用电信息采集系统在配网运维管理中的应用

作者/何鑫¹，杜杰²,尹璐¹(1.国网陕西省电力公司电力科学研究院，陕西 西安 710100;2.国网陕西省电力公司,陕西 西安 710048)

　　摘要：用电信息采集系统是提升配网运维管理的重要内容。本文介绍了当前用电信息采集系统的概况，分析了用电信息采集系统和台区管理目前存在的一些问题，研究了用电信息系统中台区采集模型改造、通讯规约扩展、面向对象协议、智能电表停电时间研判扩充、台区线损治理改造和统一接口平台改造，论述了用电信息采集系统的未来会朝丰富、共享、大数据、移动、融合和交互发展的趋势。

　　关键词：用电信息采集系统;配网运维管理;采集模型;智能电表;台区线

　　0 引言

　　近年来我国电力体制改革不断深入，市场竞争呈现出日益激烈的态势，以及客户需求也变得多样化、个性化。面对新形势和新挑战，国家电网基于智能电表的数据，通过用电信息采集系统实现公用配电变压器停电信息监控、配电线路停运信息研判及公用配变异常运行工况监测等需求，为供电服务指挥系统建设内容提供良好的基础^[1-3]。

　　目前，连接国家电网陕西电力公司电力信息采集系统的智能电能表数量，总计548.85万只，累计接入采集终端96214台(其中专变终端49077台， 集中器47137台)，采集覆盖率基本上是100%，采集成功的电表数量为539.83万，采集成功率达到98.92%。然而在日常的运行管理中，用户用电采集系统仍旧存在部分问题，如主站系统档案完善、 运行不稳定、采集端与电能表协议不统一和通信不同期等问题。如何利用集电系统提高配电网运行维护效率、配电网运行维护管理水平、客户满意度。促进用户用电信息采集系统的人性化、精益化、信息化发展仍是一个重要的研究方向。

　　本文主要介绍了目前用电信息采集系统的发展概况，针对用电采集系统和台区管理运维中发生的问题和仍未解决的挑战，提出了对用电采集系统改造和扩充的方案，以及对台区管理的创新，提升了配网运维的效率和管理水平。最后论述了用电采集系统未来的发展方向，为用电采集系统在配网运行维护方面奠定了基础。

　　1 用电信息采集系统概况

　　用电信息采集系统主要功能为：实时监控、收集和处理电力用户的用电信息、实现电力信息的自动采集、测量异常检测、电能质量检测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控、智能电力设备信息交换等^[4]。为实现阶梯电价电费自动结算、远程和本地费控等营销业务提供了技术支持^[5]。由于对用户的实时监控，不仅有利于分析电力线路的使用和损坏情况，使操作人员能够及时发现电路故障。此外，它还可以分析和研究功耗不稳定用户的用电情况，并确保用户用电的安全性和稳定性^[6]。因此，使用用电信息采集系统可以提高效率，并且还可以自动检测分析诸如不稳定电力使用的意外情况，以防止窃电、漏电的发生^[7]。在实践中，系统的应用效果也令人印象深刻。

　　用电信息采集系统由主站系统、通信信道和采集设备三部分组成。主站系统的主要功能是业务应用，数据采集，控制执行，预通信调度和数据库管理。通信信道用于系统主站和采集终端之间的远程数据通信^[8]。采集装置负责收集和提供整个系统的原始用电信息，通常是现场安装的终端和计量设备^[9]。

　　电力信息采集系统的对口用户主要包括大型专用用户，中小型专用用户，低压三相工商用户，低压单相工商业用户、低压居民用户、配变台区计量点等6种类型的用户。 通常电力公司都会根据用户用电需求的不同来设定不同的采集任务，从而实现合理的供电、采集和维护，详见表1。

　　2 用电信息采集系统和台区管理中存在的问题

　　2.1 用电信息采集系统主站存在的问题

　　(1)系统档案问题

　　主站系统基础档案不完善。电力用户用电信息采集系统在使用的初期，由于建档人员未经过统一的培训，从而导致专、公变表计参数错误或地址不匹配等问题，造成建档时档案信息和实际表计的信息不一致，最终导致后期进行数据整理与计算时出现错误^[10]。

　　(2)主站运行不稳定

　　随着智能化的蓬勃发展，信息采集已经进入无人化，但是采集终端接入数量的迅速增加，所采集的信息量也随之几何倍增，同时主站下发信息查询指令并计算数据时，因为服务器的运行速度往往不足以处理庞大的数据，导致系统卡机、瘫痪的情况时有发生^[11]。这些问题也影响了对现场情况的及时判断，从而耽误了抢修救援的最佳时机。

