電、水、氣、熱能源計量一體化采集關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用

1、電、水、氣、熱能源計量一體化采集關(guān)鍵技術(shù)研究及應(yīng)用一、需求必要性分析國家發(fā)改委發(fā)布的關(guān)于促進(jìn)智能電網(wǎng)發(fā)展的指導(dǎo)意見和關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見中指出“應(yīng)完善信息資源共享機(jī)制，支持能源數(shù)據(jù)集抄集采，建設(shè)能源數(shù)據(jù)集成平臺，鼓勵基礎(chǔ)設(shè)施共享復(fù)用”、“豐富智能終端高級量測系統(tǒng)的實(shí)施功能，促進(jìn)水、氣、熱、電的遠(yuǎn)程自動集采集抄，實(shí)現(xiàn)多表合一”。為落實(shí)相關(guān)要求，有必要依托覆蓋廣泛的智能電能表和用電信息采集系統(tǒng)，積極推動“多表合一”采集系統(tǒng)建設(shè)，提升社會公共服務(wù)水平，實(shí)現(xiàn)社會公共服務(wù)資源效益最大化，積極推進(jìn)國家節(jié)能減排政策落實(shí)。隨著“多表合一”采集需求的提出，能源計量點(diǎn)數(shù)量成倍增加，現(xiàn)有用電信

2、息采集系統(tǒng)難以適應(yīng)電、水、氣、熱能源綜合計量發(fā)展的新形式和新要求，主要表現(xiàn)在采集數(shù)據(jù)量增多，采集頻度提高，對外共享接口增加，系統(tǒng)并發(fā)處理能力不足，現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)、技術(shù)方案、采集終端和通信協(xié)議難以滿足多表合一一體化采集的應(yīng)用需求。另外，我國居民用戶使用的能源計量設(shè)備主要包含電表、水表、燃?xì)獗砗蜔崃Ρ恚姳硗?，其它表計信息的采集多為人工抄表方式，抄表效率低，由于我國電、水、氣、熱分屬四個能源行業(yè)，運(yùn)營單位不同，居民需要分別繳納電費(fèi)、水費(fèi)、氣費(fèi)、熱費(fèi)，公共服務(wù)效率低，存在系統(tǒng)不兼容、方案不統(tǒng)一、智能化水平差異大等諸多問題。針對上述發(fā)展形勢和存在的問題，有必要盡快開展電、水、氣、熱能源計量一體化采集關(guān)

3、鍵技術(shù)，明晰能源計量系統(tǒng)技術(shù)路線，重點(diǎn)研究一體化采集系統(tǒng)架構(gòu)、主站、終端、通信信道、通信協(xié)議、安全防護(hù)等方面技術(shù)問題，建立電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)試驗驗證方法和評價指標(biāo)體系，進(jìn)一步支撐電力體制改革、能源互聯(lián)網(wǎng)等宏觀形勢下營銷新型業(yè)務(wù)及公司跨專業(yè)協(xié)同業(yè)務(wù)的開展，并為水、氣、熱等公共事業(yè)開展高效社會化服務(wù)提供支持。二、技術(shù)現(xiàn)狀分析近年來，國家電網(wǎng)公司積極推進(jìn)智能電網(wǎng)建設(shè)，踐行“計量先行”理念，全面推廣應(yīng)用智能電能表，建設(shè)用電信息采集系統(tǒng)，目前覆蓋用戶已超過億戶。用電信息采集系統(tǒng)的全面建設(shè)，有力的促進(jìn)了智能計量技術(shù)體系的發(fā)展，提升電網(wǎng)智能化水平，采集的各類數(shù)據(jù)已經(jīng)在電力交易、電費(fèi)回收、用

4、電檢查、市場需求側(cè)、線損精益分析、配電網(wǎng)運(yùn)行監(jiān)測、供電質(zhì)量監(jiān)測以及故障搶修等多個專業(yè)業(yè)務(wù)應(yīng)用中發(fā)揮了重要的數(shù)據(jù)支撐作用，已成為公司經(jīng)營決策分析的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源。目前，在電、水、氣、熱四個能源行業(yè)中，全國已安裝水表億只，燃?xì)獗韮|只，熱力表億只，總計億只，智能化水平偏低，存在系統(tǒng)不兼容、方案不統(tǒng)一的問題。智能水表、燃?xì)獗砗蜔崃Ρ矶嗖捎脽o源設(shè)計或電池供電方式，數(shù)據(jù)采集一般通過M-BUS總線或微功率無線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)，M-BUS總線需要鋪設(shè)專線，微功率無線通信距離容易受到限制。國際上已有丹麥、克羅地亞、墨西哥、南非等國家，特別是電力、燃?xì)庖惑w化運(yùn)營機(jī)構(gòu)已開展了多表合一采集應(yīng)用，英國、荷蘭的推進(jìn)計劃正在

