張新

（浙江科力車(chē)輛控制系統(tǒng)有限公司，浙江 江山 324100）

隨著電子技術(shù)發(fā)展和現(xiàn)代電力管理要求的提高，多功能電子式電能表有逐步取代傳統(tǒng)的感應(yīng)式電能表的趨勢(shì)。因此，對(duì)于電能計(jì)量的無(wú)線采集與監(jiān)視系統(tǒng)性能分析有其必要性。

一、電能計(jì)量的無(wú)線采集

該系統(tǒng)主要由電能表(全電子式)、現(xiàn)場(chǎng)單元、GPRS網(wǎng)絡(luò)、控制終端(手機(jī))和管理中心等五個(gè)部分組成。在進(jìn)行無(wú)線采集，會(huì)通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口，結(jié)合設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，進(jìn)行系統(tǒng)操作，在進(jìn)行處理時(shí)，還要利用電纜的物理接口，接著由網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)尋址，尋找數(shù)據(jù)，通過(guò)路由器，完成在網(wǎng)終中的活動(dòng)。

電能計(jì)量的無(wú)線采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)，其主要的功能體現(xiàn)在三個(gè)方面：一方面，編輯記錄，定位要修改的記錄使之成為當(dāng)前記錄，調(diào)用Edit方法，給各字段賦值，調(diào)用Update方法，確定所做的修改。另一方面，可以增加記錄，即調(diào)用Add New方法，調(diào)用Up date方法，給各字段賦值，確定所做的添加，將緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)庫(kù)。第三方面，主要是刪除記錄，在經(jīng)過(guò)系統(tǒng)定位的條件下，將已經(jīng)被刪除記錄，變?yōu)楫?dāng)前記錄，調(diào)用Delete方法；移動(dòng)記錄指針。

在采集系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，其通過(guò)電能計(jì)量，將由發(fā)電廠、輸電線、配電系統(tǒng)及負(fù)荷組成的數(shù)據(jù)信息，由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設(shè)備，傳送到操作系統(tǒng)。

在電力網(wǎng)絡(luò)中電壓分布中，取用電設(shè)備的額定電壓為線路額定電壓，使所有設(shè)備能在接近它們的額定電壓下運(yùn)行，線路始端電壓為額定電壓的105%；發(fā)電機(jī)的額定電壓為線路額定電壓的105%，通過(guò)變壓器分升壓變和降壓變一次側(cè)電源，進(jìn)行二次側(cè)接負(fù)荷，所得到的數(shù)據(jù)取二次側(cè)額定電壓等于線路額定電壓。另外，系統(tǒng)將用電設(shè)備的額定電壓，直接和發(fā)電機(jī)相聯(lián)的變壓器一次側(cè)額定電壓，連接線路始端，向負(fù)荷供電，應(yīng)比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內(nèi)耗5%，然后通過(guò)線路末端，向負(fù)荷供電的數(shù)據(jù)，就可以通過(guò)系統(tǒng)傳輸過(guò)來(lái)。

二、電能計(jì)量的監(jiān)視系統(tǒng)性能分析

電能計(jì)量是現(xiàn)代社會(huì)中最重要、最龐雜的工程系統(tǒng)之一。如何保證正常、穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時(shí)的電能質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性問(wèn)題，是我們考慮的重點(diǎn)問(wèn)題之一。其主要優(yōu)點(diǎn)是能夠深入研究系統(tǒng)狀態(tài)，失穩(wěn)距離和機(jī)理低CPU適合于多事件/狀態(tài)的研究。

大量的規(guī)劃和運(yùn)行研究，并且可以進(jìn)行在線分析；但是其存在的缺點(diǎn)就是沒(méi)有時(shí)間軌跡，需對(duì)模型進(jìn)行假設(shè)或簡(jiǎn)化，注意保證模型的基本特性，有時(shí)難以預(yù)測(cè)失穩(wěn)的特性(快速的控制和非線性環(huán)節(jié)的影響)，因此，就需要電能計(jì)量的監(jiān)視系統(tǒng)來(lái)完成。

