國網(wǎng)陜西省電力有限公司黃陵縣供電分公司 劉 杰 何明豹 呼延峰 王 旭

1 課題來源及背景

隨著物聯(lián)網(wǎng)的普及、階梯計費的推行、智慧城市的建設(shè)以及國家節(jié)能減排政策的深入推廣，用戶用電、用水、用氣、用熱等用能信息越來越顯得重要，而如何能快速、經(jīng)濟、準(zhǔn)確地收集到這些信息并實現(xiàn)信息共享成了擺在各級政府，以及各行各業(yè)企事業(yè)單位面前的問題。到目前為止，由于電、水、氣、熱分屬不同行業(yè)管理且各行各業(yè)技術(shù)發(fā)展不盡均衡，自動化水平迥異，除電網(wǎng)公司電表外，相當(dāng)一部分水、氣、熱表屬于機械或機電一體化產(chǎn)品，缺乏自動操控的裝置，智能化、自動化程度低，只能局部或小范圍實行自動抄收，很難大規(guī)模實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄收，許多客戶仍停留在人工抄表、半人工抄表階段，無法高效、便捷、靈活、及時地獲取客戶用能信息及提供用能服務(wù)，致使政府在科學(xué)制定節(jié)能降耗決策和減排策略方面缺少數(shù)據(jù)支撐。

國家電網(wǎng)公司作為電力能源行業(yè)央企，在電網(wǎng)信息采集方面有豐富的經(jīng)驗和先進(jìn)的技術(shù)，在此背景下提出多表集抄系統(tǒng)，旨在用電力系統(tǒng)成熟穩(wěn)定的通信技術(shù)、設(shè)備、鏈路和平臺，將水、電、氣、熱表信息統(tǒng)一采集上來供政府及各行業(yè)用戶使用。

多表集抄系統(tǒng)技術(shù)路線基于國家電網(wǎng)公司已成熟的用電信息采集技術(shù)和現(xiàn)成的裝備，實行分類計量，采用統(tǒng)一的采集設(shè)備、統(tǒng)一的信息通道、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理軟件平臺，實現(xiàn)水、電、氣、熱等能源消費信息的一體化管理及綜合能源服務(wù)，為智慧城市建設(shè)及城市綠色發(fā)展提供數(shù)據(jù)保障。

2 課題研究的目的、意義

一是電、水、氣、熱等多種計量表互聯(lián)、集抄已上升為國家戰(zhàn)略層面的規(guī)劃。

二是2015年7月，國家發(fā)改委發(fā)文，支持電、水、氣、熱集采集抄，建設(shè)跨行業(yè)能源運行動態(tài)數(shù)據(jù)集成平臺，鼓勵能源與信息基礎(chǔ)設(shè)施共享復(fù)用[1]。

三是2016年2月初，國家電網(wǎng)公司關(guān)于全面推薦智能計量體系建設(shè)的意見，提出大力推進(jìn)“多表集抄”采集應(yīng)用。

圖1 課題的目的

圖2 課題的意義

四是2016年2月底，國家發(fā)改委、國家能源局、工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》。提出“發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的智能終端高級量測系統(tǒng)及其配套設(shè)備，促進(jìn)電、水、氣、熱的遠(yuǎn)程自動集采集抄，實現(xiàn)多表合一。政府迫切需要建立統(tǒng)一的“互聯(lián)網(wǎng)+”服務(wù)平臺，落實國家智慧城市發(fā)展戰(zhàn)略，提升全社會用能服務(wù)水平，降低公共事業(yè)綜合運營成本，滿足政府、企業(yè)和客戶的高效、便捷、靈活、互動用能服務(wù)需求。

3 多表集抄的基本工作原理

多表集抄有別于傳統(tǒng)的民用“四表”抄表系統(tǒng)，傳統(tǒng)的抄表系統(tǒng)是電、水、氣、熱四種表計通過自己獨立的采集設(shè)備和鏈路將各自現(xiàn)場的計量信息，上傳到自己的主站或平臺，然后將各行業(yè)用能數(shù)據(jù)匯集到能源數(shù)據(jù)平臺，達(dá)到一種四表集抄的效果，即建立一個公共數(shù)據(jù)平臺和一個總站，通過各自的采集設(shè)備把數(shù)據(jù)傳輸上去，達(dá)到所有的能源數(shù)據(jù)的集中管理的效果。這種數(shù)據(jù)采集方式不能稱之為多表集抄，因為現(xiàn)場采集設(shè)備安裝和維護方面都各自為政，采集設(shè)備種類繁多，傳輸鏈路龐大且相互獨立，投資多、維護不方便，雖然數(shù)據(jù)是可以采集到一個公共的管理平臺，但不是真正的多表集抄。

