用電信息采集系統(tǒng)在配網運維管理中的應用

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(tǒng)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(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、面向對象協(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。

　　關鍵詞：用電信息采集系統(tǒng);配網運維管理;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(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(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、電能質量檢測、用電分析和管理、相關信息發(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算、遠程和本地費控等營銷業(yè)務提供了技術支持^[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)計量表飛轉和倒轉問題，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)異常或者凍結數(shù)據(jù)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(xiàn)不穩(wěn)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(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，經過專家組的深入調查研究，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)看重生產效益，為了盡快讓采集系統(tǒng)產生效益，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(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 推廣面向對象通信協(xié)議

　　面向對象協(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)了面向對象協(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。面向對象協(xié)議采集應用模塊能夠實現(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浴Ｍ茝V面向對象的通信協(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，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(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，提高供電公司的經濟效益。

　　根據(jù)《國家電網公司關于進一步加強營銷專業(yè)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(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推廣使用，平均每天上傳248萬戶遠程費控用戶日凍結數(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) 豐富的通信網接入技術

　　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，研究智能電網與用采系統(tǒng)結合接入技術，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，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

　　國家電網公司經營區(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)處理相關的技術，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

　　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，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)三網融合

　　深刻體會國家建設智能電網的內涵與目標，在現(xiàn)有的通信網絡和基礎設施系統(tǒng)架構基礎上，將通信網絡、廣播電視媒體網絡和互聯(lián)網技術結合， 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

　　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，調節(jié)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(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(tǒng)推廣實施效果，總結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