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复旦大学 硕士学位论文 电力用户用电信息采集系统的设计和实现 姓名：许丽华 申请学位级别：硕士 专业：计算机技术 指导教师：张玥杰；杨和洲 2010-03-16 摘要 随着电力体制市场化改革进程的不断推进，电力企业发展重点从原先的生产 发电深入到用电管理。对用电信息采集系统，在功能、监测点范围、采集内容、 安全性、实时性等方面提出更高要求，建立一套统一的电力用户信息采集系统已 成为迫切需要研究的课题。 本文在对目前国内外同类电力负荷管理系统、变电站抄表系统、居民集中抄 表系统等电力现场数据采集系统进行比较分析的基础上，设计新型电力用户用电 信息采集系统，采用分层设计、规约库、多信道接入等技术，提出支持多终端、 多规约、多信道、多种应用服务的具体解决思路和方法，并详细阐述“一个平台、 多级应用刀的用电信息采集系统部署方式。本系统以数据采集服务为核心，实现 对大型专变用户、中小型专变用户、三相一般工商业用户、单相一般工商业用户、 居民用户、公用配变考核计量点等电力用户用电数据完整、准确、实时的采集功 能；系统的采集范围涵盖现有的负荷管理系统、配变监测系统和集中抄表系统， 实现在一个统一的采集平台上对所有电力用户进行“全覆盖、全采集 。 该系统符合国家电力营销信息现代化建设发展的方向和要求，具有先进性与 实用性，相比同类系统处于领先地位，在实际运行中已取得满意的效果，应用前 景十分广阔。 关键词：电力用户用电信息采集系统，全覆盖，全采集，多规约，多信道。 中图分类号：t p 3 a b s t r a c t w i 也e l t r i cp o w e rm a r k 就s y s t e mi sd e v e l o p i n g 觚dm o d i 矽i n gq u i c k l y ，t h e 聊e i 】舱r p r i s ef o c l l s e d0 nn 优0 1 1 l yp 0 、懈p m d u c t i o 玛b u ta l s op o w e rm 锄a g e m e n t i ti s 缸u 略e n ti s s u ef o re s t l a b l i s h i n gt h ep o w 盯u s e re l e c t r i cc n e r g yd a ：t aa c q u i r e s y s t c m t 0m e e tm o f e 嘲咖钮to n 如n c t i o 玛m o n i t o r ，d a 瓴s 娴，r e a l 地c o n t r 0 1 a c c o r m n g t 0t b ec o m p 盯a = t i v e 卸m y s i so n 也ed a l ao fm es i m i l a re l e c t r i cp o w 盱 f i e l dd a 诅g 刮岫血gs y s t c - mk t 、7 l ，e d o m e s t i c 觚df o l i g 吗鲫出觞p o w 盯l o a d m 弛a g e m e ms y s 锄n m 酏e rr e a d i i l gs y 啦mo fs u b s 乜眭i o n ，m e t e rr e a d i n gs y s t e mo f c o m m 啪时r e s i d e n t s ，i nt ：h i sa i t i c l e ，w ed e s i g n e dan e wp o w 钉u s e re l e c t r i ce n e r g y d a t aa c q 毗s y 嗽l m、) l ，i ml 粗l i n 撕0 n d e s i g 玛p r o t o c o l l i b r a 巧妇l o g ) r ， m u l t j - c h a n l l e la c c e s st e c h n o l o g y 龇l d o n a l s 0w ef i n da n 印p r o a c ht 0 驯p p o r t m u l t i t e ：m l j l l a l ，m l l l t i - p r o t o c o l ，m 出- c h a n n e l ，n n d 矗- a p p l i c a t i o 也a n dw ee l a ：b o m t e 0 n o - p l 曲r m ，m u l t i l c v e la p p l i c a 土i o 璐d a t aa c q u i r es y s t e md 印l o y m e 毗 c o n c e l l t r a t i n go nt h ed a ：t ac o l l e c t i i l gs e r 、，i c e ，t h i ss y s t e ma l r e a d y s u c c e s si n c o l l e c t i n g 也ee l e c t r i c 胁e r g yd a ：t a 丘0 ma l le