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摘要：智能电网的建设被列为国家的发展战略，用电采集系统是作为坚强智能电网的重要组成部分，用电信息采集技术是用电采集系统的关键所在，文中阐述了智能电表、采集终端、安全加密技术、主站软件技术等关键技术的要求以及用电采集技术的发展目标。
关键词：智能电网；用电采集技术
【分类号】：F426.61
用电信息采集技术是指对电力用户的用电信息进行采集、处理和监控的技术，实现用电信息的自动采集、监测、分析和管理，实现抄表以及电费结算的智能化，提高电网科技营销水平，是智能电网用电环节的重要基础，也是用户用电信息的重要来源；为管理信息系统提供及时、完整、准确的基础数据。运用用电信息采集技术，从而对购电、用电、售电环节的信息实现实时采集、统计和分析，达到购、供、售电环节实时监控的目的。
一、 用电信息采集技术的发展目标
用电信息采集技术的发展目标是：全覆盖、全采集、全费控，实现电力流、信息流、业务流三流合一，全面支撑统一坚强智能电网的发展。
1.用电信息的全面覆盖
用电信息采集系统的覆盖区域可以是区域电网，也可以是地方电网，可以是省级公司，也可以市县级公司。电力用户分布面广、数量大，用电量、用电环境千差万别，信道方式各异，用户类型也各不相同。但要求采取规范、统一的原则，建立一个用电信息采集系统，实现用户用电信息的全面覆盖，全面采集大型专用变压器用户、中小型专用变压器用户、一般工商业用户、居民用户、公用配电变压器考核计量点，以及分布式能源的接入、充放电与储能装置接入计量点的电能信息等数据。
2.用电信息全面采集
不同的电力用户，如中小型专用变压器用户、一般工商业用户、居民用户等，他们用电信息也就不会相同，这就要求用电采集系统能够全面采集不同用户的用电信息。
3.全费控
用电采集系统的“全费控”功能有利于促进预付费的推广，有效管理电费的回收，减少欠费等长期制约电网效益的问题，增加电网公司经济效益。电网公司根据营销业务的需求，要求用电采集系统必须支持电费控制功能，以便电网公司选择主站实施费控、终端实施费控、电能表实施费控的费控方式，进而控制用户用电。远程预付费管理是智能电网用电环节一种新的业务需求，用户不需要刷卡，可以到附近银行、营业厅，或者利用手机、网络等自己方便操作的方式完成购电支付，信息采集系统利用通信网络立即将预付费信息下发到用户的电能表。用户电能表的运行数据也可以上传到预付费管理模块，进行双向通信，当用户的用电量或者用电的金额接近购买值的时候，主站立即向用户发出“尽快购电”的提示。如果用户的用电量或者金额已经用完，用户仍然不缴费的话，电能表在没有接到主站下发来的新的购电指令情况下，将会自动断开，从而实施对该用户停电的措施。
二、 用电信息采集系统必备的功能
用电采集系统必备的功能包括：数据采集、控制、综合应用、运行维护管理、系统接口等
1.数据采集
根据不同业务对数据采集的要求，编订自动采集任务：采集数据的类型、信息采集的方式、采集数据模型、采集任务执行质量分析等。
2.数据管理
数据管理包括数据合理性检查、数据计算分析、数据存储管理、数据查询。
3.控制
控制就是电网公司利用用电采集系统对用户实施点对点控制、点对面控制，在采集系统主站预先设置功率定值、电量定值、电费定值以及相关参数，或者向终端下达控制命令，从而实现远程控制功能。
4.综合应用。
综合应用包括自动抄表管理、费控管理、有序用电的管理、用电情况分析、异常用电分析、电能质量数据统计、电能损耗与变损分析以及增值服务。
5.运行维护管理
运行维护管理是指系统对时、权限和密码管理、采集终端管理、档案管理、通信和路由管理、运行状况管理、维护及故障记录、报表管理以及安全防护。
三、 用电信息采集关键技术
用电信息采集关键技术主要涉及智能电力表、采集终端、主站软件、安全加密技术、采集系统主站等领域。
1.智能电表
