梁 捷，梁廣明，黃水蓮

(1.廣西電網(wǎng)有限責任公司計量中心，廣西 南寧 530023；2.南寧百會藥業(yè)集團有限公司，廣西 南寧 530003)

0 引言

為了確保自身用電量和供電可靠性的需求，廣西電網(wǎng)大電力用戶通常采用雙電源或多電源供電方式〔1〕。根據(jù)2018年國家發(fā)改委關于降低一般工商業(yè)電價有關事項的通知，對該類用戶繼續(xù)實行兩部制電價，即電價包括電度電價和基本電價〔2〕。以用戶實際使用電量計收的電費稱為電度電費。按用戶變壓器容量或按最大需量計算的電費稱為基本電費?；倦娰M可理解為客戶需分攤的電網(wǎng)輸配電建設和管理成本。對于變壓器負載率不高的大用戶，通常會選擇更加經(jīng)濟的按最大需量計費的方式。當前需量是指在指定的需量周期內(nèi)某用戶用電功率的平均值，最大需量則是根據(jù)歷史日或月的各需量周期內(nèi)當前需量中的最大值確定。

多回路供電最大需量疊加的原理是根據(jù)各供電線路計量表計獲取各時間片的區(qū)間需量，然后進行代數(shù)疊加。本文針對傳統(tǒng)需量疊加實現(xiàn)方法存在的問題，設計了一種通過計量終端實現(xiàn)最大需量疊加的方案，并通過案例分析驗證了其可行性。

1 需量疊加存在問題分析

1.1 需量疊加問題

對按最大需量計收基本電費的多回路供電的客戶，若通過將結(jié)算周期內(nèi)各供電回路的最大需量簡單相加，不考慮實際的需量發(fā)生時間是否滿足疊加條件，則無法準確的獲取用戶的最大需量。此外，還存在各回路安裝的電能表需量疊加算法一致，但電表時鐘存在誤差。故使得上述直接相加的算法就不能準確獲取用戶最大需量的實際值。

以圖1中的廣西某大電力用戶為例，該用戶通過L1，L2，L3三個回路供電，某月L1，L2，L3回路的最大需量分別為Ct1、Ct2、Ct3，發(fā)生時間分別為t1、t2、t3。若以這三個回路最大需量的代數(shù)和，即Ct1+Ct2+Ct3用于電費結(jié)算，當不滿足t1=t2=t3時，則不能真實反應客戶實際的最大需量。

圖1 三回路供電用戶需量計量示意圖

1.2 傳統(tǒng)需量疊加方案分析

主從表法是目前常見的多回路需量疊加方案之一，其原理是首先選擇其中一個供電回路的需量計量電能表作為需量疊加主表，其他回路的電表作為從表，通過光纖，RS485等通信連接線將各回路表計連接起來〔3〕，如圖2所示。然后通過更新軟件將主從表采集方案寫入各表計。數(shù)據(jù)采集的原理為：首先讀取從表的需量，再通過通信連接線傳送至主表，再調(diào)用主表的處理器資源根據(jù)需量發(fā)生時間將各從表的需量逐點疊加，最后排序獲取總最大需量值并保存，供主站讀取。從而實現(xiàn)了多回路最大需量疊加計量功能。

圖2 需量疊加計量主從表設計方案示意圖

該方法的主要問題為：(1)計量設備校時問題。由于采用多個需量計量表計分別采集，各線路的采集周期與時間點難以準確控制，缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的時鐘管理手段保證負荷數(shù)據(jù)的采集在同一時間點進行。(2)改造成本高。由于需額外加裝主表和各從表之間的二次通信回路，且當各回路的一二次計量回路間的變比不一致時，需對多個電表進行軟件升級。將導致硬件改造和軟件升級成本提高。且電能表的存儲芯片容量比計量終端小，能存儲的需量曲線長度有限。

2 基于IR多層校時策略的需量疊加方案

本文需量疊加方案的思路為：首先下發(fā)需量采集參數(shù)并進行計量終端和電表的校時，接著通過計量終端抄讀用戶各供電回路計量需量電表的的當前有功需量負荷記錄，時間間隔為1分鐘。然后，以計量終端為主體按時間維度累加該用戶各表計的數(shù)據(jù)采集結(jié)果，得到疊加需量曲線，再根據(jù)該曲線的峰值形成日/月有功最大需量的疊加結(jié)果，最后保存結(jié)果，等待上傳主站。主要流程包括參數(shù)下發(fā)，計量終端和電表校時，需量數(shù)據(jù)采集和處理，主站抄讀需量四個階段。

