隨著電力市場(chǎng)化改革的不斷深入，居民用戶用電信息的采集方式也發(fā)生了較大變化，人工抄表收費(fèi)的方法已不能適應(yīng)現(xiàn)代化管理的要求，解決中低壓用戶的抄表收費(fèi)問題開始提到日程，遠(yuǎn)方集中抄表技術(shù)成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。從20世紀(jì)90年代至今，中國(guó)的電力公司根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需要建立了針對(duì)不同類型用戶的電能信息采集系統(tǒng)，主要包括關(guān)口電能量采集系統(tǒng)、電力負(fù)荷管理系統(tǒng)、客戶電能量采集系統(tǒng)、低壓集中抄表系統(tǒng)和配電自動(dòng)化系統(tǒng)。但這些系統(tǒng)由網(wǎng)省、地市公司自行建設(shè)，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)，只能實(shí)現(xiàn)對(duì)部分用戶的電能信息采集和初級(jí)功能應(yīng)用，營(yíng)銷人員無(wú)法及時(shí)、準(zhǔn)確、全面地掌握所有用戶的用電信息，不能滿足營(yíng)銷業(yè)務(wù)應(yīng)用的需要。

　　為適應(yīng)電力市場(chǎng)化運(yùn)作和營(yíng)銷現(xiàn)代化建設(shè)的要求，需要全面建設(shè)電力用戶用電信息采集系統(tǒng)，提升企業(yè)集約化、精益化和標(biāo)準(zhǔn)化管理水平，改變長(zhǎng)期以來不能及時(shí)準(zhǔn)確掌控電力用戶用電信息的局面，滿足電力企業(yè)各層面、各專業(yè)對(duì)用電信息的迫切需求。2008年9月，國(guó)家電網(wǎng)公司啟動(dòng)了“計(jì)量、抄表、收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)”項(xiàng)目研究工作，在公司系統(tǒng)范圍內(nèi)，統(tǒng)一了智能電能表和用電信息采集系統(tǒng)的技術(shù)規(guī)范，對(duì)智能電能表和用電信息采集終端的外形結(jié)構(gòu)、功能配置、可靠性要求、通信協(xié)議、信息交換安全認(rèn)證、驗(yàn)收檢驗(yàn)等方面都提出了具體要求，形成了智能電能表的12項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和用電信息采集終端的24項(xiàng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開發(fā)、生產(chǎn)制造和規(guī)模化應(yīng)用提供了系統(tǒng)性的基礎(chǔ)技術(shù)文件，為智能電網(wǎng)工作的穩(wěn)步推進(jìn)和用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)提供支撐和保障。

　　2009年以來，國(guó)家電網(wǎng)公司以“全覆蓋、全采集、全費(fèi)控”為建設(shè)目標(biāo)，按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一實(shí)施”的原則推動(dòng)智能電能表應(yīng)用和用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)。

　　截至2015年年底，國(guó)家電網(wǎng)公司累計(jì)安裝智能電能表2.9億只，實(shí)現(xiàn)采集2.95億戶，采集覆蓋率為71%，自動(dòng)抄表核算率超過97%。國(guó)家電網(wǎng)公司智能電能表應(yīng)用量占全球的一半，采集系統(tǒng)成為世界上最大的電能計(jì)量自動(dòng)化系統(tǒng)，不僅為生產(chǎn)、運(yùn)營(yíng)監(jiān)控分析系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，還為大數(shù)據(jù)管理、云計(jì)算應(yīng)用提供了海量數(shù)據(jù)支撐。

　　目前，國(guó)家電網(wǎng)公司系統(tǒng)27個(gè)省公司的采集系統(tǒng)主站建設(shè)已全部完成并投入運(yùn)行，采集數(shù)據(jù)在抄表收費(fèi)、營(yíng)業(yè)稽查、線損分析、業(yè)擴(kuò)報(bào)裝、故障搶修、有序用電、互動(dòng)服務(wù)、電力交易、配電網(wǎng)運(yùn)行與電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)等多項(xiàng)業(yè)務(wù)中得到應(yīng)用。中國(guó)用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用提高了用電信息采集自動(dòng)化水平，提高了線損分析的準(zhǔn)確性和時(shí)效性，對(duì)于提升客戶服務(wù)能力、滿足客戶多元化需求、制定有序用電方案、保障電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要意義。

