用电信息采集系统发展新趋势

王晓峰，李庚清

（1.南京供电公司，南京 210008；2.南京新联电子股份有限公司，南京 210008）

从智能电网概念的出现，到美国提出能源新政，再到我国提出坚强智能电网计划，智能电网已成为全球能源界的关注焦点；用电领域也开始积极倡导智能用电，而智能用电与电力用户关系最为紧密，且智能用电是中国坚强智能电网的重要组成部分，智能用电建设的好坏直接关系到电网的能源使用效率、经济运行和有序用电。

为加快电力用户用电信息自动采集系统建设，国家电网公司提出在系统范围内电力用户实现“全覆盖、全采集、全预付费”的工作目标，积极推进营销计量、抄表、收费模式标准化建设和国家电网公司信息化建设，不断提升计量、计费水平和服务能力，分阶段全面实行居民阶梯电价。而用电信息自动采集系统是国家电网公司SG186信息化建设的重要组成部分，是营销计量、抄表、收费标准体系建设的重要基础，从2009年起，国家电网公司计划利用3～5年时间，投巨资用于各网省公司建立用电信息采集系统。用电信息采集系统的重要性比以往任何时候都更加突出，同时科研设计、制造厂商和各级电力公司均投入了大量的人力财力开展这方面的开发研究和工程实施工作。

1 现状

长期以来我国电网缺电严重，加之“重发、轻配、不管用”的影响，从而用电系统建设相对比较薄弱，自动化、信息化程度不高。从计划经济时代开始，随着电力负荷控制系统及限电为主的负控装置10多年的发展推广，全国各省会、各地及市等都不同程度地建立发展了负荷控制系统。随着采集功能应用的逐步扩大，在大用户、台区监测及居民抄表应用中也部分投运了配变监测系统和居民集抄系统。但是，由于各系统分别建设，没有很好整合各种系统资源，主站软件对多种信道的综合运用能力存在不足，目前应用的有230 MHz无线专网、GPRS/CDMA无线公网、电力线载波（PLC）等，缺乏统一管理，存在重复建设、信道资源利用率低等问题。同时这些系统各自独立，数据没有有效地共享，数据的应用价值没有充分挖掘，缺乏统一全面的技术标准和规范，不利于营销信息化的进一步发展。

针对现状，在国家电网公司主导下，电力行业标委会修订了《DL/T 698电能信息采集与管理系统》。它系统规范了电能信息采集的主站、信道、终端的功能、性能，其范围涵盖了所有上网关口、变电站关口和考核、各类电力用户、公用配变考核的所有计量点，并可构成一个整体的从发电上网到用户消费的全过程电能信息采集。从而为加快用电信息自动采集系统的全面发展提供了可能。

2 发展趋势探讨

2.1 用电信息系统建设

SG186工程要建立一体化企业级信息集成平台，由于技术、管理体制及历史的原因，在一个供电企业内就存在多个自动化系统。各系统开放性差、数据交换接口不标准，数据模型不统一，互相之间信息不能共享，形成“信息孤岛”，而目前国内还没有一套成熟标准去规范各厂家的产品，难以实现不同厂家产品的互连互换。大量用电信息数据利用率不高，各省、地市和县一级供电企业信息也无法进行共享和互操作。为实现供电企业信息的共享和互操作，在电力经营上需要有技术手段作为支持，IEC 61970协议族作为电力系统信息共享和应用集成的基础框架，目前还在发展完善中。其主要包括公共信息模型（CIM）和组件接口规范（CIS）2方面内容，IEC 61970/61968系列标准为推动电力企业信息共享、解决信息孤岛现象提供了一种可行的技术标准。尤其是IEC 61970标准在EMS系统的开发与建设上取得相当大的成绩，对国家电网公司自行建设的用电信息管理主站系统开发具有极大的参考意义，IEC 61970支持应用集成的组件软件技术和中间件技术，可以以这些标准、技术和产品为基础，在较高层次上作规划、制定策略，从而较好地解决电力企业内部应用集成的问题。

