電、水、氣、熱“四表集抄”組網(wǎng)技術(shù)探索與能源互聯(lián)網(wǎng)

電、水、氣、熱“四表集抄”組網(wǎng)技術(shù)

探索與能源互聯(lián)網(wǎng)

威勝集團公司 李鴻/山東電力行業(yè) 張春暉

2016年8月10日

目前，電、水、氣、熱“四表集抄”系統(tǒng)建設(shè)分別屬于不同行政管理體制。智能電表集抄系統(tǒng)（電力用戶用電信息采集系統(tǒng)），由國網(wǎng)統(tǒng)一全面管理。水、氣、熱表計行業(yè)集抄系統(tǒng)，由地方政府行業(yè)主管部門進行業(yè)務(wù)歸口管理。

2016年2月29日，國家發(fā)改委、國家能源局、工業(yè)和信息化部聯(lián)合印發(fā)《關(guān)于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見（發(fā)改能源【2016】392號）》提出：“推動能源與信息通信基礎(chǔ)設(shè)施深度融合”的要求，極大地推動國網(wǎng)“四表合一采集”工程進程，同時，帶動水、氣、熱分行業(yè)集抄建設(shè)后發(fā)力提速。但是，極少看到有關(guān)電、水、氣、熱行業(yè)集抄系統(tǒng)組網(wǎng)的報道。

近期，區(qū)塊鏈技術(shù)如何融入能源互聯(lián)網(wǎng)營銷環(huán)節(jié)成為熱點。區(qū)塊鏈的技術(shù)特征，與能源互聯(lián)網(wǎng)的理念吻合，使區(qū)塊鏈技術(shù)未來有潛力成為能源互聯(lián)網(wǎng)重要的技術(shù)解決方案之一。從區(qū)塊鏈技術(shù)在能源互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的功能維度上講，區(qū)塊鏈在機制上能夠?qū)崿F(xiàn)可信任與自組織，不需要第三方機構(gòu)的存在。在能源及排放的計量認(rèn)證、能量及衍生產(chǎn)品的市場交易，多能源形式、多主體的組織協(xié)調(diào)、能源融資等方面將發(fā)揮重要作用。

根據(jù)國家三部委【2016】392號文，匯總網(wǎng)上“四表集抄”的爭議與發(fā)展文稿，就目前不同行政管理體制、不同技術(shù)經(jīng)濟實力的情況，本文將敘述電、水、氣、熱“四表集抄”系統(tǒng)如何從表計抓起，經(jīng)過現(xiàn)有系統(tǒng)現(xiàn)代化改造、聯(lián)網(wǎng)，最終發(fā)展到能源互聯(lián)網(wǎng)要求的高級“四表集抄”網(wǎng)絡(luò)的過程及其關(guān)鍵技術(shù)。

1、“十二五”以來，電、水、氣、熱行業(yè)集抄系統(tǒng)建設(shè)都有進展，發(fā)展情況很不平衡。

1）國網(wǎng)：

·2010年，國網(wǎng)電力用戶用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)啟動，經(jīng)過6年的實施，到2016年末，將實現(xiàn)電網(wǎng)全域用戶采集基本全覆蓋，安裝智能電表37758萬只，總采集覆蓋率95.5％。預(yù)期，2017年將建成國際上最大、單方向通信的用電信息采集系統(tǒng)。

·2015年8月，國網(wǎng)營銷部下發(fā)《關(guān)于加快推進“四表合一采集”應(yīng)用工作的通知》，發(fā)布《“四表合一采集”典型技術(shù)方案》。到2015年底，國網(wǎng)采集系統(tǒng)共接入水表9.3萬只，氣表0.9萬只，熱表1.1萬只，涉及10.8萬戶。2016年，“四表合一采集”達到300萬戶?！笆濉蹦?，“四表合一采集”將達到3000萬戶。

自國網(wǎng)智能電表集中招標(biāo)以來，全國智能電表生產(chǎn)企業(yè)減少40％，現(xiàn)存約360家。2016年預(yù)計智能電表生產(chǎn)1.4億只，出口占33％。

2）水、氣、熱行業(yè)集抄系統(tǒng)建設(shè)進程不一，缺乏有權(quán)威的高層部門垂直推進智能化進程。全國智能水、氣、熱表應(yīng)用情況難以統(tǒng)計。

·水行業(yè)，全國自來水公司約3000多家，水表及配套生產(chǎn)企業(yè)300家。到2015年底，水表年產(chǎn)量9000萬只，其中智能水表占10％。新一代集抄技術(shù)將是高級量測系統(tǒng)（AMI）和物聯(lián)網(wǎng)（IOT）技術(shù)。

·氣行業(yè)，全國燃?xì)夤?00家，傳統(tǒng)燃?xì)獗砩a(chǎn)企業(yè)100家，智能燃?xì)獗砥髽I(yè)30家。到2015年底，傳統(tǒng)燃?xì)獗砟戤a(chǎn)量3500萬只，智能燃?xì)獗?900萬只，占燃?xì)獗砜偖a(chǎn)量的35％。氣體超聲流量計主要依靠進口。

