电力用户用电信息采集系统建设研究.docx

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电力用户用电信息采集系统建设研究

项目编号：

SGSC[2008]xxx

电力用户用电信息采集系统建设研究

研究报告

建设模式及技术方案研究

国家电网公司

二零零八年十月

目录

第1章前言1

1.1背景1

1.2目的意义1

1.3设计原则2

1.4设计依据3

第2章建设模式4

2.1系统建设目标4

2.1.1采集对象4

2.1.2采集数据5

2.1.3系统业务支持和管理功能6

2.2主站建设模式7

2.2.1统一的用电信息采集7

2.2.2营销业务应用的集成统一8

2.2.3应用部署模式9

2.3用电信息采集模式10

2.3.1大型专变用户的信息采集模式11

2.3.2中小型专变用户采集模式12

2.3.3公配变下单相和三相工商业用户采集模式12

2.3.4居民用户和公配变计量点采集模式13

2.4数据通信模式15

2.4.1远程通信16

2.4.2本地通信20

2.5预付费管理模式23

2.5.1主站预付费24

2.5.2终端预付费24

2.5.3电表预付费25

2.5.4预付费的现场管理26

第3章系统架构27

3.1系统逻辑架构27

3.2系统物理架构28

3.3系统安全防护30

3.3.1总体要求30

3.3.2边界安全防护31

3.3.3网络环境安全防护31

3.3.4主站和终端设备安全防护32

3.3.5业务应用安全防护33

3.4系统指标34

3.4.1系统响应速度34

3.4.2系统可靠性指标35

3.4.3系统数据采集成功率35

3.4.4主站设备负荷率及容量指标35

3.4.5主站运行环境35

第4章主站设计36

4.1主站总体架构36

4.2硬件设计38

4.2.1硬件设计原则38

4.2.2主站网络38

4.2.3数据库服务器39

4.2.4应用服务器40

4.2.5前置服务器42

4.2.6接口服务器44

4.3软件设计44

4.3.1软件设计原则44

4.3.2软件技术路线45

4.3.3软件模块示意图47

4.3.4软件模块部署47

4.3.5软件数据流程图48

4.3.6数据库设计原则49

4.4应用功能设计50

4.4.1自动抄表50

4.4.2预付费管理55

4.4.3负荷管理59

4.4.4用电监测66

4.4.5终端管理69

4.4.6运行管理78

4.5接口方案81

4.5.1实现方式82

4.5.2与营销应用系统接口83

4.5.3与其它应用系统接口86

4.6典型配置方案87

4.6.1主站规模评价标准87

4.6.2小型系统典型配置88

4.6.3中小型系统典型配置91

4.6.4中型系统典型配置94

4.6.5大中型系统典型配置97

4.6.6大型系统典型配置99

4.6.7超大型系统典型配置102

第5章通信信道及接口106

5.1通信信道建设原则106

5.2远程通信108

5.2.1远程信道接口设计109

5.2.2典型远程信道组网方案110

5.2.3远程网络信道链路建立过程120

5.3本地通信121

5.3.1窄带载波122

5.3.2宽带载波122

5.3.3RS-485接口124

第6章终端设备125

6.1终端分类125

6.2终端选型125

6.2.1专变终端125

6.2.2集抄终端126

6.2.3远程多功能电能表127

6.3终端设计功能要求127

6.3.1专变终端127

6.3.2集抄终端130

6.3.3远程多功能电能表138

6.3.4载波预付费电能表142

6.4终端典型应用方案144

6.4.1专变终端典型应用方案144

6.4.2集抄终端147

6.4.3远程多功能电能表154

第7章系统典型应用方案156

7.1典型应用方案一156

7.2典型应用方案二158

7.3典型应用方案三159

7.4典型应用方案四160

7.5典型应用方案五160

7.6典型应用方案六161

第8章安装调试规范162

8.1原则及范围162

8.1.1适用范围162

8.1.2主要原则162

