电水气热能源计量一体化采集关键技术研究应用及应用.doc

电、水、气、热能源计量一体化采集核心技术研究及应用一、需求必要性分析国家发改委发布关于增进智能电网发展指引意见和关于推动“互联网+”智慧能源发展指引意见中指出“应完善信息资源共享机制，支持能源数据集抄集采，建设能源数据集成平台，勉励基本设施共享复用”、“丰富智能终端高档量测系统实行功能，增进水、气、热、电远程自动集采集抄，实现多表合一”。为贯彻 有关规定，有必要依托覆盖广泛智能电能表和用电信息采集系统，积极推动“多表合一”采集系统建设，提高社会公共服务水平，实现社会公共服务资源效益最大化，积极推动国家节能减排政策贯彻。随着“多表合一”采集需求提出，能源计量点数量成倍增长，既有用电信息采集系统难以适应电、水、气、热能源综共计量发展新形式和新规定，重要体当前采集数据量增多，采集频度提高，对外共享接口增长，系统并发解决能力局限性，既有系统架构、技术方案、采集终端和通信合同难以满足多表合一一体化采集应用需求。此外，国内居民顾客使用能源计量设备重要包括电表、水表、燃气表和热力表，除电表外，其他表计信息采集多为人工抄表方式，抄表效率低，由于国内电、水、气、热分属四个能源行业，运营单位不同，居民需要分别缴纳电费、水费、气费、热费，公共服务效率低，存在系统不兼容、方案不统一、智能化水平差别大等诸多问题。针对上述发展形势和存在问题，有必要尽快开展电、水、气、热能源计量一体化采集核心技术，明晰能源计量系统技术路线，重点研究一体化采集系统架构、主站、终端、通信信道、通信合同、安全防护等方面技术问题，建立电、水、气、热能源计量一体化采集系统实验验证办法和评价指标体系，进一步支撑电力体制改革、能源互联网等宏观形势下营销新型业务及公司跨专业协同业务开展，并为水、气、热等公共事业开展高效社会化服务提供支持。二、技术现状分析近年来，国家电网公司积极推动智能电网建设，践行“计量先行”理念，全面推广应用智能电能表，建设用电信息采集系统，当前覆盖顾客已超过3.5 亿户。用电信息采集系统全面建设，有力增进了智能计量技术体系发展，提高电网智能化水平，采集各类数据已经在电力交易、电费回收、用电检查、市场需求侧、线损精益分析、配电网运营监测、供电质量监测以及故障抢修等各种专业业务应用中发挥了重要数据支撑作用，已成为公司经营决策分析重要基本数据来源。当前，在电、水、气、热四个能源行业中，全国已安装水表1.4 亿只，燃气表0.88 亿只，热力表0.13 亿只，总计2.41亿只，智能化水平偏低，存在系统不兼容、方案不统一问题。智能水表、燃气表和热力表多采用无源设计或电池供电方式，数据采集普通通过M-BUS 总线或微功率无线通信技术实现，M-BUS 总线需要铺设专线，微功率无线通信距离容易受到限制。国际上已有丹麦、克罗地亚、墨西哥、南非等国家，特别是电力、燃气一体化运营机构已开展了多表合一采集应用，英国、荷兰推动筹划正在实行。三、需解决问题问题1：电、水、气、热能源计量一体化采集架构体系研究问题描述：电、水、气、热能源计量业务需求复杂，应全面分析当前采集系统在支撑业务发展面临技术问题，结合电、水、气、热能源行业发展需求，以及营销、发展、安质、运检等业务应用需求，提出电、水、气、热能源计量一体化采集系统设计规定。为增进系统良性发展，需要设计基于“互联网+”电、水、气、热能源计量商业运营模式，应结合业务需求分析，研究电、水、气、热能源供应商利益需求，基于“互联网+”理念，构建混合型电、水、气、热能源计量商业运营模式，建立抄表、收费、运维、服务一体化运营体系。为与既有用电信息采集系统完美融合，需要设计定义电、水、气、热能源计量一体化采集技术架构体系，提出系统设计办法，应系统性对能源计量一体化采集系统主站、通信信道、智能终端、安全防护体系进行架构设计，建立各子系统、设备、组件逻辑架构和交互模型，提出系统设计办法。