智能家居产品在用电信息采集系统的补充实现

刘瑞+李涛+龚桃荣

摘要：基于目前的用电信息采集系统进行系统及通信组网方式分析，对比几种通信模式的优缺点，总结用电信息采集系统平均采集率偏低的原因。文章提出了智能家居产品在用电信息采集系统中的补充实现方法。对于智能家居产品可能带来的技术变革和如何通过PLC抄表及数据传输进行了介绍。同时描述了分项计量、随器计量结合负荷识别技术在用电信息采集系统中的深入应用，重点对于智能家居产品在用电信息采集系统中未来应用前景进行了详细分析，结合单一电器精准计量实现负荷调控和数据分析挖掘。可使用电信息采集系统利用该技术获得更多技术支持和数据支撑，为高精度的用电信息采集奠定了基础条件，形成电网与用户互惠互利的新局面。

关键词：用电信息采集系统；智能插座；电力线载波；抄表；分项计量；负荷识别。

0 引言

用电信息采集系统是坚强智能电网的重要环节，为智能用电服务提供业务支撑[1]，依托各类现场计量采集终端，实现电力用户的“全采集、全覆盖、全费控”，是智能电网用户用电信息重要采集渠道，也是全面实行阶梯电价的技术保障[2-3]。采集成功率是用电信息采集系统的重要考核指标，是其他数据运算和数据服务的基础。目前现场计量采集终端主要通过电力线载波、微功率无线和RS485三种方式进行通信组网，但由于现场工况复杂，实际操作人员阅历不足，仍然存在采集率偏低的问题，据有关机构数据显示，我国华北某省用电信息平均采集率仅为87%，有些区域采集成功率甚至更低，仍需消耗大量人力依靠人工抄表补充[4]，文献[4-9]对用电信息采集系统采集成功率偏低的问题进行了系统的分析，主要归集为环境对通信链路的影响、计量采集终端故障带来的影响、SIM卡损坏或信号覆盖弱、无覆盖或覆盖不稳定造成的通信问题等诸类问题，提出了增加设备消除装置老化和干扰、无线+有线通信结合的方式增加通信可靠性、软件处理进行甄别补遗、增加无线中继或者功率放大器等方法，进而提高采集成功率。但更多的是对原系统的查漏补遗，各类新兴技术没有与传统业务相融合。

1 用电信息采集系统通信技术现状分析

1.1用电信息采集系统通信组网方式

用电信息采集系统架构如图1所示，用电信息采集系统以营销系统主站为核心，省市分别部署工作站。各类集抄终端与前置采集平台间通过光纤专网、230专网无线信道、中压载波专网信道等几种方式进行直接通信。通过GPRS、CADMA1X等无线公网信道的通信方式，需要防火墙进行内外网隔离，保证系统安全。在三种专网的通信方式中，光纤专网的效果最好，无线专网由于受外界环境影响较大，很少采用。而各类集抄终端和终端计量设备之间的本地通信多采用RS485、微功率无线通信及PLC（电力线载波）三种方式，目前电力线载波主要以窄带载波通信为主，正在进行宽带载波通信方式试点和应用推广。

1.2用电信息采集系统现状分析

目前部分地区用电信息采集抄收成功率偏低，给电力系统正常运行带来极大影响。用电信息采集系统采集成功率偏低原因比较复杂，包括接线引起的通讯故障、人为因素造成的影响、环境因素造成的影响及集抄和终端设备故障等多种因素对采集成功率造成的影响[10]。用电信息采集系统采用分层部署，从顶端至终端采用不同链路组网，尤其是终端设备的通信组网方式，采用RS485、微功率无线、电力线载波及多种混合通信模式，各类通信方式存在不同的优缺点，优缺点对比如表1所示。

表1 用电信息采集系统中各类抄表通信方式对比表[11-12]

由于终端数量庞大，安装环境复杂多变，部分依靠无线通信的终端附近信号弱，依靠有线通信的终端环境干扰大或线路损坏，导致总体抄收成功率不高，尤其适用窄带电力线载波通信的计量终端，抄收成功率相对较低。

2 智能家居产品迅猛发展带来的技术更新

2.1智能家居产品发展现状

随着信息技术的迅猛发展对人们生活带来的剧烈变革，让人们看到了智能技术给生活带来的便捷性，智能家居产品呈指数爆发式增长态势，智能家居产品已逐步从家居控制、娱乐延伸到智能楼宇、智能办公等应用场景。在未来几年时间里，其市场的发展前景十分广阔。

智能家居产品仍处于初级阶段，主要以云端服务器为核心，通过路由器或直连的方式，将终端设备连接至云端服务器，通过手机APP客户端实现控制，如图2所示。智能家居系统实现了对于家庭用电设备的监视和操控，使生活更舒适，用电设备使用更便捷。

2.2智能家居产品可能带来的电力变革

在家庭及建筑类能耗中，夏季主要以空调用电为主，空调的大量使用，极大增加了电力负荷。由于用户对于温度调控不合理的空调使用习惯造成了大量能源浪费，应以技术手段引入监管，降低能耗。而冬季，为了减少环境污染，政府在大力推广“以电代煤”，利用电能采暖，从而减少冬季污染物排放。同等的阶梯电价和分时电价对“以电代煤”用户也是不合理的，为了鼓励用户参与“以电代煤”，应合理监控、降低收费。

