电力用户用电信息采集系统-电力基础业务培训.doc

电力用户用电信息采集系统
电力基础业务培训
山大地纬软件股份有限公司
2014年4月
目 录
1 电 1
2 电力系统 1
2.1 电能的产生 1
2.2 电能的输送 2
2.3 电能的变配 2
2.4 电能的应用 3
3 智能电网 5
3.1 定义 5
3.2 目标 5
3.3 特征 5
3.4 先进性 6
3.5 重要意义 6
4 中国电网结构 8
4.1 国家电网公司 9
4.2 南方电网公司 11
5 用电信息采集 12
5.1 用电信息采集背景 12
5.2 用电信息采集发展历程 14
5.2.1 人工手抄采集 14
5.2.2 半智能化采集 15
5.2.3 智能化采集 17
5.3 用电信息采集体系构成 18
5.3.1 用电现场 19
5.3.2 智能终端 20
5.3.3 智能电能表 20
5.3.4 通信信道 21
5.3.5 用电信息采集系统 22
5.3.6 用户端 24
5.4 用电信息采集体系组网物理架构 24
5.4.1 系统网络 24
5.4.2 数据库服务器 25
5.4.3 应用服务器 25
5.4.4 前置机服务器 26
5.4.5 数据备份 27
5.4.6 通信安全 27
1 电
电是一种自然现象，是一种能量。在十九世纪末期，电进入了工业和家庭中，它作为能源的一种供给方式，所具有的多重优点，意味着电的用途几乎无可限量。例如，交通、取暖、照明、电讯、工业制造等等，都必须用电为主要能源。在可以预见的未来，电想必是绿色科技的主角之一，而当今的互联网时代，我们对电力有着持续增长的需求，因为我们发明了电脑、家电等更多依靠电力的产品。不可否认新技术的不断出现使得电力更加成为了人们生活的必需品。
2 电力系统
电能从产生到应用主要包括发、输、配、售四个环节，而由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电能生产与消费的系统就是电力系统。它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能。
2.1 电能的产生
电能主要来源于发电厂，发电厂按使用能源的不同分以下几种类型：
（1）火力发电厂：利用燃烧燃料所得到的热能发电，如济南黄台电厂。
（2）水力发电厂：利用河水落差推动水轮机旋转带动发电机发电，如三峡水力发电站。
（3）风力发电场：利用风力吹动建造在塔顶上的大型桨叶旋转带动发电机发电，由数座、十数座甚至数十座风力发电机组成的发电场地称为风力发电场，如内蒙古塞罕坝风电场。
（4）核能发电厂：利用原子反应堆中核燃料慢慢裂变所放出的热能产生蒸汽驱动汽轮机再带动发电机旋转发电，如大亚湾核电站。
此外还有地热发电厂、潮汐发电厂、太阳能发电厂等。
2.2 电能的输送
发电站发出的电是通过电线输送到远方，因为导线有电阻，输电过程的损耗主要是电流通过导线电阻引起的电热损耗，所以在对电能进行传输时，利用升压变压器对将电压升高，在输送同样的功率时，电压越高，电流越小，传输电流越小，损耗就越低。

图21输电过程示意图
电能由发电厂生成后，经过升压变压器升高电压，然后由高压输电线路将电能输送到用电区域，由降压变压器将电压降到用电单位可以使用的电压。电力网络由不同电压的电力线路组成，电力线路的作用是将发电厂生产的电能，输送到远离发电厂的广大城市、工厂、矿山、农村。额定电压在1kV以上电压称为“高电压”，额定电压在1kV以下电压称为“低电压”。电压可分为以下几类：
电压类别
电压范围
低压
1kV以下
中压
1kV~69kV
高压
69kV~330kV
超高压
330kV~1000kV
特高压
1000kV以上
表21 电压类别
2.3 电能的变配
电能需要通过变电和配电才能最终使电能到达用户，变电由变电所完成，配电由配电所完成。变电所的任务是从电源受电，然后经变压器降压或升压，再向用户配电。配电所的任务是从电源受电，然后向用户配电，其作用是接受和分配电能。
配电所与变电所的区别，主要在于配电所比变电所少了一个变压功能，也就是变电所比配电所多了降压或升压用的电力变压器。