首先，對(duì)于多電壓級(jí)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)視系統(tǒng)，其主要是應(yīng)用等值電路模型時(shí)，所有參數(shù)和變量都要作電壓級(jí)歸算，并且通過(guò)等值變壓器模型時(shí)，進(jìn)行所有參數(shù)和變量可的歸算。在系統(tǒng)中，還需要電力網(wǎng)絡(luò)特性計(jì)算所需的原始數(shù)據(jù)，結(jié)合用戶變電所的負(fù)荷功率及其容量，將電源的供電電壓和樞紐變電所的母線電壓以及繪制等值電路所需的各元件參數(shù)進(jìn)行處理，從中通過(guò)監(jiān)視系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)相互之間的關(guān)聯(lián)、關(guān)系等。

其次，要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)接線圖以及各元件參數(shù)計(jì)算等值電路，并將等值電路簡(jiǎn)化，以采集系統(tǒng)中所已知的負(fù)荷功率和網(wǎng)絡(luò)額定電壓，從受電端推算到送電端，逐一近似計(jì)算各元件的功率損耗，求出各節(jié)點(diǎn)的注入和流出的功率，從而得到電力網(wǎng)絡(luò)的功率分布。但是在這個(gè)過(guò)程中，要注意的一點(diǎn)通過(guò)監(jiān)視系統(tǒng)，由于只計(jì)算功率分布和電壓分布，因此，若要計(jì)算結(jié)果達(dá)到精度要求，可反復(fù)上列步驟，形成一種迭代算法，直到精度滿足要求為止，只是在迭代計(jì)算中，第二步不再用額定電壓，而用在上次計(jì)算中得到的各點(diǎn)電壓近似值進(jìn)行計(jì)算。

第三，對(duì)于報(bào)警時(shí)間，其主要有兩組16位報(bào)警時(shí)間，頻率事件設(shè)置寄存器，用于設(shè)置報(bào)警時(shí)間或頻率事件，它們由INT-x-AE與INT-x- FE控制。設(shè)定的標(biāo)志位24小時(shí)對(duì)應(yīng)。因?yàn)椋瑢?duì)于電能計(jì)量本身而言，其必須要經(jīng)濟(jì)調(diào)度，而在經(jīng)濟(jì)調(diào)度時(shí)，第一個(gè)問(wèn)題就是研究用戶的需求，即進(jìn)行電力負(fù)荷預(yù)測(cè)，按照調(diào)度計(jì)劃的周期，可分為日負(fù)荷預(yù)測(cè)，周負(fù)荷預(yù)測(cè)和年負(fù)荷預(yù)測(cè)。不同的周期的負(fù)荷有不同的變化規(guī)律：

第一種變動(dòng)幅度很小，周期又很短，這種負(fù)荷變動(dòng)有很大的偶然性。

第二種變動(dòng)幅度較大，周期也較長(zhǎng)，屬于這種負(fù)荷的主要有：電爐、壓延機(jī)械、電氣機(jī)車(chē)等帶有沖擊性的負(fù)荷變動(dòng)。

第三種變動(dòng)基本上可以預(yù)計(jì)，其變動(dòng)幅度最大，周期也最長(zhǎng)，是由于生產(chǎn)、生活、氣象等變化引起的負(fù)荷變動(dòng)。

其中，負(fù)荷預(yù)測(cè)的精度直接影響經(jīng)濟(jì)調(diào)度的效益，提高預(yù)測(cè)的精度就可以降低備用容量，減少臨時(shí)出力調(diào)整和避免計(jì)劃外開(kāi)停機(jī)組，以利于電網(wǎng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性。負(fù)荷預(yù)測(cè)，在安全監(jiān)視過(guò)程中的超短期負(fù)荷預(yù)測(cè)，要通過(guò)操作系統(tǒng)，完成日調(diào)度計(jì)劃、周負(fù)荷預(yù)測(cè)、年負(fù)荷預(yù)測(cè)以及規(guī)劃電源和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展時(shí)需要用1-20年的負(fù)荷預(yù)測(cè)值。

