朱夢(mèng)夢(mèng)，李仕林， 翟少磊，鐘堯，于輝，林聰，朱全聰

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217；2.南方電網(wǎng)公司電能計(jì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650217)

關(guān)口電能表在線更換電量損失補(bǔ)償方法

朱夢(mèng)夢(mèng)1，2，李仕林1，2， 翟少磊1，2，鐘堯1，2，于輝1，2，林聰1，2，朱全聰1，2

(1.云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，昆明 650217；2.南方電網(wǎng)公司電能計(jì)量重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，昆明 650217)

介紹在線方式下現(xiàn)場(chǎng)更換電能表方案，著重分析了關(guān)口表在線更換過程中電量精確補(bǔ)償存在的難點(diǎn)和現(xiàn)有方法的不足之處，針對(duì)關(guān)口表更換過程中的負(fù)荷變化的特點(diǎn)，利用記錄瞬時(shí)功率離散點(diǎn)進(jìn)行曲線擬合進(jìn)而提出合理電量損失補(bǔ)優(yōu)化償?shù)姆椒?，保證電力交易的公平公正。

關(guān)口電能表；在線更換；電量損失；優(yōu)化補(bǔ)償方法

0 前言

規(guī)程對(duì)運(yùn)行中的關(guān)口電能表的輪換周期規(guī)定為三至四年[1]。為不影響正常電力生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)一般帶負(fù)荷更換關(guān)口電能表，將接線盒內(nèi)的每相電流連接片閉合，電壓連接片斷開，待更換電能表無電流和電壓后，就可進(jìn)行換表工作。由于在閉合接線盒內(nèi)的電流連接片，斷開電壓連接片后，直到裝上新表后恢復(fù)正常這段時(shí)間內(nèi)，電能計(jì)量裝置是不計(jì)量的，這樣拆裝關(guān)口電能表這段時(shí)間內(nèi)會(huì)產(chǎn)生電量損失，換表結(jié)束后，要對(duì)這段時(shí)間內(nèi)的損失電量進(jìn)行補(bǔ)償。但是在實(shí)際工作中，通常換表過程中采用的補(bǔ)償方案是在拆下舊關(guān)口電能表前記錄關(guān)口電能表的瞬時(shí)電壓、電流、功率及功率因數(shù)，同時(shí)用秒表記錄從二次電流回路短接至恢復(fù)的準(zhǔn)確時(shí)間，以換表前的瞬時(shí)功率作為換表期間的平均功率來估算換表期間的電量損失，并在當(dāng)月結(jié)算電量中增加此部分換表期間的補(bǔ)償電量。

上述的方案在負(fù)荷變化較大時(shí)會(huì)有較大誤差，根本無法做到準(zhǔn)確計(jì)量這段時(shí)間的電量，只能通過人工進(jìn)行測(cè)量和計(jì)算，很多用電客戶對(duì)計(jì)算出的追補(bǔ)電量并不認(rèn)可。本文利用通過研究關(guān)口表更換過程中的電壓電流及功率因素的特征，利用最小二乘法法擬合功率曲線提出合理電量損失補(bǔ)優(yōu)化償?shù)姆椒ǎ峁┖?jiǎn)便快捷的計(jì)算方法、同時(shí)提高工作效率。

1 電子式電能表在線更換方案

1.1 電子式電能表的計(jì)量原理

電子式電能表是在數(shù)字功率表的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，采用乘法器實(shí)現(xiàn)對(duì)電功率的測(cè)量，其工作原理框圖如圖1所示[2-3]。

一般電子式電能表的工作原理是：被測(cè)量的高電壓u、大電流i經(jīng)電壓變換器和電流變換器轉(zhuǎn)換后送至乘法器，乘法器完成電壓和電流瞬時(shí)值相乘，輸出一個(gè)與一段時(shí)間內(nèi)的平均功率成正比的直流電壓U，然后再利用電壓/頻率轉(zhuǎn)換器，U被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的脈沖頻率f，將該頻率分頻，并通過一段時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)，顯示出相應(yīng)的電能。為了更為直觀的描述電量計(jì)算，電壓、電流以及功率曲線如圖2所示。

