唐 虎，周 濤

(國網(wǎng)四川省電力公司德陽供電公司，四川 德陽 618000)

0 概述

用電信息采集系統(tǒng)是對電力用戶的用電信息進行采集、處理和實時監(jiān)控的系統(tǒng)，可實現(xiàn)用電信息的自動采集、計量異常監(jiān)測、電能質(zhì)量監(jiān)測、用電分析和管理、相關(guān)信息發(fā)布、分布式能源監(jiān)控。用電設備的信息交互功能在電力部門運用最廣泛。集數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、管理多種通信信道、接入大用戶負荷管理、集中抄表等多種終端為一體的用電信息采集系統(tǒng)，能夠自動采集所有電力用戶的用電信息，實現(xiàn)客戶用電信息管理、負荷控制、預付費控制等直接應用功能，通過集中抄表終端接入公配變計量點電表，完成配變數(shù)據(jù)采集。

1 用電信息采集系統(tǒng)功能、架構(gòu)及主要指標

1.1 主要功能

(1) 數(shù)據(jù)的收集和管理。電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)包括通過仿真軟件優(yōu)化出來的數(shù)據(jù)和不同裝置采集的實際測量數(shù)據(jù)。智能用電信息采集系統(tǒng)可在設定的周期內(nèi)有效采集電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)上報處理，同時通過該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)展示功能對數(shù)據(jù)進行有效分析和科學的管理。

(2) 自動抄表和預付費管理。該項功能主要針對高級電力用戶。用戶可訪問用電的實時數(shù)據(jù)，并可通過技術(shù)手段對實時數(shù)據(jù)進行分析，從而知曉實時電價情況。同時，該項功能還可給用戶計算剩余的電費金額和數(shù)量，使用戶知曉自身用電及余額情況，在必要的情況下對用戶進行斷電管理。

(3) 有序用電管理?？筛鶕?jù)計劃消耗電力情況來安排電力的發(fā)送，以限制用戶的功率容量。

(4) 運行維護管理?？蓪崟r對發(fā)用電的情況進行有限管理，避免出現(xiàn)時空上的偏差；還可有效預防系統(tǒng)的誤操作并設置相應的權(quán)限管制。同時，還具備對不同數(shù)據(jù)報表的導出、打印功能。

(5) 數(shù)據(jù)交互。實現(xiàn)了電力用戶同系統(tǒng)的良性互動，電力用戶可實時跟進該功能，以了解系統(tǒng)的狀態(tài)(供電服務能力、電價分布情況、電能質(zhì)量，系統(tǒng)安全等)從而合理安排自身用電計劃。

1.2 物理架構(gòu)

用電信息采集系統(tǒng)在物理架構(gòu)上可分為主站、通信信道、現(xiàn)場終端和電能表4個層次。

主站是采集系統(tǒng)的管理和控制中心，主要功能是對數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)應用及系統(tǒng)安全與運行進行管理，同時也能實現(xiàn)與不同系統(tǒng)的數(shù)據(jù)集成和交換。

遠程通信信道主要配有配電光纖專網(wǎng)、GPRS/CDMA等無線公網(wǎng)、230 MHz無線專網(wǎng)、中壓電力線載波4種。

現(xiàn)場終端是指安裝在信息采集點的采集終端設備，負責抄收電能表數(shù)據(jù)，主要包括專用變壓器采集終端、集中抄表終端(包括集中器、采集器)等。

1.3 主要指標

在用電信息采集系統(tǒng)的建設過程中，不同時期所關(guān)注的指標體系也各不相同。例如，在系統(tǒng)建設的初期，所關(guān)注的指標是智能用電信息系統(tǒng)的工程質(zhì)量；而在維護期，運營維護就成為系統(tǒng)所關(guān)注的焦點。

對于用電信息系統(tǒng)的綜合評價，需兼顧全面、科學和高效。對于不同指標的建立，需要給出相關(guān)含義和評定標準，并用標準對指標進行衡量，來判斷所需測評指標的優(yōu)劣。

