摘要：本文通过对多种用电信息采集方案进行分析、对比，并对其通信框架图进行逐级分解，分析多级用电信息采集系统和两级用电信息采集系统的优劣点，同时针对该内蒙古包头供电局的特殊性，制定与之相匹配的个性化两级用电信息采集系统，为现场复杂的数据集采情况提供更为优化的集采方案。
关键字：电力系统、用电信息采集系统、通信系统、大用户套表、GPRS、PLC
一、背景
我国现有的电网用电信息采集方案，基本上可以分为以下几类，第一类是以主站、公变终端、采集器、电表，四级通信产品构成的采集方案，第二类是以主站、公变终端、电表，三级通信产品解决方案构成的采集方案；这些方案，对于全新的电力网络安装区域，可实现现场各用户的数据采集，而对于部分老小区或已建成的电力用电网络等，需要更新或者重建的用电网络，由于现场布线、产品位置、通信信号等原因，无法满足四级或三级通信网络的网络结构建设。从电力管理制度建设、电力运行方式控制、电网规划等方面进行全面的分析，但是对整体网络架构未进行全面的分析，本文将在此基础上进行论述。
内蒙古电网位于华北电网的末端，是华北电网的重要组成部分，现在面对内蒙古包头供电局大工业套表集中安置在电表箱内，而且无法及时将电表数据上传到主站系统的情况，为用电信息数据的采集、费控、后续电表的维护、故障排查等工作带来了特别大的难度；同时，现场的已有情况也不允许加装新的采集终端。所以，在此情况下，一种新的解决方案亟需提出。
二、多种用电信息采集方案分析
现在用电信息采集系统的本地通信主要有电力线载波（PLC）、RS485总线和短距离无线三种方式，PLC在不同台区线路通信成功率有较大差异，还不能达到实时可靠通信；RS485初始安装工程量比较大，对安装工人的要求较高；无线天生具有无法穿越屏蔽、容易受到干扰的缺点，因此在用电信息采集主站和智能电表之间必须建立一个实时、可靠而且成本较低的通信通道。
2.1四级用电信息采集方案
四级的用电信息采集方案，电表与采集器采用RS485总线方式进行通信，采集器与公变终端通过载波（宽带/窄带，简称PLC）或者是微功率无线方式进行通信，公变终端与主站系统通过GPRS/以太网/光纤进行通信；从而构成了四级的用电信息采集方案。
2.2四级用电信息采集方案特点
采用该系统时，对各种通信方式的可靠性要求较高，电表与采集器通信需要通过RS485总线方式进行通信，而该方案需要去施工前期进行布线，安装相对复杂，施工调试复杂，总线式的网络结构，如果单点异常，易造成全网络不通，该通信方式在用电信息采集时，需要电能表安置相对集中的台区，电表箱规范，抄表使用的485连接线不容易被损坏的区域；另外，采集器与公变终端通过PLC通信，宽带载波存在高频信号衰减较快问题，在长距离通信中需要中继组网，而窄带载波则通信易受干扰，通信实时性差，两种载波方式都对线路情况有一定的要求，该方式通信也对电表安装位置有要求，同样要求电表安装集中，电力线布置相对规范的台区，宽带载波通信速率较高，可以适用于对通信速率要求较高的区域；公变终端与主站通过GPRS/以太网进行通信，该通信方式，可永久在线，传输速率高，可准确传输电网数据。
2.3三级用电信息采集方案
三级的用电信息采集方案，电表与采集器采用RS485总线/PLC方式进行通信，公变终端与主站系统通过GPRS/以太网/光纤进行通信；从而构成了三级的用电信息采集方案。
2.4三级用电信息采集方案特点
采用该系统时，与四级用电信息采集方案一样对各种通信方式的可靠性要求较高，多种通信方式中，任何一种有故障，都会整个数据采集系统造成影响，从而导致数据抄读失败或者是错误，对网络中各个产品的可靠性、电力线路的实时情况、RS485线路的布线情况、GPRS/以太网的通信网络的实时情况依赖度较高，同时加装了公变终端产品，增加了施工成本，而现场环境下，也无法加装公变终端，所以该方案也无法在内蒙古该项目中实施。
以上两种方案中，均采用到了PLC载波方案，而对于大工业用户而言，其使用范围内电力线路中干扰较大，无法使用PLC载波方式通信，如要采用，必须要每个电表配置相应的公变终端或者公变终端+采集器的方案，在这种方案的情况下，项目整体费用将直接大幅度上涨，故不建议采用以上两种方案。
2.5两级用电信息采集方案
通过以上两个多级用电信息采集方案的梳理，不难看出，无论是四级系统还是三级系统，都无法满足现场的需求，在此情况下，一种新的用电信息采集方案亟需提出。针对内蒙古项目现场的特殊情况，由于无法加装公变终端产品，但为了按时准确的上报数据至主站系统，就需要有一个产品可替代公变终端的功能，完成数据上送主站的工作。
