面向电力双向互动业务的数据接入技术研究

汪梁 赵辉 王晓东 杨永标 王金明

摘 要：为了提高电网和用户之间的双向互动能力，文章充分调研现有的电力业务数据接入通信技术和通信协议，针对电力业务种类繁多，标准不兼容等问题，把高级量测体系引入电力通信体系。介绍了高级量测体系的组成及其拓展，详细阐述了各个组成部分的功能，重点分析了用户户内网络（HAN）、邻域网（LAN）、广域网（WAN）等采用的通信技术及其对应的通信协议，并提出了通信协议IP化思想。最后，文章以大用户业务为例，详细介绍了在高级量测体系框架下，电力双向互动业务数据接入的部署策略，具有较大的实际意义。

关键词：双向互动；高级量测体系；数据接入

2009年，国家电网公司发布了“智能电网”计划，以实现电力业务信息流、业务流和电力流三个方面的一体化运行为主要特征。在智能电网的用电环节上，主要以智能用电与互动化技术为导向，以高速、安全的数据通信网络为支撑，应用于智能家居、智能大用户服务、电动汽车充换电管理、分布式发电/储能监控、需求侧管理与能效评估等方面[1][2]。智能用电的建设，有助于电网和用户的互动，使用户用电更加灵活，对电力公司服务的满意度更高。

电力业务种类繁多，其所需的通信技术和组网方式各不相同，为将这些业务数据纳入统一的电网和用户服务平台，需要平台的通信架构能够很好地满足各种电力业务终端设备接入以及信息交换。把高级量测体系（Advanced Metering Infrastructure， AMI）引入电力通信组网架构中，可很好地使电网和用户双向的信息流、电力流能够在不同的智能设备和业务系统之间相互交换。

文章研究在高级量测体系的框架下，电力双向互动业务数据接入的通信技术及其相应的组网方案。

1 双向互动业务数据接入通信系统组成

高级量测体系（AMI）是测量、采集、分析和应用电力用户用电信息的网络和系统，是智能电网的重要组成部分。AMI的重要组成部分有：智能电表、通信网络、量测数据管理系统（MDMS）和用户户内网络/前端局域网（HAN/PAN）[3]。

为更好地满足电力业务接入的需要，需对AMI体系进行拓展，把通信网络细分为：邻域网（LAN）和广域网（WAN），各自承担着不同的任务。具体来说，LAN将多个智能电表连接到统一的数据集中器。WAN将多个LAN连接起来，可以借助电力专网或运营商公网，将已集中的双向互动数据接入MDMS。基于AMI的双向互动用电数据接入通信架构中，对电网和用户双向互动起支撑部件有：户内网感知设备、智能电表、数据集中器、量测数据管理系统、双向互动平台/终端等。

1.1 户内网感知设备

户内网感知设备主要包括智能插座、各类传感器及其他智能终端设备。主要采集电量和温度等非电量数据，上传给智能电表或其他的监控终端，也充当用户需求侧响应和其他操作命令的执行机构。

1.2 智能电表

智能电表具有双向通信功能，支持电能表的及时读取、窃电监测和需求侧管理等。智能电表连接电力公司和用户户内网，充当通信网关，便于用户近乎实时查看其用电信息、户内智能设备的状态和电价信息。

1.3 数据集中器

数据集中器统一集中、存储和转发多个智能电表的用电数据，包括分类用电实时信息、故障检测信息、设备运行数据等。并将上述信息通过WAN网络传输至电力公司，也可以向HAN网络执行机构转发上游命令指令，起到连接LAN和WAN的桥梁作用。

1.4 量测数据管理系统

MDMS中含有一个实时数据库及分析工具，对数据集中器上传的数据进行分析并且可通过企业总线上传数据至双向服务平台，也可以下达命令给数据集中器以控制智能电表及其他HAN内设备。

1.5 双向互动服务平台/终端

电力用户通过双向互动平台完成与供电公司互动，实现各类业务各自的具体任务，平台主要形式有：以手机应用为主的APP，以微信业务为主OTT和基于网页发布的服务HTML等形式。双向互动终端主要由移动终端和PC终端实现，可用以太网和Wi-Fi通过互联网，或用GSM/GPRS同双向互动平台交换数据，完成双向互动功能。

2 双向互动业务组网通信技术

2.1 HAN网络通信组网技术

HAN由带有传感器和执行器的智能设备、智能表计和电能监控管理系统组成。HAN网络主要通过智能表计把智能感知设备连接起来，采集电量和非电量数据，处于现场采集地位，使得用户能根据电力公司的需要，积极参与需求侧响应或电力市场。