(1) 專用變壓器采集終端安裝率。

定義：系統(tǒng)建設考核期的某一時段內(nèi)，已經(jīng)安裝采集終端的專用變壓器占應安裝的專用變壓器的百分比。

目的：對專用變壓器的采集終端安裝面進行實時監(jiān)督，從而全方位覆蓋專用變壓器所覆蓋的范圍，以確保該系統(tǒng)達到實用化的目的。

(2) 專用變壓器用戶數(shù)據(jù)完整性。

定義：系統(tǒng)建設考核期的某一時段內(nèi)，數(shù)據(jù)采集成功數(shù)占應采集到的數(shù)據(jù)點數(shù)的百分比。

目的：為實現(xiàn)專用變壓器用戶數(shù)據(jù)完整性，實現(xiàn)用電信息系統(tǒng)對相關(guān)數(shù)據(jù)的完全采集。

(3) 專用變壓器用戶遠程抄表結(jié)算應用率。

定義：用電信息系統(tǒng)中終端抄表數(shù)據(jù)能有效地運用于電力和電費的結(jié)算的用戶數(shù)占所有安裝遠程抄表用戶數(shù)的比例。

目的：對專用變壓器的抄表數(shù)據(jù)進行有效監(jiān)控，確保系統(tǒng)的基本功能順利實現(xiàn)。

(4) 專用變壓器用戶異常事故處理時限。

定義：綜合各類異常事故的平均處理時間。

目的：評價該系統(tǒng)是否具有快速預警事故的能力，提高系統(tǒng)的服務水平。

(5) 系統(tǒng)建設計劃完成率。

定義：系統(tǒng)建設的考核期期間已經(jīng)完成建設的用戶數(shù)占需完成建設用戶數(shù)的百分比。

目的：為按計劃工期完成建設提供依據(jù)，同時用時間節(jié)點來監(jiān)督系統(tǒng)建設完成情況。

(6) 低壓用戶數(shù)據(jù)完整率。

定義：系統(tǒng)建設的考核期期間已經(jīng)成功采集的數(shù)據(jù)點數(shù)占應該采集數(shù)據(jù)點數(shù)的百分比。

目的：保證數(shù)據(jù)的完整性和實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的全采集。

2 用電信息采集系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

用電信息采集系統(tǒng)其基本構(gòu)成的關(guān)鍵技術(shù)包括：通信技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)、設備關(guān)鍵技術(shù)、業(yè)務處理技術(shù)。

(1) 通信技術(shù)。該通信技術(shù)的運用，不僅關(guān)注通信中的信息傳遞、信息處理，同樣也關(guān)注通信距離的遠近，并由此分為遠程通信和本地通信。通信技術(shù)的運用是確保用電信息采集系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的基礎(chǔ)。用電信息采集系統(tǒng)中的通信技術(shù)主要有，光纖通信、電力線路載波通信、專網(wǎng)通信、無線通信、主站應用技術(shù)、智能費控、用電信息安全防護技術(shù)等。

本地通信包括低壓電力線載波通信、微功率無線通信、RS485通信、M-BUS總線通信。

① 低壓電力線載波通信是將數(shù)據(jù)信號通過一定的技術(shù)加載到特定的載波頻率，再通過低壓電力傳輸網(wǎng)絡進行輸送。低壓電力傳輸網(wǎng)的主要設備就是電力線路。因電力線路具有廣闊性和海量性的特點，使得低壓電力傳輸網(wǎng)絡的構(gòu)建具有節(jié)約資金和節(jié)省時間的優(yōu)點。

② 微功率無線通信主要適用于雙方均通過無線通信技術(shù)來傳遞自己所需要表達的信息，因受其微功率的影響，這種通信僅局限在很小的范圍內(nèi)。

③ RS485通信是電子工業(yè)協(xié)會制定并通過信息工業(yè)協(xié)會認證的串行通信，主要用于用戶終端和用電電表之間的連接，并通過本通信實現(xiàn)與多智能電表、多采集系統(tǒng)直接連接。本通信協(xié)議的運用打破了以往多種通信方式不一致的原則，并且其可連接黑箱內(nèi)的采集系統(tǒng)與電能表之間的通信。

④ M-BUS總線通信的基本作用同RS485通信無異，但其作為主從式、半雙工的總線系統(tǒng)能用于現(xiàn)階段的各種電表之間的自動抄表，在一定程度上可作為RS485通信的升級版。