2.1 參數(shù)下發(fā)

該階段由主站對計量終端下發(fā)需量疊加參數(shù)?？紤]到目前需量疊加功能的使用對象主要為大電力用戶和變電站，則涉及該功能的計量終端為負荷管理終端和廠站電能量遠方終端。為了建立需量疊加過程的采集機制和實現(xiàn)過程控制，在南方電網(wǎng)現(xiàn)有計量自動化終端上行通信協(xié)議的基礎上進行數(shù)據(jù)項的擴展，見表1。

表1 上行通信協(xié)議新增數(shù)據(jù)項

為保證多用戶，多回路，不同變比互感器接入式電表的需量能正確疊加，定義表1中的需量疊加參數(shù)，用于配置該過程中的用戶計量分組和每組包含的測量點，以及各測量點的電表地址、CT和PT變比等參數(shù)。例如，有1個用戶需進行需量疊加，則參數(shù)對應位置為1。假設該分組需要對6號測量點(PT變比為1 000，CT為200，表地址為000000000001)和12號測量點(PT變比為100，CT為100，表地址為000000000002)進行需量疊加，計算結(jié)果保存在64號測量點，則需量疊加參數(shù)的配置內(nèi)容如下：

2.2 多層校時策略

為保證需量疊加組內(nèi)各電表的時鐘一致，該階段要求主站每日定時對計量終端進行對時，且終端每日對所轄電表進行遠程校時。由于傳統(tǒng)同步方式為主站每天僅通過計量終端對電表進行一次廣播校時〔4〕。該方式存在的問題是，根據(jù)DL/T 645系列電能表通信協(xié)議的定義，電表與終端在時差5 min之內(nèi)才能校時成功，否則會校時失敗。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)場安裝的電表常因為時鐘電池欠壓，電池SOC模式下受外界干擾〔5〕等原因?qū)е屡c終端時差較大，故傳統(tǒng)校時方案成功率較低。為解決該問題，本文提出一種基于“巡測-復?！?Inspection and recalibration，簡稱IR)的改進校時策略，如圖3。

圖3 “巡測-復?！毙r策略

IR策略的主要流程為：首先，計量主站時鐘每天定時與GPS，北斗衛(wèi)星等基準時鐘進行同步。然后主站對下屬計量終端進行校時，校時完成后，終端立即根據(jù)傳輸時延對所轄所有電表進行廣播校時。傳輸時延的確定方式為：首先從主站下發(fā)帶時標T1的報文給計量終端，T2時終端收到該報文，并在T3時將報文透傳給下屬某電表，然后該電表于T4收到該報文，并在處理完該報文的命令后的T5時刻回復終端，終端T6時收到回復，并于T7時回復主站，主站在T8時接收到終端的回復。則此時可確定主站至電能表的傳輸延時D如式(1)

D=[(T8-T5)+(T4-T1)-(T7-T6)-

(T3-T2)]/2

(1)

其中：(T7-T6)和(T3-T2)分別為計量終端的透傳處理時延。

在傳輸延時確定后，若傳輸延時值的大小可以接受，則電能表執(zhí)行對時命令報文，將自身的時鐘調(diào)整為校時報文發(fā)送時的主站時間+D，并返回應答報文告知主站對時成功。

接著，終端讀取所轄各電表的時鐘，如果終端與電表的時鐘誤差在時鐘異常閾值之外，則：終端通過人工或自動對時策略，對時鐘異常電能表通過點對點方式進行時鐘復校，復校循環(huán)進行直至時鐘恢復正?；虺^最大復校閾值ΔN。若復校失敗，則生成電能表時鐘異常告警并上報至主站，便于主站運維人員即時發(fā)現(xiàn)和處理該問題。ΔN的作用是在時鐘復校循環(huán)進行過程中限制任務執(zhí)行時間，避免在時鐘無法恢復正常時陷入死循環(huán)。該值一般根據(jù)業(yè)務需求確定，本文試點的預設值為5 min。該值設置得越大則等待時間越長。

