新一代開放式自動抄表系統(tǒng)平臺
1. 前言
隨著電力企業(yè)市場化的改革不斷深入，計量作為市場交易中的一桿“秤”，其地位日益重要，自動抄表技術作為計量自動化的基礎，自然成為當前普遍關注的熱點。本文通過總結(jié)過去自動抄表技術發(fā)展的歷程以及當前新形勢下自動抄表技術所面臨的挑戰(zhàn)，根據(jù)電力企業(yè)市場化對計量自動化發(fā)展的需求，提出建立新一代開放式自動抄表系統(tǒng)平臺的構(gòu)想。
2. 自動抄表技術的發(fā)展所面臨的挑戰(zhàn)
自動抄表技術（AMR）自八十年代中葉誕生于美國后，在世界各地得到了迅猛的發(fā)展。自動抄表系統(tǒng)（AMR系統(tǒng)）最先在供水企業(yè)中應用，后擴展到電、氣、熱等各個領域。IEC的TC13和TC57兩大標準化組織在其標準體系中都為AMR系統(tǒng)制定了相關的標準。各種新的AMR技術不斷推陳出新，推動整個自動抄表技術行業(yè)的發(fā)展。
90年代初，自動抄表技術被引進到中國，早期的AMR系統(tǒng)主要用于大電網(wǎng)的電能量考核結(jié)算。經(jīng)過近十年的發(fā)展，AMR技術在中國得到廣泛的應用，各種高水平的ARM技術和系統(tǒng)的研究，已成為各個AMR系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)和科研機構(gòu)競相追逐的熱點。但是，隨著時代的發(fā)展，當前AMR技術也面臨著新的挑戰(zhàn)，這主要體現(xiàn)在以下幾個方面。
2.1. AMR系統(tǒng)的定位問題
傳統(tǒng)的AMR系統(tǒng)是基于電能表數(shù)據(jù)采集基礎上發(fā)展起來的，其主要的任務是解決人工抄表問題，眾所周知，電力企業(yè)在推行AMR系統(tǒng)需要大量的資金，特別是居民用戶，單一解決人工抄表問題，對電力企業(yè)來說顯然是不合算。
2.2. AMR系統(tǒng)的封閉性問題
2.2.1. 當前各廠家AMR系統(tǒng)各顯特色，自成一派。在硬件的接口、電能表的規(guī)約、系統(tǒng)的通信規(guī)約、數(shù)據(jù)類型規(guī)范等方面差異較大，存在一定的封閉性。國內(nèi)還沒有一套成熟標準去規(guī)范各廠家的產(chǎn)品，難以實現(xiàn)不同廠家產(chǎn)品的互連互換。
2.2.2. 目前AMR系統(tǒng)大量的電能量數(shù)據(jù)大多僅保存在計算機上，利用率不高，沒有統(tǒng)一的標準實現(xiàn)與其它自動化系統(tǒng)的互聯(lián)，難以做到系統(tǒng)的綜合利用。
2.3. AMR系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力問題
2.3.1. 傳統(tǒng)的AMR系統(tǒng)是按照非實時數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的模式設計，但隨著電力市場營運發(fā)展的需要，特別是大電網(wǎng)級的電力市場對AMR系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的實時性提出了越來越高的需求。
2.3.2. 目前地調(diào)的AMR系統(tǒng)既要滿足省網(wǎng)電能量數(shù)據(jù)采集的要求，亦要滿足地區(qū)網(wǎng)電能量數(shù)據(jù)采集的要求，甚至大用戶電能量數(shù)據(jù)采集的要求，不同等級的電力市場對數(shù)據(jù)采集的數(shù)據(jù)種類和實時性的要求是不同的。
2.4. AMR系統(tǒng)的安全性和計費合法性問題
2.4.1. 系統(tǒng)的安全性方面包括：電能表計的參數(shù)管理的安全性、數(shù)據(jù)通訊的安全性，AMR入站系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理和信息發(fā)布的安全性等。
2.4.2. 計費合法性包括：計費數(shù)據(jù)對象的選取和認證、計費數(shù)據(jù)在采集和計算過程中的失真度和認證、影響計量計費精度的因素分析和認證，計費數(shù)據(jù)輸出部門的合法性和計費雙方對計費結(jié)果的驗證等。
2.5. 電力企業(yè)計量管理精細化和電力市場營運對AMR系統(tǒng)提出的新要求
2.5.1. 現(xiàn)場計量管理：包括現(xiàn)場計量設備的管理和防竊電管理。
2.5.2. 現(xiàn)場用戶管理：包括負荷控制，電能質(zhì)量管理，欠費管理等。
2.5.3. 大用戶電力市場的考核，電量預測和線損管理，分時計費結(jié)算。
2.5.4. 電能量信息與其他自動化系統(tǒng)的信息集成和綜合利用。
3. 新一代開放式自動抄表系統(tǒng)平臺的主要特征
新一代的AMR系統(tǒng)是一個開放式的抄表平臺。它具有以下幾個特征：
3.1. 標準化
3.1.1. 設備的標準化
無論是前端數(shù)據(jù)采集裝置還是后臺的主站系統(tǒng)，在研制和設備的選用上，均應遵循有關的國際標準，國家標準或事實上的工業(yè)標準。
3.1.2. 數(shù)據(jù)對象定義和通訊規(guī)約以及數(shù)據(jù)交換接口的標準化