8.1.3实现目标162

8.2施工准备163

8.2.1制定计划163

8.2.2现场勘察163

8.2.3方案设计164

8.2.4物料准备165

8.3施工措施165

8.3.1安全措施165

8.3.2组织措施165

8.3.3技术措施166

8.4安装调试167

8.4.1设备安装167

8.4.2设备调试168

8.5验收170

8.5.1验收流程170

8.5.2验收的内容171

第1章前言

1.1背景

根据《国家电网公司“十一五”电力营销发展规划》总体目标，营销现代化和计量标准化建设水平得到了快速提高，为提升市场响应快速化的水平，提高客户服务的质量，落实“精益化管理”的要求，逐步建立适应市场变化、快速反映客户需求的营销机制，必须实现电力用户用电信息的实时采集与监控，切实服务于营销管理和各项业务需求。

用电信息采集系统，实现计量装置在线监测和用户负荷、电量、电压等重要信息的实时采集，及时、完整、准确地为“SG186”信息系统提供基础数据，从而为企业经营管理各环节的分析、决策提供支撑，提升企业集约化、精益化和标准化管理水平。

为建设可持续发展的和谐社会，党和政府已经把节能减排作为一项基本国策。

国家电网公司积极执行政府政策，履行社会职责，分时电价已经执行，阶梯电价政策的执行的脚步已经迈近。

而电力用户用电信息的实时采集是此项政策实施的一个重要技术支持。

1.2目的意义

电力营销业务形势的发展要求尽快建设用户用电信息采集系统，为此，国家电网公司营销部整合全公司系统的技术积累和人才优势，总结各网省公司在系统建设中积累的的先进经验和成熟理念，开展电力用户用电信息采集系统的建设研究工作。

研究系统建设技术方案，推进系统的标准化建设，重点解决系统建设中工商业用户和城乡用户用电信息采集的技术方案，为高效有序地建设电力用户用电信息采集系统提供指导。

1.3设计原则

研究工作的总体原则是以营销业务需求为引导，实现系统对电力用户的全面覆盖和用电信息的全面采集，坚持标准统一，注重实际应用，力求方案切实可行。

a）集约化和标准化原则

根据公司“集团化运作、集约化发展、精益化管理和标准化建设”的经营管理要求，统一规范系统设计，提高标准化建设水平，降低系统建设成本，促进系统建设进度。

b）普遍性与典型性相结合原则

根据目前公司系统内电力客户用电信息采集系统建设的调研情况，营销业务对用电信息采集系统的需求分析情况，总结提出适用于各个网省的建设模式，研究设计几套典型的采集方案。

系统方案的设计既要具有典型性，又要考虑到网省之间差异化的发展，用分规模等级、分应用层次的方法，做到统一标准、统一规划、统一设计、普遍适用。

c）先进与实用相结合原则

系统采用分布式多层架构设计技术，保持技术领先，适应公司发展战略；应用性能设计实现电力用户信息采集在广度和深度上全面覆盖，以切实服务于营销管理和客户服务的各项业务需求为基准，有机结合自动抄表、预付费、有序用电、终端安装、信息采集、用电检查、客户分析等等具体业务流程的要求，建立适应市场变化、快速反映客户需求的客户用电信息采集机制。

d）继承与发展相结合原则

遵循有继承才有发展的思路，综合考虑现有的资源、成熟的应用、以及技术积累，在保护现有资源的基础上，设计全面的电力用户用电信息采集系统。

电力用户用电信息采集系统已经过多年的建设，建成了大量的实用化系统，取得了相当多的成功经验。

方案的设计不是推倒重来，而是在着力系统继承的基础上加以整合和发展，实现各类型电力客户信息采集的统一，整合资源，深化应用。

1.4设计依据

GB/T19882自动抄表系统

GB/T19887自动抄表系统底层通信协议

DL/T614多功能电能表

DL/T645多功能电能表通信规约

DL/T698电能信息采集与管理系统

《电力二次系统安全防护规定》（电监会5号令）

《国家电网公司信息化“SG186”工程安全防护总体方案（试行）》（国家电网信息〔2008〕316号）

第2章建设模式

2.1系统建设目标

电力用户用电信息采集系统的建设是为“SG186工程”营销业务应用提供电力用户实时用电信息数据，推进营销计量、抄表、收费模式标准化建设和公司信息化建设,为公司提升快速响应市场变化、快速反映客户需求从客户用电信息的源头提供数据支持，为分时电价、阶梯电价、全面预付费的营销业务策略的实施提供技术基础。

