智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計

郭小波

（國網(wǎng)陜西省電力有限公司吳起縣供電分公司，陜西 延安 717600）

0 引 言

數(shù)字化時代，智能電網(wǎng)已經(jīng)成為現(xiàn)代社會不可或缺的一部分。智能電網(wǎng)將傳統(tǒng)電力系統(tǒng)與先進的通信和信息技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)電力供需的高效協(xié)調(diào)和靈活管理，為用戶提供了更可靠、可持續(xù)和經(jīng)濟高效的電力服務(wù)[1]。作為智能電網(wǎng)的重要組成部分，智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)扮演著至關(guān)重要的角色。

智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計旨在實現(xiàn)對電力消費、生產(chǎn)和傳輸?shù)娜姹O(jiān)控與管理。通過高精度的數(shù)據(jù)采集、實時監(jiān)測和遠程控制，電力運營商能夠更好地了解用戶的用電情況、電力負荷需求以及電力網(wǎng)絡(luò)的運行狀況。這些數(shù)據(jù)為電力系統(tǒng)規(guī)劃、供需平衡和故障診斷等決策提供了寶貴的依據(jù)，同時為用戶提供了更加智能化和個性化的用電體驗。

1 智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能需求分析

1.1 整體功能分析

為滿足社會對信息采集的高需求，實現(xiàn)電力管理的高效性和穩(wěn)定性，并確保電網(wǎng)安全的維護，智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)運而生。該系統(tǒng)旨在實時監(jiān)控、采集和處理各類用電信息，以提供必要的數(shù)據(jù)支持。在建設(shè)智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，需要符合國家電網(wǎng)有限公司的規(guī)定并遵從相關(guān)規(guī)范要求，依據(jù)相關(guān)條例和管理規(guī)定進行操作[2]。智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，主站層扮演著關(guān)鍵角色，其需要具備一系列基本應(yīng)用功能，如信息存儲、處理和收集功能等，同時應(yīng)具備擴展應(yīng)用的能力。該系統(tǒng)的主要功能之一是滿足電費結(jié)算的需求，并堅持實用性原則，同時兼顧可伸縮性，以適應(yīng)不同的應(yīng)用場景和未來3～5年相關(guān)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求。文章設(shè)計的系統(tǒng)主要功能如下。

1.1.1 數(shù)據(jù)采集

數(shù)據(jù)采集是智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能之一。通過傳感器和智能電表等設(shè)備，系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集電力用戶的用電數(shù)據(jù)，包括用電量、功率、電壓以及電流等關(guān)鍵信息。數(shù)據(jù)采集過程需要保證高精度和實時性，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。采集的數(shù)據(jù)可以為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析、處理和應(yīng)用提供基礎(chǔ)，為電力系統(tǒng)的運行和管理提供關(guān)鍵支持。

1.1.2 數(shù)據(jù)管理

數(shù)據(jù)管理功能是智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的核心功能之一。該功能涵蓋數(shù)據(jù)存儲、組織和管理等方面。對于系統(tǒng)采集的大量電力數(shù)據(jù)，需要進行有效的存儲和管理，包括數(shù)據(jù)備份、壓縮和安全性保障[3]。同時，數(shù)據(jù)的組織和管理需要考慮數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)化和標準化，以便后續(xù)數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用。良好的數(shù)據(jù)管理能夠提高數(shù)據(jù)的可訪問性和可用性，為電力系統(tǒng)的優(yōu)化和決策提供可靠的支撐。

1.1.3 綜合應(yīng)用

綜合應(yīng)用功能是智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的價值所在。綜合應(yīng)用涵蓋數(shù)據(jù)處理、分析和應(yīng)用的多個領(lǐng)域。系統(tǒng)可以對采集的數(shù)據(jù)進行清洗、預處理和分析，從而提取有價值的信息。分析結(jié)果可以用于電力系統(tǒng)的規(guī)劃和優(yōu)化，如電力負荷預測、能源調(diào)度和電網(wǎng)故障診斷等。此外，綜合應(yīng)用包括用戶參與和反饋的功能，系統(tǒng)能夠與用戶進行互動，提供實時的用電建議和優(yōu)化措施，促進用戶節(jié)約能源和參與電力系統(tǒng)的管理。

1.2 采集終端功能分析

智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的采集終端是系統(tǒng)的重要組成部分，具備多項關(guān)鍵功能。采集終端承擔著數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的任務(wù)，為系統(tǒng)提供實時和準確的電力數(shù)據(jù)。采集終端的具體功能如下。

