1、電、水、氣、熱能源計量一體化采集關鍵技術研究及應用一、需求必要性分析國家發改委發布的關于促進智能電網發展的指導意見和關于推進 互聯網+”智慧能源發展的指導意見 中指由 應 完善信息資源共享機制，支持能源數據集抄集采，建設能源數據集成平臺，豉勵基礎設施共享復用”、華富智能終端高 級量測系統的實施功能，促進水、氣、熱、電的遠程自動集 采集抄，實現多表合一為落實 相關要求，有必要依托覆蓋廣泛的智能電能表和用電信息采集系統，積極推動 多表合一”采集系統建設，提升社會公共服務水平， 實現社會公共服 務資源效益最大化，積極推進國家節能減排政策落實。隨著 多表合一 ”采集需求的提由，能源計量點數量成倍 增加

2、，現有用電信息采集系統難以適應電、水、氣、熱能源 綜合計量發展的新形式和新要求，主要表現在采集數據量增 多，采集頻度提高，對外共享接口增加，系統并發處理能力 不足，現有系統架構、技術方案、采集終端和通信協議難以 滿足多表合一一體化采集的應用需求。另外，我國居民用戶 使用的能源計量設備主要包含電表、水表、燃氣表和熱力表， 除電表外，其它表計信息的采集多為人工抄表方式，抄表效 率低，由于我國電、水、氣、熱分屬四個能源行業，運營單 位不同，居民需要分別繳納電費、水費、氣費、熱費，公共 服務效率低，存在系統不兼容、方案不統一、智能化水平差 異大等諸多問題。針對上述發展形勢和存在的問題，有必要盡快開展電

3、、 水、氣、熱能源計量一體化采集關鍵技術，明晰能源計量系 統技術路線，重點研究一體化采集系統架構、主站、終端、 通信信道、通信協議、安全防護等方面技術問題，建立電、 水、氣、熱能源計量一體化采集系統試驗驗證方法和評價指 標體系，進一步支撐電力體制改革、能源互聯網等宏觀形勢 下營銷新型業務及公司跨專業協同業務的開展，并為水、氣、熱等公共事業開展高效社會化服務提供支持。二、技術現狀分析近年來，國家電網公司積極推進智能電網建設，踐行 計量先行”理念，全面推廣應用智能電能表， 建設用電信息采集 系統，目前覆蓋用戶已超過 3.5億戶。用電信息采集系統的 全面建設，有力的促進了智能計量技術體系的發展，提升

4、電 網智能化水平，采集的各類數據已經在電力交易、電費回收、用電檢查、市場需求側、線損精益分析、配電網運行監測、 供電質量監測以及故障搶修等多個專業業務應用中發揮了 重要的數據支撐作用，已成為公司經營決策分析的重要基礎 數據來源。目前，在電、水、氣、熱四個能源行業中，全國已安裝 水表1.4億只，燃氣表0.88億只，熱力表0.13億只，總計2.41 億只，智能化水平偏低，存在系統不兼容、方案不統一的問 題。智能水表、燃氣表和熱力表多采用無源設計或電池供電 方式，數據采集一般通過 M-BUS總線或微功率無線通信技 術實現，M-BUS總線需要鋪設專線，微功率無線通信距離 容易受到限制。國際上已有丹麥、

5、克羅地亞、墨西哥、南非 等國家，特別是電力、燃氣一體化運營機構已開展了多表合 一采集應用，英國、荷蘭的推進計劃正在實施。三、需解決的問題問題1:電、水、氣、熱能源計量一體化采集架構體系 研究問題描述：電、水、氣、熱能源計量業務需求復雜，應全面分析當 前采集系統在支撐業務發展面臨的技術問題，結合電、水、 氣、熱能源行業發展需求，以及營銷、發展、安質、運檢等 業務應用需求，提由電、水、氣、熱能源計量一體化采集系 統設計要求。為促進系統良性發展， 需要設計基于 互聯網+' 的電、水、氣、熱能源計量商業運營模式，應結合業務需求 分析，研究電、水、氣、熱能源供應商利益需求，基于 "聯