智能电表是实现用户与供应商自动、实时沟通的基础硬件，具有唯一性、可寻址的标识符和双向通信功能；是以适应智能电网发展为主要目标，并且以微处理技术、网络技术、通信技术为核心，由计量与数据处理、存储单元、通信单元及接口单元组成，并且具有操作、显示与人机交互界面，具有电力参数测量、双向电能计量、电能质量监测、实时数据交互、多种费率时段以及远程控制等功能的智能型仪表。近几年我国开发的第三代电能表，是在第一代机械电能表以及目前仍广泛使用的第二代电子式电能表的基础上发展而来的，第三代电能表集成了电能多功能计量、自动采集、预付费、阶梯电价等多方面的功能。但第三代电能表技术距离智能电网建设的要求还存在相当大的差距，还存在多方面的不足，不能适应智能用电需求，不具备节能管理等要求。为了适应智能电网的发展，智能电表除了一些基本的功能以外，还需要具备以下智能化的功能。
（ 1 ） 有功电能和无功电能双向计量，支持分布式能源用户的接入。
（ 2 ） 对配电网络的实时状态进行监测、诊断、报警。通过在用户侧增加测量节点，可以使负载和网损信息更加及时、准确，有效避免了电力设备的过载和电能质量恶化的发生，满足计量装置故障定位、分析和处理的要求。
（ 3 ） 具备阶梯电价、预付费及远程通断电功能，支持电力需求侧管理。电力需求侧管理分为两个方面，即价格控制和负荷控制，其实质就是利用阶梯电价对电力用户的用电负荷进行有效控制进而实现分布发电的目的。负荷控制就是由电网调度人员按照电网的实际情况进行远程控制，实现负载的接入和断开。 （ 4 ） 可以实时监控电网运行状态、电能质量和环境参量，支持智能用电用能服务。借助智能电表提供的信息量，便能在此基础上建立用户能量管理系统，从而为不同类型的电力用户提供更有针对性的能量管理服务，并在满足最低环境控制要求的同时，尽可能地降低能耗，以便达到节能的目的。
（ 5 ） 配备专用的安全加密模块，保障电能表信息安全存储、运算和传输，检测非法用电。智能电表可以准确检测到表箱开启、表计软件更新、接线变动等情况，有利于及时发现非法用电即窃电，在一些经常发生窃电现象的区域，通过对总表数据和相关表计数据的对比分析，能够及时发现一些潜在的窃电现象，为电网公司挽回巨大的经济损失。
（ 6 ） 建设智能家庭。根据用户的需要和行为、室内外温度以及其他的参数，有效地控制供热、制冷、通风、报警和照明等系统，实现家庭建设的智能化和远程控制。
目前，智能电表的大规模运用工程已经启动，预计到2020年，智能电表的覆盖率将达到100%。未来的智能电表将朝着功能设置模块化、接口一体化方向发展。
2.采集终端
用电信息采集终端现在主要应用于关口计量点的数据采集、专用变压器用户的负荷管理、配电变压器的在线监测、小型商业和居民用电用户的用电信息采集等。采集终端是整个系统的标志性部件，是数据缓存和传输的中继站。随着智能电网的不断发展，用电信息采集终端还将具备更强大的功能：监测用户异常用电、监控用户电源的接入、储能以及电动汽车管理等。采集终端按照用电场所分为专用变压器采集终端、集中抄表终端（集中器、采集器）。用电采集终端将发展为异常信息监测终端、分布式能源接入终端、储能接入终端、电动汽车车载终端等，实现数据采集、数据管理、数据双向传输以及转发和执行控制命令。
（ 1 ） 专用变压器采集终端 专用变压器采集终端安装在用户侧，是对专用变压器用户用电信息进行采集的设备，可以实现电能表数据的采集、电能计量设备的工况、供电电能质量监测以及用户负荷和电能量的监测，通过远程通信与系统主站实行双向通信，接收执行系统主站的集中管理，向系统主站传输现场采集的用户用电信息，为用户提供本地信息服务。专用变压器终端又可称为负荷管理终端、用电现场管理终端或大用户服务终端。该终端具有丰富的异常用电监测措施和功能，可以及时发现并报告异常用电情况，为用电状态异常的监控提供了实时、高效的技术手段，便于及时发现窃电漏电，为电网公司挽回损失。