　　(3)数据合理性分析不完善

　　虽然用电信息采集系统可以正确地记录下用户出现计量表飞转和倒转问题，但是仍然无法对于出现这些问题的具体原因作出明确诊断^[12]。 因此，目前无法消除无效数据，也无法通过计算补全缺失数据。

　　2.2 采集终端及电能表存在的问题

　　(1)协议不统一

　　目前，大多数采集终端使用Q/GDW1376.1协议，电能表使用DL/T645-07协议和衍生版本。由于协议的标准不完全统一，协议之间需要提前完成相互转换才能正常运行，从而无法完全保证数据采集过程中的高效性和成功率。

　　(2)采集终端采集的数据不同期

　　由于现场设备故障以及电能表时钟电池的原因，造成采集数据异常或者冻结数据不是每日零点的冻结值，影响了用户计算电费以及线损的计算。

　　(3)采集终端与电表模块不兼容

　　由于采集终端与电能模块间存在兼容性问题，而且采集模块也会出现不稳定的情况， 这些问题造成了载波日冻结抄表失败，用户用电数据无法采集和传输。

　　2.3 台区管理系统建设及运用存在的问题

　　(1)各台区交流匮乏

　　在台区建设采集系统的过程中，经过专家组的深入调查研究，发现台区的管理还存在许多建设性问题。由于相互之间缺少沟通，供电机关各自为战，并没有形成相互协作和发展的机制，装配的采集设备也是形形色色，不能统一，彼此之间也不具有兼容性。容易导致同一个问题在不同台区之间不断发生。

　　(2)对各地区建设采集系统规划不合理

　　许多台区看重生产效益，为了尽快让采集系统产生效益，采集装置往往都规划在新的或者易于建设的地区，忽视了偏远及落后的山区的发展。同时，大部分台区在农村安装采集系统时，为了降低成本，一般都会外包完成，这样安装水平参差不齐，安装质量低，系统运行不足等问题也随之出现，大大降低了数据采集和分析采集系统的准确性。

　　(3)系统在运用中缺乏维护

　　系统运行中的环境因素也影响系统稳定的一大因素，如恶劣的天气、施工人员水平、突发情况以及用户的不正当操作都会引起电表信号衰弱、采集装置被损坏甚至烧毁等问题。系统运维没有制定统一、明确的管理制度，采集系统得不到有效维护，突发故障得不到快速解决。

　　(4)多样的窃电手段

　　用户窃电以及如何反窃电一直是我国家电力供应机构和供电公司关注的焦点。目前，仍然有很多不法分子利用高科技的窃电手段，隐蔽地窃电，而相关部门的技术水平滞后，很难及时发现和阻止。

　　3 用电信息采集系统改造与扩充

　　3.1 台区多集中器采集模型改造

　　台区关系模型对营销同期线损的计算影响较大，通过集中器的升级改造利用载波通讯的特点实现台区档案抄收，采集系统增加相应的功能模块实现集中器抄收台区信息与营销档案基础信息分析比较的功能，以便运维人员进行查看和处理。改造用电信息采集系统现有台区-终端档案管理模型，实现对单台区下挂载多个集中器的数据采集模型。为了完成智能电表的曲线数据采集，通常需要台区中的多个集中器配合完成，具体方案为：令1台集中器为主、其余多台集中器为辅，同时采集台区内电压、电流、功率、功率因数等曲线数据。

　　3.2 通讯规约扩展

　　通常，采集终端的通信规约不一致，因此在应对不同事件时，往往需要制定不同终端、智能电表事件采集方案。详见表2。

　　国网陕西省电力公司用电信息采集系统主站与采集终端主要通讯方式包括GPRS无线通信方式和230 MHz无线通讯方式。数量详见表3。

　　采集终端和电能表之间的通信模式一般可分为三种类型：RS-485总线通信模式，微功率无线通信模式和电力线载波通信模式。 数量详见表4。

　　用电信息采集系统主站与采集终端之间的数据交互协议主要包括负控制版本4.1协议，Q/GDW376.1-2009版规约、Q/GDW1376.1-2013版规约。各种规约的终端数量详见表5。