l 劬i c 时u s e r 唧l e t e l y ，a c c u 船土e l y ， f e a l 巧m e a n dt b e 出l t ac 0 u e c 血mc ( v 砌也ep r e n ts y s t e mt 0r c a 也硷“a u 啪v e r i n 舀 a uc o u e c 血矿f 0 ra l lp o w e r u s e r o n 也e 脚i f i e dc o n e c t i o n p l a 饰m t 童屺 科s t e mm e 吼t h e n a 廿o n a le l e c t r i c p o w e rm a r k e t i n g i n f 0 加枷 m o d e r n i z a t i o n q l l 油即1 e m 觚d “i sm o r ea d v 锄c e d 缸dp r a c t i c a lu ：t i l i 够也锄m e s i 刀缸l 缸s y s 锄皿t h es y s t e m 舢s u c c e s s f i l l l yi np 忸c t i c ea n di t s 印p h c a t i o ni s p r o s p e 幽v ea n db r o a d ：k e y w o r d s ： p o w 盱l l s 盯e l e c t r i ce n e r g yd a ：t a a c q u i 心 s y g t e l 乌a u - c o v e r i n g ， a j l c o u e c 血g ，m u l t i - p r o t o l c o l ，m u l t i c 蛔加e l s c i 嬲s i 行c a t i o nc o d e ：t p 3 2 引言 随着电力体制市场化改革进程的不断推进，国家电网公司提出建设“一强三 优 现代公司的战略目标。电力营销工作紧紧围绕这一发展目标，依据“三抓一 创 的工作思路，按照“集团化运作、集约化发展、精益化管理、标准化建设 的要求，加快营销现代化和计量标准化建设，提升营销整体管理水平，增强营销 核心竞争力。 根据国家电网公司“十一五 电力营销发展规划总体目标，为加快营销 计量、抄表、收费标准化建设和公司信息化建设，进一步提升公司集约化、精益 化和标准化管理水平，必须全面建设电力用户用电信息采集系统( 以下简称“用 电信息采集系统 ) 。实现国家电网公司系统范围内电力用户的“全覆盖、全采 集”，将有效改变长期以来无法及时、完整、准确掌控电力用户信息的局面，满 足国家电网公司系统各层面、各专业对于电力用户用电信息的迫切需求，对推动 公司在现代化管理方面实现历史性跨越具有重要意义。用电信息采集系统的建设 也是适应居民阶梯电价的全面实行、保证社会安全可靠用电的技术手段，对于履 行社会职责，进一步提升国家电网公司服务能力，树立优质服务品牌具有重要作 用。 经过多年营销信息化的工作推进，目前各网省公司层面或地市公司层面都已 试点建设用电信息采集系统，主要包括负荷管理系统、集中抄表系统等，而且部 分网省公司的试点建设取得一定成效。这些系统由不同的厂商在不同的时期进行 建设，缺乏应有的规范，未建立统一的技术标准，技术实现与运行方式都不尽相 同，形成系统技术与设备供应市场的各自为政、各系统“小、散、乱 的局面。 随着电力营销现代化建设要求不断提高，原有的各类系统已无法满足日后进 一步扩大电能量采集监控范围的要求以及电力营销现代化技术水平提高和应用 层次的进一步发展的需求。 在上述背景下，本文结合电力营销现代化建设进程和自身业务特点，对电力 用户用电信息采集做出整体规划，特别在建立一套符合电力营销现代化发展规划 要求的电力用户数据采集系统提出建设思路、构架和设计。 本系统建设目标是通过对六大类用户用电数据的实时采集与监控，实现购电 侧信息、供电侧信息、销售侧信息三个环节的实时采集、统计、分析，并可进一 步结合业务发展和客户需求等信息，为负荷预测、负荷分析、负荷管理、有序用 电、落实各种需求侧管理功能提供数据支持基础。 论文引言介绍系统研究的意义，对于研究的内容和前景进行简单叙述。第一 章对电力用户用电信息系统发展历史和现状做以介绍和评述，同时给出电力用户 3 用电信息采集系统与原有系统的区别和定位。第二章阐述电力用户用电信息采集 对象分类、通讯协议、通讯方式及系统相关基本技术内容和关键特点。第三章针 对现有实际情况，论述电力用户用电信息采集系统的实现设计及基本框架。第四 章阐明如何具体实现电力用户用电信息采集系统的主要内容和关键技术，包括多 信道接入、多规约处理、多采集方式等问题的解决。第五章进行总结并给出系统 未来发展的方向和展望。 4 第1 章绪论 1 1电力用户用电信息采集的发展历史 1 1 1 国外发展史 国外从2 0 世纪3 0 年代，就开始应用负荷管理技术。英国最早采用开关钟切 换电度表，分别统计峰谷电费。2 0 世纪4 0 年代，西欧一些国家应用音频控制装 置。法国、德国、瑞士等国家大量使用音频电力负荷控制，并很快向世界其它地 区发展。东欧的匈牙利、亚洲的日本相继引进音频控制设备的生产专利，马来西 亚、阿拉伯各国也逐渐使用音频控制技术进行电力负荷控制。