電能量采集系統(tǒng)的應(yīng)用及問題分析

盧 冰 楊力強(qiáng) 魏 亮

（國(guó)網(wǎng)湖州供電公司調(diào)度控制中心，浙江 湖州 313000）

電能量數(shù)據(jù)隱含負(fù)荷發(fā)展趨勢(shì)、客戶用電特征、隱形竊電痕跡等大量有用信息，是供電公司開展日常生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)所必須依賴的核心數(shù)據(jù)之一[1]。利用好電能量信息也是大數(shù)據(jù)時(shí)代的必然要求。但由于電力系統(tǒng)點(diǎn)多面廣、用戶繁雜，進(jìn)行全面、動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)的電能量采集需要強(qiáng)大的技術(shù)支撐，同時(shí)不可避免會(huì)產(chǎn)生一些問題。

1 電能量采集系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

當(dāng)前，基于各種通信技術(shù)和軟件技術(shù)的電能量采集平臺(tái)層出不窮，但就整體架構(gòu)來說，不外乎如圖1所示的體系[2]。

圖1 電能量采集系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

相關(guān)說明：①“前置采集”負(fù)責(zé)分配采集任務(wù)（基于任務(wù)均衡機(jī)制），確保系統(tǒng)資源的合理利用；②“數(shù)據(jù)處理”一般配置一主一備兩臺(tái)服務(wù)器，雙機(jī)之間實(shí)現(xiàn)無縫切換；③“網(wǎng)絡(luò)通信”也是雙重配置，即系統(tǒng)的工作站和服務(wù)器通過雙網(wǎng)卡分別連接主、從交換機(jī)，以保證通信的隨時(shí)暢通；④“WEB服務(wù)”提供人機(jī)交互界面；⑤“工作站”承擔(dān)開發(fā)維護(hù)、系統(tǒng)管理、報(bào)表管理、線損管理等工作，可根據(jù)需要來確定數(shù)量；⑥“輔助設(shè)備”主要指防雷設(shè)施（電涌保護(hù)器）和專用電源等。

1.2 主站的安全機(jī)制

1）獨(dú)立組網(wǎng)。與局域網(wǎng)之間設(shè)置物理隔離裝置，禁止局域網(wǎng)機(jī)器直接訪問該子網(wǎng)。

2）與SCADA或外網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)器互聯(lián)時(shí)，采用路由器+防火墻的方式，并經(jīng)過IP地址轉(zhuǎn)換。

1.3 主站模塊設(shè)置

為了便于系統(tǒng)維護(hù)、擴(kuò)展，主站采用模塊化設(shè)計(jì)。當(dāng)前的電能量采集系統(tǒng)基本設(shè)有軟總線模塊、控制臺(tái)、負(fù)荷預(yù)測(cè)、前置通信模塊、系統(tǒng)對(duì)時(shí)、Web應(yīng)用、便攜式抄表、線損分析、數(shù)據(jù)備份、檔案管理等模塊，限于篇幅，文章將不一一進(jìn)行功能說明，而在后續(xù)關(guān)于“電能量采集系統(tǒng)的應(yīng)用”中選擇幾個(gè)做表述。

1.4 終端系統(tǒng)

終端系統(tǒng)分布在變電站、電廠甚至用戶，是電能量采集的原始端。終端系統(tǒng)一般由采集終端和電表組成（兩者之間通過RS-485直連）。其中，電表負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)采集相應(yīng)間隔的正向有功、反向有功、瞬時(shí)功率等信息；采集終端則匯集各電表的數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳。因此，一個(gè)采集終端應(yīng)具備接入多只電表的能力，同時(shí)能對(duì)多種規(guī)約進(jìn)行解析。

2 電能量采集系統(tǒng)的應(yīng)用及優(yōu)勢(shì)

2.1 用電層面

1）提升抄表、核算的速度。電能量采集系統(tǒng)的工作方式有定時(shí)自動(dòng)和隨時(shí)手動(dòng)兩種，當(dāng)一次采集不成功，系統(tǒng)會(huì)在保留采集進(jìn)度的基礎(chǔ)上自動(dòng)重采（即斷點(diǎn)續(xù)傳），因此可靠性非常高。據(jù)估算，對(duì)1000個(gè)用戶進(jìn)行抄表，常規(guī)人工方法至少需要兩天時(shí)間，而電能量采集系統(tǒng)只要1h左右。另外，電能量采集系統(tǒng)內(nèi)置各類計(jì)算公式，支持?jǐn)?shù)據(jù)分類處理和自行修正，還能以報(bào)表或曲線形式展示在Web頁(yè)面。因此，極大提高了電費(fèi)核算效率，也降低了電力職工的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2）降低電費(fèi)應(yīng)收差錯(cuò)率[3]。電能量采集系統(tǒng)基于可靠的自動(dòng)化裝置和先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，不會(huì)發(fā)生人工抄錄、核算過程中潛在的筆誤風(fēng)險(xiǎn)，因此其能大大降低差錯(cuò)率。

3）用于反竊電。電能量采集系統(tǒng)能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到遠(yuǎn)方終端失壓、電池報(bào)警、電壓電流不平衡、極性接反、逆相序及掉電情況，因此能及時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)量中的隱蔽問題（如竊電），從而降低供電公司的損失。

4）用于營(yíng)銷分析。電能量數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)，通過對(duì)采集上來的數(shù)據(jù)的綜合分析，可提升營(yíng)銷管理的事前預(yù)測(cè)、事中控制、事后分析的水平。

