计及RFID资产信息的台区用户自动识别系统研究

潘明明，田世明，耿俊成，吴 博

(1.中国电力科学研究院有限公司， 北京 100192； 2.国网河南省电力公司电力科学研究院， 郑州 450052)

计及RFID资产信息的台区用户自动识别系统研究

潘明明1，田世明1，耿俊成2，吴 博2

(1.中国电力科学研究院有限公司， 北京 100192； 2.国网河南省电力公司电力科学研究院， 郑州 450052)

为了提高台区管理的智能化和精细化管理水平，设计了一种计及RFID资产信息的台区用户自动识别系统，利用现场智能传感单元同时采集电能表计量信息与RFID资产信息，并通过宽带载波与中心通信单元进行信息交换，同时实现了台区用户的自动识别与电能表资产信息的采集与录入。该系统可以有效提升电网企业的智能化和自动化水平，提高工作效率。

RFID；台区用户识别；电能表；载波通信；资产管理

电力公司对低压电力用户实行分台区管理，台区拓扑识别是电力公司实现营销精益化管理并实现降耗减损目标的基础[1]。部分老旧小区、沿街门面的线路复杂，由于台区信息不完善、信息更新不及时等原因，台区的用户资料往往不准确甚至缺失，电网工作人员在不停电状态下难以识别台区的拓扑关系，这严重影响了国家电网公司提出的建设智能电网的进程[2-3]。

现有的台区识别技术主要采用载波通信法与脉冲电流法。载波通信法的缺陷在于受共高压、共地、共电缆沟串线等问题的影响，载波信号可跨变压器耦合到其他台区，易造成台区的误识别[4-5]。文献[6]提出了一种基于脉冲电流法的台区用户带电识别装置，但该方法需要在变压器低压侧安装电流互感器，安全性差，且需要工作人员对用户逐个识别，工作量大。另外，电能表资产管理也是台区管理的重要组成部分，传统的资产信息采录模式要经过数据采集、整理、校验、录入等环节，工作内容繁琐，基层班组工作压力大。

本文提出了一种计及射频识别(radio frequency identification，RFID)的资产信息的台区用户自动识别系统，该系统的建立同时完成了台区识别、拓扑识别与电能表资产信息的自动采集与录入，可有效提高电网企业的智能化水平，大大降低电网企业工作人员的工作量，提高工作效率。

1 台区拓扑自动识别系统

1.1 系统总体结构

目前配电台区数据在空间上电能表计量数据与电能表资产数据独立采集，在时间上数据采集与数据录入由不同业务分管人员独立完成，工作效率低，重复劳动多。本文设计了一种含RFID资产信息的台区拓扑自动识别系统，利用现场智能传感单元将电能表计量数据与资产数据统一采集，并对数据的采集与录入进行一体化运作，利用电能表计量数据与资产信息共同进行拓扑识别，提高台区拓扑识别的准确率，同时降低人工成本。

台区用户自动识别系统的原理如图1所示。该系统主要由三大部分构成：现场智能传感单元、中心通信单元和主站系统。现场智能传感单元就近安装于用户电能箱旁，原则上1个表箱安装1个现场传感单元，其可通过多种通信方式(RS485、电力载波、微功率无线)与电表箱中的所有电能表计进行通信，并通过内置RFID主机与粘贴在电表外壳的电子标签进行通讯，读取其设备编码。现场智能传感单元通过电力线宽带载波通信方式将采集到的电表计量数据与电表资产数据上传至中心通信单元。中心通信单元安装于变压器低压侧，通过分析现场智能传感单元的数据得到该台区的拓扑结构，并进行能效分析。中心通信单元通过GPRS或以太网等通信网络将本台区数据上传至主站系统。主站获取到本台区的信息后可开展设备资产管理、拓扑分析和能效管理等高级应用。