图22 左为变电所，右为配电所
2.4 电能的应用
电能生产和传输的最终点即是电能的应用，电能应用的形式是多种多样的，电能应用的过程也是电能转化为其他形式能量的过程：
l 电能转化机械能：机床、电梯、风扇等。
l 电能转化光能：灯泡、二极管等。
l 电能转化声波：音响、超声检查仪等。
l 电能转化热能：电炉子、热水器等。
电能的生产和传输最终目的是为了供用户使用，电力应用的终点是电力用户，是指电力系统中的用电负荷，按用户对供电可靠性的要求把用电负荷分三类：
1、一级负荷：
（1）中断供电将造成人身伤亡者。
（2）中断供电将造成重大政治影响者。
（3）中断供电将造成重大经济损失者。
（4）中断供电将造成公共场所秩序严重混乱者。
对于某些特等建筑，如重要的交通枢纽、重要的通信枢纽、国宾馆、国家级及承担重大国事活动的会堂、国家级大型体育中心，以及经常用于重要国际活动的大量人员集中的公共场所等的一级负荷，为特别重要负荷。
中断供电将影响实时处理计算机及计算机网络正常工作或中断供电后将发生爆炸、火灾以及严重中毒的一级负荷亦为特别重要负荷。
一级负荷必须有两路独立的电源供电，即两路电源应从不同的电厂或不同的变电所接入，特别重要负荷还需外加一路应急电源。
2、二级负荷
（1）中断供电将造成较大政治影响者。
（2）中断供电将造成较大经济损失者。
（3）中断供电将造成公共场所秩序混乱者。
二级负荷必须有两路电源供电，电力变压器或线路故障应不导致中断供电，或中断供电后能在15秒内迅速恢复。
3、三级负荷
不属于一级和二级的电力负荷，三级负荷对于电力供应保证方面无特殊要求。
3 智能电网
智能电网，就是电网的智能化，也被称为“电网2.0”，它是建立在集成的、高速双向通信网络的基础上，通过先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现电网的可靠、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，其主要特征包括自愈、激励和包括用户、抵御攻击、提供满足21世纪用户需求的电能质量、容许各种不同发电形式的接入、启动电力市场以及资产的优化高效运行。
3.1 定义
智能电网是将先进的传感量测技术、信息通信技术、分析决策技术、自动控制技术和能源电力技术相结合，并与电网基础设施高度集成而形成的现代化电网。
3.2 目标
实现电网运行的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全。
3.3 特征
（1）坚强。在电网发生大扰动和故障时，仍能保持对用户的供电能力，而不发生大面积停电事故；在自然灾害、极端气候条件下或被外力破坏下仍能保持电网的安全运行；具有确保电力信息安全的能力。
（2）自愈。具有实时、在线和连续的安全评估和分析能力，强大的预警和预防控制能力，以及自动故障诊断、故障隔离和系统自我恢复能力。
（3）兼容。支持可再生能源的有序、合理接入，适应分布式电源和微电网的接入，能够实现与用户的交互和高效互动，满足多样化的电力需求并提供对用户的增值服务。
（4）经济。支持电力市场运营和电力交易的有序开展，实现资源的优化配置，降低电网损耗，提高能源利用效率。
（5）集成。实现电网信息的高度集成和共享，采用统一的平台和模型，实现标准化和精益化管理。
（6）优化。优化资产的利用，降低投资成本和运行维护成本。
3.4 先进性
现有电网总体上是一个刚性系统，智能化程度不高。电源的接入与退出、电能量的传输等都缺乏较好的灵活性，电网的协调控制能力不理想；系统自愈及自恢复能力完全依赖于物理冗余；对用户的服务形式简单、信息单向，缺乏良好的信息共享机制。
与现有电网相比，智能电网体现出电力流、信息流和业务流高度融合的显著特点，其先进性和优势主要表现在：
（1）具有坚强的电网基础体系和技术支撑体系，能够抵御各类外部干扰和攻击，能够适应大规模清洁能源和可再生能源的接入，电网的坚强性得到巩固和提升。
（2）信息技术、传感器技术、自动控制技术与电网基础设施有机融合，可获取电网的全景信息，及时发现、预见可能发生的故障。故障发生时，电网可以快速隔离故障，实现自我恢复，从而避免大面积停电的发生。
（3）柔性交/直流输电、网厂协调、智能调度、电力储能、配电自动化等技术的广泛应用，使电网运行控制更加灵活、经济，并能适应大量分布式电源、微电网及电动汽车充放电设施的接入。
（4）通信、信息和现代管理技术的综合运用，将大大提高电力设备使用效率，降低电能损耗，使电网运行更加经济和高效。
（5）实现实时和非实时信息的高度集成、共享与利用，为运行管理展示全面、完整和精细的电脑网运营状态图，同时能够提供相应的辅助决策支持、控制实施方案和应对预案。
（6）建立双向互动的服务模式，用户可以实时了解供电能力、电能质量、电价状况和停电信息，合理安排电器使用；电力企业可以获取用户的详细用电信息，为其提供更多的增值服务。
3.5 重要意义
（1）具备强大的资源优化配置能力。我国智能电网建成后，将实现大水电、大煤电、大核电、大规模可再生能源的跨区域、远距离、大容量、低损耗、高效率输送，区域间电力交换能力明显提升。
（2）具备更高的安全稳定运行水平。电网的安全稳定性和供电可靠性将大幅提升，电网各级防线之间紧密协调，具备抵御突发性事件和严重故障的能力，能够有效避免大范围连锁故障的发生，显著提高供电可靠性，减少停电损失。
（3）适应并促进清洁能源发展。电网将具备风电机组功率预测和动态建模、低电压穿越和有功无功控制以及常规机组快速调节等控制机制，结合大容量储能技术的推广应用，对清洁能源并网的运行控制能力将显著提升，使清洁能源成为更加经济、高效、可靠的能源供给方式。
（4）实现高度智能化的电网调度。全面建成横向集成、纵向贯通的智能电网调度技术支持系统，实现电网在线智能分析、预警和决策，以及各类新型发输电技术设备的高效调控和交直流混合电网的精益化控制。
（5）满足电动汽车等新型电力用户的服务要求。将形成完善的电动汽车充放电配套基础设施网，满足电动汽车行业的发展需要，适应用户需求，实现电动汽车与电网的高效互动。
（6）实现电网资产高效利用和全寿命周期管理。可实现电网设施全寿命周期内的统筹管理。通过智能电网调度和需求侧管理，电网资产利用小时数大幅提升，电网资产利用效率显著提高。
（7）实现电力用户与电网之间的便捷互动。将形成智能用电互动平台，完善需求侧管理，为用户提供优质的电力服务。同时，电网可综合利用分布式电源、智能电能表、分时电价政策以及电动汽车充放电机制，有效平衡电网负荷，降低负荷峰谷差，减少电网及电源建设成本。
（8）实现电网管理信息化和精益化。将形成覆盖电网各个环节的通信网络体系，实现电网数据管理、信息运行维护综合监管、电网空间信息服务以及生产和调度应用集成等功能，全面实现电网管理的信息化和精益化。
（9）发挥电网基础设施的增值服务潜力。在提供电力的同时，服务国家“三网融合”战略，为用户提供社区广告、网络电视、语音等集成服务，为供水、热力、燃气等行业的信息化、互动化提供平台支持，拓展及提升电网基础设施增值服务的范围和能力，有力推动智能城市的发展。
（10）促进电网相关产业的快速发展。电力工业属于资金密集型和技术密集型行业，具有投资大、产业链长等特点。建设智能电网，有利于促进装备制造和通信信息等行业技术升级，为我国占领世界电力装备制造领域的制高点奠定基础。
4 中国电网结构
伴随着中国电力发展步伐不断加快，中国电网也得到迅速发展，电网系统运行电压等级不断提高，网络规模也不断扩大，全国已经形成了东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网和南方电网6个跨省的大型区域电网，并基本形成了完整的长距离输电电网网架。