实际建设过程中将涉及软硬件平台设计方案选型问题，需要提出系统设计指标体系和功能规定，应结合业务需求分析和系统架构，结合可选用软件开发工具、硬件设计方案、通信选取方案和安全防护方案，提出系统设计指标体系和功能规定，完毕电、水、气、热能源计量管理系统团队原则制定。预期目的：1、完毕电、水、气、热能源计量一体化采集系统业务需求分析，建立能源计量一体化采集系统技术架构体系；2、拟定可选用软硬件平台设计方案，提出系统设计指标、功能规定和商业运营模式；3、完毕电、水、气、热能源计量管理系统团队原则制定。问题2：支持多任务并发解决能源计量一体化采集主站技术方案研究问题描述：能源计量一体化采集主站抄读表计数量将达到用电信息采集系统4 倍，需要研究支持多任务并发解决云计算技术和分布式存储技术，应通过并发主站系记录算能力、数据存储容量和数据访问效率精准计算，结合业务应用需求分析，提出支持多任务并发解决云计算和分布式存储设计办法。表计数量增长将对主站系统架构带来冲击，需要进行能源计量一体化采集系统主站系统技术方案设计，应结合电、水、气、热能源计量一体化采集技术架构体系，开展电、水、气、热能源计量一体化采集系统主站通信层、存储层、计算层、应用层和接口层设计，提出完整主站系统设计技术方案。系统外部对数据需求也将增长，需要设计开发满足多业务跨平台统一数据接口，应研究支持各种能源供应商、多业务部门共享数据接口，建立统一数据模型，支撑各种数据高效、安全、可靠共享。预期目的：1、提出支持多任务并发解决云计算和分布式存储设计办法，提出完整一体化采集系统主站设计技术方案；2、建立统一数据共享接口，实现采集网络状态智能感知与故障自我修复；3、主站性能设计接入终端数不不大于500 万台、计量点数不不大于8000 万个、数据查询响应时间不大于3s。问题3：具备低功耗特性能源计量数据传播技术研究问题描述：无线水、气、热表依托电池供电，需要研究能源计量一体化采集无线唤醒机制以最大限度减少功耗，应结合电、水、气、热能源计量一体化采集业务需求，全面分析计量一体化采集技术薄弱环节，研究具备低功耗特性无线唤醒机制。无线水、气、热表通信模块合同与接口各不相似，需要研究能源计量一体化采集互联互通办法，应开展能源计量一体化采集通信合同与接口技术研究，提出智能终端与通信模块之间高速数据传播办法，实现系统、设备、表计互联互通，形成高速率高可靠数据传播方案。水、气、热表有线及无线通信方式互不兼容，需要研究能源计量一体化采集融合通信技术，应基于能源计量一体化采集技术架构体系，全面分析采集系统通信信道物理拓扑及噪声环境，开展有线信道及无线信道建模分析，提出可充分发挥多信道融合优势异构网络架构及技术方案。预期目的：1、建立多表合一采集技术无线唤醒机制；2、拟定可选用高速高可靠通信技术方案、接口通信技术方案；3、提出多信道融合异构网络架构，有效支撑电、水、气、热能源计量管理业务需求。问题4：支撑电、水、气、热等能源综共计量智能终端技术研究问题描述：电、水、气、热有关设备数据构造不同，计量设备安装维护操作复杂，需要研究实现即插即用计量设备通用数据交互模型，应研究采集设备各种通信方式“即插即用”实现办法，提出基于多源异构办法采集设备功能单元互操作办法，建立支持即插即用计量设备通用数据交互模型。电、水、气、热表计有上千种类型，通信方式各不相似，需要研究适应于电、水、气、热能源综共计量设备互操作性技术，应研究电、水、气、热表计类型，分析不同表计电气接口、通信合同差别，建立适应支持各种表计通信合同合同库，提出互操作性设计办法。电、水、气、热表计同步接入同一种采集终端，对终端智能化水平规定很高，需要试制开发适应于电、水、气、热能源综共计量一体化智能终端，应基于灵活、高效特性，研制支持电、水、气、热一体化采集智能终端，具备档案自动同步、通信合同自适应、通信接口自动匹配、故障智能诊断等功能。