圖1 電子式電能表工作原理框圖

圖2 電壓、電流及功率曲線圖

其中P(t)=u(t)×i(t)為功率曲線，而有功電能W(t)為功率曲線與橫軸t所包圍的面積 (陰影部分)之和。

1.2 電量精確追補(bǔ)方法的不足

一般情況下，換表過程中采用的補(bǔ)償方案是在拆下舊關(guān)口電能表前記錄關(guān)口電能表的瞬時(shí)電壓、電流、功率及功率因數(shù)，同時(shí)用秒表記錄從二次電流回路短接至其恢復(fù)的準(zhǔn)確時(shí)間，以換表前的瞬時(shí)功率作為換表期間的平均功率來估算換表期間的電量損失，所計(jì)算出的補(bǔ)償電量在當(dāng)月結(jié)算電量中增加此部分換表期間的補(bǔ)償電量。

在現(xiàn)場(chǎng)關(guān)口表更換中發(fā)現(xiàn)，換表過程中由于負(fù)荷不同導(dǎo)致的功率也會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化，因此采用換表前的瞬時(shí)功率及換表所需時(shí)間計(jì)算補(bǔ)償電量就不能如實(shí)反映出換表過程中的損失電量。藉此，尋求改進(jìn)和完善關(guān)口電能表在線更換中電量補(bǔ)償方法是非常有必要的。

2 在線更換電量損失優(yōu)化補(bǔ)償法

2.1 基于最小二乘法擬合曲線方法

在建模過程中最常用到的數(shù)據(jù)處理方法就是進(jìn)行數(shù)據(jù)的曲線擬合。曲線擬合技術(shù)測(cè)試數(shù)據(jù)的處理等領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛。所謂曲線擬合是指設(shè)法找出某條光滑的曲線最佳地?cái)M合數(shù)據(jù)。其思想是使它能反映這些離散數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)使數(shù)據(jù)點(diǎn)的誤差平方和最小。而在進(jìn)行曲線擬合時(shí)，并不要求擬合曲線一定要經(jīng)過每一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，但要盡量避免出現(xiàn)局部波動(dòng)。

最小二乘法的曲線擬合是指：已知n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn) (xi，yi)，i=1，2，......，n，其中xi不全相同，尋求函數(shù)y=s( x；a1，a2，...am)的待定參數(shù)a1，a2，...am(n ＜m)的一組值，使得在這組取值下，函數(shù)y=s( x；a1，a2，...am)與已知n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)整體上最為逼近。最小二乘曲線擬合方法根據(jù)已知數(shù)據(jù)，首先構(gòu)造出能夠反映含有待定參數(shù)的函數(shù)y=s( x；a1，a2，...am)與n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn) (xi，yi)，i=1，2，......，n偏離程度的函數(shù)為：

然后，利用數(shù)學(xué)方法求函數(shù)Q( a1，a2，...am)的最小值此時(shí)a1，a2，...am的取值就是所求的帶定值。這樣一組取值使得函數(shù)y=s( x；a1，a2，...am)與n個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)在二次平方和意義下最為逼近[4-6]。

2.2 在線更換電量?jī)?yōu)化補(bǔ)償方法

最小二乘法反應(yīng)所有數(shù)據(jù)點(diǎn)總的趨勢(shì)，消除其局部波動(dòng)，對(duì)于雜亂無章的無序離散點(diǎn)擬合比較適用，而關(guān)口電能表在線更換方式下負(fù)荷波動(dòng)不定，一般呈現(xiàn)無序的離散點(diǎn)，因此最小二乘法適合用于功率曲線的擬合。

在現(xiàn)場(chǎng)關(guān)口電能表檢測(cè)中，適用三相電能表校驗(yàn)儀裝置對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)，其中利用三相電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀獲取t1到t2時(shí)間段的有功功率離散點(diǎn)為p(tn)，然后根據(jù)其離散點(diǎn)采樣值利用最小二乘曲線擬合方法分別構(gòu)建立有功功率曲線的多項(xiàng)式函數(shù)p(t)，進(jìn)而可知換表過程中損失總有功電量計(jì)算公式為：

式2中，W為有功電量，t1為換表的初始時(shí)間，t2為換表的結(jié)束時(shí)間。p(t)為瞬時(shí)有功功率。因此由式2可以算出在線更換電能表中損失電量。為了方便進(jìn)行曲線擬合，本文采用matlab中polyfi函數(shù)的方法進(jìn)行擬合，其界面操作簡(jiǎn)單，曲線擬合效果良好。