美国在世界性石油 危机以后，为减少调峰油耗，才开始重视电力负荷控制技术，1 9 7 5 年装用第一 套音频电力负荷控制系统，接着又研制发展无线电电力负荷控制技术和电力线载 波负荷控制技术。发达国家使用电力负荷控制装置，已有六十多年的历史，在不 缺电的情况下发展起来。发达国家使用这项技术的主要目的是改善电网负荷曲 线，削峰填谷，提高电网运行的经济性、安全性和发电设备投资的效益，推迟电 力设施的建设投资。国外正把注意力从一般的负荷控制转向配电自动化、需求侧 管理和对电力市场的技术支持，更加注意采集用户的用电数据，进行自动远方抄 表，同时进行负荷控制。 1 1 2 国内发展史 我国从1 9 7 7 年底开始电力负荷控制技术的研究和应用，过程大致可分为以 下几个阶段。1 9 7 7 1 9 8 6 年为探索阶段，研究国外电力负荷控制技术所采用的 各种方法，并自行研制音频、电力线载波和无线电控制等多种装置，同时由国外 引进一批音频控制设备安装在北京、上海、沈阳等地。1 9 8 7 1 9 8 9 年为有组织 的试点阶段，主要试点开发国产的音频和无线电负荷控制系统，分别在济南、石 家庄、南通和郑州安装使用，都获得成功。在试点成功的基础上，1 9 8 9 年底在 郑州召开全国计划用电会议，要求首先在全国直辖市、省会城市和主要开放城市 重点推广应用，然后在所有地( 市) 级城市中全面推广。1 9 9 0 1 9 9 7 年是全面 推广应用的阶段，经过7 年多的努力，全国已有近2 0 0 个地( 市) 级城市供电系 统规模不等地建立负荷控制系统，还有部分县级城市也开展这项工作。这些系统 普遍采用无线电作为组网信道，有些系统部分采用音频或电力线载波，也有采用 分散性装置来补充无线电信道达不到地用户的控制。1 9 9 6 年7 月，重庆市首先 通过电力部组织的负荷控制实用化达标验收。同年1 2 月，烟台和郑州也通过电 力部组织的正式验收。1 9 9 7 年，又有绍兴、合肥、武汉、福州、张家口等五城 5 第1 章绪论 1 1电力用户用电信息采集的发展历史 1 1 1 国外发展史 国外从2 0 世纪3 0 年代，就开始应用负荷管理技术。英国最早采用开关钟切 换电度表，分别统计峰谷电费。2 0 世纪4 0 年代，西欧一些国家应用音频控制装 置。法国、德国、瑞士等国家大量使用音频电力负荷控制，并很快向世界其它地 区发展。东欧的匈牙利、亚洲的日本相继引进音频控制设备的生产专利，马来西 亚、阿拉伯各国也逐渐使用音频控制技术进行电力负荷控制。美国在世界性石油 危机以后，为减少调峰油耗，才开始重视电力负荷控制技术，1 9 7 5 年装用第一 套音频电力负荷控制系统，接着又研制发展无线电电力负荷控制技术和电力线载 波负荷控制技术。发达国家使用电力负荷控制装置，已有六十多年的历史，在不 缺电的情况下发展起来。发达国家使用这项技术的主要目的是改善电网负荷曲 线，削峰填谷，提高电网运行的经济性、安全性和发电设备投资的效益，推迟电 力设施的建设投资。国外正把注意力从一般的负荷控制转向配电自动化、需求侧 管理和对电力市场的技术支持，更加注意采集用户的用电数据，进行自动远方抄 表，同时进行负荷控制。 1 1 2 国内发展史 我国从1 9 7 7 年底开始电力负荷控制技术的研究和应用，过程大致可分为以 下几个阶段。1 9 7 7 1 9 8 6 年为探索阶段，研究国外电力负荷控制技术所采用的 各种方法，并自行研制音频、电力线载波和无线电控制等多种装置，同时由国外 引进一批音频控制设备安装在北京、上海、沈阳等地。1 9 8 7 1 9 8 9 年为有组织 的试点阶段，主要试点开发国产的音频和无线电负荷控制系统，分别在济南、石 家庄、南通和郑州安装使用，都获得成功。在试点成功的基础上，1 9 8 9 年底在 郑州召开全国计划用电会议，要求首先在全国直辖市、省会城市和主要开放城市 重点推广应用，然后在所有地( 市) 级城市中全面推广。1 9 9 0 1 9 9 7 年是全面 推广应用的阶段，经过7 年多的努力，全国已有近2 0 0 个地( 市) 级城市供电系 统规模不等地建立负荷控制系统，还有部分县级城市也开展这项工作。这些系统 普遍采用无线电作为组网信道，有些系统部分采用音频或电力线载波，也有采用 分散性装置来补充无线电信道达不到地用户的控制。1 9 9 6 年7 月，重庆市首先 通过电力部组织的负荷控制实用化达标验收。同年1 2 月，烟台和郑州也通过电 力部组织的正式验收。1 9 9 7 年，又有绍兴、合肥、武汉、福州、张家口等五城 5 市也相继通过电力部实用化达标验收。这标志着我国负荷控制的推广应用工作进 入一个新的阶段。电力负荷控制在各地的投入运行，使各地区的负荷曲线具有很 好的改善。1 9 9 7 年以后，电力负荷控制系统进入从单一控制转向管理应用的发 展阶段。 上世纪九十年代，电力供需矛盾趋向缓和，电力负荷控制系统的作用逐步转 向建立正常的供电秩序、保障电网安全、营配管理等方面。系统增加用电管理的 功能，包括用电信息管理、远程抄表、用电信息服务等，这些扩展功能提高电力 负荷控制系统的经济价值和生命力。在系统的数据处理方面也打破以前的局限 性，扩展网络功能。