燃?xì)庵悄芑こ虇⒊?。近期，網(wǎng)上發(fā)布住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部行標(biāo)《城鎮(zhèn)智能燃?xì)饩W(wǎng)工程技術(shù)規(guī)范（征求意見稿）》。

·熱行業(yè)，熱計量主要市場是北方15省采暖區(qū)。熱計量系統(tǒng)采用分級計量，技術(shù)管理都比較復(fù)雜。其中，用戶熱計量方面，2013年，熱量表安裝1800萬只，熱計量面積14億平方米；平均每只熱表計量77平方米。2013年全國供熱面積65億平方米，采用熱表計量只占21%。目前年新增供熱面積3-4億平方米，年需求熱表400萬只。

3）“四表集抄”發(fā)展的爭議

·國網(wǎng)推進“四表合一采集”具有明顯的技術(shù)先進與經(jīng)濟優(yōu)勢。“以城鎮(zhèn)新建居民小區(qū)為重點，找準(zhǔn)政府重視、企業(yè)積極和智慧城市建設(shè)等重點區(qū)域”，進行遠程抄表，“繼而開展代抄、代收，不斷創(chuàng)新商業(yè)合作模式”。國網(wǎng)從技術(shù)、資金上保障工程按期完工。但是，國網(wǎng)“四表合一采集”將水、氣、熱行業(yè)最底層，先進的智能計量設(shè)備及通信技術(shù)都管控起來，增設(shè)跨行業(yè)數(shù)據(jù)交換一個環(huán)節(jié)，從水、氣、熱分行業(yè)集抄中劃走了現(xiàn)代化采集，留下的是早期各行業(yè)集抄系統(tǒng)及諸多行業(yè)計量管理及技術(shù)難題。估計靠水、氣、熱行業(yè)現(xiàn)有的實力去解決，需要走漫長的路。

·水、氣、熱分行業(yè)集抄的整體管理水準(zhǔn)差在哪里？

以武漢市供水行業(yè)的情況：“從上世紀(jì)90年代至今，相繼建立起諸多的行業(yè)管理系統(tǒng)，包括遠程抄表系統(tǒng)，營業(yè)收費系統(tǒng)，生產(chǎn)調(diào)度管理系統(tǒng)（SCADA），管網(wǎng)供水監(jiān)測系統(tǒng)，管網(wǎng)濁度在線監(jiān)測系統(tǒng)，協(xié)同辦公系統(tǒng)等，可以說，一直在追求實現(xiàn)供水自動化管理，打通信息共享通道，建立智慧水務(wù)平臺”。但是，實際應(yīng)用情況很不理想：智慧水務(wù)平臺的感知層（注：表計）數(shù)據(jù)的來源，數(shù)據(jù)的可靠性，及時/準(zhǔn)確/有效性都難以保證，這些海量數(shù)據(jù)如何應(yīng)用分析與整合，更是缺乏技術(shù)力量。國網(wǎng)“四表合一采集”工程實施后，這些行業(yè)的大量早期表計需要更新為智能表計，早期表計的采集工作，也要完善與改進成為現(xiàn)代遠程抄表系統(tǒng)，其資金來源困難。再是，用戶側(cè)與計量相關(guān)的供水漏損，供氣安全，供熱溫度不達標(biāo)，都需要水、氣、熱行業(yè)作出綜合規(guī)劃，開展大規(guī)模用戶側(cè)改進工程和大量資金投入。

以上對“四表合一采集”，分行業(yè)集抄系統(tǒng)兩類模式的簡要分析與評估，可以明晰：“四表集抄”兩類模式，暫時都難以否定，只能各自順勢發(fā)展。鑒于國網(wǎng)“四表合一采集”，與水、氣、熱分行業(yè)集抄發(fā)展的巨大反差，建議國網(wǎng)推進“四表合一采集”應(yīng)用工作，需要調(diào)整策略，盡可能協(xié)助水、氣、熱行業(yè)全面、均衡推進其集抄系統(tǒng)現(xiàn)代化改造。走向大同，才能保障“四表合一采集”走得更好更遠。

2、從能源表計的高品質(zhì)/智能化抓起，適應(yīng)現(xiàn)場環(huán)境下準(zhǔn)確計量/現(xiàn)代化采集需求：

1）智能電表改用全功率算法進行設(shè)計

三相智能電表全功率設(shè)計，按非正弦波的有功功率、無功功率、畸變功率和視在功率計算。主要參照標(biāo)準(zhǔn)IEEE1459-2010，國際上參考產(chǎn)品：GE公司的KV2CTM三相電表，具有畸變功率因數(shù)計量功能。

