基于用电信息采集系统的在线监测运用研究

2018-12-19唐虎，周涛

电力安全技术 2018年11期

唐虎，周涛

(国网四川省电力公司德阳供电公司，四川德阳 618000)

0 概述

用电信息采集系统是对电力用户的用电信息进行采集、处理和实时监控的系统，可实现用电信息的自动采集、计量异常监测、电能质量监测、用电分析和管理、相关信息发布、分布式能源监控。用电设备的信息交互功能在电力部门运用最广泛。集数据采集系统、管理多种通信信道、接入大用户负荷管理、集中抄表等多种终端为一体的用电信息采集系统，能够自动采集所有电力用户的用电信息，实现客户用电信息管理、负荷控制、预付费控制等直接应用功能，通过集中抄表终端接入公配变计量点电表，完成配变数据采集。

1 用电信息采集系统功能、架构及主要指标

1.1 主要功能

(1) 数据的收集和管理。电力系统的数据包括通过仿真软件优化出来的数据和不同装置采集的实际测量数据。智能用电信息采集系统可在设定的周期内有效采集电力系统数据，并将这些数据上报处理，同时通过该系统的数据展示功能对数据进行有效分析和科学的管理。

(2) 自动抄表和预付费管理。该项功能主要针对高级电力用户。用户可访问用电的实时数据，并可通过技术手段对实时数据进行分析，从而知晓实时电价情况。同时，该项功能还可给用户计算剩余的电费金额和数量，使用户知晓自身用电及余额情况，在必要的情况下对用户进行断电管理。

(3) 有序用电管理。可根据计划消耗电力情况来安排电力的发送，以限制用户的功率容量。

(4) 运行维护管理。可实时对发用电的情况进行有限管理，避免出现时空上的偏差；还可有效预防系统的误操作并设置相应的权限管制。同时，还具备对不同数据报表的导出、打印功能。

(5) 数据交互。实现了电力用户同系统的良性互动，电力用户可实时跟进该功能，以了解系统的状态(供电服务能力、电价分布情况、电能质量，系统安全等)从而合理安排自身用电计划。

1.2 物理架构

用电信息采集系统在物理架构上可分为主站、通信信道、现场终端和电能表4个层次。

主站是采集系统的管理和控制中心，主要功能是对数据传输、数据处理和数据应用及系统安全与运行进行管理，同时也能实现与不同系统的数据集成和交换。

远程通信信道主要配有配电光纤专网、GPRS/CDMA等无线公网、230 MHz无线专网、中压电力线载波4种。

现场终端是指安装在信息采集点的采集终端设备，负责抄收电能表数据，主要包括专用变压器采集终端、集中抄表终端(包括集中器、采集器)等。

1.3 主要指标

在用电信息采集系统的建设过程中，不同时期所关注的指标体系也各不相同。例如，在系统建设的初期，所关注的指标是智能用电信息系统的工程质量；而在维护期，运营维护就成为系统所关注的焦点。

对于用电信息系统的综合评价，需兼顾全面、科学和高效。对于不同指标的建立，需要给出相关含义和评定标准，并用标准对指标进行衡量，来判断所需测评指标的优劣。

(1) 专用变压器采集终端安装率。

定义：系统建设考核期的某一时段内，已经安装采集终端的专用变压器占应安装的专用变压器的百分比。

目的：对专用变压器的采集终端安装面进行实时监督，从而全方位覆盖专用变压器所覆盖的范围，以确保该系统达到实用化的目的。

(2) 专用变压器用户数据完整性。

定义：系统建设考核期的某一时段内，数据采集成功数占应采集到的数据点数的百分比。

目的：为实现专用变压器用户数据完整性，实现用电信息系统对相关数据的完全采集。

(3) 专用变压器用户远程抄表结算应用率。

定义：用电信息系统中终端抄表数据能有效地运用于电力和电费的结算的用户数占所有安装远程抄表用户数的比例。

目的：对专用变压器的抄表数据进行有效监控，确保系统的基本功能顺利实现。

(4) 专用变压器用户异常事故处理时限。

定义：综合各类异常事故的平均处理时间。

目的：评价该系统是否具有快速预警事故的能力，提高系统的服务水平。

(5) 系统建设计划完成率。

定义：系统建设的考核期期间已经完成建设的用户数占需完成建设用户数的百分比。

目的：为按计划工期完成建设提供依据，同时用时间节点来监督系统建设完成情况。

(6) 低压用户数据完整率。

定义：系统建设的考核期期间已经成功采集的数据点数占应该采集数据点数的百分比。

目的：保证数据的完整性和实现相关数据的全采集。

2 用电信息采集系统关键技术

用电信息采集系统其基本构成的关键技术包括：通信技术、数据处理技术、设备关键技术、业务处理技术。

(1) 通信技术。该通信技术的运用，不仅关注通信中的信息传递、信息处理，同样也关注通信距离的远近，并由此分为远程通信和本地通信。通信技术的运用是确保用电信息采集系统安全稳定运行的基础。用电信息采集系统中的通信技术主要有，光纤通信、电力线路载波通信、专网通信、无线通信、主站应用技术、智能费控、用电信息安全防护技术等。