2.2 生產(chǎn)層面

1）負(fù)荷預(yù)測(cè)。在電網(wǎng)規(guī)劃、生產(chǎn)計(jì)劃制定、檢修計(jì)劃安排、運(yùn)行方式變更等時(shí)候，均需要在參考?xì)v史電量數(shù)據(jù)（從精細(xì)化上講，要求分產(chǎn)業(yè)、分區(qū)域統(tǒng)計(jì)）的基礎(chǔ)上進(jìn)行負(fù)荷預(yù)測(cè)，這對(duì)于可自定義報(bào)表格式的電能量采集系統(tǒng)來說是輕而易舉的。

2）線損管理。電量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)按來源來說可分兩塊：供電量（主變關(guān)口電量）和售電量（用戶關(guān)口電量）。而線損就是二者之差。因此通過電量采集系統(tǒng)能方便獲得實(shí)際線損，將實(shí)際線損與理論線損進(jìn)行比對(duì)，即能確定降損所需的技術(shù)措施和組織措施。

3）終端管理自動(dòng)化。隨著電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，電能量采集終端的數(shù)目呈現(xiàn)幾何式增長(zhǎng)，若采用人工巡視，將耗費(fèi)巨大的人力資源，且效率低下；而使用電能量采集系統(tǒng)，則能在線識(shí)別終端的運(yùn)行工況。

2.3 案例佐證

以云南某地供電公司為例，其在2006年開始建設(shè)電能量采集系統(tǒng)，歷時(shí)4年通過省公司實(shí)用化考核。該系統(tǒng)（含相關(guān)外聯(lián)系統(tǒng)）總體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 云南某供電公司電能量采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)配置說明：①采集工作站、服務(wù)器均為冗余配置、雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，外加三級(jí)安全認(rèn)證；②網(wǎng)絡(luò)通信執(zhí)行TCI/IP協(xié)議，主干網(wǎng)為100M交換式以太網(wǎng)；③電量表是多功能智能電子表，通過485接口與采集終端進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；④廠站端采集裝置為變電站內(nèi)的RTU或ERTU；⑤軟件平臺(tái)基于Windows2000，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server2000。

經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)行，供電公司對(duì)電能量采集系統(tǒng)的使用效益做了統(tǒng)計(jì)，詳見表1。

表1 某供電公司對(duì)電能量采集系統(tǒng)使用效益的統(tǒng)計(jì)

3 電能量采集系統(tǒng)的問題分析

筆者結(jié)合多年的工作經(jīng)驗(yàn)，在充分調(diào)研一批供電企業(yè)的電能量采集系統(tǒng)的運(yùn)用情況的基礎(chǔ)上，羅列出以下幾個(gè)共性問題。

1）目前，各個(gè)地區(qū)的電能量采集系統(tǒng)建設(shè)幾乎是獨(dú)立進(jìn)行（最多在地級(jí)層面統(tǒng)一），因此存在標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范不統(tǒng)一、應(yīng)用水平差異大等缺點(diǎn)，其所帶來的后果就是電能量信息的共享程度不高，影響大數(shù)據(jù)的開發(fā)利用。仍以云南公司為例，其下面的地公司有的已建成以交換機(jī)為通信核心的電量系統(tǒng)，有的則仍使用撥號(hào)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這樣，因省、地調(diào)側(cè)網(wǎng)絡(luò)防火墻的存在，使省、地調(diào)間用FTP協(xié)議進(jìn)行文件傳輸?shù)倪^程經(jīng)常被中斷。

解決方法：結(jié)合智能電網(wǎng)建設(shè)，建立“省地縣一體化”的電能量采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)的要點(diǎn)是：①一體化，即既包含各級(jí)供電公司，又涵蓋電廠系統(tǒng)；②規(guī)范化，即全系統(tǒng)采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)科學(xué)管理。

2）終端上線率不穩(wěn)定，這主要指那些采用無線通信方式的終端。原因分析及措施建議見表2。

3）目前電能量采集系統(tǒng)主要覆蓋范圍為變電站和大的電廠，中小用戶及小區(qū)用戶的自動(dòng)化抄表采集基本處于試點(diǎn)階段，這與電能量采集系統(tǒng)的建設(shè)預(yù)期不符。因此需加大該系統(tǒng)的采集規(guī)模，爭(zhēng)取實(shí)現(xiàn)轄區(qū)內(nèi)95%以上的供、售電信息進(jìn)入電能量采集系統(tǒng)的目標(biāo)。

表2 電能量采集系統(tǒng)中終端上線不穩(wěn)定的分析

4 結(jié)論

電能量采集系統(tǒng)的應(yīng)用，將極大改變傳統(tǒng)的計(jì)量、線損的管理模式，將為大數(shù)據(jù)應(yīng)用于電力生產(chǎn)奠定基礎(chǔ)。因此，要在集成、優(yōu)化、經(jīng)濟(jì)等目標(biāo)的引領(lǐng)下，推進(jìn)該系統(tǒng)的建設(shè)。

[1] 黃運(yùn)蓉. 探究電能量采集管理系統(tǒng)中的問題及改善策略[J]. 電源技術(shù)應(yīng)用, 2014, 42(1): 17-20.

[2] 汪洋, 趙奇. 配電網(wǎng)電能量采集管理系統(tǒng)應(yīng)用中存在的問題及處理措施[J]. 河北電力技術(shù), 2010, 29(6):29-30.

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