5、實(shí)施。三、需解決的問題問題1：電、水、氣、熱能源計量一體化采集架構(gòu)體系研究問題描述：電、水、氣、熱能源計量業(yè)務(wù)需求復(fù)雜，應(yīng)全面分析當(dāng)前采集系統(tǒng)在支撐業(yè)務(wù)發(fā)展面臨的技術(shù)問題，結(jié)合電、水、氣、熱能源行業(yè)發(fā)展需求，以及營銷、發(fā)展、安質(zhì)、運(yùn)檢等業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，提出電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)設(shè)計要求。為促進(jìn)系統(tǒng)良性發(fā)展，需要設(shè)計基于“互聯(lián)網(wǎng)+”的電、水、氣、熱能源計量商業(yè)運(yùn)營模式，應(yīng)結(jié)合業(yè)務(wù)需求分析，研究電、水、氣、熱能源供應(yīng)商利益需求，基于“互聯(lián)網(wǎng)+”理念，構(gòu)建混合型電、水、氣、熱能源計量商業(yè)運(yùn)營模式，建立抄表、收費(fèi)、運(yùn)維、服務(wù)一體化運(yùn)營體系。為與現(xiàn)有用電信息采集系統(tǒng)完美融合，需要設(shè)計定義電、

6、水、氣、熱能源計量一體化采集技術(shù)架構(gòu)體系，提出系統(tǒng)設(shè)計方法，應(yīng)系統(tǒng)性的對能源計量一體化采集系統(tǒng)主站、通信信道、智能終端、安全防護(hù)體系進(jìn)行架構(gòu)設(shè)計，建立各子系統(tǒng)、設(shè)備、組件的邏輯架構(gòu)和交互模型，提出系統(tǒng)設(shè)計方法。實(shí)際建設(shè)過程中將涉及軟硬件平臺設(shè)計方案選型的問題，需要提出系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)體系和功能要求，應(yīng)結(jié)合業(yè)務(wù)需求分析和系統(tǒng)架構(gòu)，結(jié)合可選用的軟件開發(fā)工具、硬件設(shè)計方案、通信選擇方案和安全防護(hù)方案，提出系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)體系和功能要求，完成電、水、氣、熱能源計量管理系統(tǒng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定。預(yù)期目標(biāo)：1、完成電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)業(yè)務(wù)需求分析，建立能源計量一體化采集系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)體系；2、確定可選用的軟

7、硬件平臺設(shè)計方案，提出系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)、功能要求和商業(yè)運(yùn)營模式；3、完成電、水、氣、熱能源計量管理系統(tǒng)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制定。問題2：支持多任務(wù)并發(fā)處理的能源計量一體化采集主站技術(shù)方案研究問題描述：能源計量一體化采集主站抄讀表計的數(shù)量將達(dá)到用電信息采集系統(tǒng)的4倍，需要研究支持多任務(wù)并發(fā)處理的云計算技術(shù)和分布式存儲技術(shù)，應(yīng)通過并發(fā)主站系統(tǒng)計算能力、數(shù)據(jù)存儲容量和數(shù)據(jù)訪問效率的精確計算，結(jié)合業(yè)務(wù)應(yīng)用需求分析，提出支持多任務(wù)并發(fā)處理的云計算和分布式存儲設(shè)計方法。表計數(shù)量增長將對主站系統(tǒng)架構(gòu)帶來沖擊，需要進(jìn)行能源計量一體化采集系統(tǒng)主站系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計，應(yīng)結(jié)合電、水、氣、熱能源計量一體化采集技術(shù)架構(gòu)體系，開展電、水、

