智能用電下抄核收全過程自動化流水線式分析

陸慧

摘 要：針對當(dāng)前我國電力營銷服務(wù)提升的要求，以及當(dāng)前信息技術(shù)的發(fā)展，以電力抄核收作為研究對象，提出了一種“集約、智能、高效”的智能電表抄核收全過程自動化流水式的管理方式。為實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)，提出以智能電表為基礎(chǔ)，完成對基礎(chǔ)電力數(shù)據(jù)的采集;以LoRa技術(shù)為載體，實(shí)現(xiàn)對智能電表數(shù)據(jù)的采集傳輸;最后將數(shù)據(jù)傳輸給后臺的PC端，完成對智能電表用戶電費(fèi)的計算和核對，進(jìn)而介紹人工工單篩選的工作量;最后給出部分應(yīng)用的效果。

關(guān)鍵詞：抄核收;LoRa技術(shù);智能電表

中圖分類號：TP 311

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1007-757X（2020）11-0171-03

Abstract：In view of the current requirements for the improvement of electric power marketing services and the development of information technology in China， an "intensive， intelligent and efficient" automatic pipeline management mode for the whole process of electric power meter reading and checking is proposed， by taking the electric power checking and collecting as the research object. In order to realize the system， it is proposed to complete the collection of basic electric power data based on smart meters;to realize the collection and transmission of smart meter data withthe carrier of LoRa technology. Finally， ittransmits the data to the PC end of the background， andcompletes the calculation and check of smart meter users'electricity charges， and then introduces the workload of manual worksheet screening. The effect of some applications is given.

Key words：check and receive;LoRa technology;intelligent meter

0?引言

隨著我國現(xiàn)代智能技術(shù)的發(fā)展，智能電表基本實(shí)現(xiàn)了全覆蓋。以智能電網(wǎng)發(fā)展最快的廣東汕頭為例，2018年1季度，汕頭供電局下屬的210萬客戶基本實(shí)現(xiàn)了智能電表全覆蓋。在智能電表大量覆蓋下，極大提高了電力部門對電力信息采集的效率。但是在采集效率提高的同時，采集運(yùn)維的面積也在不斷的提升，同時采集的戶數(shù)也在大幅的提升，如按照原來的采集模式運(yùn)行，則大幅度的提高了整體運(yùn)維的成本。而原有的信息采集一直未轉(zhuǎn)化為抄核收效益，進(jìn)而嚴(yán)重的制約了電力產(chǎn)業(yè)布局，也在一定程度上制約了電力服務(wù)的提升。因此，加強(qiáng)對抄核收機(jī)制的優(yōu)化，創(chuàng)新抄核收業(yè)務(wù)體系，并加強(qiáng)信息技術(shù)和電力技術(shù)在抄核收中的應(yīng)用，對提高嗲網(wǎng)企業(yè)自身的抄核收水平，提高工作效率等具有極其重要的作用和價值[1]。本文則結(jié)合當(dāng)前電網(wǎng)企業(yè)的背景，提出一種基于抄核收全過程自動化流水線式的模式，并對該模式進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計。

1?系統(tǒng)需求分析

本研究的主要目標(biāo)是為電力部門構(gòu)建一種能夠自動執(zhí)行完成抄核收全流程的系統(tǒng)，因此必須實(shí)現(xiàn)抄表、核算以及電費(fèi)回收等業(yè)務(wù)功能的自動化。本系統(tǒng)的具體功能需求包括以下5項。

（1） 通信功能：通信功能是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)各項功能的基礎(chǔ)，主站發(fā)送的系統(tǒng)命令以及采集獲得的電能表數(shù)據(jù)等信息都需要通過通信功能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

（2） 抄表功能：抄表功能為實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)其他各項功能提供了電能表相關(guān)數(shù)據(jù)，包括采集電能表數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)存儲。

（3） 監(jiān)控功能：監(jiān)控功能通過實(shí)時監(jiān)控用戶用電情況以及電網(wǎng)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，為電力部門及時發(fā)現(xiàn)異常提供詳細(xì)可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持。

（4） 自動核算功能：人工現(xiàn)場抄表與遠(yuǎn)程抄表客戶電量電費(fèi)核算具有差異性，但是現(xiàn)有的營銷系統(tǒng)在電量電費(fèi)核算過程中，并未針對兩者的差異而分別采用針對性的規(guī)則，因此產(chǎn)生了大量低有效率的電量電費(fèi)異常復(fù)核工單，而電費(fèi)發(fā)行周期也被延長至一周左右。針對上述問題，必須對遠(yuǎn)程抄表客戶電量電費(fèi)的自動核算規(guī)則進(jìn)行優(yōu)化。