由此看來,現(xiàn)代漢語常用詞中,帶有借代意義的詞不僅數(shù)量多,而且意義復雜,語義類型繁多。《現(xiàn)代漢語詞典》對于常用詞的借代義的釋義體例和方式多種多樣,并不穩(wěn)定統(tǒng)一。這不僅不利于辭書編校體例的嚴密規(guī)范,也會給使用者理解詞義帶來不便,有的還可能造成詞義理解上的偏差。從辭書的規(guī)范性和權(quán)威性看,也迫切需要進一步嚴格修訂和完善。

（1）數(shù)據(jù)采集功能。通過傳感器和智能電表等設(shè)備，采集終端實時獲取電力用戶的用電數(shù)據(jù)，包括用電量、功率、電壓及電流等數(shù)據(jù)信息。采集終端需要保證數(shù)據(jù)的高精度和實時性，以確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。

（2）數(shù)據(jù)傳輸功能。采集的電力數(shù)據(jù)需要上傳到系統(tǒng)的中央處理單元或數(shù)據(jù)管理平臺進行進一步處理和分析。采集終端通過通信網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)和無線網(wǎng)絡(luò)等）將數(shù)據(jù)傳輸指定的目標節(jié)點，確保數(shù)據(jù)的安全和可靠傳輸。

2 智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的詳細設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計

智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括主站層、數(shù)據(jù)采集層和采集點監(jiān)控設(shè)備，具體的智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該系統(tǒng)中，主站層充當關(guān)鍵角色，負責管理和控制整個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其通過與采集點監(jiān)控設(shè)備的通信，實時采集用戶的用電數(shù)據(jù)，并確保數(shù)據(jù)的準確性和及時性[4]。主站層還負責數(shù)據(jù)的傳輸和管理，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒胩幚韱卧驍?shù)據(jù)管理平臺進行進一步處理和分析。主站層的高效和穩(wěn)定運行對于整個系統(tǒng)的性能與功能至關(guān)重要。

圖1 智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

數(shù)據(jù)采集層是用戶用電信息的關(guān)鍵來源，通過不同的采集點監(jiān)控設(shè)備實時采集用戶的電力數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集層通過遠程通信信道和本地通信信道，將采集的數(shù)據(jù)上傳到主站層進行處理和管理。數(shù)據(jù)采集層的高效工作和準確采集能力對于系統(tǒng)的整體性能與數(shù)據(jù)質(zhì)量至關(guān)重要。

采集點監(jiān)控設(shè)備是智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中的重要組成部分，包括無功補償設(shè)備、智能電表和用戶配電開關(guān)等，其任務(wù)是監(jiān)測和控制用戶用電設(shè)備。這些設(shè)備能夠與主站層和數(shù)據(jù)采集層進行通信，提供實時的用電數(shù)據(jù)，并接收主站層的指令，從而進行相應(yīng)的控制操作。采集點監(jiān)控設(shè)備的高效工作和可靠性對于確保用戶用電信息的準確采集以及系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。

2.2 系統(tǒng)通信技術(shù)設(shè)計

文章設(shè)計的智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的遠程通信通道中，主站和采集終端通過可靠的通信方式進行數(shù)據(jù)傳輸。該通信方式能夠確保數(shù)據(jù)的安全性和準確性，為系統(tǒng)的運行和管理提供支持[5]。通過遠程通信通道，主站可以實時獲取采集終端的數(shù)據(jù)，從而進行數(shù)據(jù)分析和處理。采集終端也可以接收主站的指令，并進行相應(yīng)的控制操作。

遠程通信通道的設(shè)計對于智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有重要意義，其能夠?qū)崿F(xiàn)主站與采集終端之間的遠程連接，使數(shù)據(jù)的傳輸更加高效和便捷。同時，通過多種通信方式的組合使用，系統(tǒng)能夠適應(yīng)不同的環(huán)境和需求，提供靈活的通信解決方案。文章設(shè)計的遠程通信架構(gòu)如圖2 所示。

圖2 遠程通信構(gòu)架

2.3 各類用戶數(shù)據(jù)采集技術(shù)

2.3.1 大型專用變壓器用戶的采集模式

通過專門設(shè)計的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對大型專用變壓器（以下簡稱專變）用戶的用電數(shù)據(jù)進行實時采集和監(jiān)測。這些用戶往往具有較大的用電負荷和復雜的電力需求，如工業(yè)企業(yè)和商業(yè)綜合體等。為滿足其特殊需求，采集模式設(shè)計采用了專門的采集設(shè)備和通信方案。

采集模式中的數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括專變集中器和專變數(shù)據(jù)終端等。這些設(shè)備與大型專變用戶的電力設(shè)備進行連接，實時采集用戶的用電數(shù)據(jù)，包括用電量、功率、電壓以及電流等重要信息。采集設(shè)備具備高精度的數(shù)據(jù)采集能力，確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。采集模式還包括針對大型專變用戶的專用通信方案。該通信方案可以是基于有線通信網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)和電力線載波通信等）或無線通信網(wǎng)絡(luò)（通用分組無線業(yè)務(wù)、4G、5G 等）的組合。通過該通信方案，采集設(shè)備能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)的主站層或數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸和集中管理。