(2) 數(shù)據(jù)處理技術(shù)。智能電網(wǎng)中的數(shù)據(jù)主要有智能電網(wǎng)運行數(shù)據(jù)、電力設備監(jiān)測數(shù)據(jù)、電力營銷運營數(shù)據(jù)(諸如電價、電量、用戶)、電力企業(yè)管理數(shù)據(jù)。這部分數(shù)據(jù)包括圖形和圖像處理數(shù)據(jù)、視頻監(jiān)控數(shù)據(jù)等，占據(jù)了電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)的很大比重。

數(shù)據(jù)的產(chǎn)生主要集中于發(fā)電單元、輸變電單元、售電單元。對于發(fā)電單元，海量數(shù)據(jù)隨著數(shù)字化發(fā)電單元的建設應運而生，其中包含著巨量的有用信息，可以為發(fā)電單元實時提供電廠的運營、控制、優(yōu)化、故障等方面的實時信息。對于輸變電單元，收集不同輸變電站點的數(shù)據(jù)并進行實時分析，可為輸變電的安全穩(wěn)定運行提供很好的保障。對于售電單元，主要是確保電力用戶的用電數(shù)據(jù)真實可靠，數(shù)據(jù)處理技術(shù)的運用為可再生能源的接入、電動汽車的無序充放電行為帶來的負擔提供一個很好的解決方案。

數(shù)據(jù)處理的過程就是對不同種類的數(shù)據(jù)進行收集、存儲、分類、計算、加工、檢索、傳輸。智能用電信息采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理過程可以描述為：其采集器系統(tǒng)從智能電表中獲取數(shù)據(jù)，通過一定的規(guī)約對數(shù)據(jù)進行變換，組成數(shù)據(jù)包，然后通過通信信道傳送到智能用電信息系統(tǒng)的服務器中；智能用電信息系統(tǒng)服務器在接收到通信信道的數(shù)據(jù)后，通過上述規(guī)約把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成具有一定格式的數(shù)據(jù)，并加以存儲。

(3) 設備關(guān)鍵技術(shù)。智能電網(wǎng)建設的發(fā)展，逐漸向堅強智能電網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展，而對于支撐這些電網(wǎng)的最為基礎(chǔ)的電力設備的信息采集系統(tǒng)平臺應具備的功能和適用范圍也將越來越苛刻，并且對用電信息采集系統(tǒng)的技術(shù)需求也將更苛刻，主要技術(shù)需求有以下幾點：

① 有一定的前瞻性，可不斷對其進行升級；

② 不斷向微型化發(fā)展；

③ 多功能性，不僅要具有采集電力信息的功能，還應該具有對所采集來的數(shù)據(jù)進行分析處理的功能；

④ 安全可靠，可以適應復雜的環(huán)境，同時具有防止人為破壞和故障自動恢復的潛能。

(4) 業(yè)務處理技術(shù)。本系統(tǒng)平臺所涉及的業(yè)務處理技術(shù)包括：多通信信道處理、多信道規(guī)約處理、自動裝接技術(shù)、主站智能分析專家系統(tǒng)。

多通信信道處理作為終端和主站間的聯(lián)絡站，其主要任務是采集終端相關(guān)數(shù)據(jù)、接受終端上報數(shù)據(jù)?？梢葬槍Σ煌男畔⑼ㄐ判诺赖奶赜行再|(zhì)來設定特定的通信參數(shù)，并設定不同參數(shù)的信道名稱，這些名稱可以在后臺顯示，方便運行管理信息的使用和維護。

多通信規(guī)約處理主要是針對目前電力系統(tǒng)中使用的設備出自不同的生產(chǎn)廠家，而不同生產(chǎn)廠家的設備有不同的通信規(guī)約的問題。使用用電信息采集系統(tǒng)平臺的目的就是要保證現(xiàn)有終端能全部接納這些設備，并能正常、不間斷地工作。

自動裝接技術(shù)主要功能是簡化人工調(diào)試過程，縮減人員冗余，同時避免不同調(diào)試請求在同一時間出現(xiàn)，減少了調(diào)試請求出現(xiàn)的差錯，提高了用電信息采集系統(tǒng)的工作效率。

