劉瑞+李濤+龔桃榮

摘要：基于目前的用電信息采集系統(tǒng)進行系統(tǒng)及通信組網(wǎng)方式分析，對比幾種通信模式的優(yōu)缺點，總結用電信息采集系統(tǒng)平均采集率偏低的原因。文章提出了智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)中的補充實現(xiàn)方法。對于智能家居產(chǎn)品可能帶來的技術變革和如何通過PLC抄表及數(shù)據(jù)傳輸進行了介紹。同時描述了分項計量、隨器計量結合負荷識別技術在用電信息采集系統(tǒng)中的深入應用，重點對于智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)中未來應用前景進行了詳細分析，結合單一電器精準計量實現(xiàn)負荷調(diào)控和數(shù)據(jù)分析挖掘。可使用電信息采集系統(tǒng)利用該技術獲得更多技術支持和數(shù)據(jù)支撐，為高精度的用電信息采集奠定了基礎條件，形成電網(wǎng)與用戶互惠互利的新局面。

關鍵詞：用電信息采集系統(tǒng)；智能插座；電力線載波；抄表；分項計量；負荷識別。

0 引言

用電信息采集系統(tǒng)是堅強智能電網(wǎng)的重要環(huán)節(jié)，為智能用電服務提供業(yè)務支撐[1]，依托各類現(xiàn)場計量采集終端，實現(xiàn)電力用戶的“全采集、全覆蓋、全費控”，是智能電網(wǎng)用戶用電信息重要采集渠道，也是全面實行階梯電價的技術保障[2-3]。采集成功率是用電信息采集系統(tǒng)的重要考核指標，是其他數(shù)據(jù)運算和數(shù)據(jù)服務的基礎。目前現(xiàn)場計量采集終端主要通過電力線載波、微功率無線和RS485三種方式進行通信組網(wǎng)，但由于現(xiàn)場工況復雜，實際操作人員閱歷不足，仍然存在采集率偏低的問題，據(jù)有關機構數(shù)據(jù)顯示，我國華北某省用電信息平均采集率僅為87%，有些區(qū)域采集成功率甚至更低，仍需消耗大量人力依靠人工抄表補充[4]，文獻[4-9]對用電信息采集系統(tǒng)采集成功率偏低的問題進行了系統(tǒng)的分析，主要歸集為環(huán)境對通信鏈路的影響、計量采集終端故障帶來的影響、SIM卡損壞或信號覆蓋弱、無覆蓋或覆蓋不穩(wěn)定造成的通信問題等諸類問題，提出了增加設備消除裝置老化和干擾、無線+有線通信結合的方式增加通信可靠性、軟件處理進行甄別補遺、增加無線中繼或者功率放大器等方法，進而提高采集成功率。但更多的是對原系統(tǒng)的查漏補遺，各類新興技術沒有與傳統(tǒng)業(yè)務相融合。

1 用電信息采集系統(tǒng)通信技術現(xiàn)狀分析

1.1用電信息采集系統(tǒng)通信組網(wǎng)方式

用電信息采集系統(tǒng)架構如圖1所示，用電信息采集系統(tǒng)以營銷系統(tǒng)主站為核心，省市分別部署工作站。各類集抄終端與前置采集平臺間通過光纖專網(wǎng)、230專網(wǎng)無線信道、中壓載波專網(wǎng)信道等幾種方式進行直接通信。通過GPRS、CADMA1X等無線公網(wǎng)信道的通信方式，需要防火墻進行內(nèi)外網(wǎng)隔離，保證系統(tǒng)安全。在三種專網(wǎng)的通信方式中，光纖專網(wǎng)的效果最好，無線專網(wǎng)由于受外界環(huán)境影響較大，很少采用。而各類集抄終端和終端計量設備之間的本地通信多采用RS485、微功率無線通信及PLC（電力線載波）三種方式，目前電力線載波主要以窄帶載波通信為主，正在進行寬帶載波通信方式試點和應用推廣。

1.2用電信息采集系統(tǒng)現(xiàn)狀分析

目前部分地區(qū)用電信息采集抄收成功率偏低，給電力系統(tǒng)正常運行帶來極大影響。用電信息采集系統(tǒng)采集成功率偏低原因比較復雜，包括接線引起的通訊故障、人為因素造成的影響、環(huán)境因素造成的影響及集抄和終端設備故障等多種因素對采集成功率造成的影響[10]。用電信息采集系統(tǒng)采用分層部署，從頂端至終端采用不同鏈路組網(wǎng)，尤其是終端設備的通信組網(wǎng)方式，采用RS485、微功率無線、電力線載波及多種混合通信模式，各類通信方式存在不同的優(yōu)缺點，優(yōu)缺點對比如表1所示。

