考虑层间交互的电力营销远程费控系统设计

郑斌， 欧阳柳

(国网浙江省电力有限公司, 浙江， 杭州 310000)

0 引言

智能电网的电力营销管理已经由最初的粗糙设计逐步向精细化和集约化管理方向发展，远程费控系统的应用逐渐代替了人工抄表，使所获取的数据信息更加精准，并且在一定程度上解决了由于人工抄表工作形式繁琐造成的耗时较长的问题，使用户的信息安全得到了保障[1]。随着大营销体系的完善，远程费控系统的应用越来越广泛，为了提高电网企业的电费回收效率，需要加快远程费控的平台建设，实现供电区域信息管理的实时监控，保障用户的信息安全。但是电力营销远程费控系统中所存储的数据信息复杂多样，并且同一节点在相邻层中的通信路径并不相同，不同层中的节点间路径长度也不相同，导致检索后得到的信息杂乱且显示格式单一，使工作人员无法准确快速地查询到所需要的数据信息，导致现有电力工程EPC流程费控系统和电力营销远程费控系统存在信息传输误差较大，耗时较长的问题，为了转变传统的量控模式，将层间交互技术用到电力营销远程费控系统当中[2-4]，推广支撑阶梯电价政策，降低电网企业的营销成本，降低由人工干预所导致的数据信息获取误差，提高用户满意度。

远程费控系统需要借助社区网络，实现对电力信息的远程监控，该系统能够掌握网络节点的变化规律，通过对网络信息的分析与监测，及时甄别出用户的异常行为，并向电网企业发出及时提醒，维护用户的隐私安全[5-7]。通过优化远程费控系统，在保证用户信息安全的基础上，提高系统运行效率，降低电网企业的营销成本。

1 电力营销远程费控系统硬件设计

1.1 射频收发电路设计

射频收发电路是电力营销远程费控系统组网的基础，常用的频段为433 MHz、315 MHz和2.4 GHz 3种，其中2.4 GHz频段易受干扰，因此在远程费控系统的设计中不选用该通信频段。选择频率较低的通信信道，以达到减少能量衰减，降低应用成本的目的。结合远程费控系统的实际需求，选择nRF905型号的射频收发芯片，作为射频电路的核心处理单元，图1是具体实物图。

图1 nRF905型芯片实物图

nRF905型单片射频收发芯片根据所包含管脚间的功能差异，具体分为模式控制管脚、接地端、电源端以及天线、状态输出管脚等，具体如表1所示。

表1 nRF905芯片管脚功能划分

芯片的工作模式主要由TX-EN、TRX-CE以及PWR-UP 3个管脚决定，在不同的节电模式及活动模式下运行，具体配置如表2所示。

利用SPI接口完成其与微处理器间的信息传输，能够在不外加声表面波滤波器的情况下，实现高信噪比的信息通信。远程通信实现需要借助天线完成，将接收到的无线电波进行能量转换，参考表3中的比较结果，选取合适的天线类型。

表2 工作模式配置表

表3 常用RF天线性能比较

1.2 电参数计量电路设计

为了保障电参数计量结果的准确性，需要选择运算能力强，速度快的计量芯片，ADE7758型号芯片能够在任意时间和环境下，完成高准确度的数字信号处理任务，参考其芯片管脚的相关功能，设计如图2所示的外部电路。

图2 ADE7758外部电路图

电流信号经过前端电路的处理后，将采集获得的各相电能，累加到与ADE7758芯片相对应的寄存器中，借助SPI串行接口调节运行状态，获取电能数据信息。

2 电力营销远程费控系统软件设计

在上述硬件的支持下，基于层间交互技术，设计电力营销远程费控系统的软件部分。

2.1 费控标准管理

在进行设计之前，首先需要按照用户类型的差异和用电性质的差异，将用户分类并设置相应的参数代码，制定对应的基准策略：根据动态监测结果计算用户的可用余额[11-13]；将临界条件限额作为基准值，当其达到限额时触发系统预警，停止对该用户的供电，且费控停电请求无需经过用户确认，并在用户重新充值后自动恢复供电[14]；当用户的可用余额较低时，向用户发送提醒，若该用户的信誉度良好，则可以适当提供一定的透支额度；电价的制定可以结合实际情况，根据用户所使用的历史电量进行电费折算。

分析不同用户的用电量情况，根据各自的基本情况制定相应的预警金额、透支限度等，按照用户的具体需求，在固定日期为用户发送电量的使用情况，记录档位变化、电费余额等信息，为用户定制个性化服务。

2.2 基于层间交互的传输组网结构规划

由于电力电网的自身特性，导致低压电力线载波通信发射功率受到限制，为了增强网络传输的可靠性，需要以电力线载波通信节点为基础，建立分布式组网，快速适应传输路线的动态变化。通信节点在保证通信信息顺利传输的基础上，构建子网路由实时监测网络的动态变化，不同网络层中的节点交互行为存在一定差异，同时也具有一定的相似性，其相似部分能够被归纳并量化。由于网络层次化特征加剧，不同层中的节点交互能力也有所不同。根据这一特征，挖掘通信信息的传递规律，测量2个集群之间共有特征的比率，若节点的邻居集合为该共有特征的具体形态，则通过式(1)能够得到2个相邻节点间的相关性系数，