图41 中国电网结构
由于中国的国土面积大，所以把全国的电网划分成六大电网，由两大集团分别管理。其中东北电网、华北电网、华中电网、华东电网、西北电网属国家电网公司，南方电网属南方电网公司。电网大型区域的划分，是为了方便管理。
4.1 国家电网公司

图42 国家电网公司组织结构
（1）东北电网有限公司：经营区域覆盖辽宁、吉林、黑龙江三省和内蒙古自治区东部（赤峰市、通辽市、呼伦贝尔市和兴安盟），电网覆盖面积126.8万平方公里，供电服务人口1.21亿。

图43东北电网示意图
（2）西北电网有限公司：经营区域覆盖陕西省、甘肃省、青海省、宁夏回族自治区、新疆维吾尔自治区和西藏自治区。

图44 西北电网示意图
（3）华北电网有限公司：包括蒙西电网、京津唐电网、河北南部电网、山西电网、山东电网5部分。华北电网与东北电网、华中电网相连。

图45 华北电网示意图
（4）华东电网有限公司：经营区域覆盖上海市、江苏、浙江、安徽、福建省电网。

图46 华东电网示意图
（5）华中电网有限公司：由河南电网、四川电网、重庆电网、湖北电网、江西电网、湖南电网六部分组成。其中河南电网与西北电网、华北电网相连，湖北电网与华东电网、南方电网相连。