8、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)主站通信層、存儲層、計算層、應(yīng)用層和接口層設(shè)計，提出完整的主站系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)方案。系統(tǒng)外部對數(shù)據(jù)的需求也將增長，需要設(shè)計開發(fā)滿足多業(yè)務(wù)跨平臺的統(tǒng)一數(shù)據(jù)接口，應(yīng)研究支持多個能源供應(yīng)商、多業(yè)務(wù)部門的共享數(shù)據(jù)接口，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)模型，支撐多種數(shù)據(jù)的高效、安全、可靠共享。預(yù)期目標(biāo)：1、提出支持多任務(wù)并發(fā)處理的云計算和分布式存儲設(shè)計方法，提出完整的一體化采集系統(tǒng)主站設(shè)計技術(shù)方案；2、建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)共享接口，實(shí)現(xiàn)采集網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)智能感知與故障自我修復(fù)；3、主站性能設(shè)計接入終端數(shù)大于500萬臺、計量點(diǎn)數(shù)大于8000萬個、數(shù)據(jù)查詢響應(yīng)時間小于3s。問題3：具有低功耗特性的能源計量數(shù)據(jù)傳輸

9、技術(shù)研究問題描述：無線水、氣、熱表依靠電池供電，需要研究能源計量一體化采集無線喚醒機(jī)制以最大限度降低功耗，應(yīng)結(jié)合電、水、氣、熱能源計量一體化采集業(yè)務(wù)需求，全面分析計量一體化采集技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié)，研究具有低功耗特性的無線喚醒機(jī)制。無線水、氣、熱表通信模塊協(xié)議與接口各不相同，需要研究能源計量一體化采集互聯(lián)互通方法，應(yīng)開展能源計量一體化采集的通信協(xié)議與接口技術(shù)研究，提出智能終端與通信模塊之間的高速數(shù)據(jù)傳輸方法，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)、設(shè)備、表計的互聯(lián)互通，形成高速率高可靠的數(shù)據(jù)傳輸方案。水、氣、熱表有線及無線通信方式互不兼容，需要研究能源計量一體化采集的融合通信技術(shù)，應(yīng)基于能源計量一體化采集技術(shù)架構(gòu)體系，全面分析采

10、集系統(tǒng)通信信道的物理拓?fù)浼霸肼暛h(huán)境，開展有線信道及無線信道建模分析，提出可充分發(fā)揮多信道融合優(yōu)勢的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及技術(shù)方案。預(yù)期目標(biāo)：1、建立多表合一采集技術(shù)無線喚醒機(jī)制；2、確定可選用的高速高可靠通信技術(shù)方案、接口通信技術(shù)方案；3、提出多信道融合的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，有效支撐電、水、氣、熱能源計量管理業(yè)務(wù)需求。4：支撐電、水、氣、熱等能源綜合計量的智能終端技術(shù)研究問題描述：電、水、氣、熱相關(guān)設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)不同，計量設(shè)備安裝維護(hù)操作復(fù)雜，需要研究實(shí)現(xiàn)即插即用的計量設(shè)備通用數(shù)據(jù)交互模型，應(yīng)研究采集設(shè)備多種通信方式“即插即用”實(shí)現(xiàn)方法，提出基于多源異構(gòu)方法的采集設(shè)備功能單元互操作方法，建立支持即插即用的計量

11、設(shè)備通用數(shù)據(jù)交互模型。電、水、氣、熱表計有上千種類型，通信方式各不相同，需要研究適應(yīng)于電、水、氣、熱能源綜合計量的設(shè)備互操作性技術(shù)，應(yīng)研究電、水、氣、熱表計類型，分析不同表計的電氣接口、通信協(xié)議的差異，建立適應(yīng)支持多種表計通信協(xié)議的協(xié)議庫，提出互操作性設(shè)計方法。電、水、氣、熱表計同時接入同一個采集終端，對終端智能化水平要求很高，需要試制開發(fā)適應(yīng)于電、水、氣、熱能源綜合計量的一體化智能終端，應(yīng)基于靈活、高效特征，研制支持電、水、氣、熱一體化采集的智能終端，具備檔案自動同步、通信協(xié)議自適應(yīng)、通信接口自動匹配、故障智能診斷等功能。預(yù)期目標(biāo)：1、建立支持即插即用的計量設(shè)備通用數(shù)據(jù)交互模型，建立適應(yīng)支持

12、多種表計通信協(xié)議的協(xié)議庫；2、研制支持電、水、氣、熱一體化采集的智能終端，支持采用不同通信方式、不同通信協(xié)議表計的自動匹配，滿足互操作性設(shè)計要求；3、終端檔案自動同步時間小于1min。問題5：能源計量一體化采集安全接入、預(yù)警及隱私保護(hù)關(guān)鍵技術(shù)研究問題描述：電、水、氣、熱能源計量信息涉及用戶隱私和國家信息安全問題，需要研究電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)信息安全防護(hù)體系架構(gòu)，應(yīng)根據(jù)國家及國網(wǎng)公司對信息安全的新要求，分析電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)業(yè)務(wù)量和業(yè)務(wù)類型的增加情況下對信息安全的新需求，提出電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)的信息安全防護(hù)需求設(shè)計要求，系統(tǒng)梳理電、水、氣、熱能

