集中抄表方式电价下发方案的理论与验证

摘 要：该文通过对比传统电价下发与透明任务电价下发模式，详述了透明任务模式的原理与流程。结合仿真台区和现场台区的实验结果，验证了抄表模式电价下发方案的实际效果与理论分析完全相符，证明了透明任务模式在实际用电信息采集业务中是可行的。

关键词：本地费控表 电价下发 透明任务 抄表模式 集中器主动

中图分类号：TM744 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）02（a）-0098-03

伴随着经济的发展和人民生活水平的提高，生活生产中的电能消耗迅猛增长，给电网安全稳定运行带来了更大的考验。坚强智能电网[1]建设已纳入国家“十二五”发展纲要，采集系统的进一步建设和智能电能表的扩大应用是坚强智能电网建设的重要内容，只有做好这部分工作才能在电力客户和社会层面比较好地展现坚强智能电网的建设成果。

目前，各地电网公司着力加快电网建设、进一步转变电网发展方式、全面推进特高压电网和上下级电网协调发展，以更好地满足社会经济发展，保障国家能源安全，优化能源结构，提高服务水平和电网调度运行管理水平。

当前许多省市出现供电紧张局面，短期内难以得到有效缓解，依托采集系统实施有序用电管理的需求越来越迫切。阶梯电价政策推出后已经得到了有关方面和市场的认同，对采集系统的多功能需求进一步增加[2]。当前很多地区的本地费控智能电能表[3]占智能表总量超过90%，给电价下发工作带来了一定的困难[4]。目前用电信息采集系统的电价下发工作模式为终端透传，也就是系统主站通过终端透明传输的方式下发电价，从实际现场反馈的数据来看，此方案的下发成功率较低，耗时长且最终仍会有约30%的下发任务不成功，需要现场人工调试，尤其在偏远人口稀疏地区将耗费更多的人力物力，耗时也远超自动下发[5]。

1 抄表模式与传统电价下发模式的区别

全国来看电价下发的系统设计一直在进步[6]，各地电力公司也一直致力于更先进的模式开发。

在分析原系统时，我们发现同样是主站与智能电能表之间的通讯过程，同样的通信信道，全国各地用电信息采集系统日采集成功率普遍在在95%以上，采集系统各通信信道的平均成功率较高，所以理论上如果采用合理的方式，电价下发完全可以达到抄表成功率的水平。

现有的电价下发方式的主体思路是通过系统主站、终端上下行模块和智能电能表等多个环节的实时通信交互实现电价调整。

首先由系统主站下发身份认证命令至集中器，集中器直接将认证命令透明转发至电能表，此时主站和集中器均进入等待状态。电能表的身份认证通过后作出回应，通过集中器逐级上报主站，若主站和集中器均在各自的超时阈值内接收到回应，电能表的身份相应才是有效的（见图1），电价下发设置此时会由主站下发至电能表。下发设置与身份认证指令的传输方式一样，也是通过集中器透明传输（见图2）。同理，电能表新电价设置成功的回复也必须在各途径设备的通信超时阈值内接收并最终到达主站，至此一个完整的传统电价下发任务成功完成。可见，此传统电价下发方式是一种各设备同步的任务方式，这就对通信信道的实时性提出了很高的要求。身份认证结果上报时的主站超时、集中器超时，设置结果上报时的主站超时、集中器超时，四者有一个发生问题此电价下发任务即告失败。而终端上行常用的GPRS/CDMA和下行的窄带载波信道，就其自身硬件技术而言优势均不在单次通信的实时性上。所以把二者放在一个实时任务中，其通信成功概率是各自单次通信成功率（，属于设备故障，长期看不存在100%成功率，二者均不计算在内）的乘积，见式（1）、式（2）。若存在采集器等其他途径设备，相当于增加概率乘数项，得到的总通信成功率会更小。

假设，即使，，那么单次任务成功率仍然只有，如此造成了有同步需求的任务在现有抄表构架中不易实施。这就是原电价下发模式任务成功率仅在70%左右的最重要的技术原因之一。

可见，同步任务[7]的弊端在于：为了保证实时性，也就是等待时间不能超过途径各设备的超时阈值，对各信道的通信质量要求非常高，再加上各设备厂商留给路由的工作时间都不相同，实际现场台区的复杂情况无法完全满足此要求。由上面的分析可见，限制电价下发任务成功率的桎梏是各种响应时间必须同时满足不同的超时阈值。如果系统能进行异步模式[8]改造，即集中器能够分担电价设置下发的部分工作将结果暂时保存在本地，终端不再等待实时的结果回复，而是间歇地主动去“询问”集中器任务执行结果，那么各信道的通信成功率要求会大大降低，设备可重复执行暂时失败的任务直至成功为止，这样，偶发的通信失败不便会影响电价下发的最终结果。其实，以上假设的流程和现有采集系统抄表任务的流程大致相似，基于各地用电信息采集系统日采集成功率普遍在95%以上，所以理论上无需改造硬件，电价下发任务也可达到此成功率。以下将此新方案称为透明任务模式。

2 透明任务模式方案与分析

基于抄表模式对电价下发工作的启示，电力公司组织相关的设备软硬件厂家针对Q/GDW 1376.1-2013扩充了透明任务协议，开发集中器透明任务模式电价下发程序和主站程序功能模块，对主要厂家的集中器程序进行标准规范检测和实验室验证。最终确定的方案流程为：