　　用電信息采集系統(tǒng)構(gòu)成

　　用電信息采集系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，是SG186營(yíng)銷業(yè)務(wù)應(yīng)用重要的數(shù)據(jù)支撐平臺(tái)。采集系統(tǒng)物理結(jié)構(gòu)由采集主站層、遠(yuǎn)程通信信道層、采集設(shè)備層、本地通信信道層和電能表層組成，詳見下圖。采集系統(tǒng)是通過對(duì)配電變壓器和終端用戶用電數(shù)據(jù)的采集和分析，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表、用電監(jiān)控、階梯電價(jià)執(zhí)行、有序用電、負(fù)荷管理、線損分析等功能，最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)抄表出費(fèi)、推廣費(fèi)控管理、加強(qiáng)用電檢查和需求側(cè)管理、提升用戶互動(dòng)服務(wù)水平和降損增效等目的。

　?。?）采集系統(tǒng)主站是對(duì)電力用戶的用電信息進(jìn)行收集、處理和實(shí)時(shí)監(jiān)控的核心，可實(shí)現(xiàn)用電信息的自動(dòng)采集、計(jì)量異常監(jiān)測(cè)、電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、用電分析和管理、相關(guān)信息發(fā)布、分布式能源監(jiān)控、智能用電設(shè)備的信息交互等功能。主站系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、磁盤陣列、應(yīng)用服務(wù)器、前置服務(wù)器、接口服務(wù)器、工作站、全球定位系統(tǒng)(GPS)時(shí)鐘、防火墻以及相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成。

　?。?）遠(yuǎn)程通信通道是指各類采集終端與采集系統(tǒng)主站之間的通信接入信道。遠(yuǎn)程通信技術(shù)包括：GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)、光纖專網(wǎng)、230MHz無(wú)線專網(wǎng)、有線電視通信網(wǎng)、中壓電力線載波等。

　　（3）用電信息采集終端是對(duì)各信息采集點(diǎn)實(shí)現(xiàn)用電信息采集的中間設(shè)備，簡(jiǎn)稱采集終端。按應(yīng)用場(chǎng)所分為專變采集終端、集中抄表終端（包括集中器、采集器）等類型。目前公司的采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)了型式規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一，專變采集終端主要有3種型式（I型、II型、III型），集中器有2種型式（I型、II型），采集器有2種型式（I型、II型），采集系統(tǒng)主站通過通信信道和采集終端，實(shí)現(xiàn)電能表數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)雙向傳輸、轉(zhuǎn)發(fā)或控制命令的執(zhí)行等功能。

　　（4）本地通信信道是指采集終端之間、采集終端與電能表之間的通信接入信道。本地通信技術(shù)包括低壓電力線窄帶載波、RS-485總線、微功率無(wú)線、低壓電力線寬帶載波等。通信技術(shù)在采集系統(tǒng)中各業(yè)務(wù)之間的關(guān)系和部署模式如下圖所示。

　　采集系統(tǒng)通信部署模式有一段式、二段式和三段式三種模式。一段式部署沒有本地信道，通常是GPRS/CDMA無(wú)線公網(wǎng)、光纖專網(wǎng)等遠(yuǎn)程信道直接接入電能表；二段式和三段式部署中，遠(yuǎn)程信道僅負(fù)責(zé)主站至專變終端、集中器之間的通信，相當(dāng)于骨干網(wǎng)。專變終端、集中器通過本地信道接入電能表，相當(dāng)于接入網(wǎng)；二段式部署的本地信道由低壓電力線載波、微功率無(wú)線、RS-485等通信技術(shù)，直接由專變終端、集中器連接至電能表；三段式部署的本地信道由低壓電力線載波、微功率無(wú)線等通信技術(shù)由集中器連接至采集器，采集器再通過RS-485連接電能表。

　　用電信息采集系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)

　?。?）通信技術(shù)

　　通信技術(shù)是實(shí)現(xiàn)用電信息采集系統(tǒng)的基礎(chǔ)。目前，應(yīng)用于用電信息采集系統(tǒng)的通信技術(shù)主要有電力線載波通信、微功率無(wú)線通信、無(wú)線公網(wǎng)通信、無(wú)線專網(wǎng)230MHz通信和光纖通信。電力線載波通信施工方便，無(wú)需重新布線，但其通信的可靠性、實(shí)時(shí)性、穩(wěn)定性較差;微功率無(wú)線通信覆蓋范圍小，傳輸距離受障礙物影響大，現(xiàn)場(chǎng)同頻干擾現(xiàn)象嚴(yán)重;無(wú)線公網(wǎng)通信費(fèi)用較高，運(yùn)行維護(hù)及時(shí)性有待加強(qiáng)，局部地區(qū)信號(hào)弱、數(shù)據(jù)采集困難，尤其在緊急情況下容易造成信道擁堵;無(wú)線專網(wǎng)230MHz通信的接入容量有限，基站覆蓋范圍僅在30km左右，受地形地貌的影響，數(shù)據(jù)在傳輸過程中易受高層建筑物阻擋;光纖通信一次性投資大，成本較高，布線困難，工程量大。以上這些都是用電信息采集系統(tǒng)通信技術(shù)需要解決的關(guān)鍵問題。