13、源計量一體化采集系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，對采集系統(tǒng)主站、通信信道、終端、電能表進(jìn)行安全架構(gòu)設(shè)計，建立采集系統(tǒng)主站、終端、電能表之間的安全交互模型，提出系統(tǒng)安全架構(gòu)設(shè)計方法及電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)安全設(shè)計指標(biāo)體系和功能要求。采集終端數(shù)量已達(dá)到1080萬臺，系統(tǒng)安全接入壓力不斷增大，需要研究基于國產(chǎn)密碼的適用于海量采集終端無線公網(wǎng)/專網(wǎng)安全接入技術(shù)，應(yīng)結(jié)合電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型以及終端接入高并發(fā)的特點(diǎn)，基于國產(chǎn)密碼開展適用于海量采集終端無線公網(wǎng)/專網(wǎng)安全接入及隔離的算法及裝置研究，實(shí)現(xiàn)采集終端接入數(shù)據(jù)的安全認(rèn)證和隔離。系統(tǒng)規(guī)模龐大，外部惡意入侵風(fēng)險增加，需要研究基于大

14、數(shù)據(jù)分析的海量采集終端無線公網(wǎng)/專網(wǎng)接入數(shù)據(jù)的安全監(jiān)測及預(yù)警技術(shù)，應(yīng)根據(jù)電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)面向?qū)ο髤f(xié)議，同時結(jié)合電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型，基于大數(shù)據(jù)分析方法對海量終端接入數(shù)據(jù)進(jìn)行木馬、病毒、惡意代碼監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)終端采集數(shù)據(jù)的無害化接入及預(yù)警。水、氣、熱公司提出了數(shù)據(jù)安全隱私問題，需要研究電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)水、氣、熱數(shù)據(jù)安全隱私保護(hù)技術(shù)，應(yīng)根據(jù)水、氣、熱公司對數(shù)據(jù)安全隱私防護(hù)的需求，系統(tǒng)梳理電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，分析水、氣、熱等數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議格式，基于國密算法提出水、氣、熱等數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)安全隱私傳輸方案。預(yù)期目標(biāo)：1、

15、通過梳理電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，評估系統(tǒng)不同環(huán)節(jié)對信息安全防護(hù)的需求，形成電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統(tǒng)的安全防護(hù)方案；2、實(shí)現(xiàn)基于國產(chǎn)密碼的適用于海量采集終端無線公網(wǎng)/專網(wǎng)安全接入、隔離及數(shù)據(jù)無害化處理的監(jiān)測及預(yù)警；3、形成水、氣、熱數(shù)據(jù)安全隱私傳輸技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)問題6：支撐能源計量一體化采集技術(shù)體系的模擬試驗電、水、氣、熱能源計量一體化安全采集。仿真平臺設(shè)計開發(fā)問題描述：大量設(shè)備接入系統(tǒng)后將帶來潛在的運(yùn)行風(fēng)險，需要研究適應(yīng)電、水、氣、熱能源計量一體化采集技術(shù)體系應(yīng)用的試驗方法及評價指標(biāo)，應(yīng)結(jié)合電、水、氣、熱能源計量一體化采集技術(shù)體系在架構(gòu)、主站、通信、設(shè)備、安全層面的應(yīng)用特點(diǎn)，設(shè)計提出對系統(tǒng)及設(shè)備進(jìn)行驗證評價的方法、指標(biāo)。實(shí)驗室檢測環(huán)境與現(xiàn)場運(yùn)行環(huán)境的差異將帶來系統(tǒng)運(yùn)行風(fēng)險，需要基于現(xiàn)場典型試驗環(huán)境提出電、水、氣、熱能源計量一體化采集模擬試驗仿真平臺設(shè)計方法，應(yīng)基于實(shí)驗室和現(xiàn)場環(huán)境，提取試驗評價關(guān)鍵要素和特征，通過試驗仿真技術(shù)，提出能夠進(jìn)行系統(tǒng)級、設(shè)備級、軟件級的試驗平臺設(shè)計方法。電、水、氣、熱表計智能化程度差異較大，系統(tǒng)功能和性能具備較大的優(yōu)化空間，需要研究開發(fā)電、水、氣、熱能源計量一體化采集功能及性能模擬試驗仿真平