为更确切地表述这个系统，电力负荷控制系统更名为电力负 荷管理系统。同时，很多省市也陆续开展居民集中抄表系统，采集居民用电数据。 从上世纪9 0 年代开始，我国各省市电力公司陆续开展用电信息采集系统试 点建设，包括负荷管理系统、集中抄表系统等相关系统。经过多年营销信息化的 工作推进，用户用电信息自动采集覆盖率逐年提高，应用范围和效果逐步扩大。 1 2 现有系统分析 1 2 1 总体情况 截止2 0 0 8 年9 月底，国家电网公司经营区域内共有电力用户1 7 3 5 3 1 万， 其中1 0 0 千伏安及以上专变用户8 9 万、1 0 0 千伏安以下专变用户6 6 9 万、低压 三相一般工商业用户1 4 7 2 5 万、低压单相一般工商业用户1 8 1 9 万、以及居民用 户1 5 5 4 2 7 万。有关用户用电信息采集覆盖情况，如表1 1 所示。 表1 1 用户用电信息采集覆盖情况 单位：万户、万个、 电力用户 公用 分类 大型专变中小型专三相一般单相一般居民 合计配变 用户变用户工商业工商业户表 总数1 7 3 5 3 18 9 o6 6 91 4 7 2 51 8 1 91 5 5 4 2 71 4 2 1 采集覆盖数 7 7 5 44 7 47 o1 7 9 28 85 3 3 18 2 采集覆盖率 4 5 5 3 2 1 0 51 2 24 83 45 8 有关各类型用户用电信息采集覆盖率，如图1 1 所示。 6 市也相继通过电力部实用化达标验收。这标志着我国负荷控制的推广应用工作进 入一个新的阶段。电力负荷控制在各地的投入运行，使各地区的负荷曲线具有很 好的改善。1 9 9 7 年以后，电力负荷控制系统进入从单一控制转向管理应用的发 展阶段。 上世纪九十年代，电力供需矛盾趋向缓和，电力负荷控制系统的作用逐步转 向建立正常的供电秩序、保障电网安全、营配管理等方面。系统增加用电管理的 功能，包括用电信息管理、远程抄表、用电信息服务等，这些扩展功能提高电力 负荷控制系统的经济价值和生命力。在系统的数据处理方面也打破以前的局限 性，扩展网络功能。为更确切地表述这个系统，电力负荷控制系统更名为电力负 荷管理系统。同时，很多省市也陆续开展居民集中抄表系统，采集居民用电数据。 从上世纪9 0 年代开始，我国各省市电力公司陆续开展用电信息采集系统试 点建设，包括负荷管理系统、集中抄表系统等相关系统。经过多年营销信息化的 工作推进，用户用电信息自动采集覆盖率逐年提高，应用范围和效果逐步扩大。 1 2 现有系统分析 1 2 1 总体情况 截止2 0 0 8 年9 月底，国家电网公司经营区域内共有电力用户1 7 3 5 3 1 万， 其中1 0 0 千伏安及以上专变用户8 9 万、1 0 0 千伏安以下专变用户6 6 9 万、低压 三相一般工商业用户1 4 7 2 5 万、低压单相一般工商业用户1 8 1 9 万、以及居民用 户1 5 5 4 2 7 万。有关用户用电信息采集覆盖情况，如表1 1 所示。 表1 1 用户用电信息采集覆盖情况 单位：万户、万个、 电力用户 公用 分类 大型专变中小型专三相一般单相一般居民 合计配变 用户变用户工商业工商业户表 总数1 7 3 5 3 18 9 o6 6 91 4 7 2 51 8 1 91 5 5 4 2 71 4 2 1 采集覆盖数 7 7 5 44 7 47 o1 7 9 28 85 3 3 18 2 采集覆盖率 4 5 5 3 2 1 0 51 2 24 83 45 8 有关各类型用户用电信息采集覆盖率，如图1 1 所示。 6 图1 1 各类型用户用电信息采集覆盖率 1 2 2 主站建设 国家电网公司系统目前运行的各类电力用户用电信息采集系统5 1 7 个，其中 网省级系统1 0 个( 包括电能信息采集与管理系统1 个、负荷管理系统8 个、集 中抄表系统1 个) 、地市级系统3 5 4 个( 包括负荷管理系统2 1 0 个、集中抄表系 统1 3 7 个) 、区县级系统1 6 0 个( 包括负荷管理系统4 9 个、集中抄表系统1 1 1 个) 。有关各类电力用户电能信息采集系统所占比例，如表1 2 所示。 表1 2 各类电力用户电能信息采集系统所占比例 网省级地市级区县级 系统名称系统总数 系统数所占比例系统数所占比例系统数所占比例 电能信息采集与管理系统 11oo 负荷管理系统 2 6 783 o o 2 l o7 8 6 5 4 91 8 3 5 集中抄表系统2 4 9lo 4 0 1 3 75 5 0 2 1 1 l4 4 5 8 合计 5 】7l o1 9 3 3 4 76 7 1 2 1 6 03 0 9 5 从调研情况来看，各类用电信息采集系统主要以地市为单位，部分以区县为 单位，针对不同采集用户对象独立建设，如建设负荷管理系统实现5 0 k v a 及以 上专变用户信息采集，建设集中抄表系统实现居民用户信息采集。系统独立建设 的方式给系统数据共享带来障碍，难以完全满足不同专业、不同层面的数据需求。 近年来，已有个别供电公司在用电信息采集系统的建设中考虑建设集专变大用 户、低压用户及公变考核计量点等不同采集对象的一体化平台，但目前一般仅实 现部分对象的采集。 