按照项目需求调研和功能设计的要求，用电信息采集系统要实现对各类型的电力用户的采集全面覆盖，对用户的各类用电信息实现全面采集，满足各类营销业务要求，满足公司各级各部门经营管理的要求。

2.1.1采集对象

按照项目需求调研和功能设计的要求，用电信息采集系统要实现对各类型的电力用户的采集全面覆盖，对用户的各类用电特征信息实现全方面采集，满足各类营销业务模式的营业要求，满足公司各级各部门经营管理的要求。

根据目前营销电力用户的用电情况和用电信息采集的需求将电力用户分为三大类型：

表1.用户分类表

名称

用户类型

大型专变用户

立约容量在100kVA及以上的专变用户。

中小型专变用户

立约容量在100kVA以下的专变用户。

低压三相一般工商业用户

包括低压商业、小动力、办公等用电性质的非居民三相用电。

低压单相一般工商业用户

包括低压商业、小动力、办公等用电性质的非居民单相用电。

居民用户

用电性质为居民的用户。

公用配变考核计量点

即公用配变上的用于内部考核的计量点。

2.1.2采集数据

依据系统建设的业务需求分析和系统功能规范提出的需求，电力用户用电信息采集系统应能采集的电力用户用电信息内容分类、信息的采集方式和现场监控需求整理如下：

表2.用户信息采集方式

名称分类

采集信息类型

采集方式

现场监控需求

大型专变用户

实时负荷数据

电能量数据

负荷控制工况

剩余电量电费

电能质量

电能表工况

客户信息提示

实时采集负荷、电量数据；

实时采集电能表工况数据；

实时采集电费电量数据；

每日采集电量冻结数据、用电统计数据、曲线和记录数据

由采集终端实现以下控制功能：

可直接对配电开关实现遥控跳闸；

可实现负荷定值控制；

可实现电量定值控制；

可实现预购电控制；

中小型专变用户

电能量数据

实时负荷数据

剩余电量电费

电能质量

电能表工况

用电状态信息

客户信息提示

实时采集负荷、电量数据；

实时采集电能表工况数据；

实时采集电费电量数据；

每日采集电量冻结数据、用电统计数据、曲线和记录数据

由采集终端实现以下控制功能：

可直接对配电开关实现遥控跳闸；

可实现预购电控制；

根据预购电管理以及欠费管理的要求，对用户实施预付费用电管理。

低压三相一般工商业用户

电能量数据

剩余电量电费

电能表工况

用电异常事件

用电状态信息

客户信息提示

实时采集电能表工况数据；

实时采集电费电量数据；

实时采集用电状态信息；

实时采集用电异常事件信息；

根据预购电管理以及欠费管理的要求，由终端和预购电电能表配合的方式，对用户实施预付费用电管理。

低压单相一般工商业用户

电能量数据

电能表工况

用电异常事件

用电状态信息

客户信息提示

实时采集电能表工况数据；

实时采集电费电量数据；

实时采集用电状态信息；

实时采集用电异常事件信息；

根据预购电管理以及欠费管理的要求，由终端和预购电电能表配合的方式，对用户实施预付费用电管理。

居民用户

电能示数

剩余电量电费

用电状态信息

实时采集用电状态信息；

每日采集电表电能示数

根据预购电管理以及欠费管理的要求，系统主站通过对预购电电能表的集中管理，对用户实施预付费用电管理。

公用配变考核计量点

电能量数据

实时负荷数据

电能质量

电能表工况

实时采集负荷、电量数据；

实时采集电能表工况数据；

