關(guān) 艷，王志斌，趙宇東，王浩淼，高曦瑩

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

低壓用電臺區(qū)智能表瞬時凍結(jié)技術(shù)研究及應(yīng)用

關(guān) 艷1，王志斌2，趙宇東2，王浩淼2，高曦瑩1

(1.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006；2.國網(wǎng)遼寧省電力有限公司，遼寧 沈陽 110006)

針對集抄系統(tǒng)深化應(yīng)用的需求，通過智能表瞬時凍結(jié)技術(shù)提供高同步性的用電信息原始數(shù)據(jù)。詳細介紹了瞬時凍結(jié)技術(shù)的關(guān)鍵依據(jù)和技術(shù)細節(jié)，克服了原有方案下臺區(qū)復(fù)雜拓撲以及表計時鐘偏差對數(shù)據(jù)同步性的制約。

瞬時凍結(jié)；同步性；低壓臺區(qū)；深化應(yīng)用；遠程抄表

隨著用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的快速推進，集抄覆蓋總數(shù)與覆蓋率均迅速增長。采集系統(tǒng)的遠程抄表成功率也不斷提高，一般臺區(qū)普遍高于99%?？梢?，集抄系統(tǒng)的底層通信已具備較高的可靠性[1]。因此，在低壓臺區(qū)集抄系統(tǒng)中，除了執(zhí)行用電量采集等基本業(yè)務(wù)，已經(jīng)具備承載更多深化應(yīng)用的條件。這些深化應(yīng)用包括計量裝置檢測，供電質(zhì)量監(jiān)測，用電需求預(yù)測等，它們對電力公司提高服務(wù)質(zhì)量，提升服務(wù)水平與用戶體驗具有重要意義[2]。

低壓用電臺區(qū)負荷變化比較頻繁，而集抄系統(tǒng)深化應(yīng)用中所需的原始分析數(shù)據(jù)對同步性要求又較高?；诂F(xiàn)有的采集方法，想要獲取同步數(shù)據(jù)只能采集指定時刻凍結(jié)值或采集各電能表當前值。由于表計時鐘不可避免存在偏差以及路由組網(wǎng)存在中繼等因素的影響，兩種方法均無法保證數(shù)據(jù)的同步性[3]。本文提出的瞬時凍結(jié)技術(shù)可以解決這一現(xiàn)實問題。

1 數(shù)據(jù)采集中的同步性問題

在集抄系統(tǒng)深化應(yīng)用中，絕大多數(shù)應(yīng)用對原始數(shù)據(jù)有較高的同步性需求。例如，臺區(qū)要監(jiān)測用戶實時電壓、臺區(qū)實時負荷曲線，若采集時間不一致，不能正確反映臺區(qū)電能表在同一時刻的表現(xiàn)，無法為進一步分析提供可靠的原始材料。而現(xiàn)有的業(yè)務(wù)類型不足以支持如此高的同步性要求。首先，召測電能表某時刻的凍結(jié)數(shù)據(jù)并不能保證數(shù)據(jù)的同步性。因電能表時鐘偏差，采集回的電能表凍結(jié)數(shù)據(jù)不能確保取自同一時間點。采集當前值亦不可行，因為對全臺區(qū)來說采集任務(wù)本身無法瞬時完成，所謂當前值對各電能表并不相同，所以也無法通過采集當前值的方法來形成全臺區(qū)同一時間點的凍結(jié)數(shù)據(jù)。

可見，無論是抄讀某時刻的凍結(jié)值還是抄讀當前值都不能保證數(shù)據(jù)的同步性。電能表彼此時鐘差別越大，凍結(jié)值的時間差別也就越大；臺區(qū)的拓撲結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，中繼級別越深，不同表的“當前時間”差別越大。而時間差別越大，在此時間段內(nèi)用戶負載變化的可能性也就越大，因此無法為深化應(yīng)用提供準確的數(shù)據(jù)材料。

為解決以上為問題，本文提出一種全新的瞬時凍結(jié)技術(shù)來保證采集數(shù)據(jù)的同步性。

2 瞬時凍結(jié)技術(shù)

