智能電表用上了“智慧語言”

　　在北京2022年冬奧會、冬殘奧會保電期間，采用客戶側能源量測數據交換協議這種“智慧語言”的智能電表在奧運賽區用電負荷實時監測和控制中發揮了關鍵作用，助力用電信息采集更高效、靈活和安全。

　　客戶側能源量測數據交換協議在國家電網經營區智能電表上的應用規模正逐步擴大。這項研究成果自主構建了完整的協議體系，進一步提升了用電信息采集系統的互聯水平和數據交換的能力。

　　適應新能源大規模發展的數據交換需求，為冬奧保電助力

　　隨著碳達峰碳中和工作的有序推進，越來越多的新能源發電項目接入電網，電力市場現貨交易試點范圍不斷擴大，用電信息采集過程中進行的數據交換的種類、內容以及頻度都大幅增加，數據安全防護要求也越來越高。在這種趨勢下，智能電表所使用的傳統協議已無法滿足當前應用及未來發展的需求。

　　在此背景下，國家電網有限公司啟動企業技術標準項目“客戶側能源量測數據交換協議”，2021年啟動總部科技項目“客戶側能源量測數據交換協議關鍵技術研究”。項目由中國電力科學研究院有限公司牽頭，國網山東、浙江、福建、冀北、遼寧、江蘇、湖南、山西、上海、陜西、重慶、河北電力及國網信通產業集團、國電南瑞、智芯公司、國網電動汽車公司、華云科技等多家單位共同參與。

　　北京冬奧會、冬殘奧會張家口賽區有4個競賽場館、5個非競賽場館，保電客戶共計45戶，用電負荷最高達到30050千瓦。奧運場館全部使用來自張北柔性直流電網試驗示范工程輸送的綠電，清潔電能“發-儲-用”協同調控復雜程度頗高。公司在保電過程中克服了較大挑戰，保障了張家口賽區用電負荷監測和控制的實時性、高效性和安全性。

　　中國電科院計量所副所長林繁濤介紹，公司為奧運賽區保電客戶安裝了采用客戶側能源量測數據交換協議這種“智慧語言”的智能電表159只、采集終端設備186只，設備日在線率達到100%。其中，核心保電客戶日凍結數據采集成功率達100%，15分鐘負荷曲線數據采集成功率達99.97%，為冬奧保電服務平臺開展實時負荷監控提供了有力的數據支撐。

　　客戶側能源量測數據交換協議是目前電力智能量測領域最先進的“智慧語言”之一。中國電科院計量所副總工程師劉宣介紹，智能電表等傳感設備的計量數據需要上傳到后臺主站，而后臺主站的負荷調控指令也需要下發到智能電表和開關等量測設備，雙方的數據交換需要事先約定一種對方能聽懂的“語言”。客戶側能源量測數據交換協議就是一種用于智能電表等設備間及設備與后臺主站間，能夠實時、高效、安全交流的“智慧語言”。其中，約定好的數據傳輸規則、編碼格式、量綱等就相當于這門“智慧語言”的“語法”。

　　讓數據交換更高效、靈活、安全

　　3月16日，在中國電科院計量所用電信息采集管控平臺監控大廳，采集管控工作人員劉婧正開展采集運行情況例行檢查。從監控大屏上可以看到，本地信道同為高速電力線載波通信(HPLC)且客戶規模均為300戶左右的臺區中，采用“傳統語言”的15分鐘負荷曲線平均采集成功率約為80%，而采用“智慧語言”的成功率在95%以上。

　　劉宣介紹，“傳統語言”645協議(DL/T 645-2007多功能電能表通信協議)和1376.1協議(Q/GDW 1376.1-2013 用電信息采集系統通信協議 第一部分：主站與采集終端通信協議)的智能化程度已不能滿足當前需求。645協議針對串口和紅外通信設計，沒有主動上報機制，當電表發生異常事件時不能實時主動向主站報告，只能等主站定期來查詢;單幀報文長度受限，就如同一句話最多只能說10個字，如果超過10個字就要分成多句話來說;采用平鋪數據項方式設計，類似于查字典，每次交互只能查詢1個數據項。除此之外，傳統協議還存在體系不完整、層次不清晰、擴展性差、溯源性不好等局限性。

　　“智慧語言”客戶側能源量測數據交換協議包括系統互聯協議和通信單元適配規范，其中系統互聯協議參考開放式系統互聯通信參考模型(OSI模型)進行分層，體系完整，層次清晰。

　　客戶側能源量測數據交換協議擴展性強，采用面向對象方法對業務進行抽象建模，形成一個個“模子”，通過這些“模子”可以方便快速地批量制造出大量相同產品。按同一個“模子”生產出來的產品擁有公共屬性，但同時也可以單獨增加自己特有的屬性。當新業務出現時，采用這種建模和批量生產的方法，就可以輕松滿足業務需求。該協議靈活性好，能配置各種參數，從而適應頻繁變化的數據交換需求，避免大規模的設備程序升級;通過靈活的數據項打包和篩選、豐富的上報和代理方式、超長的單幀報文、并行窗口等機制，大幅提升了數據的交換效率。協議還統一了智能電表到采集終端設備再到后臺主站的整個過程通信規約，保證了數據源的唯一性，更好地滿足了計量數據可溯源的法制性要求。從安全性上看，協議支持多種數據加密方式，可針對每個或每類對象靈活配置不同的加密方案，能夠滿足不同業務應用的安全防護要求。

　　應用前景廣闊，逐步走向國際市場

　　據中國電科院國網計量中心統計，國家電網經營區現場安裝運行的智能電表數量已經達到5.5億只，采集終端設備超過5000萬個。此外，電網還接入了大量的新能源汽車充電樁、分布式光伏、智能物聯鎖具、智能量測開關、回路狀態巡檢儀、反竊電終端、家用電器隨器計量模塊等，而且這些客戶側能源量測設備的數量還在穩步增長。

　　大量設備與后臺主站之間海量數據高頻交換，勢必對數據交換協議的實時性、高效性、安全性、擴展性、業務適應性、溯源性等各方面性能提出越來越高的要求。客戶側能源量測數據交換協議這門“智慧語言”能夠較好地適應業務應用的發展趨勢。

　　截至目前，國家電網經營區已有20%的智能電表和采集終端設備采用了“智慧語言”，預計10年內，全部智能電表和其他各類客戶側能源量測設備將逐步采用這種“智慧語言”。

　　客戶側能源量測數據交換協議不僅技術先進，還完全由我國自主研發設計。在當前的國際形勢下，核心技術自主可控至關重要。隨著大數據技術和相關應用的快速發展，數據交換技術的基礎作用逐步凸顯。客戶側能源量測數據交換協議這一“智慧語言”將為新型電力系統和能源互聯網建設提供有力支撐。

　　目前，中國電科院正在開展相關技術的專利布局、標準制訂和翻譯工作，積極推動計量技術走向國際市場。中國電科院正在開展印尼智能電表項目的可行性研究和試點驗證工作，計劃依托由主站、終端、表計、通信、控制構成的國內全套成熟高級量測體系(AMI)解決方案，實現客戶側能源量測數據交換協議等國內先進計量技術“走出去”。（巫鐘興 杜藝娜）