2.3 需量數(shù)據(jù)采集和處理

計量終端在每日過零點時根據(jù)設定的采集間隔讀取電表上一日有功需量的負荷記錄，然后累加計算形成上一日的日有功最大需量的疊加結(jié)果。每月過零點時根據(jù)上月每日的疊加結(jié)果形成上月的月有功最大需量的疊加結(jié)果。

由于所需需量數(shù)據(jù)采集密度為1 min，頻率較高，為提高數(shù)據(jù)采集完整性，終端需建立補采機制和缺點補數(shù)機制。補采機制：1)當日在疊加需量之前至少對上一日缺失的數(shù)據(jù)進行一次補采。2)主站下發(fā)3.1節(jié)所述的需量疊加參數(shù)后，終端應立即執(zhí)行抄讀當前有功需量負荷記錄命令，并在隔天進行計算。缺點補數(shù)機制：1)疊加日有功最大需量時，若抄讀的當前有功需量負荷記錄連續(xù)缺點超過指定值，則計算時，終端以最近一個當前有功需量值進行填補，并將計算結(jié)果打上異常標識。2)疊加月有功最大需量時，該數(shù)據(jù)項的異常標識應與該月結(jié)算日的日有功最大需量異常標識位保持一致。3)為便于數(shù)據(jù)核對，終端至少應存儲指定天數(shù)的疊加組各電表的當前需量負荷記錄。對于缺數(shù)補點值，只用于計算中，負荷記錄存儲按實際采集的值進行存儲。

2.4 主站抄讀量值

計量主站根據(jù)表2定義的數(shù)據(jù)項每天定時抄讀上一日的日有功最大需量的負荷記錄和疊加結(jié)果，每月過零點抄讀上一月的月有功最大需量的疊加結(jié)果。

表2 需量疊加參數(shù)配置實例

3 案例分析

為比較本文方法與傳統(tǒng)方法的效果，以圖1中的廣西某經(jīng)營金屬加工的專變大用戶為例，該用戶歷年的年用電量約3.5億kW·h，三回路電源供電，已安裝主從表需量采集方案。試驗時間為2019年7月～12月，不同方法所得需量數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同方法所得需量數(shù)據(jù)

以2019年9月為例，表3中，統(tǒng)計法是指通過對計量主站獲取的需量數(shù)據(jù)進行人工分析并進行需量疊加計算。即首先從主站獲取該用戶當月三條供電線路各自的需量曲線，該曲線上的各點的值為計量點需量周期內(nèi)的功率平均值。計量主站支持的數(shù)據(jù)密度為1 h。然后將該曲線上各數(shù)據(jù)點的需量值按時標疊加，得到疊加曲線，最后確定該曲線上的最大需量值及其出現(xiàn)時間。統(tǒng)計法的結(jié)果為，疊加后需量的最大值出現(xiàn)在9月02日21:00至9月02日22:00，對應的最大需量二次值為0.8 533 kW。

按主從表法直接從該用戶三條供電回路安裝的電表中讀取的結(jié)果為：疊加后的最大需量二次值為0.8 600 kW，出現(xiàn)在2019年09月02日21:19。從主表讀取出的最大需量疊加值的與統(tǒng)計法結(jié)果的數(shù)值相近，偏差約為8 %，發(fā)生時間也落在統(tǒng)計法對應的時間段內(nèi)。這是由于統(tǒng)計法的采集間隔較大，為1 h，而主從表法的采集間隔較小，為1 min。兩者采集到的最大需量值的發(fā)生時間不一致，故最大需量值也不等。此外，主從表法與統(tǒng)計法之間均為正偏差，這是由于主從表法的時間顆粒度較細，故能更準確的定位在需量峰值的發(fā)生時間，故通常能獲取比統(tǒng)計法更大的需量值。

本文方法通過計量終端形成需量疊加結(jié)果。以9月的數(shù)據(jù)為例，相關數(shù)據(jù)采集報文如下：

1)主站發(fā)至終端的報文：

68 1D 00 1D 00 68 4B 00 07 45 C6 E5 12 02 0D 62 80 01 01 00 05 01 20 19 09 00 00 00 20 19 10 00 00 00 07 47 16

主要內(nèi)容解析：

01 00 05 01 /數(shù)據(jù)標識，月凍結(jié)正向有功最大需量及發(fā)生時間

20 19 09 00 00 00 /起始時間

20 19 10 00 00 00 /結(jié)束時間

07 /數(shù)據(jù)密度，1個月

2)終端回復主站的報文：

68 2F 00 2F 00 68 88 00 07 45 C6 E5 12 02 0D 62 80 01 01 00 05 01 00 02 00 00 00 86 00 00 19 21 02 09 19 00 00 24 63 00 00 00 00 76 22 00 00 20 19 09 03 00 00 2C 16