瞬時凍結(jié)技術(shù)可以實現(xiàn)通信模塊對同一時間點所需任意數(shù)據(jù)項的凍結(jié)及抄讀，理論時間偏差可以控制在10 ms。主要依靠路由組網(wǎng)的中繼級別調(diào)節(jié)采集時間，從而達到較精確的數(shù)據(jù)采集同步。其相對時間調(diào)節(jié)的模式可以保證采集結(jié)果不受表計數(shù)量、臺區(qū)拓撲結(jié)構(gòu)與表計時鐘偏差的影響。

瞬時凍結(jié)實現(xiàn)的技術(shù)關(guān)鍵有兩點，一是電力線載波通信的過零同步，二是根據(jù)路由中繼級別實施的瞬時同步。

2.1 過零同步

電力線載波通信的過零通信模式利用低壓電力線三相交流市電電壓相差120°的特性，如圖1所示，以各相交流市電電壓過零時間點為時間基準進行同步處理，有效進行各相交流市電通信時間的微分劃分，在工頻(50 Hz)的半個周波10 ms時間里，各相交流電均有一個電壓過零時間點，集中器與各載波模塊間進行低壓電力線載波通信時使用各自過零的3.3 ms，利用此時段的低噪特性提高整體的通信成功率；基于過零傳輸載波信號，一個臺區(qū)的低壓電力線載波通信系統(tǒng)便具備了相同的同步基準，其最大誤差僅為3個過零時隙的長度，即半個周波10 ms。

圖1 三相電過零時隙圖

2.2 瞬時凍結(jié)

瞬時凍結(jié)過程由主站發(fā)起，向集中器發(fā)送瞬時凍結(jié)命令，集中器向下經(jīng)過路由、電力線、載波模塊幾個環(huán)節(jié)將命令發(fā)至電能表。電能表載波模塊接收命令，根據(jù)路由組網(wǎng)的實際情況，可以定義為0級中繼接收(直接接收)，1級中繼接收，2級中繼接收，…，n級中繼接收。經(jīng)0級中繼接收到瞬時凍結(jié)命令的載波模塊，需等待經(jīng)1，2，…，n級中繼的載波模塊接收到瞬時凍結(jié)命令后，各級中繼級別載波模塊同時執(zhí)行凍結(jié)命令,如圖2所示。

圖2 瞬時同步等待時間與中繼關(guān)聯(lián)示意圖

路由在發(fā)出的瞬時凍結(jié)命令報文中包含最大轉(zhuǎn)發(fā)級別信息，載波模塊接收到報文后，根據(jù)報文長度以及自身中繼級別，進行采集等待時間計算。到達等待時間載波模塊同時執(zhí)行凍結(jié)命令，向電能表索要所需數(shù)據(jù)，計算過程如下。

由報文長度及通信速率可計算出需要的交流過零個數(shù)，具體算式與速率以及時隙的承載數(shù)據(jù)位數(shù)有關(guān)，這里將此關(guān)系抽象為函數(shù)f(x)，即M=f(L)，可得

t1=M×10=f(L)×10

(1)

經(jīng)n級中繼接收到命令的載波模塊，需等待時間為

T=(N-n)×t1

(2)

式中：L為報文長度；N為最大中繼數(shù)；M為過零點個數(shù)；T為等待時間；t1為單級傳輸時間。

因正確運行的系統(tǒng)中繼級別不會出錯，可見T的理論精確度即為t1的精確度。由式(1)知，報文長度在一次下發(fā)行為中為常數(shù)，函數(shù)f(x)為固定函數(shù)映射，所以t1的誤差為10 ms以內(nèi)。

3 瞬時凍結(jié)參數(shù)的應(yīng)用舉例

隨著人們生活水平不斷提高，家用電器增多，電網(wǎng)負荷不斷增大，引起線路電流增大，因而在線路上損失的電壓增大，到達末端用戶的電壓就會降低。這一問題在農(nóng)村臺區(qū)尤為明顯，為了提高用戶電能質(zhì)量和載波抄表成功率，在配電環(huán)節(jié)對采集系統(tǒng)提出了采集監(jiān)測用戶電壓信息的要求[4]。