本地通信包括低压电力线载波通信、微功率无线通信、RS485通信、M-BUS总线通信。

① 低压电力线载波通信是将数据信号通过一定的技术加载到特定的载波频率，再通过低压电力传输网络进行输送。低压电力传输网的主要设备就是电力线路。因电力线路具有广阔性和海量性的特点，使得低压电力传输网络的构建具有节约资金和节省时间的优点。

② 微功率无线通信主要适用于双方均通过无线通信技术来传递自己所需要表达的信息，因受其微功率的影响，这种通信仅局限在很小的范围内。

③ RS485通信是电子工业协会制定并通过信息工业协会认证的串行通信，主要用于用户终端和用电电表之间的连接，并通过本通信实现与多智能电表、多采集系统直接连接。本通信协议的运用打破了以往多种通信方式不一致的原则，并且其可连接黑箱内的采集系统与电能表之间的通信。

④ M-BUS总线通信的基本作用同RS485通信无异，但其作为主从式、半双工的总线系统能用于现阶段的各种电表之间的自动抄表，在一定程度上可作为RS485通信的升级版。

(2) 数据处理技术。智能电网中的数据主要有智能电网运行数据、电力设备监测数据、电力营销运营数据(诸如电价、电量、用户)、电力企业管理数据。这部分数据包括图形和图像处理数据、视频监控数据等，占据了电力系统数据的很大比重。

数据的产生主要集中于发电单元、输变电单元、售电单元。对于发电单元，海量数据随着数字化发电单元的建设应运而生，其中包含着巨量的有用信息，可以为发电单元实时提供电厂的运营、控制、优化、故障等方面的实时信息。对于输变电单元，收集不同输变电站点的数据并进行实时分析，可为输变电的安全稳定运行提供很好的保障。对于售电单元，主要是确保电力用户的用电数据真实可靠，数据处理技术的运用为可再生能源的接入、电动汽车的无序充放电行为带来的负担提供一个很好的解决方案。

数据处理的过程就是对不同种类的数据进行收集、存储、分类、计算、加工、检索、传输。智能用电信息采集系统的数据处理过程可以描述为：其采集器系统从智能电表中获取数据，通过一定的规约对数据进行变换，组成数据包，然后通过通信信道传送到智能用电信息系统的服务器中；智能用电信息系统服务器在接收到通信信道的数据后，通过上述规约把数据转换成具有一定格式的数据，并加以存储。

(3) 设备关键技术。智能电网建设的发展，逐渐向坚强智能电网、能源互联网发展，而对于支撑这些电网的最为基础的电力设备的信息采集系统平台应具备的功能和适用范围也将越来越苛刻，并且对用电信息采集系统的技术需求也将更苛刻，主要技术需求有以下几点：

① 有一定的前瞻性，可不断对其进行升级；

② 不断向微型化发展；

③ 多功能性，不仅要具有采集电力信息的功能，还应该具有对所采集来的数据进行分析处理的功能；

④ 安全可靠，可以适应复杂的环境，同时具有防止人为破坏和故障自动恢复的潜能。

(4) 业务处理技术。本系统平台所涉及的业务处理技术包括：多通信信道处理、多信道规约处理、自动装接技术、主站智能分析专家系统。

多通信信道处理作为终端和主站间的联络站，其主要任务是采集终端相关数据、接受终端上报数据。可以针对不同的信息通信信道的特有性质来设定特定的通信参数，并设定不同参数的信道名称，这些名称可以在后台显示，方便运行管理信息的使用和维护。

多通信规约处理主要是针对目前电力系统中使用的设备出自不同的生产厂家，而不同生产厂家的设备有不同的通信规约的问题。使用用电信息采集系统平台的目的就是要保证现有终端能全部接纳这些设备，并能正常、不间断地工作。

自动装接技术主要功能是简化人工调试过程，缩减人员冗余，同时避免不同调试请求在同一时间出现，减少了调试请求出现的差错，提高了用电信息采集系统的工作效率。

主站智能分析专家系统重点在于智能分析，其主要策略是将以往的人工分析异常情况的方式用数学的方法进行建模，通过建立的数学模型开发一套计算机运用程序，形成由计算机自动执行的智能分析算法。

3 窃电常见方式及原理

伴随着计量装置的升级换代，窃电方式也不断推陈出新，常见的窃电方式主要有以下几种。

(1) 短接电能表的电流线圈或断开电压联片。用导线将电流进出线进行短接，而导线电阻几乎为0，绝大部分电流将从短接导线通过，致使电能表不能正常计量。断开电压联片会导致电能表电压线圈失压，电能表不能正常计量。