图47华中电网示意图
4.2 南方电网公司
南方电网覆盖的区域为广东电网、广西电网、云南电网、贵州电网和海南电网。

图48 南方电网公司组织结构图
5 用电信息采集
5.1 用电信息采集背景
智能电网在全球范围内已获得广泛关注，世界各国政府和企业对建立智能电网以改进电能分配和节约电能的需求不断增大。我国电力行业紧密跟踪欧美发达国家电网智能化的发展趋势，提出在全国范围内推行更可靠、节能、优化的智能电力。为响应政府号召，促进节能减排、发展低碳经济、提高服务水平，国家电网公司积极转变电网发展方式，在全面实施信息化“SG186”工程基础之上，于2009年5月首次公布了智能电网计划，制定了智能电网建设三步走战略。2010年6月，国家电网公司先后颁布了《智能电网关键设备（系统）研制规划》和《智能电网技术标准体系规划》等标准规范，开展了一系列示范试点工程，为我国智能电网建设提供指导，以促进和带动智能电网及相关领域与产业有序发展。当前，智能电网已作为重要内容纳入政府“十二五”规划，“十二五”规划中明确指出：“加快新能源开发，推进传统能源清洁高效利用，在保护生态的前提下积极发展水电，在确保安全的基础上高效发展核电，加强电网建设，发展智能电网”。
智能电网包含了电力系统的发电、输电、变电、配电、用电和调度各个环节，它以充分满足用户对电力的需求和优化资源配置、确保电力供应的安全性、可靠性和经济性、满足环保约束、保证电能质量、适应电力市场化发展等为目的，实现对用户可靠、经济、清洁、互动的电力供应和增值服务。其中，智能用电在坚强智能电网的建设中具有十分重要的地位和作用，它作为构建坚强智能电网的重要支柱和六大环节之一，是实现智能电网各项功能的基础和物理载体，同时也是社会各界感知和体验坚强智能电网建设成果的主要途径。
电力用户用电信息采集作为智能用电体系建设的一个重要支撑，通过对配电变压器和终端用户用电数据的采集和分析，实现用电监控，推行阶梯电价、负荷管理、线损分析，最终达到自动抄表、错峰用电、用电检查（防窃电）、负荷预测和节约用电成本等目的，是全面实现营销业务管理与用户服务手段自动化、信息化、互动化的基础，为加快推进营销现代化建设提供重要的数据支撑。
如图6-1所示，用户用电信息采集系统的定位是营销技术支持系统的重要组成部分，既可通过文件、中间库、WebService方式为营销业务应用系统提供数据支撑，同时也可独立运行，完成档案管理、数据采集管理、负荷管理、费控管理、线损分析等功能。功能上完全覆盖营销业务应用系统中电能信息采集业务中所有相关功能，为营销业务应用中的其它业务提供用电信息数据源和用电控制手段。同时还可以提供营销业务应用系统之外的综合应用分析功能，如配电业务管理、电量统计、决策分析、增值服务等功能，并为其它专业系统如GIS系统、配电自动化系统等提供基础数据。目前，国家电网公司先后出台了“电力用户用电信息采集系统功能规范”等一系列标准和规范用于指导用电信息采集工作的开展，保证用电信息采集系统建设工作的顺利实施。

图51 用电信息采集系统定位
5.2 用电信息采集发展历程
对电力用户用电信息的采集开始于19世纪末感应式电能表的诞生，用电信息采集的发展经历了人工手抄、半智能化、智能化三个阶段。随着智能电网“全覆盖、全采集、全费控”建设目标的提出，传统的人工手抄采集方式由于劳动强度大、抄表周期长、容易出现差错、效率低下等缺点正逐渐被智能化采集方式取代，以适应经济社会的发展、电力现场的变化和智能电网建设的需求。
5.2.1 人工手抄采集
自19世纪末第一只感应式电能表用于电量计量以来，对电力现场电能数据的采集很长一段时间仅采用人工手抄方式，人工手抄采集是抄表人员通过对一家一户的电能计量表计进行查抄，对电费进行计算并收取。现阶段人工手抄模式工作流程一般如下：
（1）抄表员携带抄表本前往现场抄表；
（2）抄表员返回办公室手工将数据输入电脑；
（3）打印缴费通知单；
（4）前往现场投递或通过邮局发放缴费通知单；
（5）用户拿到缴费单去收费点或托收点去缴费。