（ 2 ） 集中器 集中器是安装在低压配电变压器台区的抄表终端，是集中抄表系统的核心数据采集和控制设备。由于农村或者城市居民用户的数量十分庞大，每个用户需要采集的信息量都比较少，所以对于这一类用户都采用集中抄表的模式来实现远程抄表和监控。这种抄表模式是以公用配变台区作为一个采集单元，首先由集中器把配变台区的所有居民电表利用本地抄表通信，将每户居民电表的计量数据进行集中采集，同时，该集中抄表终端也完成该配电台区总表的电能信息采集，实现自动抄表。集中抄表终端通过远程数据传输通信将配变台区总表以及配变台区管辖的所有用户的用电信息上传给主站，同时也接收主站下达的管理命令，执行对用户计量电表的集中管理，在系统主站的监视下利用电能表实现电量定值控制功能。在购电控投入使用时，终端监测剩余电量，如果小于设定的告警门限值，进行语音报警；当小于设定的跳闸门限值时，终端将按照已经投入的轮次顺序自动跳闸。跳闸后只有在满足以下任一条件时，终端才允许合闸，即购电控解除、当前购电量大于跳闸电量（例如用户再次购电）、进入保电状态。
（ 3 ） 采集器 采集器是集中抄表系统中的前端抄表终端。采集器用于采集多个电能表的电能信息，电能信息经过处理和储存后，利用本地通信，可以与集中器交换数据。
3.安全加密技术
信息安全是智能电网安全的基础和前提，智能电网信息安全是一个系统工程，只有建立一个安全稳定，而且能够抵御内外侵袭的电网才符合智能电网的基本要求。网络通信安全的主要目标就是在重要网络、信息通道实现主动可控，开发先进的入侵防御系统、数据传输加密技术，对网络边界数据流的通信交换有效地进行安全检测和访问控制，防范外部信息的侵入以及网内重要数据外泄，保证网络的通信安全。
密码技术是信息安全领域的一种基本而且非常实用的重要技术，密码技术主要分为对称密码技术和非对称密码技术。对称密码技术的加密和解密都采用同一个密钥，并且通信双方都必须获得和保存这个密码，广泛利用于加密大量数据的场合。非对称密码技术采用的加密密钥和解密密钥不同，密钥成对产生，这种技术比较复杂，但安全性高，抗攻击能力很强。密码技术不仅保证了信息的机密性，而且能够支持数字签名、身份验证等功能。智能电表采用国家认可的安全模块，从而实现了数据的加密、解密。
4.主站软件技术
主站软件采用基于NET平台的B/C/S多层架构，总体软件架构分为表现层、业务层、支撑层和数据层。用电信息采集系统主站采用模块化设计，确保系统的可扩展性，有利于以后新型的电网业务的方便接入和管理。采集系统主站软件技术主要包括三层/多层架构等系统设计，多信道、多规约支持技术，大数量处理技术、应用集成与接口适配技术、双向互动技术。随着智能电网的发展，主站软件的关键技术主要表现在高效采集监控、标准化数据管理、数据的可视化展示、多维度信息的挖掘和双向互动应用方面。
四、结语
智能电网尤其是用电信息采集系统的发展极大地促进了电力的合理使用，实现了抄表及电费结算的智能化，提高了电网营销的科技水平，大大降低了管理成本，节约了有限的电力资源，并且能够指导人民科学合理用电，为智能用电服务提供了有力的技术支持。
参考文献：
1. Sui H B，Wang H H，Lu M S，et al.An AMI system for the deregulated electricity markets [R].IEEE Trans.on Industry Applications，vol.45，no.6，pp.2104-2108，Nov./ Dec.2009
2. Zhang R Yu Y，Gjessing S，et al.Congnitive radio based hierachical for smart grid [R].IEEE Network Magazine，vol.25，issue.5，pp.6-14
3. 刘振亚.智能电网技术 [M]. 北京：中国电力出版社，2010
4. 张晶 徐新华 崔仁涛.智能电网用电信息采集系统技术与应用 [M]. 北京：中国电力出版社，2013
5. 韩勇 刘会生.用电信息采集系统主站软件设计[J].计算机与现代化，2012.8