　?。?）主站應(yīng)用技術(shù)

　　用電信息采集系統(tǒng)主站部署模式分為集中式和分布式兩種形式。

　　集中式部署模式投資成本較低、運(yùn)行維護(hù)統(tǒng)一，但故障影響范圍涉及面較廣，用戶數(shù)量應(yīng)低于500萬(wàn)戶，數(shù)據(jù)處理工作量大，任務(wù)繁重，對(duì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)處理能力要求較高。

　　分布式部署模式對(duì)企業(yè)內(nèi)部信息網(wǎng)的可靠性要求較低，網(wǎng)絡(luò)資源負(fù)擔(dān)小，但投資成本較高，對(duì)用戶數(shù)量在500萬(wàn)戶以上或地域面積過大的公司可采用省市兩級(jí)部署的應(yīng)用模式。在應(yīng)用層面，用電信息采集系統(tǒng)主站要滿足電費(fèi)結(jié)算和電量分析、線損統(tǒng)計(jì)分析和異常處理、電能計(jì)量裝置監(jiān)測(cè)、防竊電分析及供電質(zhì)量管理等業(yè)務(wù)需求。

　?。?）智能費(fèi)控技術(shù)

　　按照“全覆蓋、全采集、全費(fèi)控”的建設(shè)目標(biāo)，客戶用電管理模式采用智能費(fèi)控技術(shù)，用戶需要先交費(fèi)后用電。采集系統(tǒng)會(huì)連續(xù)采集用戶的用電情況，計(jì)算剩余電費(fèi)并顯示給用戶，在剩余電費(fèi)不多時(shí)提示用戶繳費(fèi)，并在剩余電費(fèi)為零時(shí)執(zhí)行跳閘操作。智能費(fèi)控技術(shù)由主站、采集終端和智能電能表多個(gè)環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)方式有主站費(fèi)控技術(shù)、采集終端費(fèi)控技術(shù)和智能電能表費(fèi)控技術(shù)3種，其適用范圍和工作要求如表1所示。

　　智能費(fèi)控技術(shù)對(duì)通信的響應(yīng)能力要求較高，由于目前本地通信主要采用電力線載波，因此，需要進(jìn)一步提高載波通信工作的實(shí)時(shí)性、可靠性與穩(wěn)定性，為實(shí)現(xiàn)智能費(fèi)控提供技術(shù)支撐。

　?。?）用電信息安全防護(hù)技術(shù)

　　由于用電信息采集系統(tǒng)采集信息量巨大、覆蓋面廣，面臨的安全隱患較多，需要針對(duì)采集系統(tǒng)各環(huán)節(jié)可能存在的安全隱患，全面實(shí)施安全防護(hù)體系建設(shè)方案。系統(tǒng)主站要部署高速密碼機(jī)，用于主站側(cè)數(shù)據(jù)的加解密，主要實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證、密鑰協(xié)商、密鑰更新、關(guān)鍵數(shù)據(jù)的加解密、消息認(rèn)證碼(messageauthenticationcode，MAC)計(jì)算和數(shù)據(jù)校驗(yàn)等功能。

　　專變采集終端、集中器和智能電能表中安裝安全加密模塊，用于采集設(shè)備與主站、智能電能表之間進(jìn)行的身份識(shí)別、安全認(rèn)證、關(guān)鍵信息和敏感信息安全傳輸，實(shí)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部數(shù)據(jù)的加解密，完成應(yīng)用層數(shù)據(jù)完整性、機(jī)密性、可用性和可靠性保護(hù)。密碼機(jī)和安全加密模塊均采用硬件加密，密碼機(jī)和采集終端的安全模塊集成有國(guó)家密碼管理局認(rèn)可的對(duì)稱密鑰加密算法和非對(duì)稱密鑰加密算法，智能電能表的安全模塊應(yīng)至少集成國(guó)家密碼管理局認(rèn)可的對(duì)稱密鑰加密算法。另外，安全接入平臺(tái)的推廣應(yīng)用進(jìn)一步完善了采集終端在各種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的實(shí)時(shí)監(jiān)控、安全接入、數(shù)據(jù)安全傳輸與交換、主動(dòng)防御預(yù)警等重要功能。

　　用電信息采集系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

　?。?）通信網(wǎng)接入技術(shù)

　　用電信息采集系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用需要實(shí)時(shí)、可靠的通信技術(shù)作為支撐，接入網(wǎng)通信技術(shù)系統(tǒng)接口豐富，組網(wǎng)靈活，支持?jǐn)?shù)據(jù)、語(yǔ)音、圖像等業(yè)務(wù)的一體