主站智能分析專家系統(tǒng)重點在于智能分析，其主要策略是將以往的人工分析異常情況的方式用數(shù)學的方法進行建模，通過建立的數(shù)學模型開發(fā)一套計算機運用程序，形成由計算機自動執(zhí)行的智能分析算法。

3 竊電常見方式及原理

伴隨著計量裝置的升級換代，竊電方式也不斷推陳出新，常見的竊電方式主要有以下幾種。

(1) 短接電能表的電流線圈或斷開電壓聯(lián)片。用導線將電流進出線進行短接，而導線電阻幾乎為0，絕大部分電流將從短接導線通過，致使電能表不能正常計量。斷開電壓聯(lián)片會導致電能表電壓線圈失壓，電能表不能正常計量。

(2) 在計量回路添加二極管或串聯(lián)分壓電阻。采用添加二極管來分流電流回路，使電能表的電流線圈無電流通過，或只通過部分電流，從而導致電能表不計或少計電量。在電壓回路串接分壓電阻以及電子遙控竊電這些新型的竊電方式很難通過電能表的外觀檢查發(fā)現(xiàn)，隱蔽性較強；同時電子遙控竊電具有較強的機動性，往往在現(xiàn)場檢查中很難進行有效識別。

(3) 改變互感器接線。主要包括改變電流的竊電方式和改變電壓的竊電方式。

(4) 紅外遙控器修改電表參數(shù)竊電。多功能費控智能電表，具備遠程通信和本地通信功能，不法分子通過破解電表的通信規(guī)約，篡改電表內(nèi)部數(shù)據(jù)和運行參數(shù)，達到竊電目的。

4 用電信息采集系統(tǒng)在反竊電中的運用

4.1 反竊電功能

用電信息采集系統(tǒng)防竊電功能是通過集現(xiàn)代數(shù)字通信技術(shù)、計算機軟硬件技術(shù)、電能計量技術(shù)、電力負荷管理技術(shù)和電力營銷技術(shù)為一體的綜合性、準實時信息采集與分析處理平臺實現(xiàn)的。該平臺通過多種通信方式實現(xiàn)系統(tǒng)主站和現(xiàn)場終端之間的數(shù)據(jù)通信，具有以下幾項主要功能。

(1) 負荷數(shù)據(jù)分析功能。該功能可以實現(xiàn)負荷曲線查詢、日最大負荷同比分析、日峰谷分析以及條件TopN分析(指代某項功能指標進行某種規(guī)則排序后的第N項指標)等功能。

(2) 電量數(shù)據(jù)分析功能。該功能可以實現(xiàn)日電量同比分析、突變分析、行業(yè)分析、峰谷分析以及條件TopN分析等功能。

(3) 電壓電流分析功能。該功能可以查詢電壓合格率、電流三相不平衡率、電壓三相不平衡率，零電壓分析、零電流分析、電壓曲線、電流曲線查詢等，可以判斷電流回路短路、電流回路開路、電流回路反向、電壓回路斷相、電壓回路失壓、相序異常、電壓越限、電流越限、視在功率越限等情況。

(4) 線損分析功能。該功能主要是以采集數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)進行以日為單位的線損分析。

4.2 反竊電評價指標體系

反竊電可以分為8項評價指標體系，通過該體系來確認所懷疑的竊電用戶。若該用戶的竊電嫌疑系數(shù)較高，則表明該用戶的竊電可能性就越大，可以將其列入重點監(jiān)視名單中。反竊電評價指標體系如圖1所示。

圖1 反竊電評價指標體系

(1) 用表類型。從各供電公司的經(jīng)營經(jīng)驗歷史竊電案例來看，機械表較電子表有著較為容易的竊電手段，因此發(fā)生竊電的概率也較大。

(2) 月用電量。用戶的用電量在1年內(nèi)的各個期限有一定的規(guī)律性，用戶用電電量的突增(減)或是無規(guī)律的不正?，F(xiàn)象都會有一定的竊電嫌疑。

(3) 功率因數(shù)。用戶正常使用電能的過程中，功率因數(shù)是一個相對穩(wěn)定的指標，其加權(quán)平均功率因數(shù)也是一個較為穩(wěn)定的指標，與電能的使用時間基本無關(guān)。若檢測裝置發(fā)現(xiàn)用戶的功率因數(shù)隨用電時間變化時，即表明該用戶有竊電嫌疑。