多表集抄的技術(shù)目前比較多樣，主要是基于計量終端、通訊傳輸信道、數(shù)據(jù)應(yīng)用軟件三部分組成。電量采集保持原有用電信息采集系統(tǒng)中電能表通訊模式，其他計量儀表則利用互聯(lián)終端（接口轉(zhuǎn)換器）將不同通信接口的水、氣、熱表數(shù)據(jù)采集后利用電網(wǎng)既有的通訊方式上傳至集中器，而后集中器將所有的儀表數(shù)據(jù)上傳至軟件平臺。多表集抄系統(tǒng)采用統(tǒng)一的采集設(shè)備、統(tǒng)一的信息通道、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理平臺，既利用了國家電網(wǎng)公司成熟的數(shù)據(jù)采集技術(shù)及設(shè)備，又復(fù)用了電網(wǎng)采集系統(tǒng)通訊鏈路，既安全又可靠，同時又有國網(wǎng)公司成熟的技術(shù)團隊做服務(wù)保障，水、熱、氣等其他行業(yè)用戶只要從軟件平臺共享自己的數(shù)據(jù)便可，既經(jīng)濟又方便同時又實現(xiàn)了水電氣熱等用能數(shù)據(jù)的融合。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.1 系統(tǒng)方案

本系統(tǒng)由計量采集終端（水、電、氣、熱表）、數(shù)據(jù)集中采集器、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、云平臺等部分組成，計量采集終端分別計量用戶現(xiàn)場的用水量、用熱量（冷）、用氣量及用電量等用能信息，利用現(xiàn)場總線、小無線等方式通過電力數(shù)據(jù)采集器集中抄收各類用能信息并利用電網(wǎng)成熟的方式集中上傳到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，應(yīng)用云平臺從服務(wù)器索取數(shù)據(jù)并進(jìn)行相應(yīng)的處理供各類不同用戶應(yīng)用，同時上傳下達(dá)各類用戶對現(xiàn)場用能裝置的管理，實現(xiàn)對現(xiàn)場用戶的綜合能源管控及服務(wù)，為智慧社區(qū)、智慧城市建設(shè)提供用有效保障。

3.2 軟件平臺

軟件平臺采集和處理來自用戶現(xiàn)場的各類用能信息，分類統(tǒng)計客戶各項能耗（水、電、暖、氣）信息并進(jìn)行分析、存儲，為客戶計量收費、節(jié)能降耗、能耗考核、能耗實時監(jiān)控提供可靠依據(jù)，切實提高能源利用效率，降低能源使用費用；同時，各類不同用戶可以根據(jù)自己的需要和權(quán)限共享各類用能數(shù)據(jù)，完成各自能源交易和能源管控，充分利用用能信息大數(shù)據(jù)，開展深層次數(shù)據(jù)分析，拓寬服務(wù)渠道及收入來源，并通過數(shù)據(jù)綜合利用及其衍生軟件、APP應(yīng)用，拓展增值業(yè)務(wù)領(lǐng)域，拓寬企業(yè)服務(wù)范圍。

圖4 軟件平臺功能框圖

3.3 系統(tǒng)構(gòu)成要素

一是表計互聯(lián)系統(tǒng)由用戶計量表計（電、水、氣、熱）、互聯(lián)終端、集中器、信息采集系統(tǒng)組成。

二是電能表數(shù)據(jù)直接上傳集中器。

三是互聯(lián)終端負(fù)責(zé)水、氣、熱表數(shù)據(jù)的采集、存儲，將采集到的表計數(shù)據(jù)通過信息采集系統(tǒng)信道上傳集中器。

四是集中器是全網(wǎng)管理的主要設(shè)備，負(fù)責(zé)全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)維護、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制、主站系統(tǒng)交互等作用。

五是采集系統(tǒng)作為大數(shù)據(jù)管理平臺，覆蓋率高，安全穩(wěn)定。

六是數(shù)據(jù)庫設(shè)計將儀表類型、儀表檔案、客戶檔案、收費類型、收費明細(xì)、收費記錄等采用統(tǒng)一格式，而將不同類型儀表差異通過分別設(shè)計“儀表信息”進(jìn)行整合，這樣一來，既使得整體上的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)一致，又盡可能避免建立過多的數(shù)據(jù)表存儲而增加設(shè)計難度。