6、網+ ”理念，構建混合型電、水、氣、熱能源計量商業運營模 式，建立抄表、收費、運維、服務一體化運營體系。為與現 有用電信息采集系統完美融合，需要設計定義電、水、氣、設備、熱能源計量一體化采集技術架構體系，提由系統設計方法， 應系統性的對能源計量一體化采集系統主站、通信信道、智 能終端、安全防護體系進行架構設計，建立各子系統、 組件的邏輯架構和交互模型，提由系統設計方法。實際建設 過程中將涉及軟硬件平臺設計方案選型的問題，需要提由系 統設計指標體系和功能要求，應結合業務需求分析和系統架 構，結合可選用的軟件開發工具、硬件設計方案、通信選擇 方案和安全防護方案，提由系統設計指標體系和功能要求， 完

7、成電、水、氣、熱能源計量管理系統團體標準制定。預期目標：1、完成電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統業務 需求分析，建立能源計量一體化采集系統技術架構體系；2、確定可選用的軟硬件平臺設計方案，提由系統設計 指標、功能要求和商業運營模式；3、完成電、水、氣、熱能源計量管理系統團體標準制 定。問題2:支持多任務并發處理的能源計量一體化采集主 站技術方案研究問題描述：能源計量一體化采集主站抄讀表計的數量將達到用電信息采集系統的4倍，需要研究支持多任務并發處理的云計 算技術和分布式存儲技術，應通過并發主站系統計算能力、數據存儲容量和數據訪問效率的精確計算，結合業務應用需求分析，提由支持多任務并發處理的

8、云計算和分布式存儲設計方法。表計數量增長將對主站系統架構帶來沖擊，需要進 行能源計量一體化采集系統主站系統技術方案設計，應結合 電、水、氣、熱能源計量一體化采集技術架構體系，開展電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統主站通信層、存儲層、計算層、應用層和接口層設計，提由完整的主站系統設計技術方案。系統外部對數據的需求也將增長，需要設計開發滿 足多業務跨平臺的統一數據接口，應研究支持多個能源供應 商、多業務部門的共享數據接口，建立統一的數據模型，支 撐多種數據的高效、安全、可靠共享。預期目標：1、提由支持多任務并發處理的云計算和分布式存儲設計方法，提由完整的一體化采集系統主站設計技術方案；2、建立統

9、一的數據共享接口，實現采集網絡狀態智能感知與故障自我修復；3、主站性能設計接入終端數大于 500萬臺、計量點數大于8000萬個、數據查詢響應時間小于 3s。問題3:具有低功耗特性的能源計量數據傳輸技術研究問題描述：無線水、氣、熱表依靠電池供電，需要研究能源計量一體化采集無線喚醒機制以最大限度降低功耗，應結合電、水、 氣、熱能源計量一體化采集業務需求，全面分析計量一體化 采集技術的薄弱環節，研究具有低功耗特性的無線喚醒機 制。無線水、氣、熱表通信模塊協議與接口各不相同，需要 研究能源計量一體化采集互聯互通方法，應開展能源計量一 體化采集的通信協議與接口技術研究，提由智能終端與通信 模塊之間的高速

10、數據傳輸方法，實現系統、設備、表計的互 聯互通，形成高速率高可靠的數據傳輸方案。水、氣、熱表 有線及無線通信方式互不兼容，需要研究能源計量一體化采 集的融合通信技術，應基于能源計量一體化采集技術架構體 系，全面分析采集系統通信信道的物理拓撲及噪聲環境，開 展有線信道及無線信道建模分析，提由可充分發揮多信道融 合優勢的異構網絡架構及技術方案。預期目標：1、建立多表合一采集技術無線喚醒機制；2、確定可選用的高速高可靠通信技術方案、接口通信 技術方案；3、提由多信道融合的異構網絡架構，有效支撐電、水、 氣、熱能源計量管理業務需求。問題4:支撐電、水、氣、熱等能源綜合計量的智能終 端技術研究問題描述：

11、電、水、氣、熱相關設備數據結構不同，計量設備安裝 維護操作復雜，需要研究實現即插即用的計量設備通用數據交互模型，應研究采集設備多種通信方式即插即用”實現方法，提由基于多源異構方法的采集設備功能單元互操作方 法，建立支持即插即用的計量設備通用數據交互模型。電、 水、氣、熱表計有上千種類型，通信方式各不相同，需要研 究適應于電、水、氣、熱能源綜合計量的設備互操作性技術， 應研究電、水、氣、熱表計類型，分析不同表計的電氣接口、 通信協議的差異，建立適應支持多種表計通信協議的協議 庫，提由互操作性設計方法。電、水、氣、熱表計同時接入 同一個采集終端，對終端智能化水平要求很高，需要試制開 發適應于電、水