單相智能電表全功率設(shè)計，按正弦波的有功功率、無功功率和視在功率計算。

智能電表為何要采用全功率設(shè)計？

·據(jù)大用戶現(xiàn)場抽測數(shù)據(jù)，60%的大用戶，三相電壓諧波含有率在5%以內(nèi)，不超標(biāo)。但是三相電流諧波含有率嚴(yán)重超標(biāo)，就是說大用戶的畸變功率分量很大，畸變功率因數(shù)很低，由畸變功率引起線損分量增長?，F(xiàn)有的三相電能表不能正確反映出諧波功率影響量，無法為制定抑制諧波功率的電價政策提供計量數(shù)據(jù)。

·單相智能電表采用全功率計算，可以考核有功功率與無功功率計算的正交性?，F(xiàn)有單相智能電表，只要求計量有功電能，不能反映居民小區(qū)無功功率分布，無功功率對配變臺區(qū)線損的影響。

智能電表采用全功率設(shè)計，可以保障計量數(shù)據(jù)可靠性。在某項計量數(shù)據(jù)因干擾丟失后，可以由表計進行數(shù)據(jù)自補算。

2）單相智能電表需要設(shè)計多個準(zhǔn)確度等級，重新核定誤差極限

現(xiàn)有國網(wǎng)《單相智能電表技術(shù)規(guī)范Q/GDW，1364-2013》規(guī)定，“單相智能電表準(zhǔn)確度等級為有功2級。電能表誤差極限±1.0%（0.1Ib≤I≤Imax，功率因數(shù)為1），出廠誤差應(yīng)控制在誤差極限值的60%以內(nèi)”。

國網(wǎng)擁有單相用戶35900萬戶，單相智能電表準(zhǔn)確度只有有功計量2級，不合適。

目前，城市居民每月最多用電量與農(nóng)村居民最少用電量要差60-100倍。同時，防竊電需從單相智能電表1千瓦時抓起。本文建議：國產(chǎn)單相智能電表需設(shè)計0.2、0.5、1、2級4個準(zhǔn)確度等級，分別用于月用電量500千瓦時及以上、200千瓦時及以上、100千瓦時及以上、100千瓦時以下4類單相用戶。

同時，0.2-1級單相智能電表，需設(shè)計典型日負(fù)荷曲線記錄，用于協(xié)助分析用戶用電量異常情況。

單相智能電表的誤差極限要求，需與表計準(zhǔn)確度等級一致起來，比較合理。

3）國產(chǎn)智能電表的智能化特征尚待開發(fā)

參考產(chǎn)品：

·GE智能電表增加兩大特征：

·雙向通信功能，即電網(wǎng)不僅能從電表收集用電信息、更能將電網(wǎng)信息（如實時電價）及控制命令下達給電表，電表接收并作出“智能”響應(yīng)。雙向通信還包括與智能家電、其他表計的信息傳遞與控制命令。

·擁有基于標(biāo)準(zhǔn)的、開放的內(nèi)置高級應(yīng)用程序。只要接收到的信息符合預(yù)先設(shè)置的邏輯，就能自主作出判斷和響應(yīng)，無需等待主站再次發(fā)出指令。該程序可以實行遠程修改“政策”，進行軟件升級、維護。GE高級應(yīng)用程序提供多種格式的交換數(shù)據(jù)信息，方便與上級軟件平臺集成，擁有更多智能功能。

4）重點研究國產(chǎn)智能電表如何走上高品質(zhì)開發(fā)臺階

·據(jù)了解，目前國內(nèi)智能電表可靠性預(yù)測應(yīng)用研究，主要參照國標(biāo)GB/T17215、941-2012/IEC62059-41：1996和GJB/Z299C，其組合應(yīng)用水準(zhǔn)與國際上IEC61709和SN29500標(biāo)準(zhǔn)組合應(yīng)用，還有較大的差別，基本迎合國內(nèi)智能電表低價位、優(yōu)選普通電子元器件、具有中檔品質(zhì)的要求。關(guān)于智能電表有效壽命評估技術(shù)研究，還未見到相關(guān)的報道。

·共同的行業(yè)擔(dān)當(dāng)。從2005年起，國產(chǎn)電子式電表已經(jīng)統(tǒng)領(lǐng)國內(nèi)電表市場，預(yù)計2016年國內(nèi)將銷售智能電表9000萬只左右，出口電表4700萬只。但是，由于國產(chǎn)電表的計量性能特別是品質(zhì)因素和國際認(rèn)證的低要求，國產(chǎn)高端電表難以進入國際高端市場。由此，國產(chǎn)智能電表如何按高品質(zhì)設(shè)計與銷售，是電表行業(yè)創(chuàng)新發(fā)展的一項重點任務(wù)，更是電表企業(yè)、電網(wǎng)計量部門共同的行業(yè)擔(dān)當(dāng)。

·加快智能電表可靠性技術(shù)管理系統(tǒng)研究

“十三五”期間，國產(chǎn)智能可靠性研究的重點，要由可靠性預(yù)測轉(zhuǎn)向可靠性技術(shù)管理系統(tǒng)研究，特別要關(guān)注中國電表企業(yè)電能表可靠性技術(shù)體系的研究與建設(shè)。