图52 人工抄表
人工手抄采集模式由于是到用户现场挨家挨户进行抄表，保证了采集电能数据的准确性，但这种抄表模式同时也存在一系列缺点：
（1）抄表本携带困难。传统的抄表本体积庞大，因此抄表员一次抄表只能携带少量抄表本，造成了一次抄收数量少，工作效率低下。
（2）查询困难。在厚厚的抄表本中手工翻页查找某一位用户无疑是件困难的事。
（3）手工输入数据。抄表员在抄表本上抄回数据后，需要将数据回录入电脑，耗时易错。
（4）现场投递缴费通知单。数据输入电脑后，打印出缴费通知单，抄表员需要再次前往现场投递缴费通知单，造成了运营成本增加。
（5）实时性差。不能实时监控电能和供电网络的使用情况，无法及时发现用电异常现象及用户窃电行为。
5.2.2 半智能化采集
20世纪80年代，抄表机在欧洲诞生，用户用电信息采集进入半智能化采集阶段，半智能化人工抄表是通过抄表机完成抄表工作，电能使用费用通过计算机进行整理和计算。
抄表机，实际上是一台功能强大的掌上数据采集器，外形类似手机。机器以内含的CPU为控制核心，带有键盘、显示屏、大容量存储器及与电脑连接的通讯端口，抄表机的显著特点是：存储容量大，一般一台抄表机可存储几千上万条数据；数据保存时间长，抄表机内带后备电池，机器关机后数据仍能保存半年以上；携带方便，抄表机外形类似手机大小，携带操作极为方便；输入及显示数据方便，抄表机的屏幕比较大，而且支持汉字，一般一屏可显示几十个汉字，为输入数据及查询显示机内数据提供了很大方便；机器运行速度快，机内CPU一般选用高性能中央处理器，使机器运行速度达到较高的水平；机器应用灵活度高，抄表机内的应用程序不是固化的，而是提供二次开发平台，用户可完全按照自己的要求开发抄表机应用程序。具体使用方法为：
（1）每次抄表前，计算机操作员将所有抄表户的详细数据从电脑下载到抄表机中。
（2）抄表员到抄表现场，将用户表中的数据输入并保存到抄表机中。若用户安装的电能表具有红外抄表功能，表中数据可通过红外通讯的方式直接输入到抄表机中；
（3）抄表员抄表全部结束后，由电脑操作员将抄表机与电脑连接，抄表机内保存的抄表数据就全部自动上传到电脑中。

图53 手抄机抄表
使用抄表机抄表，与传统的人工手抄方式比较，具有明显的优点，主要在以下几个方面：
（1）携带方便。由于抄表机的信息容量大，给抄表员的抄表工作带来很大方便。抄表员不用携带抄表本，只须携带一个轻便的抄表机。
（2）抄表数据处理方便。使用抄表机，机内抄表数据通过通讯线直接传输到电脑中，上千条数据只需不到一分钟就传输完毕，大大缩短抄表数据录入到电脑的时间，避免人工录入过程出错。而人工手抄方式，抄表数据要录入电脑，必须手工将一条一条数据录入电脑，耗人力、花时间、而且出错率很高。
（3）查询方便。使用抄表机只须敲几个键，就可调出用户的全部详细资料，降低了抄表员的工作强度，显著提高了抄表员的工作效率；抄表机可随时查询统计抄表员已抄用户的数量、未抄用户的数量，并同时将未抄户的情况显示在屏幕上，使抄表员能随时掌握自己的工作进度情况，及时了解未抄户的信息。
（4）数据合理性检查。在抄表员将数据录入到抄表机时，抄表机会自动对数据的合理性进行判别，如发现该数据有异常情况，抄表机会立即向抄表员提示报警，以便抄表员即时查找原因并处理。
虽然半智能化采集模式具有上述优点，但该种方式仍然属于人工抄表，存在人工抄表模式的弊端，具体如下：
（1）管理困难。存在人情电、关系电和人为因素造成的用电管理方面的误差及漏洞。
（2）实时性差。不能实时监控电能和供电网络的使用情况，无法及时发现用电异常现象及用户窃电行为。
目前，抄表机已经成为一款多功能的掌上电脑，具有多种用途。抄表机内存可达到32MB，CPU多采用16位或32位，安装多种通讯接口如RS232、红外、USB、高速光电等。红外抄表逐渐普及，抄表距离可达10m。
5.2.3 智能化采集
随着智能电网的发展以及智能用电体系建设工作的推进，自动抄表方式应运而生。这种采集方式能够实现电能表的远程查抄、计量和收费，供电部门能够实时地监控每一户用电客户实际使用电能的情况，还能实时了解供电网络的负荷情况，以及供电线路网络出现故障的情况。集抄设备与采集系统之间采用GPRS/CDMA、光纤等方式通信。
自动抄表是指采用通信和计算机等技术，通过专用设备对各种仪表进行自动采集和处理数据。它—般是通过数据采集器对表计的脉冲进行计数，然后通过传输控制器将信息传至计算机中心，由计算机对数据进行处理、显示、存储和打印，必要时还可以通过网络和营业收费系统相连实现抄表收费一体化。