从建设模式来看，早期主要以地市或区县为单位建设系统，在同一个网省公 司内不同地市、不同区县自行规划建设，系统标准化程度不高，厂商众多，难以 满足省级、国家电网公司总部等更高层面的数据应用需求。 7 1 3 电力用户用电信息采集系统开发的意义 经过多年的建设，国家电网公司系统各个省市已分别建设一系列和电能信息 采集相关的系统。其中，比较典型的有电能量计量系统( 主要采集各级上网、下 网关口计量点) 、负荷管理系统( 采集大型专变用户计量点并完成负荷管理和控 制) 、集中抄表系统( 主要采集低压居民用户用电量) 、配变监测系统( 完成公用 配变考核计量点采集并实现配变运行监测) ，这些系统分别从不同的角度实现电 能信息的采集。由于缺少整体统一协调，现有运行的系统分部门、分专业建设， 根据单一专业的需求设计相应的业务流程，按照单一专业需求的数据类型、频次 等进行数据采集，未考虑其它专业管理的信息需求和管理需求，数据信息未能实 现共享与综合利用，应用范围受到限制。在某一采集系统范围内仅实现上述一种 或几种功能，未能实现充分整合，实现多种功能应用，大多数系统还未实现与营 销系统连接，不便于采集系统数据在营销业务中的应用。 随着电力体制市场化改革进程的不断推进，国家电网公司提出建设“一强三 优现代公司的战略目标。根据国家电网公司“十一五一电力营销发展规划 总体目标，为加快营销计量、抄表、收费标准化建设和公司信息化建设，进一步 提升国家电网公司集约化、精益化和标准化管理水平，需要全面建设电力用户用 电信息采集系统。实现公司系统范围内电力用户的“全覆盖、全采集 ，才能有 效改变长期以来无法及时、完整、准确掌控电力用户信息的局面，满足国家电网 公司系统各层面、各专业对于电力用户用电信息的迫切需求，对推动国家电网公 司在现代化管理方面实现历史性跨越具有重要意义。 电力用户用电信息采集系统旨在采集所有电力用户的用电信息，电力用户指 国家电网公司范围内对其供给电力的所有用电户，包括专线用户、各类大中小型 专变用户、各类3 8 0 2 2 0 v 供电的工商业户和居民用户、公用配变考核计量点， 并要求覆盖率1 0 0 。该系统的采集范围涵盖现有的负荷管理系统、配变监测系 统和集中抄表系统。 电力用户用电信息采集系统是“s g l 8 6 信息系统工程的重要组成部分，电 力用户用电信息采集系统的建设，实现计量装置在线监测和用户负荷、电量、电 压等重要信息的实时采集，及时、完整、准确地为“s g l 8 6 工程营销业务应 用提供电力用户实时用电信息数据。为建立适应市场变化、快速反映客户需求的 营销机制，从客户用电信息的源头提供数据支持，为“分时电价、阶梯电价、全 面预付费 的营销业务策略的实施提供技术基础，从技术上支持提升国家电网公 司企业集约化、精益化和标准化管理水平的管理要求。 8 第2 章系统关键技术研究 2 1 采集对象分类及采集要求 电力用户用电信息采集系统的采集对象为所有电力用户，包括专线用户、各 类大中小型专变用户、各类3 8 0 2 2 0 v 供电的工商业户和居民用户、公用配变考 核计量点。除此之外，系统还可用来采集其它的计量点，如小水电、小火电上网 关口、直到统调关口、变电站的各类计量点，要求采集覆盖率达到1 0 0 。 根据现场用电和计量的实际情况，一般将用户分为六大类：大型专变用户、 中小型专变用户、三相一般工商业用户、单相一般工商业用户、居民用户、公用 配变考核计量点。有关进一步细分的情况，如表2 1 所示。 表2 1 采集对象的详细分类 用户供电 采集对象分类标准用电情况采集业务要求 标识方式 安装变电站电能量采集终 用户多路专线接端，直接采集或者通过主站 a l 入，有专用变电站接口从调度电能量采集系 统获取转发数据。 在变电站安装电能量采集 大型专变用 立约容量在 专线供电，在变电 终端，直接采集或者通过主 l o o k 、，a 及以上 a 2 站计量的高供高 站接口从调度电能量采集 户( a 类)计用户 系统获取转发数据；在用户 的专变用户端安装专变采集终端进行 用电负荷控制。 单回路或双回路 高压 高压供电的专变在用户端安装专变采集终 a 3 用户，高供高计或端实现抄表和用电负荷控 供电 高供低计，通常有制。 多个计量回路 5 0 k v a 以上高压 在用户端安装专变采集终 供电的专变用户， b l 端实现预付费控制和自动 用电计量分路较 抄表。 少 中小型专变 立约容量在在用户端安装专变采集终 1 0 0 k v a 以下的端实现预付费控制和自动 用户( b 类) 5 0 k v a 以下高压 专变用户抄表：或者安装配备远程通 b 2 供电的专变用户， 讯模块的电表直接远程通 单回路计量，两路 以下的用电分路 信并输出跳闸信号，由配置 跳闸装置来执行预购电控 制 9 用户供电 采集对象分类标准用电情况采集业务要求 标识方式 安装专变采集终端实现抄 表和用电负荷控制；或者安 装配备远程通讯模块的电 配置计量c t 的用表直接远程通信并输出跳 c l 户，容量5 0 k v a闸信号：或者低压集中抄 表，独立表箱布置，电表输 三相一般工出跳闸信号，需要配置跳闸 商业用户( c 执行非居民电价 装置来执行预购电控制 的三相电力用户 类) 低压集中抄表，独立表箱布 配置计量c t 的用置，电表输出跳闸信号，需 c 2 户，容量 适合于大数据量通信，这是因为g p i 峪本来就是为大数据量通信进行设 计，可以以几k 、几十k 字节的长度进行通信。 