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摘要：本文以供电企业用电监察工作为主，阐述了电能量采集和负荷管理系统的功能，重点分析了电能量采集和负荷管理系统的软、硬件设计思路和技术特点，并具体应用到用电监查的实际工作中。实践证明：电能量采集与负荷管理系统为电能计量、运行分析、负荷预测、线损分析等应用提供了强有力的数据支撑，提高了用电监察的针对性和效率，打击了窃电户的嚣张气焰，保证了客户安全可靠地用电。
关键词：电能量采集、负荷管理系统；用电监查
随着近几年电网建设的发展及城乡电网的大规模改造，电网的网络结构、潮流分布趋于合理化。电网条件改善了，但是电力营销仍面临着困境，供电企业的电力监查工作仍无法随时、全面地掌握客户的用电状况，只有在月末通过抄表得来的静态数据进行经济分析，对于客户的计量计费、安全用电工作多数采用事后处理的被动方式，不能及时地开展安全用电的隐患排查和丢失电量的追补工作，影响了电网的可靠运行和供电企业的发展。电能量采集和负荷管理系统能自动进行数据的采集、统计与分析，为用电监查工作提供了一系列可靠的数据支持，很好地改善了用电监查工作的工作方法，提高了工作效率，为促进供电企业的工作发挥了很大的作用。
一、电能量采集和负荷管理系统设计
1.电能量采集和负荷管理系统的总体设计
电能量采集和负荷管理系统的系统应用做到全网各类负荷电量(供、售电关口)集中采集、统一存储管理和分布式应用；系统建设做到继承和保护目前已有投资，并在此基础上进行整合与提升；在设计和开发中结合实际情况和业务需要，考虑适应性和扩展性；整体设计框架采用三层结构的MVC设计体系和软件组件化、模块化设计思想，遵循业界标准的J2EE技术规范。电能量采集和负荷管理系统总体由六层实现。
(1)前置采集层：多前置实行并行采集，按照一定的负载均衡原则，将通讯链路和任务分配到不同的前置，支持对一终端多通道的自动切换。
(2)数据处理交换层：利用数据库的表分区技术、分数据文件存储技术等，支持双机或多数据库服务器同时运行。
(3)业务处理层：采用“数据追补”技术，支持多机器之间的互备。尽可能减少对数据库的I／O次数，同时防止数据库崩溃所导致的数据丢失问题。
(4)综合应用层：完成四分线损分析、需求侧管理、抄表结算、防窃电、低压集抄等功能。主要由综合应用服务器、WEB服务器等构成。
(5)终端设备层。主要由分布在发电厂变电站、专变用户配电房、台区配电房以及低压用户侧的数据采集处理终端设备构成，包括厂站计量遥测终端、大客户负荷管理现场终端、台区监测计量终端、低压抄表集中器等设备。
(6)通信服务应用层。完成主站与终端之间的通信功能，主要由通信接入设备以及通信网络等构成。通信网络通常由电力通信服务部门提供，由于中低压电网电力通信覆盖不到，一般采用公共无线数据网络。
2.软件设计
服务器的设计通过开发多线程并发技术，实现多采集服务器主备互用、互备互援、负载均衡、多线程并发的通信调度管理机制，并由多台采集服务器并行采集；采集网技术使用独立采集网技术方案，实现生数据网络与熟数据网络的有效隔离，降低网络负载，减少数据传输丢包的概率，增强系统稳定性；数据交换采用实时库与其他模块进行数据交换，避免对数据库的频繁操作，提高运算速度。通讯方式多种，通讯规约以动态库插件的方式加载，减少耦合性。
主站软件采用分布式多层技术，软件架构分为数据层、支撑层、应用层、表现层。应用层进一步细分为采集子层和业务子层。主站软件通过接口组件与外系统交互。主站软件架构如图1所示。
(1)支撑层提供通用的消息、安全、通信等组件支持，为应用层提供通用技术支撑。
(2)由采集终端对客户安装在现场的计量设备进行自动数据采集，所有数据均带时标。采集包括正、反向有功电能量数据(包括总、尖、峰、平、谷)、四象限无功电能量数据、负荷曲线(含表底、电压、电流、功率、增量、需量)、表计状态、重要时间信息(含PT缺相、CT断线、相序错误等)。
