隨著電力市場化改革的不斷深入，居民用戶用電信息的采集方式也發(fā)生了較大變化，人工抄表收費的方法已不能適應現(xiàn)代化管理的要求，解決中低壓用戶的抄表收費問題開始提到日程，遠方集中抄表技術成為國內(nèi)外研究的熱點。從20世紀90年代至今，中國的電力公司根據(jù)業(yè)務發(fā)展需要建立了針對不同類型用戶的電能信息采集系統(tǒng)，主要包括關口電能量采集系統(tǒng)、電力負荷管理系統(tǒng)、客戶電能量采集系統(tǒng)、低壓集中抄表系統(tǒng)和配電自動化系統(tǒng)。但這些系統(tǒng)由網(wǎng)省、地市公司自行建設，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃和標準，只能實現(xiàn)對部分用戶的電能信息采集和初級功能應用，營銷人員無法及時、準確、全面地掌握所有用戶的用電信息，不能滿足營銷業(yè)務應用的需要。
為適應電力市場化運作和營銷現(xiàn)代化建設的要求，需要全面建設電力用戶用電信息采集系統(tǒng)，提升企業(yè)集約化、精益化和標準化管理水平，改變長期以來不能及時準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)對用電信息的迫切需求。2008年9月，國家電網(wǎng)公司啟動了“計量、抄表、收費標準化建設”項目研究工作，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)的技術規(guī)范，對智能電能表和用電信息采集終端的外形結構、功能配置、可靠性要求、通信協(xié)議、信息交換安全認證、驗收檢驗等方面都提出了具體要求，形成了智能電能表的12項技術標準和用電信息采集終端的24項技術標準，為產(chǎn)品的設計開發(fā)、生產(chǎn)制造和規(guī)?；瘧锰峁┝讼到y(tǒng)性的基礎技術文件，為智能電網(wǎng)工作的穩(wěn)步推進和用電信息采集系統(tǒng)建設提供支撐和保障。
2009年以來，國家電網(wǎng)公司以“全覆蓋、全采集、全費控”為建設目標，按照“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一實施”的原則推動智能電能表應用和用電信息采集系統(tǒng)建設。
截至2015年年底，國家電網(wǎng)公司累計安裝智能電能表2.9億只，實現(xiàn)采集2.95億戶，采集覆蓋率為71%，自動抄表核算率超過97%。國家電網(wǎng)公司智能電能表應用量占全球的一半，采集系統(tǒng)成為世界上最大的電能計量自動化系統(tǒng)，不僅為生產(chǎn)、運營監(jiān)控分析系統(tǒng)提供實時數(shù)據(jù)，還為大數(shù)據(jù)管理、云計算應用提供了海量數(shù)據(jù)支撐。
目前，國家電網(wǎng)公司系統(tǒng)27個省公司的采集系統(tǒng)主站建設已全部完成并投入運行，采集數(shù)據(jù)在抄表收費、營業(yè)稽查、線損分析、業(yè)擴報裝、故障搶修、有序用電、互動服務、電力交易、配電網(wǎng)運行與電能質(zhì)量監(jiān)測等多項業(yè)務中得到應用。中國用電信息采集系統(tǒng)的建設和應用提高了用電信息采集自動化水平，提高了線損分析的準確性和時效性，對于提升客戶服務能力、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)定運行具有重要意義。
用電信息采集系統(tǒng)構成
用電信息采集系統(tǒng)是智能電網(wǎng)的重要組成部分，是SG186營銷業(yè)務應用重要的數(shù)據(jù)支撐平臺。采集系統(tǒng)物理結構由采集主站層、遠程通信信道層、采集設備層、本地通信信道層和電能表層組成，詳見下圖。采集系統(tǒng)是通過對配電變壓器和終端用戶用電數(shù)據(jù)的采集和分析，實現(xiàn)自動抄表、用電監(jiān)控、階梯電價執(zhí)行、有序用電、負荷管理、線損分析等功能，最終實現(xiàn)自動抄表出費、推廣費控管理、加強用電檢查和需求側管理、提升用戶互動服務水平和降損增效等目的。
?。?）采集系統(tǒng)主站是對電力用戶的用電信息進行收集、處理和實時監(jiān)控的核心，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、相關信息發(fā)布、分布式能源監(jiān)控、智能用電設備的信息交互等功能。主站系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫服務器、磁盤陣列、應用服務器、前置服務器、接口服務器、工作站、全球定位系統(tǒng)(GPS)時鐘、防火墻以及相關的網(wǎng)絡設備組成。
?。?）遠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。遠程通信技術包括：GPRS/CDMA無線公網(wǎng)、光纖專網(wǎng)、230MHz無線專網(wǎng)、有線電視通信網(wǎng)、中壓電力線載波等。