图54 智能化抄表
自动抄表系统的出现解决了传统人工抄表过程中遇到的许多问题，并且提高了工作效率和数据的准确性。随着近年来计算机技术、网络技术和微电子技术的飞速发展，越来越多的新技术应用于自动抄表系统，它们能够减少设备成本，提高可靠性、准确性和抄表效率，为安全生产运行工作提供了有力的数据支撑。
（1）自动抄表系统能够实现完善的日志管理，系统日志记录了进入系统、离开系统、收费、设置硬件、改变运行参数操作及操作员、操作时间等，凡是改变数据库的操作均被记录下来。
（2）自动抄表系统能够实现广播对时，使得系统中的所有集抄设备的时间基准与主机保持一致。对时成功后，由电池供电的集抄设备内部时钟，不再需要主机的干预。因此，只要保证在对时时刻主机的时间是正确的，以后在运行的过程中，改变主机的时钟并不会影响集抄设备的时间。
（3）自动抄表系统能够实现自动抄表，按照设置的抄表开始时间和抄表间隔，到预定的抄表时刻，系统便会依次去抄读采集器内电表的数据。对于抄读不到数据的情况，系统会自动补抄或人工发出指令补抄。
（4）自动抄表系统能够实现电量冻结，通过抄读总表，结合抄读冻结各分表的读数（由此得到读数和），就可以计算出某部分电路的电能损耗，为确定电费提供依据。
（5）自动抄表系统能够实现设备管理，在停电48~72小时内仍可抄表和监控；可结合短信平台，在告警时，根据具体内容发短信给相关管理人员。
（6）自动抄表系统能够实现统计分析，采用多种图形对用户用电情况按时间和范围进行多维度统计分析。
（7）自动抄表系统能够实现安全管理，综合运用密码技术、身份验证技术、访问控制技术、防火墙技术、安全内核技术、网络反病毒技术、信息泄漏防治技术、网络安全漏洞扫描技术、入侵检测技术等保护和防范来自黑客、病毒、非法程序的攻击，以及由主站操作人员的失误造成的系统脆弱性。
5.3 用电信息采集体系构成
用电信息采集系统利用部署在各种电力现场的智能终端采集来自低压居民、专变客户、变电站、线路、台区等多种电力现场的实时电能信息，并在此基础上进行数据分析和处理，为电力公司提供具有档案管理、数据采集管理、负荷管理、费控管理、线损分析等业务功能的管理系统。用户用电信息采集体系构成如下图所示：

图55 用电信息采集体系构成
用户用电信息采集体系共包含用电现场、智能终端、通信信道、用电信息采集系统及客户端5部分，其中用电信息采集系统又分为前置主站和用电信息业务应用系统。下面对各个组成部分进行详细介绍。
5.3.1 用电现场
用电现场作为电能信息采集的来源，在当前条件下，几乎所有供电企业都还未实现终端100%覆盖，特别是农村居民，由于采集点分散且条件有限，离全覆盖的目标还有较大一段距离。按照国家电网公司制定的三步走战略，最终要实现对包括专变客户、低压居民、变电站、热电联产、充电桩、小火电及清洁能源等发、供、配、售等多环节的各种电力现场的全覆盖。
5.3.2 智能终端
智能采集终端是对各信息采集点用电信息进行采集，从而实现数据管理、数据双向传输以及转发或执行控制命令，完成数据采集及数据管理等任务的设备。用电信息采集终端按应用场所，可分为专变采集终端、配变采集终端、变电站终端、集中抄表终端（包括集中器、采集器）等类型。智能终端外观见下图所示。

图56 左为专变采集终端，中右为集中抄表终端
5.3.3 智能电能表
智能电能表是以计算机应用技术、现代通讯技术、量测技术为基础的进行数据采集、数据处理和管理的先进计量设备，由测量单元、数据处理单元、通信单元等组成，具有电能量计量、数据处理、实时监测、自动控制、信息交互等功能。电能表是连接电网与用户的关键节点，是实现电能信息采集自动化和智能化最重要的测量仪表，也是用户用电信息采集系统建设最基本的单元，其基础作用是购售电双方用于电力交易的法定计量器具，同时承载着用电信息、数据的采集任务。
智能电能表是由传统电能表逐步发展起来的，它在智能电网中是重要的智能终端。它已经不是传统意义上的电能表，智能电能表除了具备传统电能表基本用电量的计量功能以外，为了适应智能电网和新能源的使用它还具有双向多种费率计量功能、用户端控制功能、多种数据传输模式的双向数据通信功能、防窃电功能等智能化的功能，实现了用户采集、预付费管理、分时电价、阶梯电价的“全覆盖”。智能电能表代表着未来节能型智能电网最终用户智能化终端的发展方向。智能电能表的大量使用将会使得智能电网的节能、高效、安全的性能得到更充分的体现。智能电能表外观见下图所示。