12、、氣、熱能源綜合計量的一體化智能終端， 應基于靈活、高效特征，研制支持電、水、氣、熱一體化采 集的智能終端，具備檔案自動同步、通信協議自適應、通信 接口自動匹配、故障智能診斷等功能。預期目標：1、建立支持即插即用的計量設備通用數據交互模型， 建立適應支持多種表計通信協議的協議庫；2、研制支持電、水、氣、熱一體化采集的智能終端， 支持采用不同通信方式、不同通信協議表計的自動匹配，滿 足互操作性設計要求；3、終端檔案自動同步時間小于 1min。問題5:能源計量一體化采集安全接入、預警及隱私保護關鍵技術研究問題描述：電、水、氣、熱能源計量信息涉及用戶隱私和國家信息 安全問題，需要研究電、水、氣、熱能

13、源計量一體化采集系 統信息安全防護體系架構，應根據國家及國網公司對信息安 全的新要求，分析電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統 業務量和業務類型的增加情況下對信息安全的新需求，提由 電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統的信息安全防護需 求設計要求，系統梳理電、水、氣、熱能源計量一體化采集 系統的業務流程，對采集系統主站、通信信道、終端、電能 表進行安全架構設計，建立采集系統主站、終端、電能表之 間的安全交互模型，提由系統安全架構設計方法及電、水、 氣、熱能源計量一體化采集系統安全設計指標體系和功能要 求。采集終端數量已達到1080萬臺，系統安全接入壓力不 斷增大，需要研究基于國產密碼的適用于海

14、量采集終端無線 公網/專網安全接入技術，應結合電、水、氣、熱能源計量一 體化采集系統的業務類型以及終端接入高并發的特點，基于 國產密碼開展適用于海量采集終端無線公網/專網安全接入及隔離的算法及裝置研究，實現采集終端接入數據的安全認 證和隔離。系統規模龐大，外部惡意入侵風險增加，需要研 究基于大數據分析的海量采集終端無線公網/專網接入數據的安全監測及預警技術，應根據電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統面向對象協議，同時結合電、水、氣、熱能源 計量一體化采集系統的業務類型，基于大數據分析方法對海 量終端接入數據進行木馬、病毒、惡意代碼監測，實現終端 采集數據的無害化接入及預警。水、氣、熱公司提由了

15、數據 安全隱私問題，需要研究電、水、氣、熱能源計量一體化采 集系統水、氣、熱數據安全隱私保護技術，應根據水、氣、 熱公司對數據安全隱私防護的需求，系統梳理電、水、氣、 熱能源計量一體化采集系統的業務流程，分析水、氣、熱等 數據傳輸的協議格式，基于國密算法提由水、氣、熱等數據 數據安全隱私傳輸方案。預期目標：1、通過梳理電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統 的業務流程，評估系統不同環節對信息安全防護的需求，形 成電、水、氣、熱能源計量一體化采集系統的安全防護方案；2、實現基于國產密碼的適用于海量采集終端無線公網/專網安全接入、隔離及數據無害化處理的監測及預警；3、形成水、氣、熱數據安全隱私傳輸技

16、術方案，實現電、水、氣、熱能源計量一體化安全采集。問題6:支撐能源計量一體化采集技術體系的模擬試驗仿真平臺設計開發問題描述：大量設備接入系統后將帶來潛在的運行風險，需要研究 適應電、水、氣、熱能源計量一體化采集技術體系應用的試 驗方法及評價指標，應結合電、水、氣、熱能源計量一體化 采集技術體系在架構、主站、通信、設備、安全層面的應用 特點，設計提由對系統及設備進行驗證評價的方法、指標。 實驗室檢測環境與現場運行環境的差異將帶來系統運行風 險，需要基于現場典型試驗環境提由電、水、氣、熱能源計 量一體化采集模擬試驗仿真平臺設計方法，應基于實驗室和 現場環境，提取試驗評價關鍵要素和特征，通過試驗仿真技 術，提由能夠進行系統級、設備級、軟件級的試驗平臺設計 方法。電、水、氣、熱表計智能化程度差異較大，系統功能 和性能具備較大的優化空間，需要研究開發電、水、氣、熱 能源計量一體化采集功能及性能模擬試驗仿真平臺，應在完 成電、水、氣、熱能源計量一體化采