智能电表用上了“智慧语言”

　　在北京2022年冬奥会、冬残奥会保电期间，采用客户侧能源量测数据交换协议这种“智慧语言”的智能电表在奥运赛区用电负荷实时监测和控制中发挥了关键作用，助力用电信息采集更高效、灵活和安全。

　　客户侧能源量测数据交换协议在国家电网经营区智能电表上的应用规模正逐步扩大。这项研究成果自主构建了完整的协议体系，进一步提升了用电信息采集系统的互联水平和数据交换的能力。

　　适应新能源大规模发展的数据交换需求，为冬奥保电助力

　　随着碳达峰碳中和工作的有序推进，越来越多的新能源发电项目接入电网，电力市场现货交易试点范围不断扩大，用电信息采集过程中进行的数据交换的种类、内容以及频度都大幅增加，数据安全防护要求也越来越高。在这种趋势下，智能电表所使用的传统协议已无法满足当前应用及未来发展的需求。

　　在此背景下，国家电网有限公司启动企业技术标准项目“客户侧能源量测数据交换协议”，2021年启动总部科技项目“客户侧能源量测数据交换协议关键技术研究”。项目由中国电力科学研究院有限公司牵头，国网山东、浙江、福建、冀北、辽宁、江苏、湖南、山西、上海、陕西、重庆、河北电力及国网信通产业集团、国电南瑞、智芯公司、国网电动汽车公司、华云科技等多家单位共同参与。

　　北京冬奥会、冬残奥会张家口赛区有4个竞赛场馆、5个非竞赛场馆，保电客户共计45户，用电负荷最高达到30050千瓦。奥运场馆全部使用来自张北柔性直流电网试验示范工程输送的绿电，清洁电能“发-储-用”协同调控复杂程度颇高。公司在保电过程中克服了较大挑战，保障了张家口赛区用电负荷监测和控制的实时性、高效性和安全性。

　　中国电科院计量所副所长林繁涛介绍，公司为奥运赛区保电客户安装了采用客户侧能源量测数据交换协议这种“智慧语言”的智能电表159只、采集终端设备186只，设备日在线率达到100%。其中，核心保电客户日冻结数据采集成功率达100%，15分钟负荷曲线数据采集成功率达99.97%，为冬奥保电服务平台开展实时负荷监控提供了有力的数据支撑。

　　客户侧能源量测数据交换协议是目前电力智能量测领域最先进的“智慧语言”之一。中国电科院计量所副总工程师刘宣介绍，智能电表等传感设备的计量数据需要上传到后台主站，而后台主站的负荷调控指令也需要下发到智能电表和开关等量测设备，双方的数据交换需要事先约定一种对方能听懂的“语言”。客户侧能源量测数据交换协议就是一种用于智能电表等设备间及设备与后台主站间，能够实时、高效、安全交流的“智慧语言”。其中，约定好的数据传输规则、编码格式、量纲等就相当于这门“智慧语言”的“语法”。

　　让数据交换更高效、灵活、安全

　　3月16日，在中国电科院计量所用电信息采集管控平台监控大厅，采集管控工作人员刘婧正开展采集运行情况例行检查。从监控大屏上可以看到，本地信道同为高速电力线载波通信(HPLC)且客户规模均为300户左右的台区中，采用“传统语言”的15分钟负荷曲线平均采集成功率约为80%，而采用“智慧语言”的成功率在95%以上。

　　刘宣介绍，“传统语言”645协议(DL/T 645-2007多功能电能表通信协议)和1376.1协议(Q/GDW 1376.1-2013 用电信息采集系统通信协议 第一部分：主站与采集终端通信协议)的智能化程度已不能满足当前需求。645协议针对串口和红外通信设计，没有主动上报机制，当电表发生异常事件时不能实时主动向主站报告，只能等主站定期来查询;单帧报文长度受限，就如同一句话最多只能说10个字，如果超过10个字就要分成多句话来说;采用平铺数据项方式设计，类似于查字典，每次交互只能查询1个数据项。除此之外，传统协议还存在体系不完整、层次不清晰、扩展性差、溯源性不好等局限性。

　　“智慧语言”客户侧能源量测数据交换协议包括系统互联协议和通信单元适配规范，其中系统互联协议参考开放式系统互联通信参考模型(OSI模型)进行分层，体系完整，层次清晰。

　　客户侧能源量测数据交换协议扩展性强，采用面向对象方法对业务进行抽象建模，形成一个个“模子”，通过这些“模子”可以方便快速地批量制造出大量相同产品。按同一个“模子”生产出来的产品拥有公共属性，但同时也可以单独增加自己特有的属性。当新业务出现时，采用这种建模和批量生产的方法，就可以轻松满足业务需求。该协议灵活性好，能配置各种参数，从而适应频繁变化的数据交换需求，避免大规模的设备程序升级;通过灵活的数据项打包和筛选、丰富的上报和代理方式、超长的单帧报文、并行窗口等机制，大幅提升了数据的交换效率。协议还统一了智能电表到采集终端设备再到后台主站的整个过程通信规约，保证了数据源的唯一性，更好地满足了计量数据可溯源的法制性要求。从安全性上看，协议支持多种数据加密方式，可针对每个或每类对象灵活配置不同的加密方案，能够满足不同业务应用的安全防护要求。

　　应用前景广阔，逐步走向国际市场

　　据中国电科院国网计量中心统计，国家电网经营区现场安装运行的智能电表数量已经达到5.5亿只，采集终端设备超过5000万个。此外，电网还接入了大量的新能源汽车充电桩、分布式光伏、智能物联锁具、智能量测开关、回路状态巡检仪、反窃电终端、家用电器随器计量模块等，而且这些客户侧能源量测设备的数量还在稳步增长。

　　大量设备与后台主站之间海量数据高频交换，势必对数据交换协议的实时性、高效性、安全性、扩展性、业务适应性、溯源性等各方面性能提出越来越高的要求。客户侧能源量测数据交换协议这门“智慧语言”能够较好地适应业务应用的发展趋势。

　　截至目前，国家电网经营区已有20%的智能电表和采集终端设备采用了“智慧语言”，预计10年内，全部智能电表和其他各类客户侧能源量测设备将逐步采用这种“智慧语言”。

　　客户侧能源量测数据交换协议不仅技术先进，还完全由我国自主研发设计。在当前的国际形势下，核心技术自主可控至关重要。随着大数据技术和相关应用的快速发展，数据交换技术的基础作用逐步凸显。客户侧能源量测数据交换协议这一“智慧语言”将为新型电力系统和能源互联网建设提供有力支撑。

　　目前，中国电科院正在开展相关技术的专利布局、标准制订和翻译工作，积极推动计量技术走向国际市场。中国电科院正在开展印尼智能电表项目的可行性研究和试点验证工作，计划依托由主站、终端、表计、通信、控制构成的国内全套成熟高级量测体系(AMI)解决方案，实现客户侧能源量测数据交换协议等国内先进计量技术“走出去”。（巫钟兴 杜艺娜）