　　化接入，可以為用電信息采集、負(fù)荷監(jiān)測(cè)和控制提高安全可靠的通信通道。因此，需要對(duì)目前存在的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行分析，提出用電信息采集系統(tǒng)通信網(wǎng)技術(shù)體系，研究適用于智能電網(wǎng)和用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的通信網(wǎng)接入技術(shù)。

　?。?）信息共享與融合技術(shù)

　　由于用電信息采集系統(tǒng)還處于規(guī)?；ㄔO(shè)階段，與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)之間缺乏有效整合，集成化水平較低，信息資源共享和公共服務(wù)功能需要進(jìn)一步完善，在用電信息采集系統(tǒng)和既有營(yíng)銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過信息共享模式創(chuàng)新，利用數(shù)據(jù)采集手段和結(jié)果，針對(duì)系統(tǒng)的異構(gòu)性和信息共享實(shí)際需求，構(gòu)建基于面向服務(wù)架構(gòu)的用電信息采集系統(tǒng)信息共享與融合技術(shù)方案，解決不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用互操作的難題，為營(yíng)銷系統(tǒng)業(yè)務(wù)應(yīng)用提供多方位、多層次、多渠道的綜合用電信息服務(wù)。

　?。?）海量數(shù)據(jù)處理與分析應(yīng)用

　　國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域涉及全國(guó)27個(gè)省(直轄市、自治區(qū))，經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)用戶數(shù)量超過3億戶，其用電信息采集系統(tǒng)建立了全業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)模型，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合利用和功能的高級(jí)應(yīng)用。由于用戶數(shù)量多，采集數(shù)據(jù)量大，需要深入研究多線程處理、并行數(shù)據(jù)處理、批量數(shù)據(jù)處理、集群、負(fù)載均衡、分區(qū)存儲(chǔ)、容災(zāi)備份等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)和多任務(wù)的并發(fā)處理，提高主站運(yùn)行的可靠性。

　?。?）移動(dòng)作業(yè)技術(shù)

　　傳統(tǒng)的計(jì)量作業(yè)需要先打印工作單，再根據(jù)作業(yè)指導(dǎo)書進(jìn)行操作，現(xiàn)場(chǎng)工作完成后，將手工抄錄的客戶數(shù)據(jù)錄入至服務(wù)器，工作效率和準(zhǔn)確度較低。電力營(yíng)銷移動(dòng)作業(yè)支持系統(tǒng)是基于移動(dòng)作業(yè)平臺(tái)的電力移動(dòng)營(yíng)銷類業(yè)務(wù)應(yīng)用，可針對(duì)計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)任務(wù)，完成現(xiàn)場(chǎng)抄核收、用電檢查、業(yè)務(wù)辦理、計(jì)量作業(yè)、移動(dòng)地理信息系統(tǒng)(GIS)應(yīng)用、移動(dòng)知識(shí)庫(kù)、教育培訓(xùn)等功能，可有效提高工作人員的工作效率和數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，進(jìn)一步提升計(jì)量現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)的精細(xì)化管理水平，具有很好的應(yīng)用前景。

　?。?）基于三網(wǎng)融合的用電信息采集技術(shù)

　　圍繞中國(guó)建設(shè)智能電網(wǎng)的總體目標(biāo)，利用現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)和基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建完整的系統(tǒng)架構(gòu)，提出基于電信網(wǎng)、廣播電視網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)的用電信息采集技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視頻等業(yè)務(wù)的融合，可以節(jié)省很多通信線路投資和運(yùn)行費(fèi)用，提高網(wǎng)絡(luò)的綜合運(yùn)營(yíng)效率和系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、實(shí)時(shí)性、經(jīng)濟(jì)性，在節(jié)能環(huán)保方面優(yōu)勢(shì)明顯，同時(shí)為用戶提供更加便利和現(xiàn)代化的生活方式。

　?。?）智能用電雙向交互技術(shù)

　　智能用電雙向交互借助于用電信息采集系統(tǒng)建成的光纖信道和小區(qū)內(nèi)電力線載波信道，采集和分析用電信息、電能質(zhì)量等數(shù)據(jù)，監(jiān)控與管理家庭用電設(shè)備，基于網(wǎng)絡(luò)化、人機(jī)交互和業(yè)務(wù)融合原則，提供實(shí)時(shí)用電信息(停電信息、繳費(fèi)信息)、告警信息、電價(jià)政策，提供歷史用電記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖形，指導(dǎo)用戶合理用電，調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷負(fù)荷。另外，智能用電雙向交互技術(shù)可提供友好、可視的用電交互平臺(tái)，為用戶提供增值服務(wù)信息。