电力分项计量即是对低压配电柜内各回路进行单独计量，可与随器计量技术相结合，实现更精细化的计量管理。从而利用经济手段，培养用户合理用电习惯。在夏季高峰利用经济手段迫使用户调高空调温度，降低用电负荷。在冬季，通过家居产品进行采暖电器单独计量、单独收费，减少用户电费支出，鼓励用户电采暖，节能减排。

用电器电力负荷识别技术，通过电压、电流、谐波等用电参数分析用电器用电行为，识别电器类型，并提供用电器异常监控，为用电器寿命预估提供技术支撑。电力负荷识别技术为分项计量提供了更高级的技术手段，通过负荷识别实现更精准电器监控，防止瞒报电量及骗取补贴等行为。

随着智能家居产品的快速崛起，产品成本也在急剧下降，智能家居不再是奢侈品，已经走进千家万户。一个小小的插座，即可实现一台电器的智能控制，降低产品待机功耗及不必要的能源浪费。目前已有部分智能家居运营商通过各种投资方获得部分资金，通过峰谷调节对错峰用电用户进行补贴。

3 智能家居产品为用电信息采集系统的补充

3.1智能家居产品在用电信息采集系统中的补充应用

智能家居产品基于家庭公网信道进行信息传输，一般是通过家庭路由器连接公网，网络稳定、带宽高。将PLC（电力线载波）通信技术与智能家居产品相结合，智能家居产品植入PLC通信模块后，利用家庭内部电路与电表通信，采集电表数据，通过公网信道传至前置采集平台。如图3所示。

智能家居产品通过PLC通信采集计量设备信息，是对既有用电信息采集系统的补充实现。由于智能家居产品与家庭或者楼宇内计量设备距离近，除空开外无其它变压器类设备连接，通信链路良好，采集成功率较高。到前置采集平台剔除用电信息采集系统已采数据，对采集未成功数据进行补充，完成用电信息采集系统补缺工作，提升采集成功率。

3.2智能家居产品在用电信息采集系统中的前景分析

随着智能家居产品的快速推广，为分项计量和随器计量提供了环境基础。在下一代用电信息采集系统中可能就不再是使用电表作为入户表进行整体计量，可利用分项计量实现大负荷电器的计量和峰谷调节，利用随器计量实现单一电器精准收费。而这一切随着智能家居产品的推广都变成了可能。

单一电器精准计量是大势所趋，同时也是电力负荷调整的技术基础。家庭电器品种繁多，有些是属于不可调控的，譬如冰箱、洗衣机、电灯等，需硬性使用；有些是属于高负荷但又柔性可控的，譬如空调、热水器、电暖气等，该类负荷很大，但也有很大的柔性负荷调整空间，易于被电网统一调度。而之前由于电器设备并未连网，无法进行统一调度。智能家居为既有的用电信息采集系统提供了补充，为未来的用电信息采集系统实现了向下延伸。

柔性负荷的调控可通过费率手段实现。费率手段包括增高费率、降低费率及节能补贴等多种方式。譬如夏季高峰负荷，就可以调高空调用电费率，规范用户使用习惯，降低能耗；冬季可以降低“以电代煤”家庭电采暖费率，鼓励用户通过电暖气采暖，降低煤排放；也可以通过峰谷，在谷电时鼓励用户用电，给与一定的节能补贴，避免多发电造成的浪费。

在“互联网+”的时代，基于智能家居的采集系统，可以为用电行为分析提供更好数据支撑。基于千家万户的用电信息大数据分析，可以对各种用电问题进行提前告警，譬如根据各年历史数据，分析当年用电高峰及年用电需求量，可以与分布式电力负荷调控系统结合，实现柔性调整，在电网发生意外的情况下，可以有效削减空调、热水器等柔性负荷，减轻电网压力，而又保证基本民生用电。

4 结语

电力系统正在实现逐步放开，售电领域已经允许第三方资本介入，成立售电公司。而在光伏领域，更是鼓励民众利用屋顶光伏发电，电网回收发电电量，有效利用民间资源。所以，电力系统将是一个逐步放开的生态系统，更多的社会资源和新兴技术将被吸纳，在下一代用电信息采集系统中必然会引入更为精准的负控技术和数据分析、挖掘技术。智能家居产品目前已经广泛应用，实现和大多数电器捆绑或者随器计量，为高精度的用电信息采集奠定了基础条件，再与分布式电力调荷系统相结合，必将快速实现能源互联和柔性调整，形成电网与用户互惠互利的新局面。

参考文献：

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[12]李博.基于载波技术的用电信息采集系统应用研究[D].大连：大连理工大学，2014.

作者简介：

刘瑞（1984—），男，硕士，工程师，主要从事用电节能、智能用电等方面的工作。

李涛（1979—），男，硕士，高级工程师，主要从事智能用电、能源互联网等方面的工作。

龚桃荣（1982—），女，博士，高级工程师，主要从事用电节能、能源互联网等方面的工作。