另外为满足电力市场变革和用户管理中的抄表、用户服务、电费、负荷/供应管理、服务质量、设备/系统检查、数据信息和增值服务、配电系统自动化等方面的需求，以及为解决各系统的通信协议不兼容而造成的系统间互连、互操作困难等问题，满足市场商务过程对计量数据的一致性、合法性、溯源性、安全性的要求，IEC TC13 WG14制定了IEC 62056系列国际标准。该标准采用对象标识、对象建模、对象访问和服务、通信介质接入方式等方法，从通信的角度建立仪表的接口模型，其主要可用于主站与计量设备间的通信，可完成设备级互联互通、实现安全认证等功能，我们在用电系统建设时，除严格按国家电网公司用电信息采集系统指导意见及配套功能、技术规范执行外，还应采用面向对象的标准体系设计理念。各级供电企业可逐步建立用电信息实时数据系统、电力营销管理信息系统、95598系统等组成的完整电力营销和服务平台，系统将及时收集和全面掌握客户用电信息，对用电负荷进行集中控制，对客户侧计量设备工作状况进行监视，同时又能为电力客户提供信息服务等。

2.2 用电信息采集终端

按照电力用户性质和营销业务需要，面向不同的电力用户，需大量投运用电信息采集系统专变采集终端、集中抄表终端、集中器（公变采集终端）、采集器、智能电表等。

2.2.1 平台化设计

随着电子技术、通信技术的发展，终端设备制造商纷纷采用32位ARM9系列单片机，操作系统优先采用开源的、服务支持能力强的嵌入式Linux操作系统，从而能充分利用Linux提供的强大的网络协议栈，同时采用提供损耗平衡和掉电保护等功能的YAFFS2等文件系统，从而能支持USB host接口系列设备的接入。随着用电信息采集设备功能标准化、规范化，对产品性能、稳定性、可靠性也提出了更高的要求，因此客观上要求终端软件须实施平台化设计，按操作系统层、驱动层、业务平台层、业务应用层等多层进行严格分层设计，采用POSIX等标准接口来提供系列源代码级别的C语言应用编程接口（API），并采用嵌入式数据库，平台数据接口支持SQL标准操作等，通过终端软件平台化设计，终端软件将具备跨平台、易移植、规范化、可定制性、高可靠性、支持Windows仿真调试等优越性能，从而保障终端产品的生产质量和快速响应能力。

当然，只有专业制造商投入大量人力、物力资源，实施终端软件平台开发战略，在终端软件的平台化和产品化进程中，加强行业领域深层次分析和应用需求的研究，采用可复用的分层构架件化设计，构建企业级的构件库，才可实现可持续发展。而采用"板凳模式"进行手工作坊式开发产品的小企业，由于产品无法保证性能稳定，市场将优胜劣汰。

2.2.2 新通信技术应用

信息通信技术（ICT）、网络技术与自动化、生产、管理等应用正在日益走向融合，信息通信技术是支撑智能电网的关键技术，对于用电信息采集系统也不例外。主要变化如下：

（1）230 MHz无线专网，拥有国家无委会批准专用的15对双工频点和10个单工频点构建数据通信资源，现在可采用新的单工/双工自组网技术，支持自动中继和路由功能，可充分利用频点资源，扩充系统容量，为电力大型专变用户提供用电信息采集和监控等服务。

（2）目前远程信道主要采用GPRS/CDMA和230 MHz专网方式，随着3G、4G新一代公网通信方式的发展，会衍生基于语音、照片、数据、视频的高速、大量数据的传输需求。

（3）电力系统接入点分散、环境复杂、接入点扩容变化大，建设用电信息采集系统需要1套技术先进、稳定可靠、扩展便捷、成本最优的通信接入系统。EPON作为全IP化宽带光纤接入系统，可以有星形、F形、一字形等多种组网方式，能很好满足电力系统接入需求。

（4）电力线宽带通信技术经多年发展，技术已趋成熟，电力线宽带抄表的实时性、远程控制能力、网络及设备管理能力可大力应用到电力用户用电信息采集系统；在条件不具备的地区，可考虑用电力线低压载波作为补偿。