由于信道运行维护由无线公网运营商来完成，信道安装使用简单。 系统接入容量较大。 但从实际运行情况看来，g p r s 也有比较突出的缺点。g p r s 通信范围取决于g s m 信号覆盖范围，且当地基站必须有专门附加设备支持，在地下室、偏远地区存在 g p r s 通信盲点，且短时间内无法解决。 在传输速率方面，g p r s 数据传输速率要达到理论上的最大值，就必须只有 一个用户占用所有的8 个时隙，并且没有任何防错保护。运营商将所有的8 个时 隙都给一个用户使用显然不可能。另外，最初的g p r s 终端仅支持1 个、2 个或 3 个时隙，一个g p i 塔用户的带宽因此将会受到严重的限制。所以，理论上的 g p r s 最大速率，在很大程度上将会受到网络和终端现实条件的制约。此外，对 于运营商提供的不同网络情况，g p i 峪还受地域( 如网络基础建设) 和时域( 如 国定长假期间) 影响。 g p r s 采用分组交换的传输模式，由于分组交换连接比电路交换连接要差一 些，因此使用g p r s 会发生一些包丢失现象。而且，由于话音和g p i 峪业务无法 同时使用相同的网络资源，因此用于专门提供g p i 塔使用的时隙数量越多，能够 1 4 提供给话音通信的网络资源就越少。对用户来说其容量有限，g p r s 确实对无线 公网现有的小区容量产生影响，对于不同的用途只有有限的无线资源可供使用。 例如，话音和g p l 璐呼叫都使用相同的网络资源，势必会相互产生一些干扰。 在系统可靠性方面，由于移动部门对其g p r s 网的设计依据是采用不饱和运 行设计，即如果本地区有n 个g p r s 用户( n 大于g p r s 网设计容量) ，其g p i 塔 网络饱和容量最多只允许小于n 个用户同时在线。这是因为移动部门要考虑其 网络建设的投资效益，同时一般不可能出现所有用户都同时在线通信。因此，为 保证其在线用户都能有数据流量而为移动公司带来经济效益，移动部门采取将设 定时间间隔内未发生数据通信的在线终端脱离g p r s 网的技术手段，以充分利用 信道。为此，g p r s 终端必须始终检测自身是否在线，一旦离线终端必须立即重 新上线，上线后必须立即将自身新的口地址上报主站，否则就有可能错过主站 此时下发的重要指令。由于上述原因，如果某一时段g p i 毽用户在线率很高，终 端就有可能在此时段无法登录g p i 峪网，从而错失主站此时下发的重要指令。由 此可以看出，利用g p i 峪网进行数据传输的系统可靠性受限于终端的在线率。 由于g p r s 根据流量计费，从技术上a m r s 设备可以长期挂在网上，只要不 发生数据通信，就不会发生费用。但由于终端设备必须随时监视网络状况，一旦 发现掉网马上重新连接上网，并同时将自身新的口地址上报主站，从而增加数 据流量，而此部分流量费用也属于计费范围。 与g s m 网一样，g p r s 通讯系统是依赖于网络资源和无线资源的公网通信， 维护时牵涉单位多，交涉过程繁复，故障原因不易查明，可操作性差。如g p r s 网络( 例如基站等) 出现故障、运营商交换机出现故障等，电力企业无法对其进 行维护只能等待相关部门恢复。这样，就失去对系统通信的主控权，因而无法保 证系统的稳定。 综上，g p r s 信道在电力系统中大规模应用还存在不同程度上需要完善的地 方。根据g p r s 信道特点，该信道更多应用在对中小用户的远方采集和抄表。 c d m 认 c d m a 的英文全称是c 0 d ed i 、，i s i o nm u l 卸l ea c c e s s ，中文含义是码分多址的 意思。它是根据美国标准( i s 9 5 ) 而设计的频率在9 0 0 1 8 0 0 m 陇范围的数字移动 电话系统，是一种采用s p r e a d s p e 咖珊的数字蜂窝技术。与使用 面m e - d i 、，i s i o nm u l 却l l 妇g ( t d m ) 的g s m 不同，c d m a 并不给每一个通话者分 配一个确定的频率，而是让每一个频道使用所能提供的全部频谱，对每一组通话 用伪随机数字序列进行编码。 从用户应用角度来讲，g p i 塔和c d m a 都是属于无线公网接入的数据传输技 术，两者的应用十分相似。但c d m a 在数据通信上要相对优于g p r s ，特别在 数据传输速度、转接时延以及话音和数传通信业务独立性上，c d m a 具有很大 优势。然而，就目前使用情况来讲，c d m 在网络覆盖面上不如g p r s 。 由于公网信道建设的初衷是为社会公众提供通信资源，电力用户用电信息采 集系统使用公网信道时必须采用一系列的技术手段以满足自身需求，尤其应该在 安全性、可靠性、实时性、可扩展性、经济性等诸多方面着重考虑。 2 3 1 3 专用光纤网络 光纤专网是指依据电力用户用电信息采集系统建设总体规划而建设的以光 纤为信道介质的一种电力公司内部通信网络，覆盖全网的配电线路。 目前，国家电网公司所辖电网内3 5 k v 及以上变电站基本具备骨干光纤通信 网络，具备向下延伸的网络基础。