6. 张进 黄欣.智能电网建设中的用电信息采集系统[J].信息通信，2012.1
7. 陶士全 刘永生.智能电网信息安全及其防护技术[J].电力信息化，2011.9
关键词：智能电网；用电采集技术
【分类号】：F426.61
用电信息采集技术是指对电力用户的用电信息进行采集、处理和监控的技术，实现用电信息的自动采集、监测、分析和管理，实现抄表以及电费结算的智能化，提高电网科技营销水平，是智能电网用电环节的重要基础，也是用户用电信息的重要来源；为管理信息系统提供及时、完整、准确的基础数据。运用用电信息采集技术，从而对购电、用电、售电环节的信息实现实时采集、统计和分析，达到购、供、售电环节实时监控的目的。
一、 用电信息采集技术的发展目标
用电信息采集技术的发展目标是：全覆盖、全采集、全费控，实现电力流、信息流、业务流三流合一，全面支撑统一坚强智能电网的发展。
1.用电信息的全面覆盖
用电信息采集系统的覆盖区域可以是区域电网，也可以是地方电网，可以是省级公司，也可以市县级公司。电力用户分布面广、数量大，用电量、用电环境千差万别，信道方式各异，用户类型也各不相同。但要求采取规范、统一的原则，建立一个用电信息采集系统，实现用户用电信息的全面覆盖，全面采集大型专用变压器用户、中小型专用变压器用户、一般工商业用户、居民用户、公用配电变压器考核计量点，以及分布式能源的接入、充放电与储能装置接入计量点的电能信息等数据。
2.用电信息全面采集
不同的电力用户，如中小型专用变压器用户、一般工商业用户、居民用户等，他们用电信息也就不会相同，这就要求用电采集系统能够全面采集不同用户的用电信息。
3.全费控
用电采集系统的“全费控”功能有利于促进预付费的推广，有效管理电费的回收，减少欠费等长期制约电网效益的问题，增加电网公司经济效益。电网公司根据营销业务的需求，要求用电采集系统必须支持电费控制功能，以便电网公司选择主站实施费控、终端实施费控、电能表实施费控的费控方式，进而控制用户用电。远程预付费管理是智能电网用电环节一种新的业务需求，用户不需要刷卡，可以到附近银行、营业厅，或者利用手机、网络等自己方便操作的方式完成购电支付，信息采集系统利用通信网络立即将预付费信息下发到用户的电能表。用户电能表的运行数据也可以上传到预付费管理模块，进行双向通信，当用户的用电量或者用电的金额接近购买值的时候，主站立即向用户发出“尽快购电”的提示。如果用户的用电量或者金额已经用完，用户仍然不缴费的话，电能表在没有接到主站下发来的新的购电指令情况下，将会自动断开，从而实施对该用户停电的措施。
二、 用电信息采集系统必备的功能
用电采集系统必备的功能包括：数据采集、控制、综合应用、运行维护管理、系统接口等
1.数据采集
根据不同业务对数据采集的要求，编订自动采集任务：采集数据的类型、信息采集的方式、采集数据模型、采集任务执行质量分析等。
2.数据管理
数据管理包括数据合理性检查、数据计算分析、数据存储管理、数据查询。
3.控制
控制就是电网公司利用用电采集系统对用户实施点对点控制、点对面控制，在采集系统主站预先设置功率定值、电量定值、电费定值以及相关参数，或者向终端下达控制命令，从而实现远程控制功能。
4.综合应用。
综合应用包括自动抄表管理、费控管理、有序用电的管理、用电情况分析、异常用电分析、电能质量数据统计、电能损耗与变损分析以及增值服务。
5.运行维护管理
运行维护管理是指系统对时、权限和密码管理、采集终端管理、档案管理、通信和路由管理、运行状况管理、维护及故障记录、报表管理以及安全防护。
三、 用电信息采集关键技术
用电信息采集关键技术主要涉及智能电力表、采集终端、主站软件、安全加密技术、采集系统主站等领域。
1.智能电表