（5）大部分数据的采集采用基于开放标准的数字通信网，即基于IP的实时数据传输方式。多通道共用，提高通道利用率，可以和其他数据通信共用。为保证信息安全加密，用电信息采集设备特别是费控电能表考虑内置ESRM模块等安全芯片。

2.2.3 智能采集与维护技术

用电信息智能采集终端对大用户专变、公变和低压居民用户用电信息进行自动采集，实现用户侧电能量、负荷数据、用电设备数据的采集及在线诊断，支持数据的远传。主要变化如下：

（1）专变终端和公变终端内置交流采样，可实现对用户的防窃电监测，另可提供相位角指示，增加本地智能判断现场接线错误指示，如断缺相、三相不平衡等故障告警等；可采集谐波数据，实施电能质量监测，必要时可提供无功补偿和谐波治理方案。

（2）用电信息采集终端将提供摄像头监测，智能定义启动条件，在打开表尾盖或计量箱门时，定时拍照或视频录制，利用远程信道可事件上报和文件上传，也可提供手动拍照功能，作为工程人员是否定期到场运行维护的依据。

（3）可进行变压器、开关、电源分配箱等设备状态数据的采集，有利于推进电力行业设备状态检修的发展；可在线进行设备故障诊断和分析，可进行终端或设备的各部件温度、工作状态监测、可支持后备电池容量检测、电台长发保护、通信流量保护、设备故障自恢复功能等，大大提高了设备使用的安全性。

（4）用电信息采集终端可支持扩装大容量SD卡，支持海量存储，可采集各种数据1 min曲线，支持12个月（365天）以上的历史数据保存，从而掌握更详细的用户信息，加强需求侧管理，为电网规划和扩容提供决策支持数据。

（5）用电信息采集终端可利用U盘本地程序升级维护和日志导出，不需随身携带笔记本电脑，降低对工程运维人员的要求；终端可支持USB接口无线网卡进行远程和本地调试维护，支持远程空中升级，升级文件可采用高压缩,如tar.bz2等压缩格式的文件，终端支持远程信道的断点续传，接收完升级文件并严格匹配后可自行对文件进行解压缩，可进行整个应用或模块的程序升级，从而有利于用电信息功能的不断拓展。

2.2.4 智能交互终端技术

对于专变用户，一般采用主站下发控制定值，实时监测用户用电情况，实施本地闭环控制或远方控制，引导用户有序用电；对于三相/单相一般工商业用户，可实施用户定制模式下的个性化数据采集或更灵活的用户交互模式；而对于居民用户，智能交互终端可为电力企业和电力用户之间的交互提供更友好、可视的交互平台。由于分时电价和阶梯电价的执行、费控电表的推广，对于一个智能用电家庭来说，更加经济的用电无疑是首要目标。用户通过智能交互终端，随时了解用电情况和当前电价，达到与电网自动交互目的。通过用户自觉合理的用电，可减少用电费用5%甚至更多，而高峰用电量可减少10%左右。

智能交互终端通过电力线宽带进行信息传输，可别提供水、电、气3表集抄，家庭安全防范、家电控制和紧急求助，以及生活服务、物业管理、社区娱乐、用电信息等服务功能。电力网、信息网、通信网“三网合一”，电能表、水表、气表等多表合一的市场，在未来应该有非常广阔的发展前景。但目前需要解决的问题非常多，如何建设合理的市场机制和有效的商业模式还有待探索。随着信息社会的不断发展和住宅市场消费主体的变化，住宅小区智能化建设将成为小区建设的重要内容，从而推动了智能用电技术的不断发展。

3 结束语

本文就国内当前用电信息系统和终端发展新趋势、新技术进行了探讨，对智能电表、用户侧储能技术、智能用电中同步测量技术等用电领域的未来技术作了展望。

随着电能信息采集系统从面向关口、专变用户、公用配变、低压用户的单一采集，转而面向购电侧、供电侧、售电侧的综合性统一的数据采集的跨越式发展进程中，我们应积极关注并着手新技术的研究和应用，不断进行新应用模式和盈利模式的探索，加快用电信息采集系统的统一建设，为智能电网建设注入强劲的动力，从而大幅度提升用电营销现代化管理水平。