2016年6月，《電網(wǎng)關(guān)口計量主表全性能研究》課題技術(shù)交流會議提出：目前，智能電表可靠性重點抓緊的研究項目：

匯集并翻譯IEC62059系列標(biāo)準(zhǔn)引用電子設(shè)備可靠性領(lǐng)域相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)12項，特別IEC61709和SN29500標(biāo)準(zhǔn)。

抓緊國產(chǎn)智能電表、終端元器件失效率數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，要以SN29500標(biāo)準(zhǔn)為基線，將國產(chǎn)/進口元器件失效率分檔次建庫引用。

按實用、可信、促進表計品質(zhì)升級的原則，開展智能電表可靠性預(yù)測與驗證測試兩類（國際、國內(nèi)）方法比較或互補的研究，選定優(yōu)化的智能電表預(yù)測典型方案。

進而開展智能電表有效壽命評估方法及驗證測試技術(shù)研究，建立具有權(quán)威的智能電表可靠性測試機構(gòu)。

開展智能電表計量特性穩(wěn)定性試驗研究

研究提出與實施中國電表企業(yè)電能表可靠性技術(shù)體系建設(shè)，目前包括：智能電表現(xiàn)場運行數(shù)據(jù)匯總，表計早期失效預(yù)防措施，產(chǎn)品可靠性設(shè)計（特別是降額設(shè)計、熱設(shè)計、容差設(shè)計），產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、測試、包裝、運輸、安裝等環(huán)節(jié)質(zhì)量控制措施，表計可靠性加速試驗，表計有效壽命評估及驗證測試，表計計量特性穩(wěn)定性試驗及表計可靠性標(biāo)準(zhǔn)系列、可靠性信息化網(wǎng)絡(luò)和表計制造全過程可靠性智能決策系統(tǒng)。

5）加快在線水、氣表計智能化進程

將傳統(tǒng)表計更新為智能表計，是推進現(xiàn)代化水、氣行業(yè)集抄系統(tǒng)發(fā)展的基礎(chǔ)，水、氣行業(yè)需要加大資金投入。建議：“十三五”智能水表年產(chǎn)量由“十二五”為水表總產(chǎn)量的10%，擴大到40%。智能氣表年產(chǎn)量由“十二五”的35%提高到70%。同時，要組織合作開發(fā)氣體超聲流量計，期望早日改變依靠進口的情況。

6）拓展熱表戶計量應(yīng)用范圍，建議：“十三五”熱表計量供熱面積，由“十二五”全國供熱面積的30%擴大到60%，不斷推進現(xiàn)代化熱行業(yè)采集建設(shè)。

3、全面、均衡推進電、水、氣、熱行業(yè)集抄現(xiàn)代化改造

1）國網(wǎng)“四表合一采集”：建議推進網(wǎng)格化社區(qū)供水漏損計量管理，協(xié)助水司解除用戶側(cè)供水漏損之憂！

·網(wǎng)格社區(qū)供水漏損計量管理主要工作：

·協(xié)同水司在網(wǎng)格社區(qū)供水入口處，加裝開關(guān)閥門，智能水表，記錄供水量

·供水智能終端研發(fā)

·定時由供水智能終端采集網(wǎng)格社區(qū)入口處的供水量，與該網(wǎng)格社區(qū)內(nèi)計費智能水表用水量之和進行比對，發(fā)現(xiàn)供水漏損指標(biāo)超標(biāo)，由供水智能終端及時向水司主站傳送供水漏損超標(biāo)信息、報警，進行現(xiàn)場處理。同時將供水漏損指標(biāo)情況報送“四表合一采集”主站。

·按期由“四表合一采集”主站遠程抄錄社區(qū)入口處的總供水量，與該網(wǎng)格社區(qū)內(nèi)計費智能水表之和進行比對，并將該周期網(wǎng)格社區(qū)總用水量、供水漏損指標(biāo)情況傳遞給水司主站。

·供水智能終端研發(fā)

說明：供水智能終端，可以用作網(wǎng)格社區(qū)供氣、供熱智能終端研發(fā)參考。

借鑒蘭吉爾公司“新型網(wǎng)格路由器”的設(shè)計思路，作為網(wǎng)格社區(qū)供水智能終端，需擁有基于標(biāo)準(zhǔn)、開放的內(nèi)置高級應(yīng)用程序。只要感知到網(wǎng)格社區(qū)供水漏損超標(biāo)的信息，符合由“四表合一采集”主站預(yù)先設(shè)置的邏輯，無需等待其再次發(fā)出指令，就能自主實時作出判斷和響應(yīng)，向水司主站傳遞網(wǎng)格社區(qū)供水漏損超標(biāo)的信息、報警，進行現(xiàn)場處理。同時將這些供水漏損情況報送“四表合一采集”主站。以上高級應(yīng)用程序可以實時遠程修改“政策”，進行軟件升級維護，還提供多種格式的交換數(shù)據(jù)信息，方便與“四表合一采集”主站、水司主站的軟件平臺集成，擁有更多的智能功能。