(3)采集子层以GPRS、CDMA、230MHz无线专网、PSTN、ADSL、拨号以及光纤专网等各种通信方式接入各种类型终端设备，执行业务子层召测任务和控制命令，与远程设备通信，读取、设置终端参数，采集终端数据。
(4)后台计算程序加载采集到的数据以及常用档案和参数，在实时库中对数据进行解析、处理，监视通信质量，管理通信资源，批量存入历史商用数据库。
(5)在商用数据库产生计算任务。
(6)通过功能丰富、操作专业的C／S客户端为工作人员提供统一的数据存储和业务应用。
二、电能量采集和负荷管理系统的功能
(1)能以不同通信方式与各种类型电能信息采集终端通信，采集各种电能数据，并提供统一的数据输出模型，对采集任务进行统一调度管理和优先级控制。
(2)系统运行时可对系统内各服务器、工作站状态实时监视，并可设置报警阀值，如：CPU负荷、内存使用状况、磁盘总量、空闲磁盘总量等。
(3)系统运行中当系统内各服务器、工作站因不明原因退出运行时，系统可记录机器名、退出时间，并以实时事项方式报告，提醒用户及时处理。
(4)系统提供灵活全面的费率模型结果定义功能，针对用户定义的计费规则及费率模型实现综合运算。
(5)基础数据查询简单易用。
(6)具备灵活的报警流程处理。
(7)能够进行电量统计、对比／线损分析以及负荷管理配变监测等。
三、电能量采集和负荷管理系统在用电监查工作中的应用
1.系统在用电监查工作中的应用功能
如图2所示，能在不切换菜单的情况下，集中查询各类基础数据；查询时可以选择整点、日、月或任意时间或时间段；能够按使用习惯选择数据的显示格式(横向／纵向)；并能导出到Excel文件中，通过数据的对比，可以较为清晰地判断出在某个时点某个量的异常，同时查阅该客户档案，进行理论值与实际值的对比分析。
工作中，常用到的还有应用报警监测：能监测报警从产生到处理完成的整个过程；能随时对处理情况进行统计；对于处理不及时的报警可以短信催办；通过报警监测功能还可实现工作考核，促使报警闭环处理。
2.实际应用分析
对报警系统没有显示，但重点关注的客户，常用的有电量数据时间点对比，可按整点、日、月或任意时段对关注对象进行电量对比，如图3所示。
图3中可直观地看到，该客户的电量，7月1日的电量与6月30日的电量比较，有功电量由32490kWH降为18240kWH，降幅达43.86％。根据该客户档案显示的其所属线路、变压器，查询相关故障报修、计划检修记录，得知该客户所在的线路、变压器的运行情况正常；翻阅客户报修记录，也没有该客户的报修登记记录；再查询业扩报装合帐，半年内也无该客户增减 容的记录，根据此情况，7月2日去现场检查客户设备运行情况，现场看到客户正在清洗锅炉，从7月1日开始，为期三天，所以用电量增加，而之前的用电量属正常用电，并没有丢电量的情况，从而及时了解到客户的负荷变化情况，并有针对性地给客户提出安全用电的技术要求。
还有一种情况是日用电量突变按月呈现规律性的变化，如查询到某客户某个月的日用电量折线图，如图4所示。
通过查询可知，该客户每个月都如此有规律的变化，这种情况看似正常，但作为一正常营业的服务行业，每月如此的日用电量的变化曲线与其用电特性不符，此变化引起了用电监察人员的怀疑，根据折线图所示，选择在客户日用电量下降的时间段1～20日之间且是双休日的一天(15日)进行突查，现场看到有窃电行为，经过现场拍照、录音取证、询问，得知该户了解到抄表通常在25日左右，所以月初到25日的前一两天，采取窃电行为，快到抄表日时，恢复计量装置的正常，造成每月的日用电量规律性变化，电量大量丢失，随后，根据系统的日用电量和月用电量折线图计算该户的窃电时间和窃电量，按《供电营业规则》有关条例追补电量电费，及时挽回供电企业的损失。
随着用电客户越来越多，客户的用电模式多样化，对供电质量影响很大，如可造成冲击性负荷、不对称负荷、非线性负荷等危害。通过对电量和客户档案的报装容量等查询后，有针对性的挑出有疑点的大客户进行极值的查询：包括有功功率、无功功率、电压、电流一段时间内最大值与最小值数据及其发生时间。