在我国电网系统中，有一款产品可以满足这个功能，网络表由基表和无线（GPRS/CDMA）通讯模块两部分组成，基表部分负责计量功能，通讯模块采取是模块化设计，并与基表相对独立，采用单独的CPU进行管理，不影响表计计量，符合多功能电能表的定义，网络表模块具有网络通信接口，满足数据远传、实时监测、电能量上网、电能表网络化的需要，适用于大用户、配变、台变以及各类企事业单位需要电能表组网的场合。
三、实际应用案例场景分析
针对包头供电局大工业套表集中安置在电表箱内，以及其表箱内的空间不适合再次添加终端实现远程抄表的情况，为用电信息数据的采集、费控、后续电表的维护、故障排查等工作带来了特别大的难度；基于以上的分析论证，综合对比各种采集方案的特点，基于两级用电信息采集方案具有的独特优势，与包头供电局的具体情况相结合，两级用电信息采集方案无疑是最好的选择，电能表作为用电计量的设备，从机械表到今天的智能型电能表，它已不是单一计量电量的仪表，而是具有采集、监控、传输等多功能的网络终端装置。
在此情况下，包头电力局与威胜集团有限公司合作，研发了GPRS DTZY331-G型三相费控智能电能表，该表可以在三相表规格的基础上，增加了GPRS模块，实现了电能量远程上送主站、远程费控功能，从而进一步的开展全封闭线路的线损在线实时分析计算工作，可以有效的解决目前包头供电局的部分区域无法实现315kVA以下大规模分散计量点套表抄读的问题。
包头供电局本次采用两级用电信息采集方案架构后，由于网络表本身携带的GPRS模块通信方式，可与主站系统直接相连，GPRS无线通信数据传输技术应用广泛，网络成熟稳定，使用资费低廉。现在创新性地将GPRS通信技术和电能表计量技术有效结合为一体，为电力应用提供了一种优质的数据远传方式，可用于电力局普通居民电能表电能数据采集系统，以达到提高用电数据采集成功率的目的。还可适用于计量点分布范围较广，同时需要电能量远传的用电场合。
同时，包头供电局在采用该方案后，无需在现场重新增加终端，对原有的安装环境也无需进行调整，只需要对现有电表进行轮换处理，即可进行现场数据上送，整体项目建设时间短，上线率高，采集成功率高，成本较低，可为其他地区类似案例项目提供经验支撑。本次提出了一种全新的网络表解决方案，实现了远程数据准确上传，为包头供电局及类似现场案例提供一种更好的用电信息采集方案；线路全部实现数据采集全封闭，为线损实时分析打下了坚实基础。
四、数据对比分析
4.1用电信息采集方案对比
上文主要对几种用电信息采集方案进行分析对比，下面，以包头供电局实际应用的情况额实际数据为例，将以上几种用电信息采集方案对外界的依赖因素，以及其在包头供电局实际应用中的工程造价进行对比，详见表1。
表1 用电信息采集方案对比
在上表中，不难看出，多级系统依赖的因素较多，其中任一条件出现故障，都有可能导致用电数据无法及时送达，数据准确程度也受到影响；而且本次包头供电局整体项目造价也呈递减趋势，优化后的用电信息采集方案相比依赖因素也呈降低状态，数据准确率也得到提升，造价下降约60%，具有明显的价格优势。
4.2抄表数据对比
在包头供电局采用两级的用电信息采集器方案之后，与之前的现场采集方式，采集成功率情况做对比，详见表2。
表2 采集数据对比
在上表中，可以看出，包头供电局在采用新的采集方案后，由于数据采集依赖的因素大幅度减少，和数据准确率依赖因素减少，现场数据的采集成功率由原来的65%提升到了100%，提升了35%，有效避免了套表估抄、漏抄的问题，实现了现场抄表率100%，线路全部实现数据采集全封闭，具有独特的网络优势。
五、结论
通过以上，可以得到以下结论，包头供电局现场创新性的应用这种全新网络表的用电信息采集方案后，有更明显的优势，其工程造价下降约60%，维护成本较低，通信方式快速、可靠；采集数据更为准确，采集成功率提升至100%；节省了大量的人力、物力，为部分难以增加采集终端的区域，以及无法布线的区域提供更好的用电信息采集方案；集采线路全部实现数据采集全封闭，为后续的线损实时分析打下了坚实基础。
论文作者:乔建峰,宋聪月
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
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