電壓監(jiān)測顯然對電壓數(shù)據(jù)的同步性有很高的要求，若采集數(shù)據(jù)時刻有偏差，那么分析結(jié)果將失去意義。利用本文的瞬時凍結(jié)技術(shù)可以靈活召測臺區(qū)用戶電壓同步數(shù)據(jù)，精確定位真實的低電壓用戶，可依據(jù)此數(shù)據(jù)縱向分析臺區(qū)內(nèi)各用戶電壓之間的關(guān)系，以及橫向?qū)Ρ炔煌瑫r間臺區(qū)低電壓用戶出現(xiàn)的頻率，為低電壓臺區(qū)整治工作提供精確豐富的數(shù)據(jù)支持。

現(xiàn)以某供電公司某臺區(qū)為例，采集臺區(qū)內(nèi)67戶用戶表某日零點瞬時凍結(jié)電壓數(shù)據(jù)，瞬時電壓離散點圖如圖3所示，瞬時電壓柱狀圖如圖4所示。

圖3 瞬時電壓離散點圖

圖4 瞬時電壓柱狀圖

此外，該技術(shù)的應(yīng)用還包括：凍結(jié)瞬時電流，獲取臺區(qū)真實的用電情況；凍結(jié)瞬時功率，對供電高峰期的負荷進行統(tǒng)計，并依據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)調(diào)節(jié)供電參數(shù)；凍結(jié)電能表自身參數(shù)，如時鐘等，統(tǒng)計電能表產(chǎn)品性能，及時發(fā)現(xiàn)異常情況；凍結(jié)三相表的分相實時電量作為分相凍結(jié)數(shù)據(jù)，為分相線損的計算提供精確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4 結(jié)束語

依托當前集抄系統(tǒng)穩(wěn)定的通信性能，各種深化應(yīng)用需求變得可能且緊迫。本文提出的瞬時凍結(jié)技術(shù)可以為集抄系統(tǒng)的深化應(yīng)用提供高同步性的基礎(chǔ)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，避免了臺區(qū)拓撲和時鐘偏差等因素對現(xiàn)有技術(shù)的限制。該技術(shù)同步誤差可控制在10 ms以內(nèi)，滿足了各種數(shù)據(jù)分析的同步需求。

[1] 李 楠,屈百達.基于電力線載波與GPRS相結(jié)合的遠程抄表系統(tǒng)[J].電測與儀表,2007,44(9):33-37.

[2] 李榮升, 王 橋, 孫亞男. 淺談用電信息采集系統(tǒng)深化應(yīng)用[J].中國科技博覽, 2015,35(17):282.

[3] 祝 婧, 劉 水, 朱 亮.時鐘同步在用電信息采集系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].電測與儀表, 2016,53(S1): 157-159.

[4] Chang C S, Loh P C. Integration of fault current limiters on power systems for voltage quality improvement[J], Electric power systems research, 2001, 57(2): 83-92.

Research and Application on Instantaneous Freezing Technology of Intelligent Electric Energy Meter in Low Voltage Power Station

GUAN Yan1,WANG Zhibin2,ZHAO Yudong2,WANG Haomiao2,GAO Xiying1

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China;2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

To deepen the application of power centralized meter reading system requirements, this paper proposes instantaneous freezing technology of smart meter is used to provide high synchronicity raw data of electricity information. The key gist and technical details of instantaneous freezing technology is introduced in detail in this paper. This technology overcomes complex topologies of original plan in power station and the restricts of the clock deviation to data synchronization.

instantaneous freezing；synchronicity；low voltage power station；further application；remote meter reading

TM76

A

1004-7913(2017)02-0025-03

關(guān) 艷(1974)，女，高級工程師，主要從事電能計量、用電采集在營銷業(yè)務(wù)中的應(yīng)用研究。

2016-12-22)