?。?）用電信息采集終端是對各信息采集點實現(xiàn)用電信息采集的中間設備，簡稱采集終端。按應用場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。目前公司的采集設備實現(xiàn)了型式規(guī)范、標準統(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、轉發(fā)或控制命令的執(zhí)行等功能。
?。?）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。本地通信技術包括低壓電力線窄帶載波、RS-485總線、微功率無線、低壓電力線寬帶載波等。通信技術在采集系統(tǒng)中各業(yè)務之間的關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無線公網(wǎng)、光纖專網(wǎng)等遠程信道直接接入電能表；二段式和三段式部署中，遠程信道僅負責主站至專變終端、集中器之間的通信，相當于骨干網(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、微功率無線、RS-485等通信技術，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、微功率無線等通信技術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)采用的關鍵技術
（1）通信技術
通信技術是實現(xiàn)用電信息采集系統(tǒng)的基礎。目前，應用于用電信息采集系統(tǒng)的通信技術主要有電力線載波通信、微功率無線通信、無線公網(wǎng)通信、無線專網(wǎng)230MHz通信和光纖通信。電力線載波通信施工方便，無需重新布線，但其通信的可靠性、實時性、穩(wěn)定性較差;微功率無線通信覆蓋范圍小，傳輸距離受障礙物影響大，現(xiàn)場同頻干擾現(xiàn)象嚴重;無線公網(wǎng)通信費用較高，運行維護及時性有待加強，局部地區(qū)信號弱、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)通信技術需要解決的關鍵問題。
?。?）主站應用技術
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、運行維護統(tǒng)一，但故障影響范圍涉及面較廣，用戶數(shù)量應低于500萬戶，數(shù)據(jù)處理工作量大，任務繁重，對系統(tǒng)業(yè)務處理能力要求較高。
分布式部署模式對企業(yè)內(nèi)部信息網(wǎng)的可靠性要求較低，網(wǎng)絡資源負擔小，但投資成本較高，對用戶數(shù)量在500萬戶以上或地域面積過大的公司可采用省市兩級部署的應用模式。在應用層面，用電信息采集系統(tǒng)主站要滿足電費結算和電量分析、線損統(tǒng)計分析和異常處理、電能計量裝置監(jiān)測、防竊電分析及供電質(zhì)量管理等業(yè)務需求。
?。?）智能費控技術
按照“全覆蓋、全采集、全費控”的建設目標，客戶用電管理模式采用智能費控技術，用戶需要先交費后用電。采集系統(tǒng)會連續(xù)采集用戶的用電情況，計算剩余電費并顯示給用戶，在剩余電費不多時提示用戶繳費，并在剩余電費為零時執(zhí)行跳閘操作。智能費控技術由主站、采集終端和智能電能表多個環(huán)節(jié)協(xié)調(diào)執(zhí)行，實現(xiàn)方式有主站費控技術、采集終端費控技術和智能電能表費控技術3種，其適用范圍和工作要求如表1所示。
智能費控技術對通信的響應能力要求較高，由于目前本地通信主要采用電力線載波，因此，需要進一步提高載波通信工作的實時性、可靠性與穩(wěn)定性，為實現(xiàn)智能費控提供技術支撐。
?。?）用電信息安全防護技術
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，需要針對采集系統(tǒng)各環(huán)節(jié)可能存在的安全隱患，全面實施安全防護體系建設方案。系統(tǒng)主站要部署高速密碼機，用于主站側數(shù)據(jù)的加解密，主要實現(xiàn)身份認證、密鑰協(xié)商、密鑰更新、關鍵數(shù)據(jù)的加解密、消息認證碼(messageauthenticationcode，MAC)計算和數(shù)據(jù)校驗等功能。
專變采集終端、集中器和智能電能表中安裝安全加密模塊，用于采集設備與主站、智能電能表之間進行的身份識別、安全認證、關鍵信息和敏感信息安全傳輸，實現(xiàn)設備內(nèi)部數(shù)據(jù)的加解密，完成應用層數(shù)據(jù)完整性、機密性、可用性和可靠性保護。密碼機和安全加密模塊均采用硬件加密，密碼機和采集終端的安全模塊集成有國家密碼管理局認可的對稱密鑰加密算法和非對稱密鑰加密算法，智能電能表的安全模塊應至少集成國家密碼管理局認可的對稱密鑰加密算法。另外，安全接入平臺的推廣應用進一步完善了采集終端在各種復雜網(wǎng)絡環(huán)境下的實時監(jiān)控、安全接入、數(shù)據(jù)安全傳輸與交換、主動防御預警等重要功能。
