在北京2022年冬奧會、冬殘奧會保電期間，采用客戶側(cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議這種“智慧語言”的智能電表在奧運賽區(qū)用電負荷實時監(jiān)測和控制中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，助力用電信息采集更高效、靈活和安全。
客戶側(cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議在國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)智能電表上的應(yīng)用規(guī)模正逐步擴大。這項研究成果自主構(gòu)建了完整的協(xié)議體系，進一步提升了用電信息采集系統(tǒng)的互聯(lián)水平和數(shù)據(jù)交換的能力。
適應(yīng)新能源大規(guī)模發(fā)展的數(shù)據(jù)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(fā)電項目接入電網(wǎng)，電力市場現(xiàn)貨交易試點范圍不斷擴大，用電信息采集過程中進行的數(shù)據(jù)交換的種類、內(nèi)容以及頻度都大幅增加，數(shù)據(jù)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(tǒng)協(xié)議已無法滿足當前應(yīng)用及未來發(fā)展的需求。
在此背景下，國家電網(wǎng)有限公司啟動企業(yè)技術(shù)標準項目“客戶側(cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議”，2021年啟動總部科技項目“客戶側(cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議關(guān)鍵技術(shù)研究”。項目由中國電力科學研究院有限公司牽頭，國網(wǎng)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(wǎng)信通產(chǎn)業(yè)集團、國電南瑞、智芯公司、國網(wǎng)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(qū)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(wǎng)試驗示范工程輸送的綠電，清潔電能“發(fā)-儲-用”協(xié)同調(diào)控復雜程度頗高。公司在保電過程中克服了較大挑戰(zhàn)，保障了張家口賽區(qū)用電負荷監(jiān)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(qū)保電客戶安裝了采用客戶側(cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議這種“智慧語言”的智能電表159只、采集終端設(shè)備186只，設(shè)備日在線率達到100%。其中，核心保電客戶日凍結(jié)數(shù)據(jù)采集成功率達100%，15分鐘負荷曲線數(shù)據(jù)采集成功率達99.97%，為冬奧保電服務(wù)平臺開展實時負荷監(jiān)控提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。
客戶側(cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議是目前電力智能量測領(lǐng)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(shè)備的計量數(shù)據(jù)需要上傳到后臺主站，而后臺主站的負荷調(diào)控指令也需要下發(fā)到智能電表和開關(guān)等量測設(shè)備，雙方的數(shù)據(jù)交換需要事先約定一種對方能聽懂的“語言”?？蛻魝?cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議就是一種用于智能電表等設(shè)備間及設(shè)備與后臺主站間，能夠?qū)崟r、高效、安全交流的“智慧語言”。其中，約定好的數(shù)據(jù)傳輸規(guī)則、編碼格式、量綱等就相當于這門“智慧語言”的“語法”。
讓數(shù)據(jù)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(jiān)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(jiān)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(guī)模均為300戶左右的臺區(qū)中，采用“傳統(tǒng)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(tǒng)語言”645協(xié)議(DL/T 645-2007多功能電能表通信協(xié)議)和1376.1協(xié)議(Q/GDW 1376.1-2013 用電信息采集系統(tǒng)通信協(xié)議 第一部分：主站與采集終端通信協(xié)議)的智能化程度已不能滿足當前需求。645協(xié)議針對串口和紅外通信設(shè)計，沒有主動上報機制，當電表發(fā)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(shù)據(jù)項方式設(shè)計，類似于查字典，每次交互只能查詢1個數(shù)據(jù)項。除此之外，傳統(tǒng)協(xié)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(cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議包括系統(tǒng)互聯(lián)協(xié)議和通信單元適配規(guī)范，其中系統(tǒng)互聯(lián)協(xié)議參考開放式系統(tǒng)互聯(lián)通信參考模型(OSI模型)進行分層，體系完整，層次清晰。
客戶側(cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議擴展性強，采用面向?qū)ο蠓椒▽I(yè)務(wù)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(chǎn)品。按同一個“模子”生產(chǎn)出來的產(chǎn)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(yè)務(wù)出現(xiàn)時，采用這種建模和批量生產(chǎn)的方法，就可以輕松滿足業(yè)務(wù)需求。該協(xié)議靈活性好，能配置各種參數(shù)，從而適應(yīng)頻繁變化的數(shù)據(jù)交換需求，避免大規(guī)模的設(shè)備程序升級;通過靈活的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的交換效率。協(xié)議還統(tǒng)一了智能電表到采集終端設(shè)備再到后臺主站的整個過程通信規(guī)約，保證了數(shù)據(jù)源的唯一性，更好地滿足了計量數(shù)據(jù)可溯源的法制性要求。從安全性上看，協(xié)議支持多種數(shù)據(jù)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(yè)務(wù)應(yīng)用的安全防護要求。
應(yīng)用前景廣闊，逐步走向國際市場
據(jù)中國電科院國網(wǎng)計量中心統(tǒng)計，國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)現(xiàn)場安裝運行的智能電表數(shù)量已經(jīng)達到5.5億只，采集終端設(shè)備超過5000萬個。此外，電網(wǎng)還接入了大量的新能源汽車充電樁、分布式光伏、智能物聯(lián)鎖具、智能量測開關(guān)、回路狀態(tài)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(cè)能源量測設(shè)備的數(shù)量還在穩(wěn)步增長。
大量設(shè)備與后臺主站之間海量數(shù)據(jù)高頻交換，勢必對數(shù)據(jù)交換協(xié)議的實時性、高效性、安全性、擴展性、業(yè)務(wù)適應(yīng)性、溯源性等各方面性能提出越來越高的要求?？蛻魝?cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議這門“智慧語言”能夠較好地適應(yīng)業(yè)務(wù)應(yīng)用的發(fā)展趨勢。
截至目前，國家電網(wǎng)經(jīng)營區(qū)已有20%的智能電表和采集終端設(shè)備采用了“智慧語言”，預(yù)計10年內(nèi)，全部智能電表和其他各類客戶側(cè)能源量測設(shè)備將逐步采用這種“智慧語言”。
客戶側(cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議不僅技術(shù)先進，還完全由我國自主研發(fā)設(shè)計。在當前的國際形勢下，核心技術(shù)自主可控至關(guān)重要。隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)和相關(guān)應(yīng)用的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)交換技術(shù)的基礎(chǔ)作用逐步凸顯。客戶側(cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議這一“智慧語言”將為新型電力系統(tǒng)和能源互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)提供有力支撐。
目前，中國電科院正在開展相關(guān)技術(shù)的專利布局、標準制訂和翻譯工作，積極推動計量技術(shù)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(gòu)成的國內(nèi)全套成熟高級量測體系(AMI)解決方案，實現(xiàn)客戶側(cè)能源量測數(shù)據(jù)交換協(xié)議等國內(nèi)先進計量技術(shù)“走出去”。（巫鐘興 杜藝娜）
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