（5） 輔助功能：在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的支持下，進(jìn)一步分析用戶用電情況并進(jìn)行科學(xué)的系統(tǒng)計算，從而實(shí)現(xiàn)抄表、算費(fèi)、核算、繳費(fèi)等業(yè)務(wù)的自動化。

2?系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計方案，如圖1所示。

該系統(tǒng)主要包含LoRa數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)、4G網(wǎng)絡(luò)以及抄核收管理中心等3個部分。

由圖1可以看到，LoRa網(wǎng)絡(luò)由終端節(jié)點(diǎn)、中繼節(jié)點(diǎn)以及基站構(gòu)成，主要負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集以及LoRa網(wǎng)絡(luò)各部分間的數(shù)據(jù)通信。其中，終端節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)接收中繼節(jié)點(diǎn)或基站發(fā)送的指令信息，并將指令下發(fā)至電能表，然后將電能表反饋的電表計數(shù)等相應(yīng)信息發(fā)送至中繼節(jié)點(diǎn)或基站;中繼節(jié)負(fù)責(zé)終端節(jié)點(diǎn)與基站之間數(shù)據(jù)通信的中轉(zhuǎn)，能夠提高LoRa網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄐ刨|(zhì)量，并且能夠延長數(shù)據(jù)傳輸距離;基站負(fù)責(zé)接收抄核收管理中心下發(fā)的指令，并轉(zhuǎn)發(fā)至終端節(jié)點(diǎn)或中繼節(jié)，然后將終端節(jié)點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)通過4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至抄核收管理中心[2-3]。

抄核收管理中心由路由器、主機(jī)以及服務(wù)器構(gòu)成，負(fù)責(zé)向基站下發(fā)指令信息以及對基站上報的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲。

3?系統(tǒng)設(shè)計

3.1?系統(tǒng)硬件設(shè)計

3.1.1?終端節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計

終端節(jié)點(diǎn)由主控芯片、SX1276模塊、電池模塊、天線等組成，負(fù)責(zé)接收指令、采集并上報電表數(shù)據(jù)。基于STM8內(nèi)核的STM8L151C8微控制器內(nèi)置64 kB閃存，最高工作頻率為16 MHz，支持5種低能耗工作方式，具有大空間、高性能、低功耗等優(yōu)點(diǎn)。因此，本系統(tǒng)采用STM8L151C8作為終端節(jié)點(diǎn)與中繼節(jié)點(diǎn)的主控芯片。LoRa TM擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器具有傳輸距離遠(yuǎn)、低能耗、抗干擾、可靠性高等諸多優(yōu)點(diǎn)，因此本系統(tǒng)采用LoRa TM擴(kuò)頻調(diào)制解調(diào)器作為終端節(jié)點(diǎn)的SX1276模塊射頻收發(fā)器[4-5]。終端節(jié)點(diǎn)與電表連接結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

3.1.2?中繼節(jié)點(diǎn)硬件設(shè)計

中繼節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)終端節(jié)點(diǎn)與基站之間的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)，其硬件同樣由STM8L151C8主控芯片、SX1276模塊、電池模塊、天線等組成，但UART接口的收發(fā)端進(jìn)行短接而并未與電表相連接。

3.1.3?基站硬件設(shè)計

基站的硬件構(gòu)成主要包括主控芯片、SX1276模塊、4G模塊、電源模塊、天線等。在基站主控芯片的選擇上，本系統(tǒng)采用了同樣基于STM8內(nèi)核但性能超過STM8L151C8的STM8S207CB微控制器。基站的具體硬件結(jié)構(gòu)，如圖3所示。

3.2?軟件部分設(shè)計

3.2.1?下機(jī)位軟件設(shè)計

1） 中繼節(jié)點(diǎn)采集模塊軟件主程序設(shè)計

中繼節(jié)點(diǎn)采集模塊的流程圖，如圖4所示。

從圖4可以看到，采集模塊與電能表交互完成后得到表號信息，并進(jìn)行自身信息初始化。當(dāng)采集模塊接收終端信息后，通過CRC16校驗方式對該信息進(jìn)行校驗。若校驗結(jié)果正確則解析DL/T645-2007系列報文并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄，然后將數(shù)據(jù)傳送至電能表主控模塊。電能表對數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后，向采集模塊返回響應(yīng)信息。若電能表接收數(shù)據(jù)后未在1s內(nèi)返回響應(yīng)信息，采集模塊將向電能表重復(fù)發(fā)送3次，若仍未返回響應(yīng)信息，采集模塊將向匯聚節(jié)點(diǎn)上報包含故障電能表表號信息的自定義智能電表故障指令[6-7]。