图1 台区用户自动识别系统的原理图

现场智能传感单元是实现台区设备资产管理、用户用电信息采集的基本单元。该装置的主要作用是定时采集电能表计量信息与电能表RFID电子标签的资产信息，并通过宽带载波通信方式将已采集到的数据上传至中心通信单元，其功能框图如图2所示。其中：RS485和微功率无线为下行通信模块，负责与现场安装的电表进行通信；RFID模块由RFID Reader与天线构成，负责与粘贴在电能表计等电力公司资产设备上的RFID电子标签进行通信，进而实现资产管理；宽带载波与脉冲通信为上行通信模块，负责将核心控制器维护的现场资产管理数据上传至中心通信单元。现场智能传感单元能记录参数变更、资产数据变更等事件。

图2 现场智能传感单元功能框图

中心通信单元是台区用户识别系统中的关键设备。能够通过下行信道自动抄收并存储现场智能传感单元或其他各类载波通信终端的数据；同时能通过上行信道与主站或移动终端进行数据交换，其上行信道采用公用通讯网，支持 GPRS等通信方式。与现场传感单元相比，中心通信单元主要增加了GPRS的上行通信通道。

1.2 计及RFID资产信息的拓扑识别原理

RFID技术是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无需人工干预，可识别高速运动的物体并可同时识别多个标签[7-12]。RFID技术相对传统的条形码等技术主要有以下技术优势[13]:

1) 读取方便快捷，识别距离远，可多目标识别。

2) 使用寿命长、数据容量大。

3) 安全性高、对环境要求低。

RFID电子标签的内存区包括4个部分[14]，分别为保留区(保留 区)、物品标识区(EPC 区)、标签标识区(TID 区)和用户数据区(用户区)。保留区用于存储标签的灭活密码和访问密码，灭活密码和访问密码用于销毁、读写标签时提供安全认证，为8个字节数。物品标识区用于存储统一的计量设备编码，不至少16个字节数。标签标识区用于存储标签自身的编号，该编号为全球唯一，为8个字节数。用户数据区用于存储计量设备的业务数据及其相关信息，存储的计量设备业务数据信息采用压缩BCD 编码方式，不少于64位字节数。系统可以按照ISO 18000-6C 要求的数据帧格式进行通信，可实现标签中整个或部分EPC 区、TID 区、用户区、保留区中的数据读写，实现标签读写功能。读命令与写命令的通信帧格式分别如表1和表2所示。

表1 读命令通信帧格式

表2 写命令通信帧格式

利用RFID技术读取电能表资产信息，需要提前对RFID电子标签进行初始化。首先，根据一定的编码规则对每个电子标签生成唯一的电子编码并将其写入标签。其次，将RFID编码与电能表的资产信息(如制造厂商、生产日期、电表类型、产权单位等)进行关联，在资产管理系统中建立RFID编码与电能表资产的一一对应关系，通过现场智能传感单元内置的RFID阅读器读取电子标签的编码信息便可读取电能表的资产信息。

台区拓扑自动识别功能的步骤如下：

1) 某台区的中心通信单元向所辖现场智能传感单元发出台区识别命令。

2) 该台区所有现场智能传感单元收到此命令后发送含有其自身ID信息的载波信号。

3) 中心通信单元收到带有现场智能传感单元ID信息的载波信号后，标记现场智能传感单元所属的台区号并将该台区信息上传至主站的配网GIS系统。

4) 现场智能传感单元每30 min采集一次所辖电能表箱的所有电能表计量信息和RFID资产信息，并上传至中心通信单元。

5) 中心通信单元根据RFID信息统计各现场智能传感单元所辖电能表个数和各电能表资产信息，并将资产信息打包上传至主站，录入电能表资产管理系统，实现资产信息采集与录入一体化运作，提高工作效率。

6) 中心通信单元根据电能表计量信息，当某现场智能传感单元所辖电能表计量信息中至少有一个计量信息相比于前一次采集时刻发生变化时，则判断该电能表箱上级开关为合位；当所有计量信息相比于前一次采集时刻均无变化时，则判断该电能表箱上级开关为分位。然后将电能表数据打包上传至主站的用电管理系统。