（1）主站将电价下发身份认证批量下发到集中器中，在集中器中建立透明任务队列。

（2）集中器对台区电能表循环执行身份验证，将通过身份验证的电能表号回报主站，无需在意任务队列顺序，先通过认证的先设置，后通过的后设置，直到满足身份认证的电能表全部通过或身份认证过期。

（3）主站根据身份认证结果批量下发电价设置至集中器，由集中器自行多轮次执行对电能表的电价设置，直到成功为止，流程与集中器抄表完全相同。

（4）为避免超时机制，主站不再等待集中器上报执行结果，而是主动召测任务执行结果，确认完成电价下发任务。

原电价下发模式中是采集主站发起，集中器仅透传数据。透明任务方案中的任务直接发起方为集中器，将主站和电能表之间的交互由同步转化为异步，提高了通信效率，降低主站占用时间。在整个透明任务流程中仅身份认证存在有效期，这避免了任务无限制的等待，也统一了整个系统的超时阈值，避免了不同厂家的路由超时时间不同而造成的麻烦。不同电能表的下发任务采用优先级策略，不影响日常采集，且透明电价下发任务可以多轮次执行，理论上可成功将电价下发至所有满足身份认证的电能表。透明任务模式中相对传统模式路由发挥了最大限度的作用，把电价下发任务转变为类似抄表任务执行。由现场台区验证证明电价下发的成功率显著提升，达到了抄表成功率的水平，下面该文将详述台区验证结果。

3 透明任务模式电价下发台区验证

3.1 电科院仿真台区验证

在电科院计量中心仿真实验室第一台区，采用青岛鼎信集中器及11个厂家的96只智能电能表进行电价下发测试，载波通信方案位鼎信方案，测试结果见表1。

由计量中心质检部人员在实验室通过掌机读取和人工核对的方式对仿真台区的电价下发结果进行了核对，确认电价下发实验结果可靠。

通过结果分析，失败的4块表中1块表为广东中钰的表计问题，另外3块表电价参数下发成功，但电能表未能根据下发的电价切换时间进行两套费率电价的自动切换，原因为电能表的时钟错误，在更正电能表时钟后费率电价切换成功。所以最终仅1块电表未成功且是表计自身问题与下发模式无关，最终的成功率为95/96=98.96%，可见透明任务电价下发模式在仿真台区表现良好。

3.2 现场台区验证

乌鲁木齐米东供电所“西工新村011（650131690）”台区，台区使用鼎信载波方案，共有15个表厂的485只电能表，其中本地费控表325只，实验前一日的抄表成功率位95.69%。此台区为典型的城乡结合部区，台区拓扑复杂，最长分支线路超过1 000 m，实验结果见表2。通过采集系统远程召测，并与米东供电公司人员现场核查（共核查242只）确认本次电价下发的结果全部正确。

该次实验仅选用311块抄表成功的本地费控表，其中10块电能表下发任务失败。经测试人员分析，发现7只电能表本身并不支持远程电价下发，应从测试基数中排出。另有2只表通信失败，1只表身份认证失败，所以最终修正的电价下发成功率为301/（311-7）=99.01%。实验结果符合该文的理论分析，现场电价下发成功率与抄表成功率相当。

4 结语

以透明任务模式进行本地费控电能表的电价下发工作，从理论上避免了传统电价下发模式的同步性对信道高实时性的要求，仿真台区与现场台区实验证明此方法确实提高了电价下发成功率。透明任务模式提高了采集系统对不同厂家终端的兼容性，去除了不同设备不同的超时设置对任务的影响，解决了设备因兼容性问题带来的频繁升级问题。此外，此方法无需进行新的硬件投入，需要升级集中器与系统主站软件即可，改造成本相对较小。依托于高成功率的电价下发模式，电力公司可以更方便的拓展其他业务，如电能表时钟修改、剩余金额调整等任务均可按照透明任务的方式执行，为将来坚强智能电网的进一步建设提供了更丰富的可能性。

参考文献

[1] 李兴源，魏巍，王渝红，等.坚强智能电网发展技术的研究[J].电力系统保护与控制，2009，37（17）：1-7.

[2] 李金沙，郑芳琴.优化远程费控业务 助推营销提档升级[J].农村电工，2016（1）：10-11.

[3] 陶鹏，张艳，曹惠敏.本地费控智能电能表的特点及参数设置分析[J].河北电力技术，2012（1）：8-9.

[4] 李瑞杰，马鑫源.浅析本地费控电能表欠费原因及解决对策[J].电源技术应用，2014（2）：377，381.

[5] 林女贵，莫桑比.智能电能表费控模式选择研究[J].闽江学院学报，2013，34（1）：40-43.

[6] 付峰，王军，陶晓峰.基于用电信息采集的电价下发调度系统的设计[C]//中国电机工程学会电力系统自动化专业委员会学术交流会.2012.

[7] GK Manacher，Production and Stabilization of Real-Time Task Schedules[J].Journal of the Acm，1967，14（3）：439-465.

[8] H Kaiser，T Heller，D Bourgeois，D Fey， Higher-level Parallelization for Local and Distributed Asynchronous Task-Based Programming，First International Workshop on Extreme Scale Programming Models and Middleware，At Austin，Texas，USA，2015.