用電信息采集系統的應用現狀及發展趨勢

陳凱文，納 瑜

（1.國網寧夏電力有限公司寧東供電公司，寧夏 銀川 750411；2.國網寧夏電力有限公司營銷服務中心（國網寧夏電力有限公司計量中心），寧夏 銀川 750001）

0 引 言

隨著科學技術的飛速發展，經濟社會發展對電力能源的依賴不斷提升，對電力供應的安全性、可靠性和服務質量提出了更高要求，因此未來的智能電網在運行和控制方面將愈發信息化和智能化[1-3]。依托智能運行模式可以大幅度改善能源利用效率，重塑能源消納結構，滿足電力應用的靈活性、多樣化需求，提高電力傳輸的安全性、可靠性、穩定性和經濟性。為了提高電氣信息化水平，電力企業近年來相繼建立了負荷管理系統和集中抄表系統，并在2009 年全面建設標準統一、技術先進的用電信息采集系統，實現自動控制和集約管理[4,5]。

2021 年起，國家電網積極推進新一代用電信息采集系統的建設。本文主要介紹用電信息采集系統的組成結構和國內外應用發展進程，重點介紹其關鍵技術和發展趨勢，并對采集系統的建設提出相關建議。

1 用電信息采集系統組成結構

用電信息采集系統是構建能源互聯型電網的物理基礎之一，主要作用在于實時采集、傳輸、分析提供決策支撐。它采用敏銳度很高的先進傳感器，通過實時通信、自動控制等技術對數據進行采集和管理，分析電能質量和線損統計數據，能及時采集電能信息，發現異常用電量，監測控制用電負荷，實現階梯或費率電價及儲存用電信息數據[6]。通過對負荷的監測和傳感，可為進一步優化能源供給分布、費控策略執行、遠程停復電等營銷服務策略提供技術支持。

如圖1 所示，用電信息采集系統是由主站、通信信道、采集設備及計量設備和用戶終端組成的一套完整系統。主站由數據庫服務器、磁盤陣列、應用服務器、前端服務器、接口服務器、工作站、全球定位系統（Global Positioning System，GPS）時鐘以及防火墻等若干網絡設備組成，主要用于實現數據采集、業務應用、自動控制、前端通信調度以及數據庫管理等龐大的分析處理功能。通信信道包括光纖專網、通用分組無線服務技術/碼分多址（General Packet Radio Service/Code Division Multiple Access，GPRS/CDMA）無線公網、230 MHz 無線專網等，用于將數據從采集設備傳送到主站[7]。采集設備及計量裝置包括低壓集中器、采集器、智能電能表、專用變壓器采集終端以及專用變壓器計量裝置組等。它們通常安裝在用電末端或廠站側，旨在收集和提供用電信息采集系統內的初始用電信息，分為購電結算和考核參考2 種。用戶包括低壓居民、低壓單相/三相工商業用戶、公用配變、中小型專變用戶和大型專變用戶，分別對應不同的采集方式。

圖1 用電信息采集系統的組成結構

2 用電信息采集系統應用現狀

2.1 國外用電信息采集系統應用現狀

科學技術的發展推動著電力行業不斷進行技術革新。歐美等發達國家為滿足風、光、生物質能發電和分散式供用電需求，研究用電信息采集技術，對于提高供電服務質量和電網運行效率作用明顯，以實現節能減排的目標。

21 世紀初，歐盟理事會在一本能源綠皮書中提出，歐盟未來電網建設的主要方向是智能電網。這里首次明確了智能電網的服務對象，明確了智能用電系統需要通過智能電表實現自動管理控制，達到供需平衡。在這一理念影響下，2008 年法國電力公司將近2 700 萬只普通電表更換為具有自動跟蹤用電狀態和能夠遠程遙測、控制用電設備的智能電表，進一步提升了智能用電水平。同年，博爾德市建成了美國的第一座智能電網城市。它為所有用戶安裝了智能電表和采集終端，引導用戶自行削峰填谷，調整用電時間。

