再論電、水、氣、熱四表集抄的爭議與發(fā)展
——國網(wǎng)四表合一采集:調(diào)整策略,走向大同
中國現(xiàn)代電網(wǎng)量測技術(shù)高端論壇
張春暉
2016年6月25日
2016年4月16日,發(fā)表文稿《電、水、氣、熱四表集抄的爭議與發(fā)展》,指出:“通過對“四表合一采集”,分行業(yè)集抄兩類的評估,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”。
匯總近兩個月來網(wǎng)上、報刊的報道,可以看出:“四表集抄”在爭議中快速推進(jìn),無論是國網(wǎng)“四表合一采集”,還是水氣熱分行業(yè)集抄的發(fā)展都在提速,還有新的物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)正在快速介入。在新的情況下,如何為“四表集抄”的發(fā)展導(dǎo)向?本文作者認(rèn)為:國網(wǎng)“四表合一采集”具有明顯的技術(shù)先進(jìn)與經(jīng)濟優(yōu)勢,需為推進(jìn)水、氣、熱分行業(yè)全面、均衡的建設(shè)現(xiàn)代化遠(yuǎn)程集抄系統(tǒng)作出新的貢獻(xiàn),更期望地方政府指定一個跨行業(yè)主管部門進(jìn)行組織與協(xié)調(diào)??梢哉f,這是“四表集抄”走向大同的目標(biāo)。
本文討論的范圍,僅限于通過剖析國網(wǎng)“四表合一采集”強力推進(jìn)的經(jīng)驗與出現(xiàn)的問題,建議國網(wǎng)“四表合一采集”應(yīng)用工作,調(diào)整策略,做深一步,走得更好更遠(yuǎn),并有針對性提出期望開發(fā)的新項目。
1、國網(wǎng)“四表合一采集”為何要調(diào)整策略,做深一步?
1)國網(wǎng)推進(jìn)“四表合一采集”具有明顯的技術(shù)先進(jìn)與經(jīng)濟優(yōu)勢,預(yù)計2017年,由巨資建設(shè)的全網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)將全面完成,積累起擁有4億戶的智能電表全覆蓋,通信技術(shù)應(yīng)用的經(jīng)驗。2015年以來,推進(jìn)“四表合一采集”,由國家多個部委支持,地方政府和行業(yè)主管部門積極協(xié)調(diào),“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(jìn)行遠(yuǎn)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)、資金上保障各地工程如期完成,這是一方面,另一方面,國網(wǎng)“四表合一采集”將水、氣、熱行業(yè)最底層,先進(jìn)的智能計量設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及通信技術(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)代化采集部分,留下的是早期分行業(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。
2)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(yuǎn)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(jìn)成為現(xiàn)代遠(yuǎn)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(dá)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(jìn)工程和大量資金投入。
3)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,本文作者建議:國網(wǎng)“四表合一采集”要在做好居民小區(qū)遠(yuǎn)程抄表與數(shù)據(jù)交換的同時,再做兩件事,一是,將水、氣、熱行業(yè)用戶側(cè)與計量相關(guān),供電公司可以做的難事,通過擴展采集子系統(tǒng)功能做起來,不留后遺癥,盡量減少管理上的爭議。二是,結(jié)合“四表合一采集”工程的進(jìn)程,研究采用有利于水、氣、熱行業(yè)集抄長遠(yuǎn)發(fā)展的計量及通信新技術(shù),起好示范引領(lǐng)作用。走向大同,才能保障“四表合一采集”走得更好更遠(yuǎn)。
2、推進(jìn)網(wǎng)格計量管理,解決用戶側(cè)供水漏損技術(shù)瓶頸
水行業(yè)是水、氣、熱計量行業(yè)中歷史最久、擁有水表量最多的。供水的漏損,歷來是行業(yè)的痛點,涉及管網(wǎng)和分支網(wǎng)多方面的因素,控制漏損是個系統(tǒng)工程。
1)網(wǎng)格計量管理是用戶側(cè)供水漏損控制的基礎(chǔ)
供水的用戶側(cè),按網(wǎng)絡(luò)社區(qū)進(jìn)行計量改造,實現(xiàn)分區(qū)計量管理是國際/國內(nèi)的發(fā)展趨勢,上海、北京、武漢市已經(jīng)先走一步。
·上海水司:全市供水網(wǎng)絡(luò),按行政區(qū)域劃分為11個一級分區(qū),配套成立11個供水管所,再按鐵路、河流等自然邊界劃分為36個二級分區(qū),成立36個供水管理站。用戶側(cè),以網(wǎng)格社區(qū),安裝小區(qū)計量總表,分析總夜表間最小流量和總分差異。
供水的分區(qū),網(wǎng)絡(luò)社區(qū)計量設(shè)備運行數(shù)據(jù)實時遠(yuǎn)傳,建立漏損控制信息化管理平臺。