7) 主站的用电管理系统对变压器低压侧电能表计量数据与该台区所有电能表的计量数据进行对比与历史数据、大数据分析，判断该台区是否存在窃电现象。

总体流程如图3所示。

图3 计及RFID资产信息的用户台区识别流程

2 案例分析

图4为配电台区的结构简图，本节结合此案例对台区1的拓扑自动识别方法进行详细说明。

图4 台区结构简图

具体步骤如下：

1) 台区1的中心通信单元1向所辖现场智能传感单元发出台区识别命令。

2) 该台区的现场智能传感单元1、2、3收到此命令后发出含有各自ID信息的载波信号(现场智能传感单元4、5因变压器隔离无法接收此命令)。

3) 中心通信单元1接收到此3个现场智能传感单元传送的载波信号后，标记现场智能传感单元1、2、3为台区1的用户，并将该信息上传至主站的配网GIS系统。

4) 现场智能传感单元1、2、3定时采集所辖电能表箱1、2、3中所有电能表的计量信息和RFID资产信息，并上传至中心通信单元1。

5) 中心通信单元1根据电能表的RFID信息统计现场智能传感单元1、2、3分别所辖的电能表个数，将所有电能表的资产信息进行打包并上传至主站的资产管理系统。

6) 中心通信单元1以电能表计量信息为依据识别电能表箱上级开关的分合位。如当现场智能传感单元1所辖的所有电能表的计量信息中有一个计量信息相比于前一次采集时刻发生变化时，则判断电能表箱1上级开关为合位；当所有计量信息相比于前一次采集时刻均无变化时，则判断电能表箱1的上级开关为分位。

7) 主站用电管理系统根据台区1变压器低压侧电能表的计量数据与台区1所有下属电能表的计量数据之和进行对比分析，如两者数据相差较大，则判断该台区存在窃电现象，需进一步进行防窃电检查。

根据本文提出的用户台区识别方法，对某配电网5个台区256个用户的台区属性进行识别，同时配电运检人员也进行了现场核查，识别结果及现场核查对比情况如表3 所示。

表3 识别结果及现场核查情况

由结果可知：本文采用的用户台区识别方法识别正确率达到94.1%，表明此方法是切实有效的，相比于人工现场检查，可大大提高工作效率。

3 结束语

本文设计了一种计及RFID资产信息的台区用户自动识别系统。在该系统中，现场智能传感单元通过RFID 技术采集电能表的资产信息，同时通过RS485或微功率无线采集电能表的计量信息，将统一采集的这2种信息应用到台区拓扑自动识别与资产管理中。该系统有利于提高台区用户自动识别系统的准确率，提升电网企业的智能化和自动化水平，提高工作效率。

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(责任编辑刘 舸)

ResearchonAutomaticUserIdentificationSystemofPowerDistributionAreaConsideringRFIDAssetInformation

PAN Mingming1， TIAN Shiming1， GENG Juncheng2, WU Bo2

(1.China Electric Power Research Institute, Beijing 100192, China；2.Electric Power Research Institute, State Grid Henan Electric Power Company， Zhengzhou 450052, China)

The user identification in the distribution area is of great significance for the power company to enhance the management level and improve the power supply service capability. In order to improve the intelligent and delicacy management level of the power distribution areas, this paper designs an automatic user identification system which takes the RFID asset information into account. The intelligent sensor unit is used to collect the energy meter measurement information and RFID asset information at the same time, and the information exchange is carried out through the broadband carrier and the central communication unit. As a result, the user is automatically identified and the energy meters’ asset information is acquired and input. This system can effectively improve the intelligent level of power grid enterprises and improve the work efficiency.

RFID; user identification; energy meter; carrier communication; asset information management

2017-08-11

国家电网公司科技项目“基于营配信息贯通的业务融合与数据共享服务技术”(YDB17201600040)

潘明明(1985—)，女，北京海淀人，博士,工程师，主要从事配电网运行与控制、能源互联网研究，E-mail：panmingming1@epri.sgcc.com.cn。

潘明明，田世明，耿俊成，等.计及RFID资产信息的台区用户自动识别系统研究[J].重庆理工大学学报(自然科学)，2017(11):156-160.

formatPAN Mingming，TIAN Shiming，GENG Juncheng, et al.Research on Automatic User Identification System of Power Distribution Area Considering RFID Asset Information[J].Journal of Chongqing University of Technology(Natural Science)，2017(11):156-160.

10.3969/j.issn.1674-8425(z).2017.11.023

TM76

A

1674-8425(2017)11-0156-05