图57 智能电能表
5.3.4 通信信道
传输系统是用电信息采集系统、智能采集终端、电能表之间进行数据交换的通信网络，是信息交互的承载体。在用电信息采集系统中用于传输数据的通信网络也称为信道。终端与系统主站之间的数据信道称为远程信道（从现场终端到系统主站的信道称上行信道，从系统主站至现场终端的信道称下行信道），终端到电表之间的信道称为本地信道。当前通信信道种类繁多，具体信道类型如下表所示。每种信道都有其自身优缺点，而各种电力现场地形复杂，需要针对不同地形选择合适的通信信道，使其满足在智能电网中电力现场与用电信息采集系统间双向互动的要求。
分类
信道类型
远程通信
专网通信
230MHz无线专网
光纤专网
公网通信
无线公网信道
GPRS
CDMA
有线公网信道
ADSL
PSTN拨号
本地通信
有线通信
窄带载波
宽带载波
RS485总线
无线通信
微功率无线
表51 通信信道类型
5.3.5 用电信息采集系统
1、采集主站
用电信息采集主站作为与现场采集终端通信的唯一接口，不仅负责与现场采集终端的通信，同时还负责通信信道管理、采集数据持久化、终端事项持久化等工作，所以对采集主站的实时性、安全性、稳定性等方面的要求较高。具体而言，主站应具备的功能如下：
（1）接收来自用电信息业务应用系统的采集、负控、参数、状态等标准指令，标准指令系统的设计遵循主流通信规约。目前主要包括：国电2004规约、国电2009规约、国电2013规约、DLT645-2007规约。
（2）提供多种通讯通道的终端接入方式，屏蔽通讯通道差异，使主站业务人员对终端进行操作时，无需关心通道的差异。
（3）实现各种规约类型终端的接入，针对每种终端规约开发一种适配器，采集主站支持规约适配器的可配置插入接口，支持符合采集主站规范的规约插件开发接入，为扩展规约接入提供实现基础。
（4）采集主站可以配置主备多种通讯通道与终端进行通讯。当主通道通讯发生异常情况，无法正常采集，采集主站支持动态切换至其他通讯通道，以保证采集的正常进行。
（5）支持主动预警，包括终端上送的预警及警告类事项信息、采集服务本身产生的警告类信息等，最终通过事项告警服务反映给用户。
（6）支持高可用冗余配置，分为主备采集服务，正常情况下使用主采集服务，当发生异常情况时，系统支持动态切换至备用采集服务，保证采集正常进行。
（7）具备主动检测数据完整性及自动补召功能，保证数据采集过程中由于各种因素造成的数据缺失的自动补遗。
（8）提供校时、报警、访问控制、流量统计功能。
2、业务应用系统
系统主要功能包括终端运行管理、费控管理、线损管理、有序用电、事项管理、反窃电管理、综合查询、系统管理等。
（1）终端运行管理。主要包含系统档案管理、终端运行调试、数据采集任务管理、终端数据自动采集和数据上传管理。
（2）费控管理。主要包含费控用户建档、费控参数维护和下发、费控用户购电、费控短信产生与发送、费控指令下发和回传营销等功能。
（3）线损管理。主要包含各类线损模型维护、计算和分析等功能。
（4）有序用电。管理人员针对地区负荷缺口维护负荷指标，结合负荷指标编制有序用电方案，维护方案中各用电客户时段控、厂休控、功率下浮控或电量定值控参数，将方案投入执行，参数下发到终端，终端根据用户实际负荷进行控制。
（5）事项管理。终端根据自身设定的各项阈值参数，自主判断现场是否存在用电异常，然后将异常信息主动上传至采集系统主站。
（6）反窃电管理。管理人员根据终端上送的异常事项、抄表数据、反窃电模型计算数据，综合判断用电客户是否存在窃电嫌疑，对于重点窃电嫌疑用户发起反窃电工单，由用电稽查人员现场核查并处理。
（7）综合查询。主要包含系统各类档案数据和业务数据统计查询。
（8）系统管理。主要包含系统各类后台参数、身份权限配置。
3、外围系统接口
用电信息采集系统从现场获取大量的现场采集数据，能够为营销信息化系统提供数据支撑，其提供的采集数据具备数据量大、涉及范围广、交换频度高等特点。用电信息采集系统通过数据接口实现与其他相关系统之间的信息共享和业务互动，一方面需要从其它系统中获取本系统不存在但又要使用的数据，例如需要从营销信息化系统获取客户档案信息、抄表请求等其它相关信息；另一方面需要向其它系统提供数据，例如向客户服务系统提供客户终端信息、实时负荷等其它相关信息。
用电信息采集系统与营销信息化系统之间的接口主要包括营销MIS电量接口、营销预购电接口、档案同步接口、费控接口方案、营销稽查监控平台接口、营销配电一体化接口、热电终端地调接口、配电自动化接口、稽查监控系统实时线损接口等。现以营销业务应用系统档案同步接口、预购电接口为例给出用电信息采集系统与营销信息化系统之间交互的主要内容。
（1）档案同步接口
交互的主要内容包括：单位信息、变电站信息、线路信息、变压器信息、公用区信息、用户信息、终端信息、电表信息、计量点信息、采集点信息等。
（2）预购电接口
交互的主要内容包括：预购电客户档案维护、预购电终端参数设置、购电单下发等。
5.3.6 用户端
用户目前可以通过电力内网办公电脑访问用电信息采集系统。
5.4 用电信息采集体系组网物理架构