·北京水司:2015年研究提出“水行業(yè)DMA”,就是供水分區(qū)計量。現(xiàn)有的自來水管網(wǎng)中,加裝獨立的開關(guān)閥門,使自來水管線形成相對封閉的分區(qū),通過進(jìn)水口安裝的流量計,每15分鐘監(jiān)測一次分區(qū)入口處的水量,與分區(qū)內(nèi)計費水表水量之和進(jìn)行比對,可及時發(fā)現(xiàn)和解決漏水問題。每個分區(qū)計量區(qū)大約可覆蓋5000-10000戶居民。分區(qū)入口處流量計的15分鐘采集一次數(shù)據(jù),再每隔6小時將數(shù)據(jù)傳輸?shù)健癉MA數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)”。
2015年,北京市新建供水分區(qū)計量區(qū)150處(注:75一150萬戶)。2016年計劃新建供水分區(qū)計量區(qū)200處。2017年底前,北京市六環(huán)內(nèi)所有區(qū)域?qū)⑷繉崿F(xiàn)供水分區(qū)計量區(qū),預(yù)計達(dá)800處(注:400-800萬戶),全市居民社區(qū)將全部實現(xiàn)漏水可控可預(yù)防。
·武漢市東西湖水司:目前,進(jìn)入供水產(chǎn)銷率91%的攻堅階段,“瓶頸”現(xiàn)象困擾。供水漏損檢控主要工作是供水分區(qū)計量(DMA)的建立,考核表的安裝、數(shù)據(jù)的分析。
供水漏損,分主管網(wǎng)和分支網(wǎng)漏損。分支網(wǎng)漏損基本為實際漏損,也就是水司主抓的漏損源。
2)由蘭吉爾研發(fā)出新型網(wǎng)絡(luò)路由器的啟示
2016年2月,蘭吉爾推出能夠連接多個網(wǎng)格部署AMI解決方案的(Grid Stream)通信平臺。
(注:Grid Stream—蘭吉爾公司AMI的指令中心)
“網(wǎng)格路由器對于Grid Stream”通信平臺的網(wǎng)絡(luò)連接適應(yīng)性、分布智能和客戶智能解決方案的處理能力有很大的幫助。該裝置作為一個網(wǎng)格邊緣服務(wù)器,會實時指導(dǎo)和處理從多個前端系統(tǒng)和智能社區(qū)網(wǎng)絡(luò)傳來的數(shù)據(jù)”,“新的網(wǎng)格路由器通過和其它相關(guān)網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備建立連接的方式,擴展Grid Stream的網(wǎng)格化管理,以幫助公用事業(yè)和他們所服務(wù)的社區(qū)實現(xiàn)更廣泛的能源管理目標(biāo)?!?/p>
由以上表述可知,網(wǎng)格路由器的關(guān)鍵技術(shù):
一是,通過建立連接的方式,擴展(AMI)通信平臺的網(wǎng)格化管理。
二是,“會實時指導(dǎo)和處理”多方面?zhèn)鱽淼臄?shù)據(jù),屬于智能控制技術(shù)范疇。參考北京郵電大學(xué):《智能信息技術(shù)》,“智能控制是一類無需人干預(yù)就能獨立驅(qū)動智能機器實現(xiàn)其目標(biāo)的自動控制”,“智能控制的關(guān)鍵”在高層,高層控制的任務(wù)在于對實際環(huán)境或過程進(jìn)行組織,即決策和規(guī)劃”,也就是“自主、實時判斷和響應(yīng)”。
在“四表合一采集”的現(xiàn)場,當(dāng)水/氣/熱表計或計量發(fā)生應(yīng)急事件,需要具有自主、實時判斷和響應(yīng)功能的智能設(shè)備,為相應(yīng)行業(yè)集抄主站進(jìn)行特殊方式的連接,及時反饋應(yīng)急事件的信息,并組織現(xiàn)場處理,無需按“四表合一采集”正常信息傳遞路徑反饋。
3)四表合一采集:推進(jìn)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)絡(luò)社區(qū)供水漏計量管理主要工作:
·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(jìn)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(jìn)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(yuǎn)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(jìn)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“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(jìn)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(yuǎn)程修改“政策”,進(jìn)行軟件升級維護(hù),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。
3.綜合評估nb---lot(窄帶蜂窩物聯(lián)網(wǎng))在"四表集抄"中應(yīng)用的適用性
1)國網(wǎng)?"四表合一采集"典型技術(shù)方案?對現(xiàn)有微功率無線通信技術(shù)的評價
該典型技術(shù)方案指出:
微功率無線通信是指發(fā)射功率不超過50mw,覆蓋范圍數(shù)百米,采用470mhz--510mhz頻段,具備自組網(wǎng)功能。組網(wǎng)簡單,通信速率可達(dá)10kbps。其缺點,在公變臺區(qū)范圍大或電磁屏蔽環(huán)境,通信效果較差。無法給水,氣,熱表計供電,須配置外接電源或后備電源。
在該典型技術(shù)方案中應(yīng)用:
?升級無線模塊,適用于微功率無線電表或(rs485電表+
I型無線采集器)+無線水,氣,熱表。此方案,由于采用電池供電,電池容量有限,可實現(xiàn)對水,氣,熱表數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能,但無法實現(xiàn)實時在線通信,只能采用喚醒的方式,來延長電池壽命。