表1 用電信息采集系統(tǒng)中各類抄表通信方式對比表[11-12]

由于終端數(shù)量龐大，安裝環(huán)境復雜多變，部分依靠無線通信的終端附近信號弱，依靠有線通信的終端環(huán)境干擾大或線路損壞，導致總體抄收成功率不高，尤其適用窄帶電力線載波通信的計量終端，抄收成功率相對較低。

2 智能家居產(chǎn)品迅猛發(fā)展帶來的技術更新

2.1智能家居產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀

隨著信息技術的迅猛發(fā)展對人們生活帶來的劇烈變革，讓人們看到了智能技術給生活帶來的便捷性，智能家居產(chǎn)品呈指數(shù)爆發(fā)式增長態(tài)勢，智能家居產(chǎn)品已逐步從家居控制、娛樂延伸到智能樓宇、智能辦公等應用場景。在未來幾年時間里，其市場的發(fā)展前景十分廣闊。

智能家居產(chǎn)品仍處于初級階段，主要以云端服務器為核心，通過路由器或直連的方式，將終端設備連接至云端服務器，通過手機APP客戶端實現(xiàn)控制，如圖2所示。智能家居系統(tǒng)實現(xiàn)了對于家庭用電設備的監(jiān)視和操控，使生活更舒適，用電設備使用更便捷。

2.2智能家居產(chǎn)品可能帶來的電力變革

在家庭及建筑類能耗中，夏季主要以空調(diào)用電為主，空調(diào)的大量使用，極大增加了電力負荷。由于用戶對于溫度調(diào)控不合理的空調(diào)使用習慣造成了大量能源浪費，應以技術手段引入監(jiān)管，降低能耗。而冬季，為了減少環(huán)境污染，政府在大力推廣“以電代煤”，利用電能采暖，從而減少冬季污染物排放。同等的階梯電價和分時電價對“以電代煤”用戶也是不合理的，為了鼓勵用戶參與“以電代煤”，應合理監(jiān)控、降低收費。

電力分項計量即是對低壓配電柜內(nèi)各回路進行單獨計量，可與隨器計量技術相結合，實現(xiàn)更精細化的計量管理。從而利用經(jīng)濟手段，培養(yǎng)用戶合理用電習慣。在夏季高峰利用經(jīng)濟手段迫使用戶調(diào)高空調(diào)溫度，降低用電負荷。在冬季，通過家居產(chǎn)品進行采暖電器單獨計量、單獨收費，減少用戶電費支出，鼓勵用戶電采暖，節(jié)能減排。

用電器電力負荷識別技術，通過電壓、電流、諧波等用電參數(shù)分析用電器用電行為，識別電器類型，并提供用電器異常監(jiān)控，為用電器壽命預估提供技術支撐。電力負荷識別技術為分項計量提供了更高級的技術手段，通過負荷識別實現(xiàn)更精準電器監(jiān)控，防止瞞報電量及騙取補貼等行為。

隨著智能家居產(chǎn)品的快速崛起，產(chǎn)品成本也在急劇下降，智能家居不再是奢侈品，已經(jīng)走進千家萬戶。一個小小的插座，即可實現(xiàn)一臺電器的智能控制，降低產(chǎn)品待機功耗及不必要的能源浪費。目前已有部分智能家居運營商通過各種投資方獲得部分資金，通過峰谷調(diào)節(jié)對錯峰用電用戶進行補貼。

3 智能家居產(chǎn)品為用電信息采集系統(tǒng)的補充

3.1智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)中的補充應用

智能家居產(chǎn)品基于家庭公網(wǎng)信道進行信息傳輸，一般是通過家庭路由器連接公網(wǎng)，網(wǎng)絡穩(wěn)定、帶寬高。將PLC（電力線載波）通信技術與智能家居產(chǎn)品相結合，智能家居產(chǎn)品植入PLC通信模塊后，利用家庭內(nèi)部電路與電表通信，采集電表數(shù)據(jù)，通過公網(wǎng)信道傳至前置采集平臺。如圖3所示。