·開發(fā)用戶節(jié)水量統(tǒng)計功能。按期，由“四表合一采集”主站將用戶節(jié)水量數(shù)據(jù)傳送給水司主站，供全市節(jié)水量匯總與供水效率分析。

2）國網(wǎng)：2016年計量重點工作：研究新一代用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)

為什么省級電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)尚未全面建成，現(xiàn)在提出該系統(tǒng)需要重構(gòu)？

究其原因，主要是目前的省級電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)，存在早期系統(tǒng)設(shè)計缺失，本地通信技術(shù)瓶頸，不適應(yīng)新提出的電網(wǎng)多專業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)功能，“四表合一采集”的需求。其中，本地通信技術(shù)瓶頸一時難以解決。

為此本文建議：

一是，新建"四表集抄"的居民小區(qū)，優(yōu)先采用NB-LOT技術(shù)。

二是，解決用電信息采集系統(tǒng)本地窄帶載波（低速）通信技術(shù)瓶頸，需采用低成本的100%運維方案，推薦應(yīng)用由青島東軟公司、重慶電科院合作提出?（重慶）江津龍門場二臺區(qū)現(xiàn)場工作報告?的經(jīng)驗。

三是，國網(wǎng)計量部門正在進行寬帶電力線載波通信應(yīng)用試點，解決窄帶載波（低速）通信難題，本文作者建議:

如智能配電網(wǎng)建設(shè)需采用中低壓寬帶電力線載波技術(shù)，投資有保證，該方案可以。

采用寬帶通信技術(shù)，既要實現(xiàn)短周期內(nèi)自動抄表成功率100%，而且要從主站軟件升級，改進集中器設(shè)計，大幅度提高抄表數(shù)量，該方案也可以。

采用寬帶載波通信僅用于解決窄帶通信抄不到表的問題，技術(shù)經(jīng)濟上都不合算，建議研究改用NB-LOT技術(shù)來解決。

3）協(xié)同推進城市水、氣、熱行業(yè)集抄系統(tǒng)現(xiàn)代化改造

鑒于目前全國水、氣、熱行業(yè)集抄系統(tǒng)建設(shè)協(xié)同機制尚未建立，主要按直轄市、省會城市、地（市）及縣級3個層面組織開展水、氣、熱集抄系統(tǒng)現(xiàn)代化改造工程。主要工作：

·調(diào)查與評估城市水、氣、熱表集抄系統(tǒng)現(xiàn)狀，包括：

城市現(xiàn)有水、氣、熱表安裝應(yīng)用量及分布情況，特別關(guān)注智能表計應(yīng)用情況。水、氣、熱表技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及檢測能力。

國內(nèi)水、氣、熱表/智能表計主要供應(yīng)商，現(xiàn)有產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)存在的問題，國際/國內(nèi)新型表計應(yīng)用前景。

水、氣、熱表采集技術(shù)，通信方式及技術(shù)瓶頸，主站規(guī)模及軟件、硬件設(shè)計水準(zhǔn)，應(yīng)用層通信協(xié)議，集抄系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)與檢測機構(gòu)。

水、氣、熱用量、收費結(jié)算方式及難點。

水、氣、熱行業(yè)生產(chǎn)運行在線監(jiān)測的特殊要求與關(guān)鍵技術(shù)。

·組織水、氣、熱行業(yè)集抄系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化工作

參照國網(wǎng)智能電表及用電信息采集系統(tǒng)系列標(biāo)準(zhǔn)的制定工作經(jīng)驗，考慮目前城市水、氣、熱行業(yè)規(guī)模尚小，有些表計及終端制造的外形設(shè)計、尺寸、結(jié)構(gòu)要求，表計信息交換安全認(rèn)證機制，集抄系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計導(dǎo)則，難以統(tǒng)一制定。目前，城市水、氣、熱行業(yè)重點需制定的集抄系統(tǒng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)為6類14種：

·能源表計功能規(guī)范，技術(shù)規(guī)范，檢測規(guī)范

·集抄系統(tǒng)功能規(guī)范，系統(tǒng)檢驗技術(shù)規(guī)范

·采集終端技術(shù)規(guī)范，檢驗技術(shù)規(guī)范

·通信單元技術(shù)規(guī)范，檢驗技術(shù)規(guī)范

·主站與采集終端通信協(xié)議，本地通信模塊接口協(xié)議，遠程通信模塊接口協(xié)議。

·主站軟件設(shè)計導(dǎo)則，終端應(yīng)用軟件設(shè)計導(dǎo)則

·在地方行業(yè)主管部門協(xié)調(diào)下，進行水、氣、熱行業(yè)集抄系統(tǒng)現(xiàn)代化改造的資金籌措、準(zhǔn)備。

·組織研究破解集抄系統(tǒng)通信技術(shù)瓶頸，采用現(xiàn)代通信新技術(shù)