?更換雙模模塊,適用于載波電表或(rs485電表+i型載波采集器)+無線水,氣,熱表。
由以上表述可知,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)范圍的物聯(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)用于"四表集抄",技術(shù)上有瓶頸。
2)nb-- lot在低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)競爭中應(yīng)用前景看好
一是 ,近幾年,Lora,sigfox等非授權(quán)頻段低功耗廣域網(wǎng)技術(shù)和nb---fi在國際上已經(jīng)有規(guī)?;纳虡I(yè)應(yīng)用。國內(nèi)開發(fā)的zfta低功耗廣域網(wǎng),采用通用芯片和融合接入思路和技術(shù),解破低功耗廣域網(wǎng)落地的困境。
二是 ,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(jìn)一步演進(jìn)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。
三是 ,nb---lot的特性與使用范圍
?靈活部署,窄帶,低速率,低成本,高容量
宜支持三種部署方式:獨立部署,保護(hù)帶部署,帶內(nèi)部署。
Rf帶寬180khz(上行/下行)
下行:ofdma,子載波間隔15khz。
上行:sc--fdma,single---tone:3.75kHz /15khz,multi---tone:15khz。
僅需支持半雙工。
速率的預(yù)期指標(biāo):上行,下行至少支持160khz。
Nb---lot模塊成本:預(yù)計控制在5美金以內(nèi),甚至更低。
?覆蓋增強,低時延敏感
在獨立部署方式下,nb- -lot覆蓋能力可達(dá)164db。
由于大量數(shù)據(jù)重傳將導(dǎo)致延時增加,目前l(fā)ot設(shè)想允許時延約10秒,實際可以支持6秒左右。
?不支持連續(xù)態(tài)的移動性管理
Nb-- lot最初設(shè)想為適用于移動性支持不強的應(yīng)用場景(如智能抄表,智能停車),不支持連續(xù)態(tài)的移動性管理,包括相關(guān)測量,測量報告,切換等。
?低功耗,nb-- lot借助psm和edrx可實現(xiàn)長期待機。
Nb---lot目標(biāo)是對于典型的低速率,低頻次業(yè)務(wù)模型,等容量電池壽命可達(dá)10年以上。
四是,基于nb---lot的業(yè)務(wù)
?自主異常報告業(yè)務(wù)類型,如煙霧報警探測器,智能電表的停電通知。上行數(shù)據(jù)極小,數(shù)據(jù)量需求(十字節(jié)量級),周期都以年,月為單位。
?自主周期報告業(yè)務(wù)類型,如智能公用事業(yè)(氣,水,電),測量報告,智能農(nóng)業(yè),智能環(huán)境等。上行較小數(shù)據(jù)需求量(百字節(jié)量級),周期以天,小時為單位。
?網(wǎng)絡(luò)指令業(yè)務(wù)類型,如開啟/關(guān)閉,設(shè)備觸發(fā)發(fā)送上行報告,請求抄表。下行極小數(shù)據(jù)需求量(十字節(jié)量級),周期都以天,小時為單位。
? 軟件更新業(yè)務(wù)類型,如軟件補丁/更新。上行下行較大數(shù)據(jù)量需求(千字節(jié)量級),周期都以天,小時為單位。
五是,華為是nb---lot標(biāo)準(zhǔn)的主要推動者,以實踐助力nb---lot起航。
?2015年12月,華為聯(lián)合沃豐達(dá)及西班牙當(dāng)?shù)厮畡?wù)公司 ,在沃豐達(dá)西班牙商用網(wǎng)絡(luò)上完成水務(wù)應(yīng)用端到端測試。
?2016年5月,華為與中國電信,深圳水務(wù)集團共同簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議,打造智能水務(wù)。
3)電,水,氣,熱四表集抄應(yīng)用nb---
lot的思考
?按照nb---lot的設(shè)計要求,適用于單相電表,水 ,氣,熱表的遠(yuǎn)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(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。
?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。
?電網(wǎng)計量部門需要對nb---lot應(yīng)用于水表遠(yuǎn)程抄表影響"四表合一采集"推進(jìn)進(jìn)行評估,適時調(diào)整策略與投入。
?目前,正在討論省級電網(wǎng)用電信息采集系統(tǒng)架構(gòu)重構(gòu),有些通信技術(shù)與nb---lot相關(guān):
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(jìn)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(jìn)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,建議改用nb---lot技術(shù)來解決。
?最后,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)?;?,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(hù)。
聲明
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