用電信息采集系統(tǒng)發(fā)展趨勢
?。?）通信網(wǎng)接入技術
用電信息采集系統(tǒng)的建設和應用需要實時、可靠的通信技術作為支撐，接入網(wǎng)通信技術系統(tǒng)接口豐富，組網(wǎng)靈活，支持數(shù)據(jù)、語音、圖像等業(yè)務的一體
化接入，可以為用電信息采集、負荷監(jiān)測和控制提高安全可靠的通信通道。因此，需要對目前存在的通信網(wǎng)絡架構進行分析，提出用電信息采集系統(tǒng)通信網(wǎng)技術體系，研究適用于智能電網(wǎng)和用電信息采集系統(tǒng)建設的通信網(wǎng)接入技術。
?。?）信息共享與融合技術
由于用電信息采集系統(tǒng)還處于規(guī)?；ㄔO階段，與其他業(yè)務系統(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功能需要進一步完善，在用電信息采集系統(tǒng)和既有營銷業(yè)務系統(tǒng)的基礎上，通過信息共享模式創(chuàng)新，利用數(shù)據(jù)采集手段和結果，針對系統(tǒng)的異構性和信息共享實際需求，構建基于面向服務架構的用電信息采集系統(tǒng)信息共享與融合技術方案，解決不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)共享和應用互操作的難題，為營銷系統(tǒng)業(yè)務應用提供多方位、多層次、多渠道的綜合用電信息服務。
（3）海量數(shù)據(jù)處理與分析應用
國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域涉及全國27個省(直轄市、自治區(qū))，經(jīng)營范圍內(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)務數(shù)據(jù)模型，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的綜合利用和功能的高級應用。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、負載均衡、分區(qū)存儲、容災備份等技術，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)和多任務的并發(fā)處理，提高主站運行的可靠性。
?。?）移動作業(yè)技術
傳統(tǒng)的計量作業(yè)需要先打印工作單，再根據(jù)作業(yè)指導書進行操作，現(xiàn)場工作完成后，將手工抄錄的客戶數(shù)據(jù)錄入至服務器，工作效率和準確度較低。電力營銷移動作業(yè)支持系統(tǒng)是基于移動作業(yè)平臺的電力移動營銷類業(yè)務應用，可針對計量現(xiàn)場作業(yè)任務，完成現(xiàn)場抄核收、用電檢查、業(yè)務辦理、計量作業(yè)、移動地理信息系統(tǒng)(GIS)應用、移動知識庫、教育培訓等功能，可有效提高工作人員的工作效率和數(shù)據(jù)準確性，進一步提升計量現(xiàn)場作業(yè)的精細化管理水平，具有很好的應用前景。
?。?）基于三網(wǎng)融合的用電信息采集技術
圍繞中國建設智能電網(wǎng)的總體目標，利用現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡和基礎設施構建完整的系統(tǒng)架構，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方案，實現(xiàn)數(shù)據(jù)、語音、視頻等業(yè)務的融合，可以節(jié)省很多通信線路投資和運行費用，提高網(wǎng)絡的綜合運營效率和系統(tǒng)運行的可靠性、實時性、經(jīng)濟性，在節(jié)能環(huán)保方面優(yōu)勢明顯，同時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
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備，基于網(wǎng)絡化、人機交互和業(yè)務融合原則，提供實時用電信息(停電信息、繳費信息)、告警信息、電價政策，提供歷史用電記錄、數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖形，指導用戶合理用電，調(diào)節(jié)電網(wǎng)峰谷負荷。另外，智能用電雙向交互技術可提供友好、可視的用電交互平臺，為用戶提供增值服務信息。