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智能用电下抄核收全过程自动化流水线式分析

陆慧

摘 要：针对当前我国电力营销服务提升的要求，以及当前信息技术的发展，以电力抄核收作为研究对象，提出了一种“集约、智能、高效”的智能电表抄核收全过程自动化流水式的管理方式。为实现该系统，提出以智能电表为基础，完成对基础电力数据的采集;以LoRa技术为载体，实现对智能电表数据的采集传输;最后将数据传输给后台的PC端，完成对智能电表用户电费的计算和核对，进而介绍人工工单筛选的工作量;最后给出部分应用的效果。
关键词：抄核收;LoRa技术;智能电表
：TP 311
文献标志码：A
：1007-757X（2020）11-0171-03
Abstract：In view of the current requirements for the improvement of electric power marketing services and the development of information technology in China， an "intensive， intelligent and efficient" automatic pipeline management mode for the whole process of electric power meter reading and checking is proposed， by taking the electric power checking and collecting as the research object. In order to realize the system， it is proposed to complete the collection of basic electric power data based on smart meters;to realize the collection and transmission of smart meter data withthe carrier of LoRa technology. Finally， ittransmits the data to the PC end of the background， andcompletes the calculation and check of smart meter users'electricity charges， and then introduces the workload of manual worksheet screening. The effect of some applications is given.
Key words：check and receive;LoRa technology;intelligent meter
0 引言
随着我国现代智能技术的发展，智能电表基本实现了全覆盖。以智能电网发展最快的广东汕头为例，2018年1季度，汕头供电局下属的210万客户基本实现了智能电表全覆盖。在智能电表大量覆盖下，极大提高了电力部门对电力信息采集的效率。但是在采集效率提高的同时，采集运维的面积也在不断的提升，同时采集的户数也在大幅的提升，如按照原来的采集模式运行，则大幅度的提高了整体运维的成本。而原有的信息采集一直未转化为抄核收效益，进而严重的制约了电力产业布局，也在一定程度上制约了电力服务的提升。因此，加强对抄核收机制的优化，创新抄核收业务体系，并加强信息技术和电力技术在抄核收中的应用，对提高嗲网企业自身的抄核收水平，提高工作效率等具有极其重要的作用和价值[1]。本文则结合当前电网企业的背景，提出一种基于抄核收全过程自动化流水线式的模式，并对该模式进行了详细的设计。
1 系统需求分析
本研究的主要目标是为电力部门构建一种能够自动执行完成抄核收全流程的系统，因此必须实现抄表、核算以及电费回收等业务功能的自动化。本系统的具体功能需求包括以下5项。
（1） 通信功能：通信功能是实现系统各项功能的基础，主站发送的系统命令以及采集获得的电能表数据等信息都需要通过通信功能实现数据传输。
（2） 抄表功能抄表功能为实现系统其他各项功能提供了电能表相关数据，包括采集电能表数据、数据处理以及数据存储。
（3） 监控功能：监控功能通过实时监控用户用电情况以及电网运行状态参数，为电力部门及时发现异常提供详细可靠的基础数据支持。
（4） 自动核算功能：人工现场抄表与远程抄表客户电量电费核算具有差异性，但是现有的营销系统在电量电费核算过程中，并未针对两者的差异而分别采用针对性的规则，因此产生了大量低有效率的电量电费异常复核工单，而电费发行周期也被延长至一周左右。针对上述问题，必须对远程抄表客户电量电费的自动核算规则进行优化。
（5） 辅助功能：在基础数据的支持下，进一步分析用户用电情况并进行科学的系统计算，从而实现抄表、算费、核算、繳费等业务的自动化。
2 系统整体架构设计
系统整体架构设计方案，如图1所示。
该系统主要包含LoRa数据网络、4G网络以及抄核收管理中心等3个部分。
由图1可以看到，LoRa网络由终端节点、中继节点以及基站构成，主要负责实现数据采集以及LoRa网络各部分间的数据通信。其中，终端节点负责接收中继节点或基站发送的指令信息，并将指令下发至电能表，然后将电能表反馈的电表计数等相应信息发送至中继节点或基站;中继节负责终端节点与基站之间数据通信的中转，能够提高LoRa网络数据传输的通信质量，并且能够延长数据传输距离;基站负责接收抄核收管理中心下发的指令，并转发至终端节点或中继节，然后将终端节点采集的数据通过4G网络发送至抄核收管理中心[2-3]。