七是系統(tǒng)接口兼容成熟的RS-485技術(shù)、M-BUS方式、微功率小無線模式、NB-IoT物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、CAT-1模塊、HPLC模塊、GPRS模塊等。

圖5 計量表（水、電、氣、熱表）

圖6 集抄系統(tǒng)圖

3.4 產(chǎn)品布局

2016年以來，國家電網(wǎng)公司利用在管理模式、運營基礎(chǔ)、技術(shù)儲備、資金保障等方面具的優(yōu)勢，緊密結(jié)合智慧城市建設(shè)契機，服務(wù)于國家工作大局，引領(lǐng)智能用能發(fā)展方向，實現(xiàn)國家戰(zhàn)略及企業(yè)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。國網(wǎng)公司依托智能電網(wǎng)資源，充分利用多年來在電網(wǎng)營配自動化尤其是用電信息采集、管理方面的經(jīng)驗、技術(shù)及相關(guān)產(chǎn)品，結(jié)合市場水、電、氣、熱表的產(chǎn)品特點，積極組織國網(wǎng)體系科研院所、企事業(yè)單位進(jìn)行多表集抄項目試點，從技術(shù)路線、產(chǎn)品選型、項目實施和運維等方面進(jìn)行有效探索，以點帶面，多點開花。

現(xiàn)階段多表集抄系統(tǒng)建設(shè)普遍以電能表廠家為主，由于國網(wǎng)公司發(fā)展多年，電能表、抄表系統(tǒng)更新?lián)Q代多次，從早期的RS-485通訊到后來的低速PLC電力載波通訊、Lora無線通信、GPRS通訊、高速電力載波HPLC通訊，到現(xiàn)在的IOT物聯(lián)網(wǎng)通訊，技術(shù)非常成熟，系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，國網(wǎng)配套有幾十家大型的電能表廠家，廠家研發(fā)、生產(chǎn)制造各類電能表、抄表系統(tǒng)多年，有雄厚的研發(fā)實力和豐富的現(xiàn)場運行經(jīng)驗，有的廠家同時兼營水電氣熱表，如陜西銀河電力儀表有限公司，作為多種計量表計的專業(yè)生產(chǎn)廠家，一方面從事智能電表、水表、熱表、氣表的設(shè)計，另一方面為用戶提供計量產(chǎn)品系統(tǒng)解決方案。同時，針對能源綜合管理、國家電網(wǎng)多表合一的市場需求，結(jié)合數(shù)10年的生產(chǎn)施工經(jīng)驗，該公司自主開發(fā)的水、氣、熱表互聯(lián)終端，符合國網(wǎng)《Q/GDW 1374.2-2013規(guī)約》及國標(biāo)《DL/T 645-2007規(guī)約》《CJ/T 188-2004規(guī)約》，采用多種通信技術(shù)，是目前行業(yè)內(nèi)接口規(guī)約完備的一款標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，完全兼容市場上不同類型的水、氣、熱表。

互聯(lián)集抄系統(tǒng)將城市中的電、水、氣、熱等能源數(shù)據(jù)上傳至統(tǒng)一的大數(shù)據(jù)平臺，智能化統(tǒng)籌供給，動態(tài)調(diào)配，實現(xiàn)資源整合、能耗監(jiān)測、節(jié)能增效、安全用能，向各類用戶提供計量、抄表、結(jié)算、收費、開票及多樣化的增值服務(wù)，該公司曾配合國網(wǎng)陜西電力公司實施延安供電局、銅川供電局多表集抄系統(tǒng)試點項目，受到國網(wǎng)公司及用戶的好評。

通過這幾年國網(wǎng)各省網(wǎng)公司多表集抄項目的試點實施，有效整合了用能服務(wù)體系，減少了基礎(chǔ)設(shè)施重復(fù)投資、降低了公共設(shè)施運營成本，受惠于百姓。該課題項目的實施體現(xiàn)了國網(wǎng)大企業(yè)的擔(dān)當(dāng)，實現(xiàn)了政府、企業(yè)、客戶三方利益的有機協(xié)同，保障了多表集抄項目運營模式的可持續(xù)發(fā)展。同時，通過項目的實施，將電網(wǎng)成熟的信息采集及應(yīng)用技術(shù)方案、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計和通信規(guī)約推廣至其他行業(yè)，促進(jìn)了水、氣、熱等行業(yè)相關(guān)產(chǎn)品升級改造，大幅提升了水表、熱表、燃?xì)獗淼某砑皶r率、準(zhǔn)確率和客戶滿意率，為后續(xù)實現(xiàn)跨行業(yè)信息互聯(lián)互通、綜合能源服務(wù)體系的建設(shè)奠定基礎(chǔ)，有力支撐了智慧城市的建設(shè)和多能互補智能用能的推廣。