電、水、氣熱四表集抄應(yīng)用低功耗廣域網(wǎng)NB-LOT的思考與建議：

現(xiàn)有“四表集抄”應(yīng)用微功率無線通信，主要有ZigBee、WiFi等，都是局域網(wǎng)范疇的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)，受通信距離限制，有時通信效果較差。電池容量，使用壽命一直是個糾結(jié)。從多年應(yīng)用情況來看，這些微功率無線通信技術(shù)應(yīng)用于“四表集抄”，技術(shù)上有瓶頸。

近期，NB-LOT應(yīng)用于水行業(yè)是個研究熱點，國際上已經(jīng)有應(yīng)用試點。

一是，NB-LOT，國際上首個授權(quán)頻段的低功耗廣域網(wǎng)通信標(biāo)準(zhǔn)。

NB-LOT是源于GSM技術(shù)的進一步演進和全新接入技術(shù)。

?2016年6月16日，國際3GPP RAN全會批準(zhǔn)NB-LOT標(biāo)準(zhǔn)核心協(xié)議。

?2015年11月，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會通過?面向物聯(lián)網(wǎng)的窄帶蜂窩無線接入總體技術(shù)要求?立項。標(biāo)志國內(nèi)NB-LOT標(biāo)準(zhǔn)化工作啟動。

?2016年6月初，中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會將NB-LOT系列行標(biāo)（核心網(wǎng)，接入網(wǎng)，終端）工作立項。NB-LOT系列行標(biāo)計劃于2016年年底發(fā)布。

二是，按照NB-LOT的設(shè)計要求，適用于單相電表，水，氣，熱表的遠程抄表，屬于智能公共事業(yè)測量報告業(yè)務(wù)類型。

從網(wǎng)絡(luò)部署上，NB-LOT可以基于let fdd或GSM升級，也可以新建，方便構(gòu)建遠程抄表系統(tǒng)。

三是，NB-LOT不適用于連接態(tài)的移動性管理場景，包括數(shù)據(jù)量大的三相電表，水，氣，熱行業(yè)生產(chǎn)在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時采集。

四是，電網(wǎng)計量部門需要對NB-LOT應(yīng)用于水表遠程抄表影響"四表合一采集"推進進行評估，適時調(diào)整策略與投入。

五是，要關(guān)注NB-LOT落地難點如何解決

據(jù)網(wǎng)上報道:低功耗廣域網(wǎng)"落地實施過程中會遇到大量與理論偏差問題"，如站址部署的困惑，流量并發(fā)沖突，下行鏈路功耗問題。

從應(yīng)用的角度，NB-LOT只是國際標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)出臺，還沒有規(guī)模化，不同場景的應(yīng)用經(jīng)驗。需要關(guān)注通信距離影響，NB-LOT小于25km，在信號不好時，可以重復(fù)發(fā)送，估計無大的問題。再是，關(guān)注電磁環(huán)境影響，電池容量，使用壽命，防水保護。

·在地方行業(yè)主管部門協(xié)調(diào)下，組織制定與實施城市水、氣、熱行業(yè)集抄系統(tǒng)現(xiàn)代化改造工程規(guī)劃。

4、面向智慧城市/智慧能源新目標(biāo)，包容“四表合一采集”與分行業(yè)集抄兩類模式，實施“四表集抄”聯(lián)網(wǎng)工程

“四表集抄”聯(lián)網(wǎng)的基本任務(wù)，還是遠程抄表，重點改變?yōu)槊嫦蛑腔鄢鞘?智慧能源發(fā)展的需求，拓展網(wǎng)絡(luò)功能：

·城市能源總量控制與規(guī)劃

·能源生產(chǎn)運行在線監(jiān)測與調(diào)節(jié)

·能量平衡與能耗在線監(jiān)測，節(jié)能改造措施研究

·用戶智能用能方案制定與節(jié)能統(tǒng)計、分析

1）“四表集抄”聯(lián)網(wǎng)分層結(jié)構(gòu)

一是，底層：四表（包括：用戶能源計量表計，公共能源輸入量計量表計，公共能源供應(yīng)鏈節(jié)點及分支計量表計），經(jīng)采集器與集中器進行本地通信；全載波表計直接與集中器進行本地通信。

二是，中間節(jié)點

·集中器

下行通信：與四表/采集器進行本地通信

上行通信：與行業(yè)主站進行遠程通信

·大用戶專變終端、用戶智能交互終端直接與行業(yè)主站進行遠程通信

·手持抄表終端，可以從表計/采集器/集中器直接介入現(xiàn)場抄收和檢驗。

三是，高層：能源行業(yè)主站

·下行通信：與集中器、大用戶專變終端、手持抄表終端、用戶智能交互終端進行遠程通信

·上行通信：經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)與城市公共能源網(wǎng)絡(luò)管理平臺進行通信。

四是，頂端：城市公共能源網(wǎng)絡(luò)管理平臺

·下行通信：經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)與行業(yè)主站進行通信

·上行通信：經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)與地方行業(yè)主管部門進行通信。

注：地方行業(yè)主管部門，另定義。

2）“四表集抄”聯(lián)網(wǎng)頂層硬件架構(gòu)