抄核收管理中心由路由器、主机以及服务器构成，负责向基站下发指令信息以及对基站上报的数据进行数据分析、数据处理和数据存储。
3 系统设计
3.1 系统硬件设计
3.1.1 终端节点硬件设计
终端节点由主控芯片、SX1276模块、电池模块、天线等组成，负责接收指令、采集并上报电表数据。基于STM8内核的STM8L151C8微控制器内置64 kB闪存，最高工作频率为16 MHz，支持5种低能耗工作方式，具有大空间、高性能、低功耗等优点。因此，本系统采用STM8L151C8作为终端节点与中继节点的主控芯片。LoRa TM扩频调制解调器具有传输距离远、低能耗、抗干扰、可靠性高等诸多优点，因此本系统采用LoRa TM扩频调制解调器作为终端节点的SX1276模块射频收发器[4-5]。终端节点与电表连接结构，如图2所示。
3.1.2 中继节点硬件设计
中继节点主要负责终端节点与基站之间的数据中转，其硬件同样由STM8L151C8主控芯片、SX1276模块、电池模块、天线等组成，但UART接口的收发端进行短接而并未与电表相连接。
3.1.3 基站硬件设计
基站的硬件构成主要包括主控芯片、SX1276模块、4G模块、电源模块、天线等。在基站主控芯片的选择上，本系统采用了同样基于STM8内核但性能超过STM8L151C8的STM8S207CB微控制器。基站的具体硬件结构，如图3所示。
3.2 软件部分设计
3.2.1 下机位软件设计
1） 中继节点采集模块软件主程序设计
中继节点采集模块的流程图，如图4所示。
从图4可以看到，采集模块与电能表交互完成后得到表号信息，并进行自身信息初始化。当采集模块接收终端信息后，通过CRC16校验方式对该信息进行校验。若校验结果正确则解析DL/T645-2007系列报文并进行数据记录，然后将数据传送至电能表主控模块。电能表对数据进行解析后，向采集模块返回响应信息。若电能表接收数据后未在1s内返回响应信息，采集模块将向电能表重复发送3次，若仍未返回响应信息，采集模块将向汇聚节点上报包含故障电能表表号信息的自定义智能电表故障指令[6-7]。
2） 基站通信设计
基站通信主程序的设计流程图，如图5所示。
3.2.2 上机位软件设计
1） 对象模型设计
对抄核收管理中心进行软件编程前，需要进行对象模型设计建模。面向对象是一种通过将事物抽象为类和继承，以此认识世界的建模方法。本文从软件角度针对信息管理系统进行面向对象的建模[8]。
本文基于系统的功能需求分析，得出智能电表、集中器、居民用户、供电公司管理员、主机、服务器以及事务间的关系，以此構建出对象模型，如图6所示。
从图6可以看到，本系统中包含了三个子系统，各个子系统之间为相互独立且存在联系的关系。其中，数据采集子系统负责对采集到的数据信息进行处理，并将处理后的数据发送至数据管理子系统;数据管理子系统负责对数据采集子系统发送的数据信息进行存储以及统计查询;用户管理子系统负责对系统用户的信息及权限进行维护管理[9-10]。
2） 功能模块设计
根据系统需求分析的结果，本系统的用户分为居民用户以及供电公司管理员两种类型，并针对不同类型的用户设置了相应的权限，从而满足居民用户与供电企业对本系统的不同需求[11-12]。本系统的基础功能模块包括档案管理、缴费管理、统计查询等，如图7所示。
3） 核算规则优化
原有的用电信息采集与电费核算过程中，并未针对人工现场抄表与远程抄表客户电量电费核算的差异而分别采用针对性的规则，仅针对低供低计费控表用户进行了自动化抄表核算的试运行测试，从而产生大量的异常工单[13-14]。对此，本文从原有的低压用户复核规则中筛选出以下规则。
（1） 超出常见电量波动范围（居民用户标准为500千瓦时，非居民用户标准为2 000千瓦时，首次抄表用户除外）;
（2） 与上周期的倍率不同;
（3） 示数中断;
（4） 本期示数小于上期示数;
（5） 未抄表（漏抄）;
（6） 未购电用户存在抄表电量;
（7） 峰、平、谷段电量之和与总段电量不等。
电费核算方法采用以下的公式。
4 应用效果
本系统实际应用后，供电公司核算人员传统的人工操作被自动化操作取代，抄核收管理中心对各区县供电局抄核收业务全过程进行集中监控、考核，监控包括计划生成、抄表、核算、审核、发行、收费等自动化抄核收的全过程并生成报告，有效确保业务以高质量完成，监控界面如图8所示。
同时通过上述系统的应用后，自动抄表客户核算中的异常工单也大量的减少，这大大提高了抄核收工作的有效性。在自动核算开启后，系统会自动对工单上进行审核，并将审核后的工单下发给运维管理人员，这样大大减少了工单数量，并由原来的每月4～5万张工单降到不足1万工单，减少超过75%。同时除工单数量减少以外，在整体的电费差错率控制方向也大幅度的减少，如表1所示。
5 总结
综上看出，通过本文的设计，大力推进了电力企业的电子化结算效率，创新了抄核收业务方式，并实现了“当天抄表、当天核算、当天发行、当天扣费”的目标。而通过本文提出的新的抄核收模式，实现了“集中自动抄表+集中自动核算+集中自动发行+集中自动划扣电费”，为当前电力收费提供了一站式的服务，使得我国电力抄核收管理更加集中和高效，增强了企业发展的内生动力，主动适应市场变革，是一次体制创新与技术升级并举的成功尝试。

-全文完-