計量數(shù)據(jù)對象定義、通訊規(guī)約的標準化是實現(xiàn)開放式系統(tǒng)的基礎。目前，全國電工儀器儀表標準化技術委員會在IEC62056（cosem體系）的基礎上，正制定有關的國家標準。但如何將IEC62056的cosem數(shù)據(jù)對象最終表現(xiàn)整個AMR系統(tǒng)貫穿始終的對象模型，即建立標準化的數(shù)據(jù)對象模型CIM，需進一步研究和探索。
3.1.3. 系統(tǒng)框架的標準化
目前AMR系統(tǒng)是多層次、多主站的綜合系統(tǒng)，各系統(tǒng)的職能、功能必須實現(xiàn)標準化。類似調(diào)度Scada系統(tǒng)，才能實現(xiàn)框架的統(tǒng)一。
3.2. 平臺化
新一代的自動抄表系統(tǒng)無論是數(shù)據(jù)采集設備還是主站系統(tǒng)都應該是一個平臺化的系統(tǒng)。用戶和有關系統(tǒng)的集成商可以根據(jù)需求通過該平臺提供的工具化軟件靈活構(gòu)建各種規(guī)模，各種形式的自動抄表系統(tǒng)，具有良好的系統(tǒng)伸縮性，這樣可以充分利用有限的資源實現(xiàn)系統(tǒng)應用價值的最大化，并具有良好的發(fā)展性，以滿足用戶分階段實施和適應未來擴展的要求。
3.3. 完善的安全管理機制和計費合法性認證機制。
新一代的自動抄表平臺應建立基于安全管理中心的安全管理和認證等相關機制。同時確保在任何情況下不會造成計量數(shù)據(jù)的人為丟失和更替。
3.4. 提供數(shù)據(jù)中心服務
3.4.1. 新一代的自動抄表平臺主站應能構(gòu)建綜合性的數(shù)據(jù)倉庫，建立信息服務中心，向用戶提供各種形式的數(shù)據(jù)服務。
3.4.2. 在完善的數(shù)據(jù)安全性機制保證下，數(shù)據(jù)服務中心可以保證以三公的原則向參與市場營運的各方用戶提供準確、及時的市場化信息。
4. 新一代開放式自動抄表系統(tǒng)平臺的設計
新一代的開放式系統(tǒng)主要由下面的幾個部分構(gòu)成：
4.1. 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理節(jié)點
4.1.1. 將原來的計量儀表和自動抄表裝置虛擬化，形成一系列數(shù)據(jù)采集處理節(jié)點，這些節(jié)點具有電能計量數(shù)據(jù)采集、處理、貯存和通訊的功能。
4.1.2. 根據(jù)系統(tǒng)的功能可形成不同類型的節(jié)點。通過不同類型的節(jié)點配置，可構(gòu)成不同形式的自動化管理系統(tǒng)。
4.1.3. 數(shù)據(jù)采集處理節(jié)點的數(shù)據(jù)采集對象采用統(tǒng)一的標準定義，同時系統(tǒng)平臺應可向用戶提供有關的工具，讓其進行數(shù)據(jù)節(jié)點的配置、數(shù)據(jù)對象的設定。
4.2. 通信系統(tǒng)
4.2.1. 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理節(jié)點間可進行數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)交換，形成多層次的綜合系統(tǒng)。最外層的節(jié)點還可與后臺主站系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通信。
4.2.2. 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理節(jié)點應支持各種形式的數(shù)據(jù)通信鏈路。根據(jù)現(xiàn)場的情況選用成本低、安全性強、發(fā)展性好的數(shù)據(jù)通信形式。現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理節(jié)點亦應留有與其它自動化系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)通訊的接口。
4.2.3. 現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理節(jié)點具有完善的安全性權限管理機制，可在保證數(shù)據(jù)采集和貯存的安全性、唯一性的基礎上，向需要采集數(shù)據(jù)的各方主站按公平、公正、公開的原則提供其權限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)采集。
4.3. 主站系統(tǒng)平臺
主站系統(tǒng)平臺由數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)貯存系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)、安全管理和計費認證系統(tǒng)、信息發(fā)布系統(tǒng)所組成。該系統(tǒng)設計上應立足于平臺化工具化，可以支持各種標準化的設備、網(wǎng)絡平臺、數(shù)據(jù)庫平臺和規(guī)約，具有良好的伸縮性和構(gòu)建分布式系統(tǒng)的能力，具備與其它自動化系統(tǒng)實現(xiàn)接口和集成的可定義的標準化接口。