2） 基站通信設(shè)計

基站通信主程序的設(shè)計流程圖，如圖5所示。

3.2.2?上機(jī)位軟件設(shè)計

1） 對象模型設(shè)計

對抄核收管理中心進(jìn)行軟件編程前，需要進(jìn)行對象模型設(shè)計建模。面向?qū)ο笫且环N通過將事物抽象為類和繼承，以此認(rèn)識世界的建模方法。本文從軟件角度針對信息管理系統(tǒng)進(jìn)行面向?qū)ο蟮慕8]。

本文基于系統(tǒng)的功能需求分析，得出智能電表、集中器、居民用戶、供電公司管理員、主機(jī)、服務(wù)器以及事務(wù)間的關(guān)系，以此構(gòu)建出對象模型，如圖6所示。

從圖6可以看到，本系統(tǒng)中包含了三個子系統(tǒng)，各個子系統(tǒng)之間為相互獨(dú)立且存在聯(lián)系的關(guān)系。其中，數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對采集到的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng);數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)發(fā)送的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲以及統(tǒng)計查詢;用戶管理子系統(tǒng)負(fù)責(zé)對系統(tǒng)用戶的信息及權(quán)限進(jìn)行維護(hù)管理[9-10]。

2） 功能模塊設(shè)計

根據(jù)系統(tǒng)需求分析的結(jié)果，本系統(tǒng)的用戶分為居民用戶以及供電公司管理員兩種類型，并針對不同類型的用戶設(shè)置了相應(yīng)的權(quán)限，從而滿足居民用戶與供電企業(yè)對本系統(tǒng)的不同需求[11-12]。本系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能模塊包括檔案管理、繳費(fèi)管理、統(tǒng)計查詢等，如圖7所示。

3） 核算規(guī)則優(yōu)化

原有的用電信息采集與電費(fèi)核算過程中，并未針對人工現(xiàn)場抄表與遠(yuǎn)程抄表客戶電量電費(fèi)核算的差異而分別采用針對性的規(guī)則，僅針對低供低計費(fèi)控表用戶進(jìn)行了自動化抄表核算的試運(yùn)行測試，從而產(chǎn)生大量的異常工單[13-14]。對此，本文從原有的低壓用戶復(fù)核規(guī)則中篩選出以下規(guī)則。

（1） 超出常見電量波動范圍（居民用戶標(biāo)準(zhǔn)為500千瓦時，非居民用戶標(biāo)準(zhǔn)為2 000千瓦時，首次抄表用戶除外）;

（2） 與上周期的倍率不同;

（3） 示數(shù)中斷;

（4） 本期示數(shù)小于上期示數(shù);

（5） 未抄表（漏抄）;

（6） 未購電用戶存在抄表電量;

（7） 峰、平、谷段電量之和與總段電量不等。

電費(fèi)核算方法采用以下的公式。

4?應(yīng)用效果

本系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用后，供電公司核算人員傳統(tǒng)的人工操作被自動化操作取代，抄核收管理中心對各區(qū)縣供電局抄核收業(yè)務(wù)全過程進(jìn)行集中監(jiān)控、考核，監(jiān)控包括計劃生成、抄表、核算、審核、發(fā)行、收費(fèi)等自動化抄核收的全過程并生成報告，有效確保業(yè)務(wù)以高質(zhì)量完成，監(jiān)控界面如圖8所示。

同時通過上述系統(tǒng)的應(yīng)用后，自動抄表客戶核算中的異常工單也大量的減少，這大大提高了抄核收工作的有效性。在自動核算開啟后，系統(tǒng)會自動對工單上進(jìn)行審核，并將審核后的工單下發(fā)給運(yùn)維管理人員，這樣大大減少了工單數(shù)量，并由原來的每月4～5萬張工單降到不足1萬工單，減少超過75%。同時除工單數(shù)量減少以外，在整體的電費(fèi)差錯率控制方向也大幅度的減少，如表1所示。

5?總結(jié)

綜上看出，通過本文的設(shè)計，大力推進(jìn)了電力企業(yè)的電子化結(jié)算效率，創(chuàng)新了抄核收業(yè)務(wù)方式，并實(shí)現(xiàn)了“當(dāng)天抄表、當(dāng)天核算、當(dāng)天發(fā)行、當(dāng)天扣費(fèi)”的目標(biāo)。而通過本文提出的新的抄核收模式，實(shí)現(xiàn)了“集中自動抄表+集中自動核算+集中自動發(fā)行+集中自動劃扣電費(fèi)”，為當(dāng)前電力收費(fèi)提供了一站式的服務(wù)，使得我國電力抄核收管理更加集中和高效，增強(qiáng)了企業(yè)發(fā)展的內(nèi)生動力，主動適應(yīng)市場變革，是一次體制創(chuàng)新與技術(shù)升級并舉的成功嘗試。