非线性负荷不仅产生谐波，还引起供电电压波动与闪变，甚至引起三相电压不平衡。例如对某户进行极值查询后，其电压变化特征类似于单相接地，即一相电压降低，另两相电压升高，根据极值发生异常的时间，去现场进行检查，查找故障原因时找不到故障点，也不是接地原因，检查设备运行情况时，发现是客户临时使用的两台电焊机引起谐振造成的，为此立即对客户进行用电指导，保证客户安全用电。
四、结论
电能量采集与负荷管理系统，通过对电能数据的采集、计算处理和集成，实现对电量、负荷、线损等信息进行全面、综合的处理、统计、计算、分析、查询、报表和发布传递，形成多层电量、负荷和线损数据管理，不仅为用电监查工作提供了科学、可靠的依据，而且为供电营销各个专业所需的电能计量、运行分析、负荷预测、线损分析等应用提供了强有力的数据支撑。大幅度地减少了用电监察的工作量和管理费用，提高了用电监察的针对性和效率，打击了窃电户的嚣张气焰，降低了事故隐患，保证了客户安全可靠地用电，有力地促进了供电企业的快速发展并产生了极大的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]陈军，用电检查管理工作亟待加强[J]，农村电气化，2。03，(3)，
[2]郑作升，提高用电检查效率的几点做法[J]，电力需求侧管理，2007，(4)，
[3]李国胜，电能计量及用电检查实用技术[M]，北京：中国电力出版社，2009
[4]郭仲礼，用电监察(检查)与管理实用技术[M]，北京：机械工业出版社，2006
[5]徐圣书，用电管理与监察(高等学校教材)[M]，北京：中国电力出版社，1985
[6]魏振宇，用电监察中的反窃电工作浅谈[J]，河北工程技术高等专科学校学报,2007，(7)，
[7]姜青松，李来伟，曹辉，高压电能计量的稽查测试及其评估分析[J]，黑龙江电力，2001，(2)，
[8]王春山，等，基于PDA操作的智能用电监察系统[J]，农业网络信息，2006，(9)，
[9]段建明，供电企业反窃电能力的对策分析[J]冲国新技术新产品，2010，(10)，
[10]丁元香，窃电与反窃电检查全攻略[J]，硅谷，2009，(3)，
(责任编辑：苏宇嵬)
关键词：电能量采集、负荷管理系统；用电监查
随着近几年电网建设的发展及城乡电网的大规模改造，电网的网络结构、潮流分布趋于合理化。电网条件改善了，但是电力营销仍面临着困境，供电企业的电力监查工作仍无法随时、全面地掌握客户的用电状况，只有在月末通过抄表得来的静态数据进行经济分析，对于客户的计量计费、安全用电工作多数采用事后处理的被动方式，不能及时地开展安全用电的隐患排查和丢失电量的追补工作，影响了电网的可靠运行和供电企业的发展。电能量采集和负荷管理系统能自动进行数据的采集、统计与分析，为用电监查工作提供了一系列可靠的数据支持，很好地改善了用电监查工作的工作方法，提高了工作效率，为促进供电企业的工作发挥了很大的作用。
一、电能量采集和负荷管理系统设计
1.电能量采集和负荷管理系统的总体设计
电能量采集和负荷管理系统的系统应用做到全网各类负荷电量(供、售电关口)集中采集、统一存储管理和分布式应用；系统建设做到继承和保护目前已有投资，并在此基础上进行整合与提升；在设计和开发中结合实际情况和业务需要，考虑适应性和扩展性；整体设计框架采用三层结构的MVC设计体系和软件组件化、模块化设计思想，遵循业界标准的J2EE技术规范。电能量采集和负荷管理系统总体由六层实现。
(1)前置采集层：多前置实行并行采集，按照一定的负载均衡原则，将通讯链路和任务分配到不同的前置，支持对一终端多通道的自动切换。
(2)数据处理交换层：利用数据库的表分区技术、分数据文件存储技术等，支持双机或多数据库服务器同时运行。
(3)业务处理层：采用“数据追补”技术，支持多机器之间的互备。尽可能减少对数据库的I／O次数，同时防止数据库崩溃所导致的数据丢失问题。