智能家居產(chǎn)品通過PLC通信采集計量設備信息，是對既有用電信息采集系統(tǒng)的補充實現(xiàn)。由于智能家居產(chǎn)品與家庭或者樓宇內(nèi)計量設備距離近，除空開外無其它變壓器類設備連接，通信鏈路良好，采集成功率較高。到前置采集平臺剔除用電信息采集系統(tǒng)已采數(shù)據(jù)，對采集未成功數(shù)據(jù)進行補充，完成用電信息采集系統(tǒng)補缺工作，提升采集成功率。

3.2智能家居產(chǎn)品在用電信息采集系統(tǒng)中的前景分析

隨著智能家居產(chǎn)品的快速推廣，為分項計量和隨器計量提供了環(huán)境基礎。在下一代用電信息采集系統(tǒng)中可能就不再是使用電表作為入戶表進行整體計量，可利用分項計量實現(xiàn)大負荷電器的計量和峰谷調(diào)節(jié)，利用隨器計量實現(xiàn)單一電器精準收費。而這一切隨著智能家居產(chǎn)品的推廣都變成了可能。

單一電器精準計量是大勢所趨，同時也是電力負荷調(diào)整的技術基礎。家庭電器品種繁多，有些是屬于不可調(diào)控的，譬如冰箱、洗衣機、電燈等，需硬性使用；有些是屬于高負荷但又柔性可控的，譬如空調(diào)、熱水器、電暖氣等，該類負荷很大，但也有很大的柔性負荷調(diào)整空間，易于被電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度。而之前由于電器設備并未連網(wǎng)，無法進行統(tǒng)一調(diào)度。智能家居為既有的用電信息采集系統(tǒng)提供了補充，為未來的用電信息采集系統(tǒng)實現(xiàn)了向下延伸。

柔性負荷的調(diào)控可通過費率手段實現(xiàn)。費率手段包括增高費率、降低費率及節(jié)能補貼等多種方式。譬如夏季高峰負荷，就可以調(diào)高空調(diào)用電費率，規(guī)范用戶使用習慣，降低能耗；冬季可以降低“以電代煤”家庭電采暖費率，鼓勵用戶通過電暖氣采暖，降低煤排放；也可以通過峰谷，在谷電時鼓勵用戶用電，給與一定的節(jié)能補貼，避免多發(fā)電造成的浪費。

在“互聯(lián)網(wǎng)+”的時代，基于智能家居的采集系統(tǒng)，可以為用電行為分析提供更好數(shù)據(jù)支撐。基于千家萬戶的用電信息大數(shù)據(jù)分析，可以對各種用電問題進行提前告警，譬如根據(jù)各年歷史數(shù)據(jù)，分析當年用電高峰及年用電需求量，可以與分布式電力負荷調(diào)控系統(tǒng)結合，實現(xiàn)柔性調(diào)整，在電網(wǎng)發(fā)生意外的情況下，可以有效削減空調(diào)、熱水器等柔性負荷，減輕電網(wǎng)壓力，而又保證基本民生用電。

4 結語

電力系統(tǒng)正在實現(xiàn)逐步放開，售電領域已經(jīng)允許第三方資本介入，成立售電公司。而在光伏領域，更是鼓勵民眾利用屋頂光伏發(fā)電，電網(wǎng)回收發(fā)電電量，有效利用民間資源。所以，電力系統(tǒng)將是一個逐步放開的生態(tài)系統(tǒng)，更多的社會資源和新興技術將被吸納，在下一代用電信息采集系統(tǒng)中必然會引入更為精準的負控技術和數(shù)據(jù)分析、挖掘技術。智能家居產(chǎn)品目前已經(jīng)廣泛應用，實現(xiàn)和大多數(shù)電器捆綁或者隨器計量，為高精度的用電信息采集奠定了基礎條件，再與分布式電力調(diào)荷系統(tǒng)相結合，必將快速實現(xiàn)能源互聯(lián)和柔性調(diào)整，形成電網(wǎng)與用戶互惠互利的新局面。

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作者簡介：

劉瑞（1984—），男，碩士，工程師，主要從事用電節(jié)能、智能用電等方面的工作。

李濤（1979—），男，碩士，高級工程師，主要從事智能用電、能源互聯(lián)網(wǎng)等方面的工作。

龔桃榮（1982—），女，博士，高級工程師，主要從事用電節(jié)能、能源互聯(lián)網(wǎng)等方面的工作。