智能用电信息采集系统的设计与实现

2022-02-06张少波

通信电源技术 2022年21期

刘欣，张少波，陈亮

（深圳市国电科技通信有限公司，广东深圳 518109）

0 引言

电力行业用电信息以往均是通过人工抄表的方式采集，这种方式通常会耗费较多的人力与物力，准确率和工作效率不高，还会涉及到较为复杂的统计工作，对电力企业管理水平的提升及快速发展产生了较大阻碍[1]。随着科学技术的不断发展，电气企业需要积极引入先进的技术手段，加大对智能化系统的研究力度，通过在用电信息采集工作中应用智能用电信息采集系统，提升工作效率，减少人工成本支出，使信息采集更加高效、准确，提升电力行业智能化水平。

对于用电信息采集系统而言，其实际工作环节是在信息采集装置的应用下对各节点用电信息进行采集，得到采集信息数据后利用通电线路将其传送至相应数据库中，从而进行信息的储存。同时，能够在信息库中实现用电信息的查阅、分析及处理。此外，还可以对各节点用电情况实现智能化监测，详细记录各节点的重要信息，如线路信息、用户信息、供电质量信息以及用电量信息等，从而有效管理用电量，提高用电管理决策水平，减少供电管理成本[2]。

1 用电信息采集系统现状

国家电网有限公司于2008年开始全面推动计量、抄表和收费的标准化建设工作，2009年启动用电信息采集系统建设，2010年用电信息采集系统得以全面推广应用。目前，用电信息采集系统在全国27个地区运行稳定。用电信息采集系统具备较多功能，包括采集电力用户的用电信息、处理分析用电信息以及对用电信息进行实时监控。同时，系统为电力营销、运行监测等专业的业务应用系统提供数据支撑服务。

电能表接入方面，国家电网有限公司累计实现用电信息采集接入超过4亿户，整体采集覆盖率超99%。终端设备接入方面，国网公司范围内累计完成超1 500万只终端安装接入，其中专变终端约500万只、集中器约1 000万台。

2 智能用电信息采集系统的设计与实现

2.1 系统总体架构

智能用电信息采集系统总体架构如图1所示，主要包含业务服务、人工智能（Artificial Intelligence，AI）服务、数据服务以及物管服务，同时拥有独立的数据储存平台，能够采集、储存低压集中器、负控终端、采集器等终端中的信息。

图1 系统总体架构

2.2 系统业务架构

在系统业务架构设计方面，需要达到精准感知、统一物联的目标，并且还应做到边缘智能、开放共享。选择微服务技术框架，构建AI中台、数据中台、物联管理平台及业务中台，能够满足各类采集终端接入需求，具备较强的安全性和可靠性，实现多种业务的良好融合与应用。系统业务架构如图2所示。

图2 系统业务架构

2.3 系统主要功能

（1）数据采集。数据采集功能主要涉及到3个部分，分别是配置采集任务、执行采集任务以及统计采集任务执行结果。实际运行环节，系统能够进行采集任务编制，生成采集列队，对采集任务进行调度管理，并且可以详细分析采集任务的执行结果。若存在采集失败的任务，还能进行补采。开设多种线上服务渠道，如微信公众号、掌上电力小程序等，精准感知用户负荷，还能提供多样化服务，包括多表合一接入服务、客户用能便捷服务以及增值服务等。

（2）设备控制。设备控制功能主要包括对任务单进行控制管理、对设备执行环节进行管理以及对相关日志进行审计控制。具体工作中，能够进行停电与复电工作任务单的编制，可以对设备进行远程控制，详细记录并审计控制日志[3]。实际应用环节可实现以下成效：一是远程自动抄表智能核算；二是主动上报各项信息，如开关状态、停电事故、需量超限以及故障告警等；三是监测微电网、园区以及智慧楼宇用电情况，优化用电管理。

（3）计量装置在线监测。系统应用中可快速采集与处理电能表数据信息，同时在采集系统主站通过多种技术手段科学诊断计量设备的运行工况，进而了解其运行是否正常。计量装置在线监测功能的应用可实现以下成效：一是对在线运行计量装置的状态进行跟踪，提高计量管理水平；二是准确判断异常数据，提高用电信息采集系统管理水平；三是监控用电异常，帮助工作人员主动化开展反窃电管理工作；四是实现供电质量薄弱环节精确定位，获得更高的投资效益。

（4）防窃电应用。智能用电信息采集系统可以实时监测现场计量设备的运行工况，当现场计量设备出现异常后，可以获取相应异常信息。综合分析采集终端采集到的电能表数据，形成计量设备异常记录，在全面、准确的数据支撑下，开展高质量的反窃电工作。结合系统生成的各类异常情况，主站监控人员能够综合分析计量设备运行情况，找出设备存在的问题，掌握用户窃电线索。主站监控人员发现异常事件后会做出初步分析，若异常需要去现场进行确认，应向营销系统发送工作单，并在营销系统中发起计量装置异常检查流程，完成检查工作后向采集系统进行反馈。根据检查结果，计量装置异常检查流程会自动发起电量退补流程或故障调表流程。