(4) 微機掃描情況。微機掃描情況主要是指采樣點處于微機掃描的情況下出現(xiàn)異常，該狀態(tài)下的用戶竊電概率將大于出現(xiàn)異常的用戶。

(5) 三相不平衡率。三相不平衡率用來表示電壓的異常變化情況，一般表現(xiàn)為欠壓狀態(tài)，可以用公式表示為

其中，umax，umin分別表示最大、最小電壓值。

(6) 合同容量比。電力用戶同電網(wǎng)公司簽訂的合同容量和用戶的月用電量有著直接的對應關(guān)系。

用戶正常用電情況下：

用戶用電存在竊電嫌疑時：

(7) 最大線損值。電能的損失同電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、輸送電能多少、管理狀況等都有著密不可分的關(guān)系。因此對電網(wǎng)的損失進行分壓、分地區(qū)、分線路統(tǒng)計分析是很有必要的。在電能的輸送過程中因各種原因會導致能量或多或少的損耗，任一供電公司的歷史線損數(shù)據(jù)均在一定范圍值內(nèi)波動。以最大線損值作為參考標準，若線損率超過該值，即表明存在竊電行為。

(8) 臺區(qū)線損。各臺區(qū)線損有著相應的數(shù)據(jù)范圍，供電公司通過實時監(jiān)測臺區(qū)的線損情況，可以判斷該臺區(qū)是否存在用戶竊電行為。

4.3 反竊電處理流程

雖然竊電方式千奇百怪，但最終結(jié)果都是：計量所得的實際電量小于用戶實際使用的電量。通過用電信息采集系統(tǒng)連續(xù)不斷地監(jiān)測用戶的用電和計量狀態(tài)，監(jiān)測電壓、電流、功率、電量等參數(shù)的異常變化或反映的參數(shù)異常變化，及時安排用電檢查人員進行突擊檢查，不但能及時發(fā)現(xiàn)和制止竊電行為，還能夠提高破案的準確性和縮短破案時間。

反竊電的流程主要包括以下幾步。

(1) 在線監(jiān)測與智能判斷。根據(jù)現(xiàn)場所采集的實時數(shù)據(jù)進行相關(guān)因素分析，包括對電壓(失壓)、電流(失流)、缺相、掉電等因素進行分析。

(2) 多維分析。根據(jù)某流程中的相關(guān)信息，進行輔助分析，以此來驗證該流程的事件分析精確性。

(3) 關(guān)聯(lián)分析。針對分析事件的用戶信息、用戶檔案、電能表和終端資產(chǎn)檔案、計量信息、接線方式和數(shù)據(jù)采集情況，檢查用戶電量數(shù)據(jù)的完整性及對一次側(cè)、二次側(cè)的功率差分析等信息。

(4) 智能診斷。分析用戶歸檔的異常信息和異常處理流程，結(jié)合臺區(qū)線損、線路線損率，綜合分析竊電異常事件的準確性和嚴重等級，從而實現(xiàn)精益化管理。

4.4 反竊電實施效果

用電信息采集系統(tǒng)為電力營銷信息化工作做出了很大的貢獻，具體表現(xiàn)為以下幾點。

(1) 有效提高竊電查處的針對性。用電信息采集系統(tǒng)實用化與反竊電模型下的工作新模式有機結(jié)合，明確了現(xiàn)場突擊檢查方向，有針對性地對竊電行為進行查處。

(2) 提高了反竊電的工作效率。分析以往的竊電案例可以看出，竊電行為均發(fā)生在非工作日，此時營銷人員無法實時防范竊電行為。用電信息采集系統(tǒng)反竊電技術(shù)的應用，可以全方位地監(jiān)控電力用戶的用電行為，出現(xiàn)竊電及時告警，提高了反竊電的工作效率、減少了員工的工作量。

(3) 有力震懾電力用戶，使其自覺停止竊電行為。反竊電技術(shù)的實施，一方面對竊電行為的用戶進行有效查處;另一方面對竊電用戶形成一定的威懾力，使其能自覺停止竊電。