(4)综合应用层：完成四分线损分析、需求侧管理、抄表结算、防窃电、低压集抄等功能。主要由综合应用服务器、WEB服务器等构成。
(5)终端设备层。主要由分布在发电厂变电站、专变用户配电房、台区配电房以及低压用户侧的数据采集处理终端设备构成，包括厂站计量遥测终端、大客户负荷管理现场终端、台区监测计量终端、低压抄表集中器等设备。
(6)通信服务应用层。完成主站与终端之间的通信功能，主要由通信接入设备以及通信网络等构成。通信网络通常由电力通信服务部门提供，由于中低压电网电力通信覆盖不到，一般采用公共无线数据网络。
2.软件设计
服务器的设计通过开发多线程并发技术，实现多采集服务器主备互用、互备互援、负载均衡、多线程并发的通信调度管理机制，并由多台采集服务器并行采集；采集网技术使用独立采集网技术方案，实现生数据网络与熟数据网络的有效隔离，降低网络负载，减少数据传输丢包的概率，增强系统稳定性；数据交换采用实时库与其他模块进行数据交换，避免对数据库的频繁操作，提高运算速度。通讯方式多种，通讯规约以动态库插件的方式加载，减少耦合性。
主站软件采用分布式多层技术，软件架构分为数据层、支撑层、应用层、表现层。应用层进一步细分为采集子层和业务子层。主站软件通过接口组件与外系统交互。主站软件架构如图1所示。
(1)支撑层提供通用的消息、安全、通信等组件支持，为应用层提供通用技术支撑。
(2)由采集终端对客户安装在现场的计量设备进行自动数据采集，所有数据均带时标。采集包括正、反向有功电能量数据(包括总、尖、峰、平、谷)、四象限无功电能量数据、负荷曲线(含表底、电压、电流、功率、增量、需量)、表计状态、重要时间信息(含PT缺相、CT断线、相序错误等)。
(3)采集子层以GPRS、CDMA、230MHz无线专网、PSTN、ADSL、拨号以及光纤专网等各种通信方式接入各种类型终端设备，执行业务子层召测任务和控制命令，与远程设备通信，读取、设置终端参数，采集终端数据。
(4)后台计算程序加载采集到的数据以及常用档案和参数，在实时库中对数据进行解析、处理，监视通信质量，管理通信资源，批量存入历史商用数据库。
(5)在商用数据库产生计算任务。
(6)通过功能丰富、操作专业的C／S客户端为工作人员提供统一的数据存储和业务应用。
二、电能量采集和负荷管理系统的功能
(1)能以不同通信方式与各种类型电能信息采集终端通信，采集各种电能数据，并提供统一的数据输出模型，对采集任务进行统一调度管理和优先级控制。
(2)系统运行时可对系统内各服务器、工作站状态实时监视，并可设置报警阀值，如：CPU负荷、内存使用状况、磁盘总量、空闲磁盘总量等。
(3)系统运行中当系统内各服务器、工作站因不明原因退出运行时，系统可记录机器名、退出时间，并以实时事项方式报告，提醒用户及时处理。
(4)系统提供灵活全面的费率模型结果定义功能，针对用户定义的计费规则及费率模型实现综合运算。
(5)基础数据查询简单易用。
(6)具备灵活的报警流程处理。
(7)能够进行电量统计、对比／线损分析以及负荷管理配变监测等。
三、电能量采集和负荷管理系统在用电监查工作中的应用
1.系统在用电监查工作中的应用功能
如图2所示，能在不切换菜单的情况下，集中查询各类基础数据；查询时可以选择整点、日、月或任意时间或时间段；能够按使用习惯选择数据的显示格式(横向／纵向)；并能导出到Excel文件中，通过数据的对比，可以较为清晰地判断出在某个时点某个量的异常，同时查阅该客户档案，进行理论值与实际值的对比分析。
工作中，常用到的还有应用报警监测：能监测报警从产生到处理完成的整个过程；能随时对处理情况进行统计；对于处理不及时的报警可以短信催办；通过报警监测功能还可实现工作考核，促使报警闭环处理。
2.实际应用分析
对报警系统没有显示，但重点关注的客户，常用的有电量数据时间点对比，可按整点、日、月或任意时段对关注对象进行电量对比，如图3所示。
