技术︱电能量采集系统的应用及问题分析
“2015第二届轨道交通供电系统技术大会”本周五开幕
报名方式1
浏览会议详情和在线报名参会，请进入"电气技术"微信号（dianqijishu），点击菜单栏“地铁会议”。
报名方式2
长按下图，识别二维码，即可浏览会议详情和在线报名参会。
国网湖州供电公司调度控制中心的研究人员卢冰、杨力强、魏亮，在2015年第10期《电气技术》杂志上撰文指出，电能量采集在电力系统生产中发挥着重大作用。文章首先对电能量采集系统的技术架构、功能模块等进行介绍，接着分析该系统的具体应用，最后就应用中产生的问题进行统计和罗列，并给出针对性措施。文章的目的是为提升电能量采集水平而添砖加瓦。
电能量数据隐含负荷发展趋势、客户用电特征、隐形窃电痕迹等大量有用信息，是供电公司开展日常生产和经营所必须依赖的核心数据之一[1]。利用好电能量信息也是大数据时代的必然要求。但由于电力系统点多面广、用户繁杂，进行全面、动态、实时的电能量采集需要强大的技术支撑，同时不可避免会产生一些问题。
1 电能量采集系统概述
1.1 系统架构
当前，基于各种通信技术和软件技术的电能量采集平台层出不穷，但就整体架构来说，不外乎如图1所示的体系[2]。
图1 电能量采集系统的实现架构
相关说明：①“前置采集”负责分配采集任务(基于任务均衡机制)，确保系统资源的合理利用。②“数据处理”一般配置一主一备两台服务器，双机之间实现无缝切换。③“网络通信”也是双重配置，即系统的工作站和服务器通过双网卡分别连接主、从交换机，以保证通信的随时畅通。④“WEB服务”提供人机交互界面。⑤“工作站”承担开发维护、系统管理、报表管理、线损管理等工作，可根据需要来确定数量。⑥“辅助设备”主要指防雷设施(电涌保护器)和专用电源等。
1.2 主站的安全机制
⑴独立组网。与局域网之间设置物理隔离装置，禁止局域网机器直接访问该子网。
⑵与SCADA或外网数据服务器互联时，采用路由器+防火墙的方式，并经过IP地址转换。
1.3 主站模块设置
为了便于系统维护、扩展，主站采用模块化设计。当前的电能量采集系统基本设有软总线模块、控制台、负荷预测、前置通信模块、系统对时、Web应用、便携式抄表、线损分析、数据备份、档案管理等模块，限于篇幅，文章将不一一进行功能说明，而在后续关于“电能量采集系统的应用”中选择几个做表述。
1.4 终端系统
终端系统分布在变电站、电厂甚至用户，是电能量采集的原始端。终端系统一般由采集终端和电表组成(两者之间通过RS-485直连)。其中，电表负责实时采集相应间隔的正向有功、反向有功、瞬时功率等信息；采集终端则汇集各电表的数据进行上传。因此，一个采集终端应具备接入多只电表的能力，同时能对多种规约进行解析。
2 电能量采集系统的应用及优势
2.1 用电层面
⑴提升抄表、核算的速度。电能量采集系统的工作方式有定时自动和随时手动两种，当一次采集不成功，系统会在保留采集进度的基础上自动重采(即断点续传)，因此可靠性非常高。据估算，对1000个用户进行抄表，常规人工方法至少需要两天时间，而电能量采集系统只要一个小时左右。另外，电能量采集系统内置各类计算公式，支持数据分类处理和自行修正，还能以报表或曲线形式展示在Web页面。因此，极大提高了电费核算效率，也降低了电力职工的劳动强度。
⑵降低电费应收差错率[3]。电能量采集系统基于可靠的自动化装置和先进的计算机技术，不会发生人工抄录、核算过程中潜在的笔误风险，因此其能大大降低差错率。
⑶用于反窃电。电能量采集系统能实时监测到远方终端失压、电池报警、电压电流不平衡、极性接反、逆相序及掉电情况，因此能及时发现计量中的隐蔽问题(如窃电)，从而降低供电公司的损失。
⑷用于营销分析。电能量数据是大数据，通过对采集上来的数据的综合分析，可提升营销管理的事前预测、事中控制、事后分析的水平。
2.2 生产层面
⑴负荷预测。在电网规划、生产计划制定、检修计划安排、运行方式变更等时候，均需要在参考历史电量数据(从精细化上讲，要求分产业、分区域统计)的基础上进行负荷预测，这对于可自定义报表格式的电能量采集系统来说是轻而易举的。
⑵线损管理。电量系统的数据按来源来说可分两块：供电量(主变关口电量)和售电量(用户关口电量)。而线损就是二者之差。因此通过电量采集系统能方便获得实际线损，将实际线损与理论线损进行比对，即能确定降损所需的技术措施和组织措施。
⑶终端管理自动化。随着电网规模的扩大，电能量采集终端的数目呈现几何式增长，若采用人工巡视，将耗费巨大的人力资源，且效率低下；而使用电能量采集系统，则能在线识别终端的运行工况。
2.3 案例佐证
以云南某地供电公司为例，其在2006年开始建设电能量采集系统，历时4年通过省公司实用化考核。该系统(含相关外联系统)总体结构如图2所示。
图2 云南某供电公司电能量采集系统的结构
系统配置说明：①采集工作站、服务器均为冗余配置、双网结构，外加三级安全认证；②网络通讯执行TCI/IP协议，主干网为100M交换式以太网。③电量表是多功能智能电子表，通过485接口与采集终端进行数据通信。④厂站端采集装置为变电站内的RTU或ERTU；⑤软件平台基于Windows2000，数据库采用SQL Server2000。
经过一段时间的运行，供电公司对电能量采集系统的使用效益做了统计，详见表1所示。
表1 某供电公司对电能量采集系统使用效益的统计
3 电能量采集系统的问题分析
笔者结合多年的工作经验，在充分调研一批供电企业的电能量采集系统的运用情况的基础上，罗列出以下几个共性问题。
⑴目前，各个地区的电能量采集系统建设几乎是独立进行(最多在地级层面统一)，因此存在标准和规范不统一、应用水平差异大等缺点，其所带来的后果就是电能量信息的共享程度不高，影响大数据的开发利用。仍以云南公司为例，其下面的地公司有的已建成以交换机为通讯核心的电量系统，有的则仍使用拨号方式进行数据采集。这样，因省、地调侧网络防火墙的存在，使省、地调间用FTP协议进行文件传输的过程经常被中断。
解决方法：结合智能电网建设，建立“省地县一体化”的电能量采集系统。该系统的要点是：①一体化。即既包含各级供电公司，又涵盖电厂系统。②规范化。即全系统采用统一标准，实现科学管理。
⑵终端上线率不稳定，这主要指那些采用无线通信方式的终端。原因分析及措施建议见表2所示。
表2 电能量采集系统中终端上线不稳定的分析
⑶目前电能量采集系统主要覆盖范围为变电站和大的电厂，中小用户及小区用户的自动化抄表采集基本处于试点阶段，这与电能量采集系统的建设预期不符。因此需加大该系统的采集规模，争取实现辖区内百分之九十五以上的供、售电信息进入电能量采集系统的目标。
4 结语
电能量采集系统的应用，将极大改变传统的计量、线损的管理模式，将为大数据应用于电力生产奠定基础。因此，要在集成、优化、经济等目标的引领下，推进该系统的建设。
关注电气工程技术、聚焦学科前沿发展