4 系統(tǒng)實施

4.1 系統(tǒng)建設(shè)

系統(tǒng)實施以互聯(lián)網(wǎng)+及公共服務(wù)為宗旨，以智慧能源信息化、數(shù)字化的深入融合和創(chuàng)新發(fā)展為出發(fā)點，由電網(wǎng)公司牽頭組織協(xié)調(diào)，水、熱、氣其他部門配合共同實施，依托電網(wǎng)成熟可靠的信息采集網(wǎng)絡(luò)，創(chuàng)新實踐規(guī)范化、可復(fù)制的綜合能源采集方法及管理模式，推動智慧城市綜合能源管控及城市多能互補節(jié)能減排的發(fā)展，為國家“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)提供必要的技術(shù)手段，具體工作從以下幾點入手：

一是夯實規(guī)范化運作基礎(chǔ)，實現(xiàn)管控手段創(chuàng)新；二是營造協(xié)同化共贏環(huán)境，實現(xiàn)合作方式創(chuàng)新；三是統(tǒng)一一體化采集要求，實現(xiàn)技術(shù)方案創(chuàng)新；四是實施差異化服務(wù)策略，實現(xiàn)服務(wù)內(nèi)容創(chuàng)新；五是探索可持續(xù)化發(fā)展模式，實現(xiàn)商業(yè)運營創(chuàng)新。

4.2 系統(tǒng)運維

一是電網(wǎng)公司統(tǒng)一管理、維護軟件平臺，利用權(quán)限與政府、各行業(yè)分享數(shù)據(jù)資源。二是電網(wǎng)公司為水務(wù)公司、熱力公司、燃?xì)夤敬S代管，進(jìn)行有償服務(wù)，實現(xiàn)人力資源、繳費網(wǎng)點資源（營業(yè)廳、自劣繳費終端、社會化代收網(wǎng)點）和電子化繳費方式（微信、支付寶、95598網(wǎng)站、電e寶等）共享。三是電網(wǎng)公司統(tǒng)籌管理，靈活統(tǒng)計、分析各類能源的供應(yīng)量、銷售量和損耗率等信息，為配置損耗模型、加強能耗管理提供可靠依據(jù)，為政府制訂能源規(guī)劃、能源調(diào)度提供有效的信息。四是為各行業(yè)、企業(yè)經(jīng)營管理提供數(shù)據(jù)庫連接，各類客戶利用自己的權(quán)限共享相關(guān)的信息資源。

5 社會及經(jīng)濟效益

5.1 課題項目實施的內(nèi)容

國家電網(wǎng)公司積極組織各省網(wǎng)公司開展試點工作，通過招標(biāo)方式邀請行業(yè)內(nèi)電表企業(yè)、信息化通訊公司參與試點項目實施，2016年試點150萬戶，“十三五”期間計劃完成2000萬戶的建設(shè)。根據(jù)規(guī)劃，2020年有近10億只水、氣、熱表的接入的市場需求。

5.2 課題項目實施的意義

階梯計費、節(jié)能政策要推廣，能源互聯(lián)網(wǎng)要發(fā)揮作用，首先要解決用戶用電、用水、用氣、用熱等能源的精準(zhǔn)計量、實時監(jiān)測、大數(shù)據(jù)分析和管理，進(jìn)一步建立共享、開放、統(tǒng)一的公用事業(yè)能耗管理平臺。多表集抄項目的建設(shè)，對提升管理理念，宣傳普及節(jié)能意識，引導(dǎo)合理消費具有長遠(yuǎn)意義。項目的推廣，將為用戶提供便捷、人性化的增值服務(wù)體驗，為公用事業(yè)管理單位提供超預(yù)期、有價值的綜合分析管理平臺和增值服務(wù)。是貫徹綠色發(fā)展理念，建設(shè)智慧城市，實現(xiàn)經(jīng)濟轉(zhuǎn)型升級、實施節(jié)能減排的具體手段。