?qū)崿F(xiàn)靈活配置采集終端的數(shù)據(jù)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(xiàn)多級加密策略，用戶用電數(shù)據(jù)、采集終端及電能表事件上報、參數(shù)更改、控制命令下發(fā)利用不同的加密等級，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?。推廣面向?qū)ο蟮耐ㄐ艆f(xié)議，提高用電信息采集系統(tǒng)的性能，并根據(jù)電壓信息，電流曲線，功率曲線，功率因數(shù)曲線等存儲數(shù)據(jù)模型,實現(xiàn)5分鐘曲線數(shù)據(jù)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(nèi)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(fā)生停電情況的一分鐘內(nèi)，通信模塊會通過微功率通信協(xié)議發(fā)出警報，上報該次停電事件。根據(jù)臺區(qū)的實際停電上報情況結(jié)合雙模通信單元中載波過零相位識別技術(shù)對的智能電能表發(fā)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(qū)中哪相電、哪棟樓、哪個單元甚至哪一戶居民發(fā)生停電，從而實現(xiàn)快速高效的搶修。

　　3.5 臺區(qū)線損治理改造

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

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

　　3.6 統(tǒng)一接口平臺改造

　　擴展用電信息采集系統(tǒng)統(tǒng)一接口平臺傳輸數(shù)據(jù)模型，支撐5分鐘電壓曲線、電流曲線、功率曲線、功率因數(shù)曲線，事件數(shù)據(jù)推送;該接口平臺應該具備的功能有：

　　(1)基礎數(shù)據(jù)自動更新。

　　(2)系統(tǒng)的擴展性。

　　(3)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及共享。

　　(4)系統(tǒng)的安全性。

　　4 用電信息采集系統(tǒng)的未來發(fā)展趨勢

　　4.1 電信息采集系統(tǒng)的推廣效果

　　推廣用電信息采集系統(tǒng)，在遠程費控應用功能方面，目前采集系統(tǒng)遠程實時費控功能已在全省范圍內(nèi)推廣使用，平均每天上傳248萬戶遠程費控用戶日凍結(jié)數(shù)據(jù)，下發(fā)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(tǒng)，在電價下發(fā)功能方面，5月份因營銷部營業(yè)處要求，需對151769戶用電客戶電價進行調(diào)整，涉及專變用戶數(shù)34戶，公變用戶數(shù)66戶，低壓用戶數(shù)150847戶，822戶檔案未接入采集系統(tǒng)，故不能下發(fā)。最終下發(fā)成功用戶數(shù)為129673戶，失敗22100戶，下發(fā)成功率可達85.44%。

　　推廣用電信息采集系統(tǒng)，在“多表合一”數(shù)據(jù)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(xiàn)場調(diào)試工作，并且采集成功率在近三四個月期間持續(xù)穩(wěn)定在99%以上。

　　推廣用電信息采集系統(tǒng)，在閉環(huán)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(fā)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(tǒng)，在全電量數(shù)據(jù)采集應用功能方面，通過采集系統(tǒng)變電站管理模塊已接入采集系統(tǒng)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(tǒng)未來發(fā)展趨勢

　　(1) 豐富的通信網(wǎng)接入技術(shù)

　　用電信息采集系統(tǒng)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(tǒng)的體系架構(gòu)，研究智能電網(wǎng)與用采系統(tǒng)結(jié)合接入技術(shù)，將數(shù)據(jù)、語音和圖像等方面的業(yè)務融合，實現(xiàn)接入技術(shù)的一體化，為采集、監(jiān)測和控制提供多種安全可靠的通信通道。

　　(2) 信息共享與數(shù)據(jù)融合

　　目前，用電信息采集系統(tǒng)正處于規(guī)模投建階段，和其他業(yè)務系統(tǒng)還未實現(xiàn)融合，因此利用信息共享技術(shù)，將采集到的數(shù)據(jù)分享給不同業(yè)務系統(tǒng)，然后融合不同的數(shù)據(jù)信息，實現(xiàn)營銷系統(tǒng)業(yè)務多方位、多層次、多渠道的綜合應用。

　　(3)大數(shù)據(jù)處理

　　國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域遍布全國，有超過3億戶的用戶。為了綜合利用現(xiàn)有的龐大數(shù)據(jù)，需要深入研究數(shù)據(jù)處理相關(guān)的技術(shù)，如多線程并行處理、海量數(shù)據(jù)分批處理、存儲以及數(shù)據(jù)備份。

　　(4)移動作業(yè)技術(shù)

　　傳統(tǒng)的計量作業(yè)的工作效率和準確度低下?；谝苿幼鳂I(yè)平臺技術(shù)，可以實現(xiàn)現(xiàn)場計量、抄表、檢查、加載數(shù)據(jù)庫和培訓等功能，進而提高工作效率和數(shù)據(jù)準確度，減輕工作人員的壓力與負擔，進一步提升了計量現(xiàn)場作業(yè)的精細化管理水平。

　　(5)三網(wǎng)融合

　　深刻體會國家建設智能電網(wǎng)的內(nèi)涵與目標，在現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡和基礎設施系統(tǒng)架構(gòu)基礎上，將通信網(wǎng)絡、廣播電視媒體網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)合， 實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、視頻等業(yè)務的集成，節(jié)省通信信道建設和運營成本。提高網(wǎng)絡綜合運營的效率和用電信息采集系統(tǒng)的穩(wěn)定性、準確性和實時性。

　　(6)智能用電雙向交互技術(shù)

　　智能用電雙向交互通過現(xiàn)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(zhì)量等數(shù)據(jù)，監(jiān)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(shù)據(jù)曲線，調(diào)節(jié)配電網(wǎng)的峰谷負荷，并指導用戶合理的使用家電設備。

　　5 結(jié)論

　　本文介紹了用電信息采集系統(tǒng)的現(xiàn)狀，分析了用采系統(tǒng)和臺區(qū)管理存在的問題。針對這些問題，提出了用電信息采集系統(tǒng)的改造和擴展方案，同時，需要加強臺區(qū)之間的交流，合理規(guī)劃臺區(qū)用電采集系統(tǒng)的建設，培訓專業(yè)技術(shù)人員，提高配電網(wǎng)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(tǒng)推廣實施效果，總結(jié)出用電信息采集系統(tǒng)的未來會朝向豐富、共享、大數(shù)據(jù)、移動、融合和交互的趨勢發(fā)展，它仍然是配電網(wǎng)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(chǎn)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