配电线路的光纤专网建设只需在配电线路敷设 电力特种光缆，将低压侧全部业务流进行汇集，在上述变电站节点与骨干光纤网 对接，形成全覆盖的光纤专网。业务流向将配电线路和低压侧业务，即专变大用 户、工商业用户和居民用户的用电信息统一接入，由上级变电站通信节点上传至 系统主站。 专用光纤网络的建设，将根本解决用电信息采集的远程数传通信的信道资源 问题。据此，系统主站与采集现场建立可靠的通信技术条件，满足电力用户用电 信息采集系统集中采集和监控的需要。光纤网络完整地覆盖整个配电线路，在每 一个专变大用户和公用台区配交提供以太接口方式的网络接口。相对电力用户用 电信息采集系统的数据传输需求而言，光纤通信专网提供不受限的接入容量和高 速的数传速率。 2 3 1 4比较 有关各种不同数传通信方式的比较，如表2 2 所示。 表2 - 2 远程信道分析比较 传输方式建设成本通讯实时性 运行维护费容量可靠性信息安全 光纤专网 高满足要求低满足要求满足要求满足要求 受第三方责 g p r s c d m a 低 高 基本满足要求 差不满足要求 任因素限制 2 3 0 m 无线专网高低高不满足要求差基本满足要求 由此，为确定电力用户用电信息采集系统的数据传输通信信道，在应用时应按以 下优先原则进行： ( 1 ) 市区和城镇首先选择电力营销专用光纤网络； ( 2 ) 可应用公共营运商提供的g p i 峪c d m a 通信网络，构建虚拟专用数传通 信网络； ( 3 ) 利用供电企业现有的2 3 0 z 无线专网资源。 上述三种通信技术条件，均是当前建设电力用户用电信息采集系统的宝贵资源。 1 6 在同一个地区，应该根据实际情况，有条件的前提下，按上述优选原则采纳其中 一种或同时采纳两种、三种模式，综合利用，相互弥补，共同完成电力用户用电 信息采集全覆盖的任务。 2 3 2 本地通信 本地通信是指采集终端和用户电表之间的数据通信。对于大用户和工商业用 户，其用电信息采集所用的本地通信通常采用i 峪4 8 5 总线，相对比较简单；而 居民用户用电信息采集的本地通信相对比较复杂，多种通信方式同时共存。 本地通信分为电力线载波和r s - 4 8 5 总线两种通信模式，其中电力线载波通 信又分为窄带和宽带两类。在同一台区( 域) 中，不能同时应用宽带和窄带两种 载波技术混合组网通信。 2 3 2 1r s 一4 8 5 总线通信 r s 4 8 5 是在r s - 4 2 2 标准的基础上，由美国电子工业协会e 队研究的一种 支持多节点、远距离和接收高灵敏度的r s _ 4 8 5 总线标准。 r s _ 4 8 5 主要有以下特点： 采用平衡式发送、差分式接收的数据收发器来驱动总线，抗噪声干扰性 好。 数据最高传输速率为1 0 m b p s 。 最大传输距离标准值为4 ，0 0 0 英尺，实际上可达3 ，0 0 0 米。 允许连接最多达1 2 8 个收发器，即具有多站能力。 目前，r s 舶5 口已经成为计量电能表的标准配置接口，单一接口可以驱动 3 2 块表计。在实际使用中，终端一个r s _ 4 8 5 口一般接8 块表计，传输最大距离 为1 ，2 0 0 米左右。若增加传输距离及接入容量，应加入中继器。 2 3 2 2 低压窄带载波通信 低压窄带载波通信技术是指载波信号频率范围0 0 k h z 的低压电力线载波 通信，其技术特点如下： 数据传输速率较低，双向传输，无需另外铺设通信线路，安装方便、可 方便地将电力通信网络延伸到低压用户侧，实现对用户电表的数据采集 和控制，适应性好。 电力线存在信号衰减大、噪声源多且干扰强、受负载特性影响大等问题， 对通信的可靠性形成一定的技术障碍，具体应用时需要软、硬件技术结 合完成组网优化。 适用于电能表位置较分散、布线较困难、用电负载特性变化较小的台区， 如城乡公变台区供电区域、别墅区、城市公寓小区。 1 7 2 3 2 3 低压宽带载波通信 低压宽带载波通信技术指载波信号频率范围 l m h z 的低压电力线载波通 信，其技术特点如下： 低压宽带载波通信占用频带宽，数据传输速率高，数据容量大，双向传 输，无需另外铺设通信线路，安装方便、可方便地将电力通信网络延伸 到低压用户侧，实现对用户电表的数据采集和控制，适应性好。 存在高频信号衰减较快的问题，在长距离通信中需要中继组网解决传输。 宽带载波通信所用频段在电力线上干扰较少，通信可靠性更高、更稳定， 安全性更好。这种模式适合用户电表集中的城市台区，能够通过网络实 现预付费功能。 2 4 采集方式分析 根据上述采集对象的分类特点，电力用户用电信息采集系统将以不同的技术 模式，分别实现对六类采集对象用电信息的集中采集和实时监控，达到对所有电 力用户采集的“全覆盖 。 下面针对这六类采集对象，分别简要描述其采集模式的主要技术特征。 2 4 1 大型专变用户的信息采集模式 该模式实现对计量电表的远程抄表、实时用电电量、负荷数据的采集、计量 工况等现场事件信息的采集、用户用电负荷控制和用电量控制、提供本地信息服 务等系统功能。 大型专变用户装用基于负荷管理功能的专变采集终端。