图58 用电信息采集体系物理架构
5.4.1 系统网络
系统网络主要包括采集电力内网、通信子网组成。采集电力内网主要由省公司采集系统网络、省地公司采集系统网络、地市公司采集系统网络、省公司外围系统网络组成。通信子网由采集系统前置服务器以及通信子网交换机等设备组成。
用电信息采集系统与其他外围应用系统在一个网络中，为确保安全，用防火墙进行安全隔离；和其它应用系统的互联采用防火墙进行安全隔离；通信子网与采集系统网络之间采用防火墙进行安全隔离。
5.4.2 数据库服务器
为了满足系统对稳定性、可靠性和高性能的要求，用电信息采集系统数据库服务器采用双机热备份模式。
所谓双机热备就是使用互为备份的两台（或多台）服务器共同执行同一服务，按照运行状态可将这些服务器分为主机（Active Server）和备机（Standby Server）两类。双机热备属于高可用领域，作用是在不进行人工干预的情况下保证系统能持续提供服务。
5.4.3 应用服务器
在用电信息采集系统中，为保障系统的可靠性及稳定性，需要将集群技术应用于应用服务器。应用服务器利用负载均衡集群实现对终端接入容量的伸缩支持。当现有集群规模无法满足大量终端用户的接入需求时，通过增加服务器资源的方式满足终端大规模接入需求。通过负载均衡技术保障系统的负载以及工作站并发数等性能指标要求。集群技术负责将单个重负载的运算分担到多台节点设备上做并行处理，每个节点设备处理结束后，将结果汇总，返回给用户，从而使得系统处理能力得到大幅度提高。负载均衡技术则负责将大量的并发访问或数据流量分担到多台节点设备上分别处理，从而减少用户等待响应的时间。负载均衡建立在现有网络结构之上，它提供了一种廉价又有效的方法扩展网络设备和服务器的带宽、增加吞吐量、加强网络数据处理能力、提高网络的灵活性和可用性。负载均衡集群运行时，一般通过一个或者多个前端负载均衡器，将工作负载分发到后端的一组服务器上，从而达到整个用电信息采集系统的高性能和高可用性。下图是用电信息采集系统应用服务器的负载均衡框架：

图59 应用服务器负载均衡框架图
5.4.4 前置机服务器
前置服务器是用电信息采集系统与现场采集终端通信的唯一接口，所有与现场采集终端的通信都由前置服务器负责，所以对服务器实时性、安全性、稳定性等方面的要求较高。
用电信息采集系统支持多前置机负载均衡组网方式。对于大规模的集中数据采集，支持前置机分组配置，每组前置机采用双机以主辅热备的方式运行，当其中一台服务器出现故障时，另一台服务器自动接管故障服务器所有的通信任务，从而保证系统的正常运行。

图510 前置机服务器负载均衡框架图
每组前置服务器可接入系统所有类型的信道，对于采用串口方式的通信信道，采用串口服务器等多串口设备来扩展前置服务器的串口数量，以便同时接入多路串口信道；对于采用公网的通信信道，增加防火墙和认证服务器来提高接入的安全性；对于公司自建的光纤专网信道，则可直接接入前置服务器。
5.4.5 数据备份
数据备份是用电信息采集系统至关重要的一部分，是容灾的基础。数据备份是指为防止系统出现操作失误或系统故障导致数据丢失，而将全部或部分数据集合从应用主机的硬盘或阵列复制到其它的存储介质的过程。用电信息采集系统积累了大量的业务数据，这些数据是各项业务经办和管理服务的重要基础，其安全直接影响到智能采集终端、电能表及先进计量表等各项设备的正常运行，关系到业务系统运行的持续性、稳定性，业务数据的完整性、正确性、有效性以及业务的生产、管理与决策活动。如果没有数据备份，任何一个环节发生故障和灾难，都会导致业务无法正常进行，造成重要数据的丢失和破坏，相关的业务系统也会受到影响，给国家带来损失，给广大用户带来不便，严重时更会带来重大经济及社会社会