第四，在監(jiān)視系統(tǒng)中，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)負(fù)荷變化，將電能計(jì)量的有功功率和頻率調(diào)整大體上也可分為：一次調(diào)頻：由發(fā)電機(jī)調(diào)速器進(jìn)行；二次調(diào)頻：由發(fā)電機(jī)調(diào)頻器進(jìn)行；三次調(diào)頻：由調(diào)度部門(mén)根據(jù)負(fù)荷曲線進(jìn)行最優(yōu)分配。前兩種是事后的，第三種是事前的。一次調(diào)頻是所有運(yùn)行中的發(fā)電機(jī)組都可參加的，取決于發(fā)電機(jī)組是否已經(jīng)滿負(fù)荷發(fā)電。這類稱為負(fù)荷監(jiān)視。二次調(diào)頻是由平衡節(jié)點(diǎn)來(lái)承擔(dān)，對(duì)于非故障處電流，如果電壓一般不滿足邊界條件，需要由監(jiān)視系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算：一、計(jì)算參數(shù)，作出正、負(fù)、零序網(wǎng)，二、由復(fù)合序網(wǎng)及序電壓方程求得故障處的各序電流、電壓；三、在各序網(wǎng)中求非故障處的序電流、序電壓；

三、合成得到非故障處的各相電流、電壓。

第五，在電能計(jì)量中，穩(wěn)定性和安全性的判斷依據(jù)，其中，對(duì)于穩(wěn)定的判斷依據(jù)，是以不同的事故可以有不同要求，也可以結(jié)合三者確定安全運(yùn)行極限，而安全性判斷，則是根據(jù)所有事件的穩(wěn)定裕度大于某些無(wú)功源的儲(chǔ)備在一定的范圍內(nèi)，對(duì)于電壓判據(jù)和對(duì)電壓的控制策略，主要是通過(guò)監(jiān)視，結(jié)合電能計(jì)量的動(dòng)態(tài)問(wèn)題，在時(shí)間和區(qū)域上進(jìn)行劃分，在區(qū)域上，一般劃分為：模型合理性和參數(shù)的合理性，合理的穩(wěn)定指標(biāo)，主要是通過(guò)線性物理量來(lái)確定，結(jié)合參數(shù)靈敏度作好進(jìn)一步分析。

結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)具有成本低、體積小、操作方便、無(wú)需建網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)、通信費(fèi)用少

等優(yōu)點(diǎn)，基本上能滿足電力部門(mén)抄表的要求。隨著綜合自動(dòng)化技術(shù)的不斷提

高，自動(dòng)抄表的功能不斷更新和增強(qiáng)，相信通過(guò)實(shí)踐使用，系統(tǒng)不斷發(fā)展完善，

能夠更好的適應(yīng)今后的發(fā)展，在生產(chǎn)中發(fā)揮更大作用。今后的研究工作還可以從

以下幾個(gè)方面展開(kāi)：

1不斷增強(qiáng)系統(tǒng)的功能，對(duì)通訊協(xié)議的兼容性和可擴(kuò)充性進(jìn)行充分考慮。現(xiàn)場(chǎng)單元和管理中心軟件設(shè)計(jì)上還需進(jìn)一步優(yōu)化，提高可操作性，為用戶提供簡(jiǎn)便、易操作的界面。例如，參數(shù)設(shè)置界面還要完善。

2系統(tǒng)的可擴(kuò)展性需增強(qiáng)。目前在軟硬件設(shè)計(jì)中只對(duì)電能表應(yīng)用，對(duì)水表、氣表和其它類型的計(jì)量工具尚未提供接口。下一步的開(kāi)發(fā)中應(yīng)對(duì)系統(tǒng)的擴(kuò)展性做進(jìn)一步研究，使系統(tǒng)的適用范圍更廣。

[1]鄔佳奇.無(wú)線電能遠(yuǎn)程抄表監(jiān)測(cè)終端的設(shè)計(jì)與研究[D].遼寧工程技術(shù)大學(xué)，2010.

[2]宇文肖娣.電力用戶用電信息采集系統(tǒng)的研究與應(yīng)用[D].華北電力大學(xué)（北京），2011.

[3]劉世宇.智能儀器監(jiān)控程序設(shè)計(jì)研究[D].重慶大學(xué)，2008.

[4]馮洋.下水道可燃性氣體預(yù)警系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].重慶大學(xué)，2009.

[5]遲雪華.基于GPRS無(wú)線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)[D].南京理工大學(xué)，2011.