作為“四表集抄”的底層設(shè)計，包容現(xiàn)有“四表合一采集”，分行業(yè)集抄兩類模式，原則上從行業(yè)主站向下，不作大的改動。

這里討論聯(lián)網(wǎng)頂層硬件架構(gòu)，基本思路是基于“互聯(lián)網(wǎng)+”和網(wǎng)關(guān)、路由器、防火墻和高級密碼認(rèn)證等通信技術(shù)，采用“4（X）+1+1（n）+2”連接方式，構(gòu)建成多主站、多接口、與網(wǎng)絡(luò)管理平臺互聯(lián)互通的聯(lián)網(wǎng)方案，實現(xiàn)傳統(tǒng)的遠程抄表收費，重點擴展智慧城市/智慧能源基礎(chǔ)設(shè)施需具備的功能。

聯(lián)網(wǎng)方案說明：

·“4(x)”：表示4(x)個主站。在電、水、氣、熱能源行業(yè)中，同一城市的同一行業(yè)，可能有x個主站。這些行業(yè)主站通過網(wǎng)關(guān)、防火墻和高級密碼認(rèn)證接入互聯(lián)網(wǎng)通信。

·“1”：表示網(wǎng)絡(luò)需要建立1個城市公共能源網(wǎng)絡(luò)管理平臺，通過網(wǎng)關(guān)、防火墻和高級密碼認(rèn)證接入互聯(lián)網(wǎng)通信。

·“1(n)”：表示1個地方行業(yè)主管部門可能有N個網(wǎng)站，通過路由器接入互聯(lián)網(wǎng)通信。

·“2”：2個互聯(lián)網(wǎng)，采用遠程無線公網(wǎng)、雙絞線以太網(wǎng)。為行業(yè)主站、城市公共能源網(wǎng)絡(luò)管理平臺、地方行業(yè)主管部門網(wǎng)站進行雙向通信、選址提供通道。地方行業(yè)主管部門，包括地方政府、行業(yè)協(xié)調(diào)部門(能源辦、經(jīng)信委、節(jié)能辦、住建管理部門、物價管理部門等)。

聯(lián)網(wǎng)功能要求

·行業(yè)主站

用戶遠程抄表，包括國網(wǎng)“四表合一采集”主站為水、氣、熱行業(yè)主站提供有關(guān)行業(yè)計量數(shù)據(jù)。這些行業(yè)主站匯總城市各自的公共能源總用量數(shù)據(jù)

公共能源供應(yīng)點(輸入量)計量點的遠程抄表，匯總城市各自的公共能源總供量數(shù)據(jù)

公共能源供應(yīng)鏈節(jié)點及分支計量點的遠程抄表，匯總計算出能量平衡度及能耗在線監(jiān)測數(shù)據(jù)

通過在用戶安裝的智能交互終端，按期統(tǒng)計用戶節(jié)能數(shù)據(jù)。

·網(wǎng)絡(luò)管理平臺索取/匯總行業(yè)主站計量數(shù)據(jù)，計算出城市公共能源分類的總用量、總供量、能量平衡度及總能耗、用戶節(jié)能總量等。向地方行業(yè)主管部門提供城市公共能源總的信息，提出能源總量調(diào)節(jié)及能源管理改進建議。如地方行業(yè)主管部門對能源行業(yè)的計量數(shù)據(jù)提出質(zhì)疑，由網(wǎng)絡(luò)管理平臺負(fù)責(zé)核實、改進與反饋。協(xié)調(diào)處理能源行業(yè)之間計量數(shù)據(jù)交互中出現(xiàn)的不同意見?！さ胤叫袠I(yè)主管部門網(wǎng)站根據(jù)需要向網(wǎng)絡(luò)管理平臺索取城市公共能源分類總的信息；如有質(zhì)疑，要求網(wǎng)絡(luò)管理平臺核實、反饋。3）聯(lián)網(wǎng)軟件體系架構(gòu)設(shè)計，需要實現(xiàn)“四表集抄”聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)邏輯關(guān)系：

·業(yè)務(wù)功能模塊化的軟件技術(shù)：網(wǎng)絡(luò)管理平臺、行業(yè)主站、地方行業(yè)主管部門網(wǎng)站按照聯(lián)網(wǎng)功能要求的分工，實現(xiàn)各自功能模塊化及模塊之間的通信功能。

·網(wǎng)絡(luò)各部份接口及通信的軟件技術(shù)：實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理平臺、行業(yè)主站、地方行業(yè)主管部門網(wǎng)站之間的通信接口及通信協(xié)議轉(zhuǎn)換功能。

·行業(yè)主站原有軟件系統(tǒng)改進與提升：需要實現(xiàn)擴展補充的功能：公共能源供應(yīng)量（輸入量）的遠程抄表，公共能源供應(yīng)鏈節(jié)點及分支計量點的遠程抄表，匯總計算出公共能源總供量、能量平衡及能耗量；按期統(tǒng)計用戶節(jié)能數(shù)據(jù)。