智能电表是实现用户与供应商自动、实时沟通的基础硬件，具有唯一性、可寻址的标识符和双向通信功能；是以适应智能电网发展为主要目标，并且以微处理技术、网络技术、通信技术为核心，由计量与数据处理、存储单元、通信单元及接口单元组成，并且具有操作、显示与人机交互界面，具有电力参数测量、双向电能计量、电能质量监测、实时数据交互、多种费率时段以及远程控制等功能的智能型仪表。近几年我国开发的第三代电能表，是在第一代机械电能表以及目前仍广泛使用的第二代电子式电能表的基础上发展而来的，第三代电能表集成了电能多功能计量、自动采集、预付费、阶梯电价等多方面的功能。但第三代电能表技术距离智能电网建设的要求还存在相当大的差距，还存在多方面的不足，不能适应智能用电需求，不具备节能管理等要求。为了适应智能电网的发展，智能电表除了一些基本的功能以外，还需要具备以下智能化的功能。
（ 1 ） 有功电能和无功电能双向计量，支持分布式能源用户的接入。
（ 2 ） 对配电网络的实时状态进行监测、诊断、报警。通过在用户侧增加测量节点，可以使负载和网损信息更加及时、准确，有效避免了电力设备的过载和电能质量恶化的发生，满足计量装置故障定位、分析和处理的要求。
（ 3 ） 具备阶梯电价、预付费及远程通断电功能，支持电力需求侧管理。电力需求侧管理分为两个方面，即价格控制和负荷控制，其实质就是利用阶梯电价对电力用户的用电负荷进行有效控制进而实现分布发电的目的。负荷控制就是由电网调度人员按照电网的实际情况进行远程控制，实现负载的接入和断开。 （ 4 ） 可以实时监控电网运行状态、电能质量和环境参量，支持智能用电用能服务。借助智能电表提供的信息量，便能在此基础上建立用户能量管理系统，从而为不同类型的电力用户提供更有针对性的能量管理服务，并在满足最低环境控制要求的同时，尽可能地降低能耗，以便达到节能的目的。
（ 5 ） 配备专用的安全加密模块，保障电能表信息安全存储、运算和传输，检测非法用电。智能电表可以准确检测到表箱开启、表计软件更新、接线变动等情况，有利于及时发现非法用电即窃电，在一些经常发生窃电现象的区域，通过对总表数据和相关表计数据的对比分析，能够及时发现一些潜在的窃电现象，为电网公司挽回巨大的经济损失。
（ 6 ） 建设智能家庭。根据用户的需要和行为、室内外温度以及其他的参数，有效地控制供热、制冷、通风、报警和照明等系统，实现家庭建设的智能化和远程控制。
目前，智能电表的大规模运用工程已经启动，预计到2020年，智能电表的覆盖率将达到100%。未来的智能电表将朝着功能设置模块化、接口一体化方向发展。
2.采集终端
用电信息采集终端现在主要应用于关口计量点的数据采集、专用变压器用户的负荷管理、配电变压器的在线监测、小型商业和居民用电用户的用电信息采集等。采集终端是整个系统的标志性部件，是数据缓存和传输的中继站。随着智能电网的不断发展，用电信息采集终端还将具备更强大的功能：监测用户异常用电、监控用户电源的接入、储能以及电动汽车管理等。采集终端按照用电场所分为专用变压器采集终端、集中抄表终端（集中器、采集器）。用电采集终端将发展为异常信息监测终端、分布式能源接入终端、储能接入终端、电动汽车车载终端等，实现数据采集、数据管理、数据双向传输以及转发和执行控制命令。
（ 1 ） 专用变压器采集终端 专用变压器采集终端安装在用户侧，是对专用变压器用户用电信息进行采集的设备，可以实现电能表数据的采集、电能计量设备的工况、供电电能质量监测以及用户负荷和电能量的监测，通过远程通信与系统主站实行双向通信，接收执行系统主站的集中管理，向系统主站传输现场采集的用户用电信息，为用户提供本地信息服务。专用变压器终端又可称为负荷管理终端、用电现场管理终端或大用户服务终端。该终端具有丰富的异常用电监测措施和功能，可以及时发现并报告异常用电情况，为用电状态异常的监控提供了实时、高效的技术手段，便于及时发现窃电漏电，为电网公司挽回损失。