每日采集电量冻结数据、用电统计数据、曲线和记录数据

实现配变运行状态监测

配变三相不平衡率，过载运行统计

配变电压考核、无功补偿

2.1.3系统业务支持和管理功能

依据系统建设对业务需求的调研分析和系统功能规范设计，电力用户用电信息采集系统应能为实现的营销管理的业务功能提供充分的信息保障，为“SG186”系统提供及时、完整、准确的基础数据，能够为以下业务工作提供以下业务支持和信息服务：

自动抄表：

实现远程自动抄表，获得满足电费计费出账所需要的全部用电计量数据，尤其是对阶梯电价的执行提供技术保障；

预购电控制：

用户预购电信息下发、剩余电量查询、预购电信息提示、预购电控制（跳闸、允许合闸）；

预购电管理和电费回收：

系统提供的用户负荷控制基础功能，为实现预购电管理和催收电费提供有效的技术手段；

客户增值服务：

为通过网上发布、短信平台、终端信息提示等向电力用户发布用电信息和缴费信息等信息服务奠定基础条件；

用电检查和计量管理：

实时监测电能表工况和计量异常事件，异常用电情况的及时判断和告警，提供事件处理数据依据，并为促进电能表全寿命周期管理提供技术条件；

有序用电控制：

根据有序用电方案，对电力用户的用电负荷进行有序控制。

用电信息综合分析：

系统对用户用电负荷、电量等用电信息完整采集，为电力客户关系管理和电力销售市场分析提供了数据依据；

配变运行管理：

系统对配变负载率、功率因素、谐波超限、电压合格率等信息的采集，为配变运行管理和电能质量统计工作提供了技术保障；

线损管理：

系统通过对大用户、工商业用户、城乡居民用户和台区配变的全覆盖用电信息采集，完整地实现配电线路电能信息全采集，在此基础上为科学地准确实现分层、分压、分区线损自动统计分析和考核管理奠定了坚实的技术基础。

数据开放服务：

电力用户用电信息采集系统采集的用户实时用电信息是电网公司管理工作宝贵的资源，除与“营销SG186系统”实现“无缝”信息集成外，还将依据公司信息系统总体规划的要求，设计数据接口，实现信息共享。

2.2主站建设模式

2.2.1统一的用电信息采集

电力用户用电信息采集系统实现对所有用户用电信息的采集，包括了大型专变用户，中小型专变用户、城乡居民用户，用户面广量大，用电环境各异，能够到达的远程信道不同，现场安装的终端类型不同。

虽然对象和信道各异，根据集约、统一、规范的原则以及营销业务功能实现的需求，应该建设统一的用电信息采集平台，在一个平台上实现电力用户的全面覆盖。

2.2.1.1主站系统的建设

用电信息采集系统的建设将建成一个大型的数据采集系统，管理多种通讯信道，同时接入大用户负荷管理终端、集中抄表终端等多种终端，自动采集所有电力用户的用电信息，实现客户用电信息管理、负荷控制、预购电控制等直接应用功能，通过集抄终端接入公配变计量点电表，完成配变数据采集。

根据各网省电能量采集系统建设的情况和营销业务的分类的调查，除电力用户外，还有许多电能计量点没有实现自动采集。

电力客户信息采集系统的统一采集平台功能设计，能支持多种通讯信道和终端类型，可用来采集其它的计量点，如小水电、小火电上网关口、直到统调关口、变电站的各类计量点。

方案的设计同时考虑此类计量点的采集和数据综合应用。

2.2.1.2已有系统的集成

对于现有已经建设运行多年的负荷管理、集抄及其它系统，可以将通讯信道和现场终端转移到本采集系统统一管理，形成网省统一的用电信息采集系统，不再保留单个独立的负荷管理系统。