HAN网络组网通信技术主要分为有限通信技术和无线通信技术两种。有线通信主要有LonWorks、PLC、CAN、BACnet、HomePlug以及傳统的Ethernet、X10等通信协议，无线通信主要有ZigBee、RFID、Wi-Fi、6LowPAN等。HAN网络的组网方式十分丰富，不同电力业务对象组网的最大区别就在于其HAN网络组网方式的不同。

2.2 LAN网络通信组网技术

LAN是连接多个HAN和电力、信息分配的个人服务连接之间的一个或多个网络，其特点是：距离在20-1000m，现场情况较复杂，通信实时性要求不高。

LAN网络接入协议主要是私网协议，主要目的是接入核心网，主要采用PLC/DPL，RS485，EPON网络接入技术等有线通信技术和WiMAX，Wi-Fi/ZigBee等无线通信技术。在电力双向互动业务中，以PLC、RS485总线以及EPON为主，无线通信方式为补充[4]。

2.3 WAN网络通信组网技术

WAN将多个分布式系统或通信孤岛连接起来，统一接入电力公司通信专网，充当HAN、LAN和电力公司网络间的桥梁。

WAN网络的特点为：距离远、大数据量的实时交互、高可靠、低延时，通常是用公用网络或电力专用网络。常见的广域网通信方式由光纤通信、中压载波等有线通信方式和230MHz无线专网、GPRS无线公网等无线通信技术。综合考虑成本、容量、通信实时性、可靠性及安全性等因素，双向互动业务的广域网通信应以光纤专网和无线公网为主，230MHz无线专网和电力线载波为辅[4]。

3 通信协议IP化

不同的通信协议一般来说是不兼容的，为使采用不同的通信协议的上传量测数据和下达控制指令能够顺利读取，有必要统一进行规约转换。TCP/IP协议普遍适用于公网和专网中，且在全球范围内具有标准型，因此，基于IP的网络可实现不同厂家的智能电网设备的互操作。

此外，IP协议是一种可扩展的技术，一旦智能设备接入IP网络，将会得到一个IP地址，此外，IP技术的强大路由能力也为通信的可靠性提供了保障。所以，通信协议IP化将是一个非常高效合理的途径。

4 大用户数据接入实例

电网与大用户进行互动，主要是针对50kVA及以上的工业用户，该类用户的数量相对较小，但是在整个用电量中的比重较高，对互动的需求也比较特殊。大用户双向互动服务体系主要有三部分组成：电力公司、大用户和两者之间的通信网络。图1给出了大用户数据接入组网方案。

HAN网络中，由智能插座采集用电信息，通过Wi-Fi或ZigBee网络连接智能电表并由各种专用传感器采集必要的状态信息，通过无线传感网上传至智能电表。智能电表既充当计量设备，也充当网关。

大用户LAN网络连接智能电表和数据集中器，以分类、储存、转发大用户用电数据，可选择RS485技术和PLC等有线通信技术和ZigBee、WiMAX等无线通信技术。若电表比较密集则采用RS485，相对分散时建议采用PLC技术。数据集中器将采集到的数据统一IP化，再连接至核心网，也可以中继量测数据管理系统下达给HAN网络和用户的命令。

当数据集中器距离MDMS距离较近时，可以选用电力光纤专网，其安全性、实时性和可靠性都很高。当距离较远时，数据集中器可以借助无线公网GPRS或GSM等移动通信技术，再由电力专网转接至MDMS。

MDMS根据数据库将数据分析结果借助企业总线上传给双向互动服务平台，包括用电信息通知、多渠道缴费、节电服务、用电报修等业务服务。用户可以利用手机、PC通过GPRS或互联网查询、办理业务。

5 结束语

文章调研大量电力双向互动业务的实际需要，结合电力业务数据接入的组网选择，把高级量测体系引入电力数据接入组网。文章给出了AMI架构下的数据接入组网方案，可以有效地提高电力通信的效率和电网用户双向互動服务程度。随着数据融合和数据汇集技术的发展，基于AMI的智能用电技术必将迎来更大程度的发展，必将带领电力产业升级，朝着智能电网的目标更近一步。

参考文献

[1]李同智.灵活互动智能用电的技术内涵及发展方向[J].电力系统自动化，2012，36（2）：11-17.

[2]黄莉，卫志农，韦延方，等.智能用电互动体系和运营模式研究[J].电网技术，2013，37（8）：2230-2237.

[3]栾文鹏.高级量测体系[J].南方电网技术，2009，3（2）：6-10.

[4]王彦璋，李海冬.关于电力通信网络系统建设方案的研究[J].数字技术与应用，2012（7）：38-38.