(2) 在计量回路添加二极管或串联分压电阻。采用添加二极管来分流电流回路，使电能表的电流线圈无电流通过，或只通过部分电流，从而导致电能表不计或少计电量。在电压回路串接分压电阻以及电子遥控窃电这些新型的窃电方式很难通过电能表的外观检查发现，隐蔽性较强；同时电子遥控窃电具有较强的机动性，往往在现场检查中很难进行有效识别。

(3) 改变互感器接线。主要包括改变电流的窃电方式和改变电压的窃电方式。

(4) 红外遥控器修改电表参数窃电。多功能费控智能电表，具备远程通信和本地通信功能，不法分子通过破解电表的通信规约，篡改电表内部数据和运行参数，达到窃电目的。

4 用电信息采集系统在反窃电中的运用

4.1 反窃电功能

用电信息采集系统防窃电功能是通过集现代数字通信技术、计算机软硬件技术、电能计量技术、电力负荷管理技术和电力营销技术为一体的综合性、准实时信息采集与分析处理平台实现的。该平台通过多种通信方式实现系统主站和现场终端之间的数据通信，具有以下几项主要功能。

(1) 负荷数据分析功能。该功能可以实现负荷曲线查询、日最大负荷同比分析、日峰谷分析以及条件TopN分析(指代某项功能指标进行某种规则排序后的第N项指标)等功能。

(2) 电量数据分析功能。该功能可以实现日电量同比分析、突变分析、行业分析、峰谷分析以及条件TopN分析等功能。

(3) 电压电流分析功能。该功能可以查询电压合格率、电流三相不平衡率、电压三相不平衡率，零电压分析、零电流分析、电压曲线、电流曲线查询等，可以判断电流回路短路、电流回路开路、电流回路反向、电压回路断相、电压回路失压、相序异常、电压越限、电流越限、视在功率越限等情况。

(4) 线损分析功能。该功能主要是以采集数据为基础进行以日为单位的线损分析。

4.2 反窃电评价指标体系

反窃电可以分为8项评价指标体系，通过该体系来确认所怀疑的窃电用户。若该用户的窃电嫌疑系数较高，则表明该用户的窃电可能性就越大，可以将其列入重点监视名单中。反窃电评价指标体系如图1所示。

图1 反窃电评价指标体系

(1) 用表类型。从各供电公司的经营经验历史窃电案例来看，机械表较电子表有着较为容易的窃电手段，因此发生窃电的概率也较大。

(2) 月用电量。用户的用电量在1年内的各个期限有一定的规律性，用户用电电量的突增(减)或是无规律的不正常现象都会有一定的窃电嫌疑。

(3) 功率因数。用户正常使用电能的过程中，功率因数是一个相对稳定的指标，其加权平均功率因数也是一个较为稳定的指标，与电能的使用时间基本无关。若检测装置发现用户的功率因数随用电时间变化时，即表明该用户有窃电嫌疑。

(4) 微机扫描情况。微机扫描情况主要是指采样点处于微机扫描的情况下出现异常，该状态下的用户窃电概率将大于出现异常的用户。

(5) 三相不平衡率。三相不平衡率用来表示电压的异常变化情况，一般表现为欠压状态，可以用公式表示为

其中，umax，umin分别表示最大、最小电压值。

(6) 合同容量比。电力用户同电网公司签订的合同容量和用户的月用电量有着直接的对应关系。

用户正常用电情况下：

用户用电存在窃电嫌疑时：

(7) 最大线损值。电能的损失同电力网的结构、输送电能多少、管理状况等都有着密不可分的关系。因此对电网的损失进行分压、分地区、分线路统计分析是很有必要的。在电能的输送过程中因各种原因会导致能量或多或少的损耗，任一供电公司的历史线损数据均在一定范围值内波动。以最大线损值作为参考标准，若线损率超过该值，即表明存在窃电行为。

(8) 台区线损。各台区线损有着相应的数据范围，供电公司通过实时监测台区的线损情况，可以判断该台区是否存在用户窃电行为。

4.3 反窃电处理流程

虽然窃电方式千奇百怪，但最终结果都是：计量所得的实际电量小于用户实际使用的电量。通过用电信息采集系统连续不断地监测用户的用电和计量状态，监测电压、电流、功率、电量等参数的异常变化或反映的参数异常变化，及时安排用电检查人员进行突击检查，不但能及时发现和制止窃电行为，还能够提高破案的准确性和缩短破案时间。

反窃电的流程主要包括以下几步。

(1) 在线监测与智能判断。根据现场所采集的实时数据进行相关因素分析，包括对电压(失压)、电流(失流)、缺相、掉电等因素进行分析。

(2) 多维分析。根据某流程中的相关信息，进行辅助分析，以此来验证该流程的事件分析精确性。

(3) 关联分析。针对分析事件的用户信息、用户档案、电能表和终端资产档案、计量信息、接线方式和数据采集情况，检查用户电量数据的完整性及对一次侧、二次侧的功率差分析等信息。

(4) 智能诊断。分析用户归档的异常信息和异常处理流程，结合台区线损、线路线损率，综合分析窃电异常事件的准确性和严重等级，从而实现精益化管理。