换一个角度看，也可以认为是对现有负荷管理系统主站进行一次规模、容量、功能、采集对象范围、统一全省标准的全方位升级。

对于已经建立了全省统一的负荷管理系统并且非常强化控制功能的网省公司，电力用户用电信息采集系统对象是未纳入负荷管理系统采集范围的大用户、高压或低压非普工业、商业、城乡居民电力用户，两系统相互接口，共同完成全部电力用户的用电信息采集，保证电力用户的全部覆盖。

2.2.2营销业务应用的集成统一

根据“SG186工程”营销业务应用中的标准化设计，电能信息采集是营销九大业务应用分类之一，本系统的主站担任了信息采集业务的实际数据采集执行动作，将业务指令转变为实际向现场终端发出的通讯报文，将现场终端返回报文解释成真实的客户用电信息传递个采集业务流程。

按照营销业务应用系统的标准化设计，采集系统仅完成采集指令的执行，无独立的档案和数据库，自动采集业务和手动采集以及人工现场采集均作为营销抄表业务统一管理和执行。

但在“SG186”营销管理业务应用系统还没有全面部署到位前，用电信息采集系统的主站设计将建设完整的主站，实现信息采集业务的完整功能，并完成对采集数据的分析管理基本应用，和现有营销信息系统之间以接口形式完成数据交换，同步复制营销客户档案以及抄表任务计划，在采集系统内执行采集任务，完成的数据上装到营销信息系统。

2.2.3应用部署模式

采集系统的应用部署和各个网省公司的管理模式密切相关，根据需求调查的结果，能够适合各网省公司以及直辖市的采集系统应用部署模式有集中和分布两种形式。

2.2.3.1部署方案

集中式部署是全省（直辖市）仅部署一套主站系统，一个统一的通信接入平台，直接采集全省范围内的所有现场终端和表计，集中处理信息采集、数据存储和业务应用。

下属的各地市公司不设立单独的主站，用户统一登录到省公司主站，根据各自权限访问数据和执行本地区范围内的运行管理职能。

集中部署主要适用于用户数量相对较少，地域面积不特别大，企业内部信息网络非常坚强的各个网省公司以及直辖市公司。

简称为集中采集，分布应用。

分布式部署是在全省各地市公司分别部署一套主站系统，独立采集本地区范围内的现场终端和表计，实现本地区信息采集、数据存储和业务应用。

省公司从各地市抽取相关的数据，完成省公司的汇总统计和全省应用。

分布部署主要适用于用户数量特别大，地域面积广阔，企业内部信息网络比较薄弱的网省公司。

简称为分布采集，汇总应用。

2.2.3.2方案选择

集中式部署和分布式部署的区别主要在于IT架构的不同，导致两个方案存在如下的差异。

1分布式式减少了对企业内部信息网的可靠性要求以及网络资源负担。

2集中时部署时的故障影响范围涉及面较广。

3集中时部署相对经济投资成本较低，运行维护统一。

应用部署模式选择的主要依据是遵循营销业务应用系统的部署模式，用电信息采集本就是营销业务应用系统的组成部分，将用电信息采集系统的主站部署和营销业务应用一致起来，系统间的数据传输和运行维护均非常有利。

在部署模式不能和营销系统一致时，根据系统规模考虑。

通常低于500万用户的宜采用全省集中主站部署，高于500万以上用户的网省公司可以考虑省市两级部署的应用模式。

全省集中主站部署的主站数量不宜超过1000万的居民用户数量（10万个终端）。

2.3用电信息采集模式

根据上述采集对象的分类特点，电力用户用电信息采集系统将以不同的技术模式，分别实现对六类采集点用电信息集中采集和实时监控，达到对所有电力用户的采集的“全覆盖”，实现预付费管理的“全覆盖”。