2.3.2 中小型專變用戶的采集模式

與大型專變用戶的采集模式類似，通過專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，對中小型專變用戶的用電數(shù)據(jù)進行實時采集和監(jiān)測。中小型專變用戶的采集模式還可以與其他智能化技術(shù)結(jié)合，如遠程控制和能效管理等。通過與智能電網(wǎng)系統(tǒng)的集成，能夠?qū)χ行⌒蛯Ｗ冇脩舻挠秒娺^程進行實時監(jiān)測、控制和優(yōu)化，從而提高用電效率，降低能耗成本，并為用戶提供更便捷和高效的電力服務(wù)。

2.3.3 單相或者三相的低壓工商業(yè)用戶采集模式

單相或三相低壓工商業(yè)用戶包括商業(yè)企業(yè)、小型工廠、寫字樓等，通過專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實時采集和監(jiān)測這些用戶的用電數(shù)據(jù)。該類用戶的用電負荷和需求相對較低，為滿足這些用戶的需求，采用適合單相或三相低壓工商業(yè)用戶的采集設(shè)備和通信方案。

3 智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用分析

3.1 應(yīng)用于電能損耗分析

通過專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，實時采集和監(jiān)測電力系統(tǒng)中各個環(huán)節(jié)的用電數(shù)據(jù)，這些環(huán)節(jié)包括輸電線路、變電站、配電線路以及用戶端等。智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠獲取電能在不同環(huán)節(jié)的損耗情況，以便進行準確分析和評估。數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括智能電表、電流互感器、電壓互感器等，將這些設(shè)備安裝在不同的電力系統(tǒng)組件上，能夠?qū)崟r采集與監(jiān)測各個環(huán)節(jié)的電能消耗數(shù)據(jù)。

3.2 應(yīng)用于電能質(zhì)量監(jiān)測

通過專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠?qū)崟r采集和監(jiān)測電力系統(tǒng)中的電能質(zhì)量參數(shù)，包括電壓波動、電壓暫降、電壓暫增、電壓諧波、電流諧波以及功率因數(shù)等，從而獲取電能質(zhì)量數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)采集設(shè)備包括電能質(zhì)量監(jiān)測儀和電能質(zhì)量傳感器等。將這些設(shè)備安裝在關(guān)鍵節(jié)點或用戶端，能夠?qū)崟r采集和記錄電能質(zhì)量參數(shù)。采集設(shè)備具備高精度的數(shù)據(jù)采集能力，能夠確保數(shù)據(jù)的準確性和可靠性。采集模式還采用了適合電能質(zhì)量監(jiān)測的通信方案，如基于有線通信網(wǎng)絡(luò)（以太網(wǎng)等）或無線通信網(wǎng)絡(luò)（通用分組無線業(yè)務(wù)、4G、5G 等）的組合。通過這些通信方案，采集設(shè)備能夠?qū)⒉杉臄?shù)據(jù)傳輸?shù)较到y(tǒng)的主站層或數(shù)據(jù)管理平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠程傳輸和集中監(jiān)測。

3.3 應(yīng)用于信息發(fā)布與雙向互動

通過專用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備和通信渠道，智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能夠幫助電力系統(tǒng)運營商向用戶發(fā)布各類信息，包括電力供應(yīng)情況、用電峰谷時段、電價調(diào)整通知等，旨在及時傳達關(guān)鍵信息，提高用戶對電力供應(yīng)的認知和參與度。該系統(tǒng)的采集模式還采用了適合信息發(fā)布與雙向互動的通信渠道。采集設(shè)備使用該通信渠道與用戶終端或數(shù)據(jù)管理平臺進行雙向通信，從而實現(xiàn)信息發(fā)布和接收用戶反饋。

4 結(jié) 語

在智能電網(wǎng)中應(yīng)用用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，不僅能降低工作人員的工作失誤率，還能提升電力數(shù)據(jù)采集、處理、分析的精準度，進一步縮減人力成本。同時，采用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行智能電網(wǎng)數(shù)據(jù)采集和處理，能有效提升數(shù)據(jù)采集的廣度，增加數(shù)據(jù)分析的深度，降低風險發(fā)生概率。文章對智能電網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行重點設(shè)計，通過具體分析，明確了該系統(tǒng)應(yīng)該具備的功能，指出該系統(tǒng)是智能電網(wǎng)構(gòu)成不可或缺的部分，同時是確保電力系統(tǒng)穩(wěn)定運行的核心部分，為電力系統(tǒng)的優(yōu)化提供幫助。