预期目的：1、建立支持即插即用计量设备通用数据交互模型，建立适应支持各种表计通信合同合同库；2、研制支持电、水、气、热一体化采集智能终端，支持采用不同通信方式、不同通信合同表计自动匹配，满足互操作性设计规定；3、终端档案自动同步时间不大于1min。问题5：能源计量一体化采集安全接入、预警及隐私保护核心技术研究问题描述：电、水、气、热能源计量信息涉及顾客隐私和国家信息安全问题，需要研究电、水、气、热能源计量一体化采集系统信息安全防护体系架构，应依照国家及国网公司对信息安全新规定，分析电、水、气、热能源计量一体化采集系统业务量和业务类型增长状况下对信息安全新需求，提出电、水、气、热能源计量一体化采集系统信息安全防护需求设计规定，系统梳理电、水、气、热能源计量一体化采集系统业务流程，对采集系统主站、通信信道、终端、电能表进行安全架构设计，建立采集系统主站、终端、电能表之间安全交互模型，提出系统安全架构设计办法及电、水、气、热能源计量一体化采集系统安全设计指标体系和功能规定。采集终端数量已达到1080 万台，系统安全接入压力不断增大，需要研究基于国产密码合用于海量采集终端无线公网/专网安全接入技术，应结合电、水、气、热能源计量一体化采集系统业务类型以及终端接入高并发特点，基于国产密码开展合用于海量采集终端无线公网/专网安全接入及隔离算法及装置研究，实现采集终端接入数据安全认证和隔离。系统规模庞大，外部恶意入侵风险增长，需要研究基于大数据分析海量采集终端无线公网/专网接入数据安全监测及预警技术，应依照电、水、气、热能源计量一体化采集系统面向对象合同，同步结合电、水、气、热能源计量一体化采集系统业务类型，基于大数据分析办法对海量终端接入数据进行木马、病毒、恶意代码监测，实现终端采集数据无害化接入及预警。水、气、热公司提出了数据安全隐私问题，需要研究电、水、气、热能源计量一体化采集系统水、气、热数据安全隐私保护技术，应依照水、气、热公司对数据安全隐私防护需求，系统梳理电、水、气、热能源计量一体化采集系统业务流程，分析水、气、热等数据传播合同格式，基于国密算法提出水、气、热等数据数据安全隐私传播方案。预期目的：1、通过梳理电、水、气、热能源计量一体化采集系统业务流程，评估系统不同环节对信息安全防护需求，形成电、水、气、热能源计量一体化采集系统安全防护方案；2、实现基于国产密码合用于海量采集终端无线公网/专网安全接入、隔离及数据无害化解决监测及预警；3、形成水、气、热数据安全隐私传播技术方案，实现电、水、气、热能源计量一体化安全采集。问题6：支撑能源计量一体化采集技术体系模仿实验仿真平台设计开发问题描述：大量设备接入系统后将带来潜在运营风险，需要研究适应电、水、气、热能源计量一体化采集技术体系应用实验办法及评价指标，应结合电、水、气、热能源计量一体化采集技术体系在架构、主站、通信、设备、安全层面应用特点，设计提出对系统及设备进行验证评价办法、指标。实验室检测环境与现场运营环境差别将带来系统运营风险，需要基于现场典型实验环境提出电、水、气、热能源计量一体化采集模仿实验仿真平台设计办法，应基于实验室和现场环境，提取实验评价核心要素和特性，通过实验仿真技术，提出可以进行系统级、设备级、软件级实验平台设计办法。电、水、气、热表计智能化限度差别较大，系统功能和性能具备较大优化空间，需要研究开发电、水、气、热能源计量一体化采集功能及性能模仿实验仿真平台，应在完毕电、水、气、热能源计量一体化采集功能设计和性能指标设计基本上，结合实验验证评价指标体系和实验平台设计办法，研制开发电、水、气、热能源计量一体化采集功能及性能模仿实验仿真平台，具备支持电、水、气、热表一体化采集系统进行模仿、验证和测试，并开展试点验证测试。预期目的：1、建立电、水、气、热能源计量管理系统实验验证评价指标体系，提出实验平台设计办法；2、完毕电、水、气、热能源一体化采集系统功能及性能模仿实验仿真平台设计开发；3、完毕覆盖1 万顾客规模电、水、气、热能源一体化采集系统试点验证，结合试点验证合理有效技术体系和商业运营体系。