以上網(wǎng)絡(luò)軟件體系架構(gòu)設(shè)計，尚需包括網(wǎng)絡(luò)及各部分軟件安全保密機制，軟件測試技術(shù)。

5、關(guān)注與研究能源互聯(lián)網(wǎng)的高級“四表集抄”網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

前面已經(jīng)敘述，國家三部委[2016]392號文提出能源互聯(lián)網(wǎng)對信息通信基礎(chǔ)設(shè)施（包括“四表集抄”）的新要求：

1）“發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的智能終端高級量測系統(tǒng)及其配套設(shè)備，實現(xiàn)電能、熱力、制冷等能源消費的實時計量，信息交互與主動控制。豐富智能終端高級量測系統(tǒng)的實施功能，促進水，氣，熱，電的遠程自動集采集抄，實現(xiàn)多表合一。規(guī)范智能終端高級量測系統(tǒng)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)與信息接口，實現(xiàn)和用戶之間安全，可靠，快速的雙向通信”。

解讀與引用：

?高級量測系統(tǒng)。清華大學(xué)《智能電網(wǎng)基礎(chǔ)》：“高級量測體系（AMI）是為了完成用戶側(cè)和電網(wǎng)調(diào)度側(cè)的雙向互動的交流和控制。一般來說，AMI由（用戶家庭網(wǎng)絡(luò)）,智能電表和位于電力公司內(nèi)部的量測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及連接它們的通信系統(tǒng)組成”。

在高級量測系統(tǒng)中，電、水、氣、熱表的作用有很大的改變：第一，地位改變，表計由原來在集抄系統(tǒng)的終端，改變?yōu)槟茉椿ヂ?lián)網(wǎng)與用戶之間的中間節(jié)點地位，增加支持雙向互動功能。第二，由單向通信改變?yōu)殡p向通信。第三，電表需要雙向計量。水、氣表大都只需一個方向計量。熱表計量方向，待考證。

?智能終端，其智能特征是自主決策響應(yīng)。主要配置：采用雙向，高速遠程通信模塊，大容量內(nèi)存，高級應(yīng)用程序，軟件遠程升級，提供多種格式的交換數(shù)據(jù)信息，適應(yīng)更多功能的擴展需求。

·鑒于智能終端高級量測系統(tǒng)及其配套設(shè)備，涉及能源智能終端，能源智能表計及傳感器、高級互動功能、雙向快速通信等諸多領(lǐng)域，作為起步項目，建議先期進行能源互聯(lián)網(wǎng)的高級“四表集抄”網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開發(fā)，應(yīng)用試點，為智能終端高級量測系技術(shù)全面研究積累經(jīng)驗。

2）“優(yōu)化能源網(wǎng)絡(luò)中傳感，信息，通信，控制等元件的布局，與能源網(wǎng)絡(luò)中各種設(shè)施實現(xiàn)高效配置”。

“推進電力光纖到戶工程，完善能源互聯(lián)網(wǎng)信息通信系統(tǒng)”。

解讀與引用：

?在能源互聯(lián)網(wǎng)中，主動控制是重點功能。建議研究高級“四表集抄”網(wǎng)絡(luò)輸出控制信息技術(shù)。

?關(guān)注重新提出電力光纖到戶工程，解決居民小區(qū)能源工程最后一公里通信難題。

3）“加強能源通信系統(tǒng)的安全基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，根據(jù)信息安全程度，通信方式和服務(wù)對象的不同，科學(xué)配置安全策略。依托先進密碼，身份認(rèn)證，加密通信等技術(shù)，建立能源互聯(lián)網(wǎng)下的用戶、數(shù)據(jù)、設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)之間信息傳遞、保存、分發(fā)的信息安全保障體系"。

解讀與引用：

?高級“四表集抄”網(wǎng)絡(luò)需要建設(shè)信息安全保障系統(tǒng)，全面引入先進密碼，身份認(rèn)證，加密通信技術(shù)。需要完善國網(wǎng)“四表合一采集”系統(tǒng)中，水、氣、熱行業(yè)的計量數(shù)據(jù)的對等保密措施。

歸結(jié)起來，能源互聯(lián)網(wǎng)對高級“四表集抄”網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提出的要求：主要是表計由集抄系統(tǒng)終端改變?yōu)橹虚g節(jié)點地位，支持雙向互動功能。通信，改成雙向通信方式。研究集抄系統(tǒng)輸出能源互聯(lián)網(wǎng)控制信息技術(shù)和建設(shè)信息安全保障體系。

鑒于目前能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的實施方案，正在研究制定，國網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)覆蓋率尚未達到100%，高級雙向互動功能何時實施尚不明朗，水、氣、熱行業(yè)集抄水準(zhǔn)更要差一點，因此高級“四表集抄”網(wǎng)絡(luò)建設(shè)還是較遠的目標(biāo)，將隨能源互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展而推進。