(1)

式中，z表示2个相邻节点的共有邻居数与2个相邻节点各自邻居数之和的比值，Γ(D1i)表示节点i在D1层的邻居集合，Γ(D2i)表示节点i在D2层的邻居集合。

通过式(1)可以得到节点间的相关性，节点间交互的频繁项，其交互需要以信任关系作为基础，将信任关系划分为推荐信任与直接信任2种，利用服务提供节点与评估节点间的历史交互情况，得出直接信任计算式如式(2)，

1.2.2 1H-MRS扫描参数 1H-MRS采用点分辨波谱(point resolved spectroscopy, PRESS)序列进行横断面扫描，TR/TE 1 000 ms/144 ms，层厚10 mm，FOV 180 mm×180 mm，矩阵18×19，激励数1，成像时间328 s。1H-MRS结合横断面SE-T1WI设定感兴趣区为右侧基底节区，避免颅骨、脑脊液等影响[10]。定位后先进行预扫描，当自动匀场达到半高线宽98%时，开始1H-MRS扫描。

(2)

推荐信任计算用式(3)，

(3)

将式(2)与式(3)整合得到式(4)：

(4)

使β+χ=1,β,χ∈[0,1]，则能够在不分级的情况下，仍使网络节点的平等性得到保障。

通过计算直接信任权重因子与推荐信任权重因子之间的关系，保障电力营销远程费控系统中节点的平等性，完成传输组网结构规划。将系统硬件设计与软件设计进行结合，实现考虑层间交互的电力营销远程费控系统设计。

3 系统性能测试

为检测层间交互技术在电力营销远程费控系统当中的应用效果，设计仿真对照实验，测试该系统的实际性能，模拟远程费控系统的运行过程，与电力工程EPC流程费控系统和电力营销远程费控系统进行对比，分析不同系统的差异性。将电力工程EPC流程费控系统设置为对照1组，将电力营销远程费控系统设置为对照2组，所设计的系统为实验组。为保证测试结果的严谨性，该实验在相同的网络环境下实施。

3.1 测试准备过程

所设计的系统平台需要登录，在网络安全环境下，将所设计的远程费控系统载入计算机中，连接网络后登录该系统的初始登录界面：输入用户名、密码以及验证码后，即可成功登录该系统平台。该系统能够自动监测区域内每家每户的电量使用情况，经过对终端设备运行情况的分析后，将所获取到的数据信息呈现在远程监控终端中。若终端服务器出现故障，如网络不稳定或存在其他外界影响因素时，会导致其无法正常提供信息，则会出现如图3所示的界面。

图3 登录失败界面

3.2 结果对照分析

在上述实验准备完成后，进行实验测试，运行所设计的远程费控系统，得出目标信息的反馈结果，如图4所示。

图4 目标信息反馈结果

分析图4可知，所设计系统借助层间交互技术，将所获取到的信息数据的具体数值与其分布状况相结合，将实时数据信息以折线形式呈现在远程监控终端，并设置数据节点，通过计算机程序的操作，得到该节点的准确数值。相较于现有费控系统将获取到的数据信息以简单罗列的形式呈现在远程终端的方式，所设计系统能够实现智能化的自动配置，通过对用户行为的分析与监测，快速获取到所需要的信息，使参数化管理更明确，保证用户信息安全，为用户提供更优质的服务。

为了验证所设计系统的全面性，将信息传输准确率作为指标，对比不同系统的应用效果，结果如图5所示。

图5 不同系统信息传输准确率对比

分析图5可知，在信息传输开始阶段，由于电力营销费控系统运行频率存在有功跳变，因此，信息传输准确率波动较大，而经过一段时间的运行后，信息传输准确率波动趋势趋缓。此时，采用所设计系统进行信息传输时，传输的准确率始终高于对照1组和对照2组，其准确率最高值接近90%，能够满足实际需求。这是由于该系统利用SPI接口完成其与微处理器之间的信息传输，能够在不外加声表面波滤波器的情况下，实现高信噪比的信息通信，降低干扰因素的影响，有效提高了信息传输的准确率。

将电力营销远程费控系统业务处理耗时作为指标，对比不同系统的应用效果，结果如图6所示。

图6 不同系统业务处理耗时对比

分析图6可知，所设计系统针对不同数据量的处理耗时均低于对照1组和对照2组，说明该系统的时效性更强，能够更快速地处理费控系统相关数据。这是由于该系统在硬件设计中选取的芯片天线具有效率高的优势，因此，提升了系统整体的运行效率。

4 总结

依托于智能电网的建设，电力营销远程费控系统的应用降低了人工成本，提高了信息准确度，但仍有部分不足，为此利用层间交互技术，结合原有的远程费控系统设计，优化其业务架构形式，希望上述研究能够为电力企业研究提供理论依据。