用电信息采集系统的应用现状及发展趋势

陈凯文，纳 瑜

（1.国网宁夏电力有限公司宁东供电公司，宁夏 银川 750411；2.国网宁夏电力有限公司营销服务中心（国网宁夏电力有限公司计量中心），宁夏 银川 750001）

0 引 言

随着科学技术的飞速发展，经济社会发展对电力能源的依赖不断提升，对电力供应的安全性、可靠性和服务质量提出了更高要求，因此未来的智能电网在运行和控制方面将愈发信息化和智能化[1-3]。依托智能运行模式可以大幅度改善能源利用效率，重塑能源消纳结构，满足电力应用的灵活性、多样化需求，提高电力传输的安全性、可靠性、稳定性和经济性。为了提高电气信息化水平，电力企业近年来相继建立了负荷管理系统和集中抄表系统，并在2009 年全面建设标准统一、技术先进的用电信息采集系统，实现自动控制和集约管理[4,5]。

2021 年起，国家电网积极推进新一代用电信息采集系统的建设。本文主要介绍用电信息采集系统的组成结构和国内外应用发展进程，重点介绍其关键技术和发展趋势，并对采集系统的建设提出相关建议。

1 用电信息采集系统组成结构

用电信息采集系统是构建能源互联型电网的物理基础之一，主要作用在于实时采集、传输、分析提供决策支撑。它采用敏锐度很高的先进传感器，通过实时通信、自动控制等技术对数据进行采集和管理，分析电能质量和线损统计数据，能及时采集电能信息，发现异常用电量，监测控制用电负荷，实现阶梯或费率电价及储存用电信息数据[6]。通过对负荷的监测和传感，可为进一步优化能源供给分布、费控策略执行、远程停复电等营销服务策略提供技术支持。

如图1 所示，用电信息采集系统是由主站、通信信道、采集设备及计量设备和用户终端组成的一套完整系统。主站由数据库服务器、磁盘阵列、应用服务器、前端服务器、接口服务器、工作站、全球定位系统（Global Positioning System，GPS）时钟以及防火墙等若干网络设备组成，主要用于实现数据采集、业务应用、自动控制、前端通信调度以及数据库管理等庞大的分析处理功能。通信信道包括光纤专网、通用分组无线服务技术/码分多址（General Packet Radio Service/Code Division Multiple Access，GPRS/CDMA）无线公网、230 MHz 无线专网等，用于将数据从采集设备传送到主站[7]。采集设备及计量装置包括低压集中器、采集器、智能电能表、专用变压器采集终端以及专用变压器计量装置组等。它们通常安装在用电末端或厂站侧，旨在收集和提供用电信息采集系统内的初始用电信息，分为购电结算和考核参考2 种。用户包括低压居民、低压单相/三相工商业用户、公用配变、中小型专变用户和大型专变用户，分别对应不同的采集方式。

图1 用电信息采集系统的组成结构

2 用电信息采集系统应用现状

2.1 国外用电信息采集系统应用现状

科学技术的发展推动着电力行业不断进行技术革新。欧美等发达国家为满足风、光、生物质能发电和分散式供用电需求，研究用电信息采集技术，对于提高供电服务质量和电网运行效率作用明显，以实现节能减排的目标。

21 世纪初，欧盟理事会在一本能源绿皮书中提出，欧盟未来电网建设的主要方向是智能电网。这里首次明确了智能电网的服务对象，明确了智能用电系统需要通过智能电表实现自动管理控制，达到供需平衡。在这一理念影响下，2008 年法国电力公司将近2 700 万只普通电表更换为具有自动跟踪用电状态和能够远程遥测、控制用电设备的智能电表，进一步提升了智能用电水平。同年，博尔德市建成了美国的第一座智能电网城市。它为所有用户安装了智能电表和采集终端，引导用户自行削峰填谷，调整用电时间。

2.2 国内用电信息采集系统应用现状

自2009 年起，国家电网制定了用电信息采集全覆盖、收费控制的建设目标，按照统一规划、系统实施的原则，全面建设用电信息采集系统。截至2012年4 月底，国家电网已安装智能电表8 352 万台，全系统覆盖用户8 850 万户，全面应用于抄表收费、线损管理、电能质量监测、电力交易、营配协同、故障报修、增值服务以及有序用电等多项业务应用。

随着电力市场化改革的不断深入，系统对工商业用户的采集要求更高，按小时、15 min 采集一次用电曲线成为迫切需要。对于居民用户，预付费控制和远程停复电技术要求更高、更精准，使得实现用户无感用电、负荷精准调配成为当下的研究热点。

2022 年起，国家电网提出建立新一代能源互联型用电信息采集系统的建设目标，将客户感知、远程停复电、用电行为分析、线损线索分析、96 点曲线采集、市场化电能传输、数据异常监测修正等新技术、新理念融入系统建设需求，旨在打造采集信息全面及时准确、指标数据科学分析研判、客户感知互动良好停电无感的新型采集系统，建立与客户、与市场关联更加紧密的用电信息管理，服务于高质量发展的能源互联网结构。为保证采集系统迭代升级，国家电网已在27 家网省公司中开展智能电表更换，以保证满足采集系统主站的功能需求。

3 用电信息采集系统的关键技术

3.1 海量数据处理技术

国家电网业务区域覆盖26 个省份，运营范围内用户数量超过3 亿。目前，通过搭建全业务数据模型，实现数据的综合利用和功能的高级应用。由于用户数据量大，需要利用大容量数据处理、负载均衡、灾难备份和空间数据库引擎技术对海量数据和多任务并行处理，以提高主站的运行可靠性。

3.2 运营商通信的标准化技术

不同运营商的载波通信技术应用具有不同的技术特点，研究通信标准化技术非常必要。根据中心频率、调制方式、占用带宽、最大传输等级、传输协议、路由器算法、相关技术测试和参数测量方法等主要技术特点和参数，提出技术标准基础设施，使采集设备相互连接和交换。

3.3 智能预付费控制技术

目前，用电信息采集系统采用基于智能预付费控制技术的管理模式，由客户先交电费，保证用电。系统收集用电量信息，计算剩余费用并显示给客户。如果费用不多，就会提醒客户交电费，且在欠费时执行断电。系统可由主站、采集装置、智能电表进行预付费管理，其应用范围和工作要求如表1 所示。

表1 预付费控制模式对比

3.4 多样化的关税实施技术

价格阶梯中，各分段资费随分段不同而变化。分时电价中的资费随负荷变化和不同时段而变化。阶梯价和分时价的实施对智能电表时钟的准确性和可靠性提出了更高要求，需要采取时钟校准、检查、维护、故障分析等技术措施，使主站时钟、生产调度系统、智能电表和采集装置的时钟准确可靠。

3.5 功耗信息安全保护技术

用电信息采集系统采集的信息量大，覆盖范围广。安全隐患将威胁电力系统的安全、稳定和经济运行。客户和用电信息是电力行业的核心数据资源，涉及社会生活的方方面面。非法使用或泄露信息，将带来无法挽回的损失。因此，研究用电信息采集系统的安全防护现状，分析评估各方面潜在的安全问题非常必要。

4 结 论

用电信息采集系统是建设营销基础设施和智能电网、改变国家电网发展方式的必然要求，可有效提升电能计量、自动抄表、智能支付控制的自动化水平，满足国家电网深化业务应用的需求，也可为开发新能源、执行阶梯价格、双向互动服务等提供支持，对优化资源配置、推动节能减排、引领技术创新、带动产业升级以及保障经济社会可持续发展具有重要意义。