2.2 國內用電信息采集系統應用現狀

自2009 年起，國家電網制定了用電信息采集全覆蓋、收費控制的建設目標，按照統一規劃、系統實施的原則，全面建設用電信息采集系統。截至2012年4 月底，國家電網已安裝智能電表8 352 萬臺，全系統覆蓋用戶8 850 萬戶，全面應用于抄表收費、線損管理、電能質量監測、電力交易、營配協同、故障報修、增值服務以及有序用電等多項業務應用。

隨著電力市場化改革的不斷深入，系統對工商業用戶的采集要求更高，按小時、15 min 采集一次用電曲線成為迫切需要。對于居民用戶，預付費控制和遠程停復電技術要求更高、更精準，使得實現用戶無感用電、負荷精準調配成為當下的研究熱點。

2022 年起，國家電網提出建立新一代能源互聯型用電信息采集系統的建設目標，將客戶感知、遠程停復電、用電行為分析、線損線索分析、96 點曲線采集、市場化電能傳輸、數據異常監測修正等新技術、新理念融入系統建設需求，旨在打造采集信息全面及時準確、指標數據科學分析研判、客戶感知互動良好停電無感的新型采集系統，建立與客戶、與市場關聯更加緊密的用電信息管理，服務于高質量發展的能源互聯網結構。為保證采集系統迭代升級，國家電網已在27 家網省公司中開展智能電表更換，以保證滿足采集系統主站的功能需求。

3 用電信息采集系統的關鍵技術

3.1 海量數據處理技術

國家電網業務區域覆蓋26 個省份，運營范圍內用戶數量超過3 億。目前，通過搭建全業務數據模型，實現數據的綜合利用和功能的高級應用。由于用戶數據量大，需要利用大容量數據處理、負載均衡、災難備份和空間數據庫引擎技術對海量數據和多任務并行處理，以提高主站的運行可靠性。

3.2 運營商通信的標準化技術

不同運營商的載波通信技術應用具有不同的技術特點，研究通信標準化技術非常必要。根據中心頻率、調制方式、占用帶寬、最大傳輸等級、傳輸協議、路由器算法、相關技術測試和參數測量方法等主要技術特點和參數，提出技術標準基礎設施，使采集設備相互連接和交換。

3.3 智能預付費控制技術

目前，用電信息采集系統采用基于智能預付費控制技術的管理模式，由客戶先交電費，保證用電。系統收集用電量信息，計算剩余費用并顯示給客戶。如果費用不多，就會提醒客戶交電費，且在欠費時執行斷電。系統可由主站、采集裝置、智能電表進行預付費管理，其應用范圍和工作要求如表1 所示。

表1 預付費控制模式對比

3.4 多樣化的關稅實施技術

價格階梯中，各分段資費隨分段不同而變化。分時電價中的資費隨負荷變化和不同時段而變化。階梯價和分時價的實施對智能電表時鐘的準確性和可靠性提出了更高要求，需要采取時鐘校準、檢查、維護、故障分析等技術措施，使主站時鐘、生產調度系統、智能電表和采集裝置的時鐘準確可靠。

3.5 功耗信息安全保護技術

用電信息采集系統采集的信息量大，覆蓋范圍廣。安全隱患將威脅電力系統的安全、穩定和經濟運行。客戶和用電信息是電力行業的核心數據資源，涉及社會生活的方方面面。非法使用或泄露信息，將帶來無法挽回的損失。因此，研究用電信息采集系統的安全防護現狀，分析評估各方面潛在的安全問題非常必要。

4 結 論

用電信息采集系統是建設營銷基礎設施和智能電網、改變國家電網發展方式的必然要求，可有效提升電能計量、自動抄表、智能支付控制的自動化水平，滿足國家電網深化業務應用的需求，也可為開發新能源、執行階梯價格、雙向互動服務等提供支持，對優化資源配置、推動節能減排、引領技術創新、帶動產業升級以及保障經濟社會可持續發展具有重要意義。