3 電量補(bǔ)償優(yōu)化計(jì)算方法應(yīng)用示例

為了進(jìn)一步的說明此種優(yōu)化補(bǔ)償方法，表1給出了一組離散的功率數(shù)據(jù)，其中列出了每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的功率因素。

表1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

針對(duì)上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后利用最小二乘法擬合函數(shù)去擬合瞬時(shí)有功功率數(shù)據(jù)?？傻玫饺嚯娔墁F(xiàn)場(chǎng)表校驗(yàn)儀瞬時(shí)功率曲線擬合情況如圖3所示。

圖3 功率擬合曲線圖

從而算出擬合函數(shù)的系數(shù)為

由此可以得出功率擬合的曲線函數(shù)為：

上述函數(shù)為換表過程中瞬時(shí)功率與時(shí)間關(guān)系，由上述分析可知，電量既是功率與時(shí)間t軸所包圍的面積，然后可以計(jì)算出有功電量為0.011 6 kW·h。

倘若換表過程中記錄瞬時(shí)功率的次數(shù)越多，功率曲線就越接近實(shí)際，因此在現(xiàn)場(chǎng)中盡可能的記錄多次瞬時(shí)功率，若三相電能表現(xiàn)場(chǎng)校驗(yàn)儀具有通訊功能和瞬時(shí)電參量記錄功能，可利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行多次瞬時(shí)值的記錄，達(dá)到提高計(jì)量精度。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文詳細(xì)介紹了關(guān)口電能表在線更換方式下操作流程，同時(shí)著重闡述了關(guān)口電能表帶電更換中電量損失的現(xiàn)有補(bǔ)償方法的不足之處，在此基礎(chǔ)之上提出了基于最小二乘擬合功率曲線的補(bǔ)償優(yōu)化方法，使得現(xiàn)場(chǎng)工作中提高帶電更換關(guān)口電能表電量補(bǔ)償?shù)臏?zhǔn)確性。

[1] 國(guó)家技術(shù)監(jiān)督局.DLT 448-2000，電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程 [S].2000(6).

[2] JJG596-2012.電子式電能表檢定規(guī)程 [S].

[3] DL/T 614-2007.多功能電能表 [S].

[4] 束洪春.電力工程信號(hào)處理應(yīng)用 [M].北京：科學(xué)出版社，2009.

[5] 楊云升.Matlab曲線擬合及其在試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].電腦與信息技術(shù)，2009，17(2)：34-36.

[6] 歐陽(yáng)明松，徐連民.基于最小二乘法的曲線擬合研究 [J] .南昌工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，29(4)：24-28.

Study on Optimization Compensation Method for the Loss of Electric Quantity in Online Replacement Mode of Gateway

ZHU Mengmeng1，2，LI Shilin1，2，ZHAI Shaolei1，2，ZHONG Yao1，2，YU Hui1，2，LIN Cong1，2，ZHU Quancong1，2
(1.Yunnan electric power research institute，Yunnan Power Grid co.Ltd，Kunming 650217，China；2.Key Laboratory of CSG for Electric Power Measurement，Kunming 650217，China)

This paper introduces the scheme of the replacement of the electric energy meter in the online mode，and analyzes the difficulties and shortcomings of the existing difficulty and the existing methods for the accurate compensation of the electric quantity during the on-line replacement of the gateway meter.In this paper，mark table to replace the characteristics in the process of load change，by recording instantaneous power discrete point curve fitting and puts forward the reasonable power loss compensation optimization compensation method，in order to ensure fair and equitable trading electricity.

gateway energy meter；online to replace；loss of electric quantity；optimization method to compensate

TM93

B

1006-7345(2015)06-0056-03

2015-07-02

朱夢(mèng)夢(mèng) (1986)，男，碩士，助理工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，從事電能計(jì)量、高電壓大電流計(jì)量測(cè)試技術(shù)及配網(wǎng)自動(dòng)化及其故障檢測(cè)等方面的研究工作 (e-mail) zhumengmeng061＠163.com。

李仕林 (1972)，男，碩士，高級(jí)工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，從事計(jì)量管理等方面的工作；

翟少磊 (1984)，男，碩士，工程師，云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，從事高電壓大電流計(jì)量測(cè)試技術(shù)等方面的研究工作。