该终端通过与电表间 的实时抄表通信、实时采集电表输出脉冲，获取并存贮电表的计量数据和信息； 对现场计量装置进行状态监测；通过对用户用电开关的直接监控，实现电量控制 和负荷控制功能；通过远程通信与系统主站建立直接数据通信，接收执行系统主 站的集中管理，向系统主站传送现场采集的用户用电信息；为用户提供本地信息 服务等。 该终端与系统主站之间的通信可供采用的数据传输通道包括专用的光纤网 络、g p r s c d m a 无线公网、2 3 0 z 无线专网。 2 4 2 中小型专变用户采集模式 该模式实现对计量电表的远程抄表、强化计量工况和现场事件的信息采集、 支持预付费功能、具有必要的本地信息服务等。 中小型专变用户装用专变采集终端。通过与电表的实时抄表通信，获取并存 贮电表的计量数据和信息；对现场计量装置实施状态监测；通过对用户用电开关 1 8 2 3 2 3 低压宽带载波通信 低压宽带载波通信技术指载波信号频率范围 l m h z 的低压电力线载波通 信，其技术特点如下： 低压宽带载波通信占用频带宽，数据传输速率高，数据容量大，双向传 输，无需另外铺设通信线路，安装方便、可方便地将电力通信网络延伸 到低压用户侧，实现对用户电表的数据采集和控制，适应性好。 存在高频信号衰减较快的问题，在长距离通信中需要中继组网解决传输。 宽带载波通信所用频段在电力线上干扰较少，通信可靠性更高、更稳定， 安全性更好。这种模式适合用户电表集中的城市台区，能够通过网络实 现预付费功能。 2 4 采集方式分析 根据上述采集对象的分类特点，电力用户用电信息采集系统将以不同的技术 模式，分别实现对六类采集对象用电信息的集中采集和实时监控，达到对所有电 力用户采集的“全覆盖 。 下面针对这六类采集对象，分别简要描述其采集模式的主要技术特征。 2 4 1 大型专变用户的信息采集模式 该模式实现对计量电表的远程抄表、实时用电电量、负荷数据的采集、计量 工况等现场事件信息的采集、用户用电负荷控制和用电量控制、提供本地信息服 务等系统功能。 大型专变用户装用基于负荷管理功能的专变采集终端。该终端通过与电表间 的实时抄表通信、实时采集电表输出脉冲，获取并存贮电表的计量数据和信息； 对现场计量装置进行状态监测；通过对用户用电开关的直接监控，实现电量控制 和负荷控制功能；通过远程通信与系统主站建立直接数据通信，接收执行系统主 站的集中管理，向系统主站传送现场采集的用户用电信息；为用户提供本地信息 服务等。 该终端与系统主站之间的通信可供采用的数据传输通道包括专用的光纤网 络、g p r s c d m a 无线公网、2 3 0 z 无线专网。 2 4 2 中小型专变用户采集模式 该模式实现对计量电表的远程抄表、强化计量工况和现场事件的信息采集、 支持预付费功能、具有必要的本地信息服务等。 中小型专变用户装用专变采集终端。通过与电表的实时抄表通信，获取并存 贮电表的计量数据和信息；对现场计量装置实施状态监测；通过对用户用电开关 1 8 的直接监控，实现预付费控制管理；通过远程通信与系统主站建立直接数据通信， 接收执行系统主站的集中管理，向系统主站传送现场采集的用户用电信息。 该终端与系统主站之间的通信可供采用的数据传输通道有包括专用的光纤 网络和g p r s c d m a 无线公网。 2 4 3 低压单相和三相工商业用户采集模式 该模式实现对计量电表的远程抄表，系统强化对其用电信息、计量信息的实 时采集和异常分析；在系统主站的监控下，通过电表的直接控制实现完整的预付 费管理功能。对这两类用户，纳入配变台区集中抄表范围。 2 4 4 居民用户和公配变计量点采集模式 该模式实现居民计量电表的远程抄表和预付费控制管理功能，实现对配变台 区考核总表的远程抄表和用电信息采集。 城乡居民用户具有用户数量巨大，单个用户采集的电能信息较少，故采用集 中抄表模式来实现远程抄表和监控。居民集中抄表以公用配变台区为采集单位， 先由集中器将该配变台区的全部居民电表( 还包括该配电台区的单相和三相工商 业用户电表) 通过本地抄表通信，集中采集各电表的计量数据。同时，同一个集 中抄表终端也完成对该配变台区总表的电能信息采集，实现自动抄表。集中抄表 终端通过远程数传通信，上传抄表数据等配电台区所辖的用户用电信息给系统主 站，并接受主站的管理指令，完成对用户计量电表的集中管理，在系统主站的监 管下通过电表实现预付费管理功能。 集中器与系统主站的远程数传通信可采用专用光纤网络、无线公网。集中抄 表终端包括集中器和采集器两种设备。 ( 1 ) 集中器是指收集各采集终端或电能表的数据，并进行处理储存，同时能 和主站或手持设备进行数据交换的终端设备。集中器与系统主站之间的通信可供 采用的数据传输通道有专用的光纤网络和g p r s c d m a 无线公网。 ( 2 ) 采集器用于采集多个电能表电能信息，并可与集中器交换数据的设备， 采集器的基本功能是实现协助集中器完成对电能表数据的抄收。 因此，居民用户用电信息的采集是由集中器、采集器、电能表以及各设备间的数 传通信信道组成的数据采集网络实现，如图2 - 2 所示。 1 9 图2 - 2 居民用户用电信息采集网络 2 5 本章小结 本章就电力用户用电信息采集系统的关键技术进行研究。首先，对系统的采 集对象进行分类，研究六大类采集对象的用电情况及采集业务需求：其次，对系 统需要支持的多种通信协议以及