　　通信协议的扩展分为两部分。一是修订用电信息采集系统Q/GDW1376.1-2013《电力用户信息采集系统通信协议：主站与终端通信协议》中电压曲线、电流曲线、功率曲线、功率因数曲线数据通讯规约，实现5分钟曲线数据采集。二是扩大用电信息采集系统数据Q/GDW1376.1-2013《电力用户用电信息采集系统通信协议 第1部分：主站和采集终端通信协议》，扩展系统主站和终端事件数据采集协议，实现全表事件采集。

　　3.3 推广面向对象通信协议

　　面向对象协议是基于采集主站、采集终端、现场智能电能表数据交互时所用到的数据转换协议，该协议区别于1376.1协议，是一种全新的数据交互方式。根据前期测试工作，已于2017年7月份完成了主站功能开发，实现了面向对象协议与645协议的电能表数据完整交互，确保现场数据采集的稳定性。面向对象协议采集应用模块能够实现灵活配置采集终端的数据采集方案、事件采集、上报方案，便于采集终端的多样化管理。在安全性方面实现多级加密策略，用户用电数据、采集终端及电能表事件上报、参数更改、控制命令下发利用不同的加密等级，提高数据传输的安全性。推广面向对象的通信协议，提高用电信息采集系统的性能，并根据电压信息，电流曲线，功率曲线，功率因数曲线等存储数据模型,实现5分钟曲线数据采集入库。

　　3.4 智能电表停电事件研判扩充

　　当智能电能表检测到停电事件时，智能电能表和通信模块之间无正常供电维持，导致两端电压归零，此时，通信模块内部的超级电容被激活，用来暂时维持电能表的正常工作，同时在发生停电情况的一分钟内，通信模块会通过微功率通信协议发出警报，上报该次停电事件。根据台区的实际停电上报情况结合双模通信单元中载波过零相位识别技术对的智能电能表发生停电的相位进行判定，然后利用集中器的停电事件、断相事件给出合理的研判方法，准确的定位出台区中哪相电、哪栋楼、哪个单元甚至哪一户居民发生停电，从而实现快速高效的抢修。

　　3.5 台区线损治理改造

　　台区线损的治理的主要意义在于两方面，一是根据台区线损合格率的大小来衡量供电企业的管理能力水平;其次，减少台区的损失可以节省大量电力，提高供电公司的经济效益。

　　根据《国家电网公司关于进一步加强营销专业线损管理工作的通知》【国家电网营销〔2016〕510号】，为满足营销部对公变台区线损管理的需要，在采集系统建立线损统计分析模型，包括线损模型维护、台区线损统计分析、本地化线损监控等功能。

　　3.6 统一接口平台改造

　　扩展用电信息采集系统统一接口平台传输数据模型，支撑5分钟电压曲线、电流曲线、功率曲线、功率因数曲线，事件数据推送;该接口平台应该具备的功能有：

　　(1)基础数据自动更新。

　　(2)系统的扩展性。

　　(3)数据转换及共享。

　　(4)系统的安全性。

　　4 用电信息采集系统的未来发展趋势

　　4.1 电信息采集系统的推广效果

　　推广用电信息采集系统，在远程费控应用功能方面，目前采集系统远程实时费控功能已在全省范围内推广使用，平均每天上传248万户远程费控用户日冻结数据，下发5万条任务工单，为远程实时费控工作提供有效工作支撑。

　　推广用电信息采集系统，在电价下发功能方面，5月份因营销部营业处要求，需对151769户用电客户电价进行调整，涉及专变用户数34户，公变用户数66户，低压用户数150847户，822户档案未接入采集系统，故不能下发。最终下发成功用户数为129673户，失败22100户，下发成功率可达85.44%。

　　推广用电信息采集系统，在“多表合一”数据采集应用功能方面，2017“多表合一”采集建设工作有序进行开展，已累计接入水表24362只，累计接入热表1128只，累计接入多表25490只。安康公司目前完成已接入的水表现场调试工作，并且采集成功率在近三四个月期间持续稳定在99%以上。

　　推广用电信息采集系统，在闭环管理应用功能方面，目前模块应用情况良好，9月份全省采集运维工单派发率91.06%，工单反馈率94.72%，工单归档率43.75%，工单综合处理率达到76.51%。

　　推广用电信息采集系统，在全电量数据采集应用功能方面，通过采集系统变电站管理模块已接入采集系统35 kV及以上用户1256户，已接入北斗通讯方式用户145户。5月份对35 kV及以上专线用户进行了专项治理，采集成功率从5月份的55.42%，到9月份已达到88.35%。

