能源安全新战略｜大国重器②：用电信息采集关键技术及应用

　　借助自主研发的用电信息采集系统模型，中国电力科学研究院计量研究所科研攻关团队近日开展了智能电能表实时感知试验，根据试验结果为电网营销业务全链条提供技术支持方案。

　　当前，国家电网有限公司经营区已安装智能电能表超6.12亿只，并实现对大规模智能电能表数据的实时准确感知，可为广大电力客户提供更高效的供电服务。中国电科院立足自主创新，通过产学研用深度融合，研发适合大规模推广应用的用电信息采集系统，并针对系统研发高效率测试方法。目前，相关技术成果已推广应用到双模（HDC）通信单元、智能量测终端、标准化检定检验设备、主站系统等相关设备的研发和制造过程中，涉及国家电网公司经营区全部省级电力公司和100多家设备厂商，经济和社会效益显著。

实现营销业务全面支撑

　　5月24日，中国电科院计量研究所科研攻关团队与国网山东省电力公司营销服务中心（计量中心）合作，在济南开展高速通信信道效率测试，检验高速信道传输的实时性和可靠性。

　　通信信道是数据传输的通路。2009年，国家电网公司建设用电信息采集系统，同时引入窄带电力线载波技术支撑电力数据通信信道传输。窄带电力线载波频率为3千赫兹～500千赫兹，数据传输速率较低，载波信道环境较差。随着用电信息采集系统应用的逐步深化，系统承载的营销业务范围不断扩大，需要涵盖高速电力线载波以及高速无线的双模通信技术，助力提升通信信道的传输能力。

　　科研攻关团队通过开展双模通信技术的产学研用联合攻关，设计出高带宽、高抗电磁干扰的通信信道物理传输层，解决了电力线信息交互的可靠性问题。

　　“在通信信道物理传输层中，我们设计了4个工作频段，点对点通信速率提升至1兆比特每秒以上，相当于为数据传输建设了‘高速路’，提出一种在时域和频域同时进行信道交织与分集拷贝处理的方法，研制了双模通信单元，消除了电力线信道中噪声干扰、多径、衰落等关键隐患。”用电信息采集设备试验研究室研究员李然说。

　　基于双模通信单元得到的电力用户侧数据，科研攻关团队还围绕窃电分析、台区精细线损分析、智能费控、新能源汽车有序充电、分布式能源接入等营销业务建立分析模型，实现对营销业务的支撑。

　　2021年起，该科研团队与19家用电信息采集系统通信设备集成企业合作，批量制造双模通信单元。经过技术成果转化，当年首批经过检测的通信单元用于国网天津、河北、重庆电力等省级电力公司。2022年，双模通信单元在国家电网经营区内的全部省级电力公司实现推广应用。截至目前，各省级电力公司已累计安装8715万个双模通信单元。

提升电能质量监测效率

　　6月3日，在用能信息感知数据融合系统模型运行试验中，科研攻关团队利用模拟主站向量测终端发起采集任务，量测终端在1分钟内读取电能表电压、电流数据100次。

　　量测终端是连接智能电能表和用电信息采集主站的重要设备，主要安装在变压器旁，用于采集智能电能表数据和供电台区任务调度。过去量测终端处理能力不足，功能较为单一。在新型电力系统建设中，电网末端节点数量将爆发式增长，量测终端采集的对象将更多样，采集方式也将更灵活，这对采集终端性能提出新的更高要求。

　　用电信息采集设备试验研究团队围绕智能量测终端的功能、型式结构、技术参数等方面，研究构建新一代智能量测终端技术标准体系。团队采用模块化、可扩展设计方法，优化了电源管理单元、交采、核心板、固定外设等硬件布局，将量测终端主频提升至1千兆赫，存储容量由64兆字节提升至8吉字节，扩展了终端的交采、运算、存储等功能。

　　在交采功能上，新一代智能量测终端实现台区一体化采集与监控；在运算和存储上，量测终端记录处理日电量数据达25.84亿条，改善了批量任务执行能力弱、业务可扩展性差的工况。目前团队已与70余家国内采集终端生产企业签订协议，未来将投入应用约2000万个智能量测终端。

扩展智能物联应用场景

　　2023年7月，配置有序充电模组的智能物联电能表首次试点应用于杭州市泛亚运地区。目前，该地区已配置了200套电动汽车有序充电装备。用电信息采集系统通过实时采集小区配变负荷、连接的电动汽车数量，挖掘台区配变剩余容量，形成了1.4兆瓦可调节负荷资源池，降低了增容压力，提升资产利用率。

　　随着传统电力系统向新型电力系统转型升级，智能电能表不仅承载着电能计量的基础作用，还作为客户侧发用电设备的关键设备枢纽，发挥着设备控制、信息交互、互联互通的作用。

　　科研攻关团队针对智能物联应用场景，设计研发了硬件模组化、软件APP化的智能物联电能表。该表在保证基本计量功能稳定可靠前提下，兼具宽范围精准计量、分布式大容量存储、多元化高效通信、智能化显示以及异常感知监测等功能，实现了分布式光伏监控、居民家庭智慧用能、电动汽车及分布式能源服务等扩展应用，解决了电能表硬件固化、功能单一的问题，满足了不同业务场景的建设需求。目前，智能物联电能表技术成果广泛应用于80余家智能电能表制造企业，覆盖河北、重庆、宁夏等27个省（区、市），有效支撑新型电力系统建设，提升了我国智能电能表的整体水平和国际竞争力。

构建采集主站“1+27”一体运营模式

　　国家电网公司新一代用电信息采集系统（采集2.0）是公司最重要的基础数据源之一。系统始建于2009年，承载全部高低压用户的电能采集和远程费控，于2017年基本实现各类用户的“全覆盖、全采集”。随着各类新兴业务不断涌现，“双碳”目标、现货交易催生全新业务场景，电网企业服务模式转型升级需求对采集系统数据的频度、质量及应用效果提出了更高要求。

　　国网营销部认真落实国家电网公司部署，积极组织开展采集2.0建设工作。截至目前，27家省级电力公司采集2.0系统均已单轨上线运行，并与总部级平台实现两级“数据+业务”整体贯通，构建了“1+27”一体运营模式。

　　“新一代用电信息采集系统重点采用大数据存储、批流计算、微应用微服务等新兴技术，构建‘总部—省’两级一体化运行体系，打造以微服务为核心的新型业务应用，不仅显著增强了系统扩展能力，整体性能水平也得到了跨越式提升。”计量检测技术研发室研究员窦健说。

　　系统建成后，项目建设团队依托“总部—省”两级贯通信道，围绕档案资产、用电分析、费控执行、重点用户监测、低压分布式光伏调控、停电监测等核心业务，构建交互式数据挖掘模型，开展全网级数据监测与分析应用，有力支撑了营销业务管控与精细化管理。

　　目前，采集2.0已累计接入智能电能表6.12亿只、采集终端6700余万台，用户覆盖率100%，采集成功率99.49%，实现了全部高低压用户的电能采集和远程费控，数据日增量超过14太字节，为多个专业部门、20余个外部业务系统每天共享原始采集数据10亿余条、统计分析数据4亿余条，有效支撑40余项公司核心业务，为电网数字化转型奠定坚实数据基础。