（5）台区线损分析。系统按照台区考核单元构成，对台区售电量、供电量、线损率以及损失电量等进行定期统计。利用台区线损指标，通过实际计算得到计划指标值与实际线损率之间存在的差异值，实现线损管理考核[4]。此外，还能有效监测台区线损应用指标。对于台区线损监测率而言，主要表示台区线损可计算的低压台区数占已采集覆盖的低压台区数的比例。对于台区线损可正确计算率而言，表示已实现台区公变计量点和低压用户采集覆盖且台区线损在正常范围内的台区低压用户数占台区低压采集已覆盖用户数的比例，通过该指标能够综合评价用户台区档案质量、采集质量及全覆盖情况。台区线损分析功能的应用可实现以下成效：一是通过统计分析结果可进行台区线损管理考核和台区线损应用考核；二是利用台区线损异常数据能够进行其他诊断分析，主要包括采集质量异常、用户疑似窃电以及低压电网质量异常等。以分析结果为主要依据，制定相应对策，做到有的放矢。

（6）配变监测。智能用电信息采集系统应用中，根据系统采集的配变电数据进行停电分析、电压质量分析、配变负载分析以及功率因数越限统计等。停电分析工作中，应根据停电事件数据与负荷数据全面监测分析用户停电情况；电压质量分析工作中，可以监测公变、专变及低压用户的电压质量；配变负载分析工作中，按照变压器容量和配变负荷数据对负载情况进行分析；功率因数越限统计工作中，主要统计分析用户功率因数越限情况[5]。基于相关数据分析结果，可以为各项业务提供准确、全面的数据支持，如电能质量监测、供电质量评价以及配网建设规划等。

3 智能用电信息采集系统优化方案

结合智能电网建设发展实际需要，通过了解现阶段通信技术的发展情况可知，光纤通信技术属于未来电力通信领域发展的重点。光纤通信技术涉及到较高的建设投资成本，需要进一步加大对光纤智能电表技术规范、相应施工技术标准及运行模式的研究力度。通过选择成本支出少、便于维护的产品，能够更好地进行信息采集，进一步提升服务水平。在本地信息系统建设中，智能用电采集系统具备更高的适用性。在微功率无线通信和电力线载波通信方面，为更好地发挥出应用效果，应明确具体的评价指标，不断优化智能用电信息采集系统。

在智能用电信息采集系统的高效应用下，需要确保信息交互的及时性，提高交互成功率，提供更加可靠、便捷的服务，最大程度上降低运行维护工作量。对于供电企业而言，为了保证电网统计规划与经营核算等工作的高效开展，需要关注用电信息的完成情况，保证及时抄读用电信息。为了实现公司各项业务的良好开展，应将重点放在通信网络通信成功率与通信稳定性上。根据现阶段整体工作安排，应重点关注全部计量改造工程的完成情况，尽可能简化设备安装调试工作，通过这种方式避免受到设备技术要求提升的影响[6]。与普通的一次性工程相比，通信网络建设环节会受到较多不良因素的影响，这种情况下应积极制定科学的运行维护体制，在体系支撑下进一步提升通信系统的可维护性，尽可能减少外界因素对其产生的不良影响。智能用电信息采集系统应对各类运行环境具备较强的适应性，防止其实际运行受到外在环境的不良影响，提升信息采集的稳定性与安全性。

4 智能用电信息系统发展趋势

目前，为了更好地应对各项挑战，电力公司需要积极创新信息技术，不断优化现有用电信息采集系统，实现用电信息采集系统整体架构、应用性能、服务范围、数据处理效率以及系统迭代速度的提升[7]。

（1）系统业务需求。系统业务需求主要涉及到基础应用、新型应用以及其他专业应用。基础应用方面，支持传统用电采集系统核心业务功能，满足各种基础功能需求，如抄表、负荷管理及线损分析等；新型应用方面，能够进行海量数据的采集分析，对数据价值进行深入挖掘，形成新的用能服务方式；其他专业应用方面，可满足其他专业管理对用电信息采集系统数据应用的需求。

（2）系统能力要求。新一代用电信息采集系统属于客户侧用能信息采集与控制交互系统，具有较为强大的数据分析能力、控制交互能力以及物理通信管理能力，可以统一接入并管理超大规模终端设备，通过连接设备感知层实现信息交互。

（3）系统建设目标。立足信息统一规划目标，通过先进互联网技术的广泛应用，不仅能为电力客户提供良好的用能服务，还能广泛接入用能管理装置，实现实时采集、计算与交互，构建云端协同、边缘自治、业务双向以及数据共享的客户能源实时监控系统，更好地满足多专业及各领域业务的融通应用要求。建设目标主要包括以下3个方面：一是实现百万级或千万级设备分钟级采集，提升公司精益化管理水平；二是进一步提升采集数据对外服务能力，增强电网内部资源共享复用；三是提升新型设备交互控制效果，满足市场化改革环境下的客户需求。