4.3.1. 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)
1） 數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)應能支持大容量的數(shù)據(jù)采集，同時根據(jù)電力市場交易系統(tǒng)的需求，建立支持部分節(jié)點實時數(shù)據(jù)采集要求。數(shù)據(jù)采集對象及通訊規(guī)約應遵循有關標準統(tǒng)一定義，同時系統(tǒng)應提供有關工具軟件可由用戶自由選擇采集的內(nèi)容和對象。系統(tǒng)應支持各種形式的通信鏈路。
2） 支持相關分布式的采集系統(tǒng)，可由用戶根據(jù)需求配置不同層次、不同數(shù)量的主站數(shù)據(jù)采集節(jié)點。根據(jù)不同形式的系統(tǒng)要求，除數(shù)據(jù)采集節(jié)點外，還可以配置遠程管理、現(xiàn)場防竊電以及遠程控制等遠方管理節(jié)點。
4.3.2. 數(shù)據(jù)處理貯存系統(tǒng)
1） 支持各種流行的大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。為了提高系統(tǒng)的信息服務能力，采集和分析數(shù)據(jù)量較大的信息服務能力，采集和分析數(shù)據(jù)量較大的系統(tǒng)可以采用數(shù)據(jù)倉庫管理系統(tǒng)，同時支持分布式的數(shù)據(jù)貯存，具有靈活工具構(gòu)建系統(tǒng)的數(shù)據(jù)字典。
2） 可以根據(jù)數(shù)據(jù)處理的需求，定義不同類型數(shù)據(jù)的處理方式，數(shù)據(jù)計費的時間安排以及結(jié)果的輸出方式，最大限度利用系統(tǒng)的計算機資源和提高系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理能力。
4.3.3. 安全管理和計費認證系統(tǒng)
1） 提供基于管理中心的安全管理工具，建立系統(tǒng)化的數(shù)據(jù)采集、修改、通訊、加密、貯存、導入和導出以及數(shù)據(jù)查詢綜合控制機制。
2） 具備數(shù)據(jù)過濾，分辨?zhèn)螖?shù)據(jù)，數(shù)據(jù)校驗等數(shù)據(jù)檢查機制。提供計量計費合法性的校驗和認證機制。
4.3.4. 數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)
1） 提供各種數(shù)據(jù)分析的工具，可以對數(shù)據(jù)進行分析、切片、挖掘、鉆取和數(shù)量統(tǒng)計等等。可以由用戶輸入相關條件或數(shù)學統(tǒng)計模型，通過歷史數(shù)據(jù)對未來的發(fā)展進行趨勢預測、預警。
2） 提供各種專家系統(tǒng)模塊、構(gòu)成各種應用系統(tǒng)，如線損管理等。
4.3.5. 信息發(fā)布系統(tǒng)
1） 具有完善的權限管理工具。可以向不同層次的用戶發(fā)布其管理權限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)，同時亦允許不同層次用戶查詢其管理權限內(nèi)的數(shù)據(jù)。具有多種信息發(fā)布的工具和形式，如Web、Internet等。
2） 信息發(fā)布系統(tǒng)平臺的設計應具有良好的伸縮，可以滿足大量用戶查詢或?qū)崟r查詢等不同的要求。
5. 構(gòu)建開放式自動抄表系統(tǒng)的基礎和采取的技術手段
5.1. 制訂統(tǒng)一的數(shù)據(jù)交換和通訊標準
通過有關標準的制定，統(tǒng)一自動抄表系統(tǒng)平臺的數(shù)據(jù)對象的定義的通訊規(guī)約，以利于實現(xiàn)系統(tǒng)的互聯(lián)、互換。
5.2. 嵌入式系統(tǒng)的應用
目前嵌入式系統(tǒng)在各個領域進行現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的應用越來越廣泛。這些嵌入式系統(tǒng)除具備快速的數(shù)據(jù)采集能力，大容量的數(shù)據(jù)貯存處，還可以支持各種形式的網(wǎng)絡通道，將其應用于現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集處理節(jié)點，可以使系統(tǒng)平臺更具開放性和伸縮性。
5.3. 面向?qū)ο蟮脑O計
無論前端的數(shù)據(jù)采集軟件還是主站平臺的軟件設計，均應采用面向?qū)ο蟮脑O計方法，通過建立數(shù)據(jù)對象的公共對象模型（CIM），及采用面向?qū)ο蟮能浖O計手段，使軟件平臺具有良好的開放性和可擴展性。
5.4. 平臺工具軟件的研發(fā)和集成
系統(tǒng)的軟件平臺盡可能設計成工具化的軟件，同時亦可集成很多第三方系統(tǒng)（如商業(yè)智能）的分析工具，使系統(tǒng)平臺具有強大的功能，良好的伸縮性，廣闊的發(fā)展性。
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