　　4.2 用电信息采集系统未来发展趋势

　　(1) 丰富的通信网接入技术

　　用电信息采集系统的通信具有较高的实时性和可靠性，可以通过分析目前用采系统的体系架构，研究智能电网与用采系统结合接入技术，将数据、语音和图像等方面的业务融合，实现接入技术的一体化，为采集、监测和控制提供多种安全可靠的通信通道。

　　(2) 信息共享与数据融合

　　目前，用电信息采集系统正处于规模投建阶段，和其他业务系统还未实现融合，因此利用信息共享技术，将采集到的数据分享给不同业务系统，然后融合不同的数据信息，实现营销系统业务多方位、多层次、多渠道的综合应用。

　　(3)大数据处理

　　国家电网公司经营区域遍布全国，有超过3亿户的用户。为了综合利用现有的庞大数据，需要深入研究数据处理相关的技术，如多线程并行处理、海量数据分批处理、存储以及数据备份。

　　(4)移动作业技术

　　传统的计量作业的工作效率和准确度低下。基于移动作业平台技术，可以实现现场计量、抄表、检查、加载数据库和培训等功能，进而提高工作效率和数据准确度，减轻工作人员的压力与负担，进一步提升了计量现场作业的精细化管理水平。

　　(5)三网融合

　　深刻体会国家建设智能电网的内涵与目标，在现有的通信网络和基础设施系统架构基础上，将通信网络、广播电视媒体网络和互联网技术结合， 实现数据、语音、视频等业务的集成，节省通信信道建设和运营成本。提高网络综合运营的效率和用电信息采集系统的稳定性、准确性和实时性。

　　(6)智能用电双向交互技术

　　智能用电双向交互通过现有的光纤通信通道与电力线路载波信号通信通道，采集和分析用户的用电信息和电能质量等数据，监控和管理家庭的用电设备，提供用户需要的实时信息，并通过用户用电的历史记录和数据曲线，调节配电网的峰谷负荷，并指导用户合理的使用家电设备。

　　5 结论

　　本文介绍了用电信息采集系统的现状，分析了用采系统和台区管理存在的问题。针对这些问题，提出了用电信息采集系统的改造和扩展方案，同时，需要加强台区之间的交流，合理规划台区用电采集系统的建设，培训专业技术人员，提高配电网运行维护的效率和管理水平。通过陕西省用电信息采集系统推广实施效果，总结出用电信息采集系统的未来会朝向丰富、共享、大数据、移动、融合和交互的趋势发展，它仍然是配电网运营和维护的重要组成部分。

　　参考文献

　　[1]钟清,孙闻,余南华,等.主动配电网规划中的负荷预测与发电预测[J].中国电机工程学报,2014,34(19):3050-3055.

　　[2]赵宏伟,任震,黄雯莹.考虑周周期性的短期负荷预测[J].中国电机工程报,1997,17(3):211-213.

　　[3]静恩波.智能电网 AMI 中的智能电表系统设计[J].电测与仪表,2010,47(7A):36-39.

　　[4]宋亚奇,周国亮,朱永利.智能电网大数据处理技术现状与挑战[J].电网技术,2013(14):927-935.

　　[5]肖坚红,严小文,周永真,等.基于数据挖掘的计量装置在线监测与智能诊断系统的设计与实现[J].电测与仪表,2014(14):1-5.

　　[6]袁金灿,马进,王思彤,等.智能电表可靠性预计[J].电力自动化设备,2013(33):161-166.

　　[7]辛洁晴,王帅.基于智能电表的窃电侦查方法综述[J].电网技术,2012,36(S1):206-211.

　　[8]王伟能,王志强,杨帅.智能电能表中窃电与防窃电技术分析[J].湖南电力,2013,32(5):30-31.

　　[9]李静,杨洪耕.一种用于家用智能电表的负荷识别方法[J].现代电力,2013(5):83-89.

　　[10]叶盛.配网设备状态检修及运维管理措施[J]. 低碳世界,2016,18:36-37.

　　[11] 张 琳. 关于配网运维管理过程中的关键问题分析[J]. 科技创新与应用，2017，07：199.

　　[12] 杨 君. 电力配网运维管理问题探讨[J]. 黑龙江科技信息，2014，30:69.

本文来源于科技期刊《电子产品世界》2019年第3期第49页，欢迎您写论文时引用，并注明出处