主要內(nèi)容解析：

01 00 05 01 /數(shù)據(jù)標識，月凍結(jié)正向有功最大需量及發(fā)生時間

00 /數(shù)據(jù)異常標識，00表示數(shù)據(jù)無異常

02 /需量疊加組的測量點數(shù)量為2

00 00 00 86 00 00 19 21 02 09 19 /月凍結(jié)疊加正向有功總最大需量及發(fā)生時間

00 00 24 63 00 00 /疊加組內(nèi)表1月凍結(jié)疊加正向有功總最大需量值，為0.6 324

00 00 76 22 00 00 /疊加組內(nèi)表2月凍結(jié)疊加正向有功總最大需量值，為0.2 276

20 19 09 03 00 00 /數(shù)據(jù)采集時間

由上述報文可知，計量主站從終端獲取月凍結(jié)需量數(shù)據(jù)的過程為：首先由主站發(fā)送報文至終端，該報文按歷史月數(shù)據(jù)的幀格式請求月凍結(jié)正向有功最大需量及發(fā)生時間數(shù)據(jù)項，時間范圍為2019年9月至10月。然后，終端回復主站疊加組月最大需量值為0.8 600 kW，對應的發(fā)生時間為2020年9月2日21時19分，與主從表法的結(jié)果一致。從7月～12月方法①③的偏差來看，該時期本文方法的最大需量疊加值與主從表法的偏差不超過4 %，比統(tǒng)計法更準確。存在偏差是由于計量終端是在跨日/月過零點時對電表的需量曲線進行采集，由于該曲線數(shù)據(jù)密度高，每日有1 440個數(shù)據(jù)點，數(shù)據(jù)量較大，在傳輸過程中易受干擾導致數(shù)據(jù)缺點，另一方面，需量曲線由于數(shù)據(jù)量大通常分幀傳輸，其采集和數(shù)據(jù)處理時間又常與凍結(jié)數(shù)據(jù)沖突，終端收到電表發(fā)送的需量數(shù)據(jù)時若無暇處理可能會棄幀造成該幀數(shù)據(jù)丟失。

為說明本文方法的特點和優(yōu)勢，表4將方法①～③的三個評價指標進行比較。由表4可見，方法①由于需額外更換電能表和加裝表計二次回路，故設備投資成本高，僅適用于結(jié)算臺區(qū)和計量點較少的情況。從本節(jié)三種方法所得需量數(shù)據(jù)的偏差來看，這些方法所得結(jié)果的準確性接近，偏差都不大，準確性基本滿足實際電費結(jié)算需求。然而，本文方法②和方法①主從表法相比，無需額外更換電能表和加裝二次回路，僅需對計量終端和電能表進行軟件升級，故成本較主從表法低，且疊加計算過程由分散在各臺區(qū)的計量終端執(zhí)行，計量主站直接讀取需量統(tǒng)計值，統(tǒng)計工作量小。方法③需對計量主站獲取的需量數(shù)據(jù)進行人工分析并進行需量疊加計算，不僅需對電能表進行軟件升級，還將各臺區(qū)大量的人工統(tǒng)計工作量集中到計量主站，增大了主站的業(yè)務壓力。故綜合來看，本文方法實用性較好。

表4 不同方法的優(yōu)劣比較

4 結(jié)論

設計了一種通過計量終端實現(xiàn)最大需量疊加的方案。并通過IR多層校時策略有針對性的單點校時，提高了表計時鐘和需量采集的準確性。案例分析表明，本文方法與主從表法所得月最大需量疊加結(jié)果的偏差較小，對多回路供電用戶的最大需量計量有較高的準確性。本文方案的應用是對科學、公平的計量多回路供電大電力用戶的需量做出的探索。此外，計量終端雖然不是計量器具，但只要證明其采集的月最大需量數(shù)據(jù)能溯源至相關計量電表即可滿足國家對需量結(jié)算規(guī)定的要求。但該證明過程目前未有完善的解決方案，由此引發(fā)的計量糾紛如何解決仍需進一步分析和研究。