（ 2 ） 集中器 集中器是安装在低压配电变压器台区的抄表终端，是集中抄表系统的核心数据采集和控制设备。由于农村或者城市居民用户的数量十分庞大，每个用户需要采集的信息量都比较少，所以对于这一类用户都采用集中抄表的模式来实现远程抄表和监控。这种抄表模式是以公用配变台区作为一个采集单元，首先由集中器把配变台区的所有居民电表利用本地抄表通信，将每户居民电表的计量数据进行集中采集，同时，该集中抄表终端也完成该配电台区总表的电能信息采集，实现自动抄表。集中抄表终端通过远程数据传输通信将配变台区总表以及配变台区管辖的所有用户的用电信息上传给主站，同时也接收主站下达的管理命令，执行对用户计量电表的集中管理，在系统主站的监视下利用电能表实现电量定值控制功能。在购电控投入使用时，终端监测剩余电量，如果小于设定的告警门限值，进行语音报警；当小于设定的跳闸门限值时，终端将按照已经投入的轮次顺序自动跳闸。跳闸后只有在满足以下任一条件时，终端才允许合闸，即购电控解除、当前购电量大于跳闸电量（例如用户再次购电）、进入保电状态。
（ 3 ） 采集器 采集器是集中抄表系统中的前端抄表终端。采集器用于采集多个电能表的电能信息，电能信息经过处理和储存后，利用本地通信，可以与集中器交换数据。
3.安全加密技术
信息安全是智能电网安全的基础和前提，智能电网信息安全是一个系统工程，只有建立一个安全稳定，而且能够抵御内外侵袭的电网才符合智能电网的基本要求。网络通信安全的主要目标就是在重要网络、信息通道实现主动可控，开发先进的入侵防御系统、数据传输加密技术，对网络边界数据流的通信交换有效地进行安全检测和访问控制，防范外部信息的侵入以及网内重要数据外泄，保证网络的通信安全。
密码技术是信息安全领域的一种基本而且非常实用的重要技术，密码技术主要分为对称密码技术和非对称密码技术。对称密码技术的加密和解密都采用同一个密钥，并且通信双方都必须获得和保存这个密码，广泛利用于加密大量数据的场合。非对称密码技术采用的加密密钥和解密密钥不同，密钥成对产生，这种技术比较复杂，但安全性高，抗攻击能力很强。密码技术不仅保证了信息的机密性，而且能够支持数字签名、身份验证等功能。智能电表采用国家认可的安全模块，从而实现了数据的加密、解密。
4.主站软件技术
主站软件采用基于NET平台的B/C/S多层架构，总体软件架构分为表现层、业务层、支撑层和数据层。用电信息采集系统主站采用模块化设计，确保系统的可扩展性，有利于以后新型的电网业务的方便接入和管理。采集系统主站软件技术主要包括三层/多层架构等系统设计，多信道、多规约支持技术，大数量处理技术、应用集成与接口适配技术、双向互动技术。随着智能电网的发展，主站软件的关键技术主要表现在高效采集监控、标准化数据管理、数据的可视化展示、多维度信息的挖掘和双向互动应用方面。
四、结语
智能电网尤其是用电信息采集系统的发展极大地促进了电力的合理使用，实现了抄表及电费结算的智能化，提高了电网营销的科技水平，大大降低了管理成本，节约了有限的电力资源，并且能够指导人民科学合理用电，为智能用电服务提供了有力的技术支持。
参考文献：
1. Sui H B，Wang H H，Lu M S，et al.An AMI system for the deregulated electricity markets [R].IEEE Trans.on Industry Applications，vol.45，no.6，pp.2104-2108，Nov./ Dec.2009
2. Zhang R Yu Y，Gjessing S，et al.Congnitive radio based hierachical for smart grid [R].IEEE Network Magazine，vol.25，issue.5，pp.6-14
3. 刘振亚.智能电网技术 [M]. 北京：中国电力出版社，2010
4. 张晶 徐新华 崔仁涛.智能电网用电信息采集系统技术与应用 [M]. 北京：中国电力出版社，2013
5. 韩勇 刘会生.用电信息采集系统主站软件设计[J].计算机与现代化，2012.8
6. 张进 黄欣.智能电网建设中的用电信息采集系统[J].信息通信，2012.1
7. 陶士全 刘永生.智能电网信息安全及其防护技术[J].电力信息化，2011.9