图3中可直观地看到，该客户的电量，7月1日的电量与6月30日的电量比较，有功电量由32490kWH降为18240kWH，降幅达43.86％。根据该客户档案显示的其所属线路、变压器，查询相关故障报修、计划检修记录，得知该客户所在的线路、变压器的运行情况正常；翻阅客户报修记录，也没有该客户的报修登记记录；再查询业扩报装合帐，半年内也无该客户增减 容的记录，根据此情况，7月2日去现场检查客户设备运行情况，现场看到客户正在清洗锅炉，从7月1日开始，为期三天，所以用电量增加，而之前的用电量属正常用电，并没有丢电量的情况，从而及时了解到客户的负荷变化情况，并有针对性地给客户提出安全用电的技术要求。
还有一种情况是日用电量突变按月呈现规律性的变化，如查询到某客户某个月的日用电量折线图，如图4所示。
通过查询可知，该客户每个月都如此有规律的变化，这种情况看似正常，但作为一正常营业的服务行业，每月如此的日用电量的变化曲线与其用电特性不符，此变化引起了用电监察人员的怀疑，根据折线图所示，选择在客户日用电量下降的时间段1～20日之间且是双休日的一天(15日)进行突查，现场看到有窃电行为，经过现场拍照、录音取证、询问，得知该户了解到抄表通常在25日左右，所以月初到25日的前一两天，采取窃电行为，快到抄表日时，恢复计量装置的正常，造成每月的日用电量规律性变化，电量大量丢失，随后，根据系统的日用电量和月用电量折线图计算该户的窃电时间和窃电量，按《供电营业规则》有关条例追补电量电费，及时挽回供电企业的损失。
随着用电客户越来越多，客户的用电模式多样化，对供电质量影响很大，如可造成冲击性负荷、不对称负荷、非线性负荷等危害。通过对电量和客户档案的报装容量等查询后，有针对性的挑出有疑点的大客户进行极值的查询：包括有功功率、无功功率、电压、电流一段时间内最大值与最小值数据及其发生时间。
非线性负荷不仅产生谐波，还引起供电电压波动与闪变，甚至引起三相电压不平衡。例如对某户进行极值查询后，其电压变化特征类似于单相接地，即一相电压降低，另两相电压升高，根据极值发生异常的时间，去现场进行检查，查找故障原因时找不到故障点，也不是接地原因，检查设备运行情况时，发现是客户临时使用的两台电焊机引起谐振造成的，为此立即对客户进行用电指导，保证客户安全用电。
四、结论
电能量采集与负荷管理系统，通过对电能数据的采集、计算处理和集成，实现对电量、负荷、线损等信息进行全面、综合的处理、统计、计算、分析、查询、报表和发布传递，形成多层电量、负荷和线损数据管理，不仅为用电监查工作提供了科学、可靠的依据，而且为供电营销各个专业所需的电能计量、运行分析、负荷预测、线损分析等应用提供了强有力的数据支撑。大幅度地减少了用电监察的工作量和管理费用，提高了用电监察的针对性和效率，打击了窃电户的嚣张气焰，降低了事故隐患，保证了客户安全可靠地用电，有力地促进了供电企业的快速发展并产生了极大的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]陈军，用电检查管理工作亟待加强[J]，农村电气化，2。03，(3)，
[2]郑作升，提高用电检查效率的几点做法[J]，电力需求侧管理，2007，(4)，
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[4]郭仲礼，用电监察(检查)与管理实用技术[M]，北京：机械工业出版社，2006
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[6]魏振宇，用电监察中的反窃电工作浅谈[J]，河北工程技术高等专科学校学报,2007，(7)，
[7]姜青松，李来伟，曹辉，高压电能计量的稽查测试及其评估分析[J]，黑龙江电力，2001，(2)，
[8]王春山，等，基于PDA操作的智能用电监察系统[J]，农业网络信息，2006，(9)，
[9]段建明，供电企业反窃电能力的对策分析[J]冲国新技术新产品，2010，(10)，
[10]丁元香，窃电与反窃电检查全攻略[J]，硅谷，2009，(3)，
(责任编辑：苏宇嵬)