下面针对这六类采集对象分别简要描述其采集模式的主要技术特征，更详细的技术实现在本报告其后的技术方案中阐述。

图1.电力用户用电信息采集系统全覆盖采集示意图

2.3.1大型专变用户的信息采集模式

实现对计量电表的远程抄表、实时用电电量、负荷数据的采集、计量工况等现场事件信息的采集、用户用电负荷控制和用电量控制、提供本地信息服务等系统功能。

大型专变用户装用基于负荷管理功能的专变采集终端，该终端通过与电表间的实时抄表通信、实时采集电表输出脉冲，获取并存贮电表的计量数据和信息；对现场计量装置进行状态监测；通过对用户用电开关的直接监控，实现电量控制和负荷控制功能；通过远程通信与系统主站建立直接数据通信，接收执行系统主站的集中管理，向系统主站传送现场采集的用户用电信息；为用户提供本地信息服务等。

该终端与系统主站之间的通信可供采用的数据传输通道有：

专用的光纤网络、GPRS/CDMA虚拟专网、230MHz无线专网。

2.3.2中小型专变用户采集模式

实现对计量电表的远程抄表、强化计量工况和现场事件的信息采集、支持预购电功能、具有必要的本地信息服务等

中小型专变用户装用专变采集终端，通过与电表的实时抄表通信，获取并存贮电表的计量数据和信息；对现场计量装置实施状态监测；通过对用户用电开关的直接监控，实现预购电控制管理；通过远程通信与系统主站建立直接数据通信，接收执行系统主站的集中管理，向系统主站传送现场采集的用户用电信息。

该终端与系统主站之间的通信可供采用的数据传输通道有：

专用的光纤网络和GPRS/CDMA虚拟专网。

2.3.3公配变下单相和三相工商业用户采集模式

实现对计量电表的远程抄表，系统强化对其用电信息、计量信息的实时采集和异常分析；在系统主站的监控下，通过电表的直接控制实现完整的预购电管理功能。

对这两类用户，系统将其纳入配变台区的系统集中抄表管理范围内，实现系统主站的集中抄表和信息采集。

集中抄表模式见下一节描述。

2.3.4居民用户和公配变计量点采集模式

实现居民计量电表的远程抄表和预付费控制管理功能。

实现对配变台区考核总表的远程抄表和用电信息采集。

城乡居民用户具有用户数量巨大，单个用户采集的电能信息较少，故采用集中抄表模式来实现远程抄表和监控。

居民集中抄表以公用配变台区为采集单位，先由当地集中抄表终端利用本地采集数传网络，将该配变台区的全部居民电表（还包括该配电台区的单相和三相工商业用户电表）纳入集中抄表管理范围，通过本地抄表通信，集中采集各电表的计量数据。

同时，同一个集中抄表终端亦完成对该配变台区总表的电能信息采集，实现自动抄表。

集中抄表终端通过远程数传通信，上传抄表数据等配电台区所辖的用户用电信息给系统主站，并接受主站的管理指令，完成对用户计量电表的集中管理，在系统主站的监管下通过电表实现预购电管理功能。

集中抄表终端包括集中器和采集器两种设备：

1．集中器是指收集各采集终端或电能表的数据，并进行处理储存，同时能和主站或手持设备进行数据交换的终端设备。

集中器与系统主站之间的通信可供采用的数据传输通道有：

专用的光纤网络和GPRS/CDMA虚拟专网。

2．采集器是用于采集多个电能表电能信息,并可与集中器交换数据的设备，采集器的基本功能是实现集中器对电能表数据的抄收。

因此，居民用户的用电信息的采集是由集中器、采集器、电能表以及各设备间的数传通信信道组成的数据采集网络实现。

居民用户用电信息采集网络如下图所示：

图2.居民用电信息采集网络示意图

配变台区居民（含台区下单相和三相工商业用户）集中抄表本地数据采集网络有以下三种组网模式：

2.3.4.1模式一：

集中器+载波表

集中器与具有通信模块的电能表（载波表）直接交换数据；

集中器与系统主站的远程数传通信可采用专用光纤网络、无线公