李銘凱， 張緣， 李蕊， 張艷研， 段大鵬

(國網(wǎng)北京電力科學(xué)研究院， 北京 100162)

0 引言

電能計量受裝置的計量性能、環(huán)境溫度、電磁場干擾等因素影響[1]，容易對電能計量裝置運行的穩(wěn)定性造成影響。電能計量裝置運行的穩(wěn)定性是保證計量正確的關(guān)鍵，因此需對電能計量裝置進(jìn)行定期的現(xiàn)場檢驗維護(hù)，才能保證電能計量表所計量數(shù)值的正確性和可靠性[2]。馮凌等[3]設(shè)計了高壓電能計量裝置現(xiàn)場校驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于射頻同步技術(shù)，實現(xiàn)了現(xiàn)場校驗誤差測量。MANASAKI等[4]通過現(xiàn)場研究和模型模擬選擇最佳技術(shù)，但是由于電能計量裝置中智能電表數(shù)據(jù)種類繁多、數(shù)量龐大，而且隨著用電信息采集系統(tǒng)中收集到的相關(guān)信息逐漸增多，導(dǎo)致數(shù)據(jù)增長速度過快，增加檢驗難度。

針對計量裝置大數(shù)據(jù)的特殊性，采用以Hadoop框架為代表的現(xiàn)場檢驗方法，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分布式存儲和計算，但是由于這些數(shù)據(jù)的時效性要求較高，無法實現(xiàn)精準(zhǔn)檢驗。因此，提出基于DDC的電能計量裝置現(xiàn)場檢驗方法。

1 電能計量裝置現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理

隨著社會經(jīng)濟(jì)和科技技術(shù)的快速發(fā)展，社會各行各業(yè)用電量不斷增大，各種智能家居產(chǎn)品和智能交通工具也增加了用電量，使電量數(shù)據(jù)快速增長[5]。為有效管理和計量電量數(shù)據(jù)，采用智能電表和傳感器的先進(jìn)技術(shù)，利用電網(wǎng)通信、數(shù)據(jù)采集等技術(shù)，作為電能計量裝置的采集系統(tǒng)，進(jìn)行電量數(shù)據(jù)的計量[6]。通過計量裝置相關(guān)數(shù)據(jù)增長的速度，進(jìn)行分析研究[7]。

電能計量裝置相關(guān)特點如表1所示。

表1 電能計量裝置相關(guān)特點

根據(jù)數(shù)據(jù)形成的特點，電能計量裝置在現(xiàn)場處理過程中應(yīng)采取的處理流程如圖1所示。

圖1 電能計量裝置現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理流程

現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢驗過程中，應(yīng)對電能裝置的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析，根據(jù)近期數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)之間的特點進(jìn)行分析判斷[8]。當(dāng)發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在異常情況時，應(yīng)對計量裝置的通信、電壓、電流等各個方面的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)行數(shù)據(jù)異常特征值的計算，確定數(shù)據(jù)是否正常[9]。如果電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)的計算結(jié)果超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，就可以判斷計量裝置出現(xiàn)異常，需對異常情況進(jìn)行定義或記錄，為處理電能計量裝置異常工作提供依據(jù)[10]。

2 基于DDC的電能計量裝置現(xiàn)場檢驗

DDC即采用直接數(shù)字控制技術(shù)，將電能計量裝置現(xiàn)場的各種信號，通過輸入裝置輸入傳輸設(shè)備，按照預(yù)先編制好的程序進(jìn)行運算處理，而后將處理后的信號通過裝置輸出再傳遞到控制執(zhí)行器。

現(xiàn)場檢驗電能計量裝置主要針對裝置的配變關(guān)口、互感器負(fù)荷和計量箱進(jìn)行檢驗，依據(jù)DDC對電能計量存在的誤差，裝置的運行狀態(tài)是否穩(wěn)定等進(jìn)行檢驗，以便更好地掌握和管理電能計量裝置的工作狀態(tài)[11]。DDC實現(xiàn)過程如圖2所示。

圖2 DDC實現(xiàn)過程

2.1 配變關(guān)口現(xiàn)場檢驗

在配變關(guān)口現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程中，可根據(jù)表1所示數(shù)據(jù)特點，輔助現(xiàn)場檢驗做出合理合法判斷。配變關(guān)口現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程如圖3所示。

圖3 配變關(guān)口現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程

通過配變關(guān)口現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程，對配變關(guān)口進(jìn)行現(xiàn)場檢驗。

(1) 現(xiàn)場檢驗的前期準(zhǔn)備工作

在DDC的支持下，對電能計量裝置現(xiàn)場檢驗工作開始之前，應(yīng)提前對測量儀器進(jìn)行檢查，以保證檢測儀器能夠進(jìn)行正常的檢測工作[12]。在配變關(guān)口現(xiàn)場檢驗過程中，電能計量裝置必須處于負(fù)載的狀態(tài)下才能進(jìn)行檢驗工作。如果電能計量裝置因特殊條件或其他因素造成無法正常啟動，可以采用便攜式發(fā)生器生成虛擬負(fù)載后作為替代負(fù)載的檢驗方法[13]。

(2) 現(xiàn)場檢測時誤差值確定

電能計量裝置配變關(guān)口的現(xiàn)場檢驗過程中采用的是綜合檢測法。通過現(xiàn)場檢驗儀器接收到的電流互感器的變比、電壓、電流的綜合數(shù)據(jù)，進(jìn)行一次功率的檢測[14]。為防止互感器裝置與二次接線過程中出現(xiàn)誤差值，還需進(jìn)行一次功率的二次折算，避免造成電能表產(chǎn)生誤差。當(dāng)檢測結(jié)果誤差值合格時，表示該電能計量裝置配變關(guān)口符合使用范圍，如果檢測誤差值超出合格標(biāo)準(zhǔn)，則表示該電能計量裝置配變關(guān)口發(fā)生異常[15]。

2.2 互感器負(fù)荷現(xiàn)場檢驗

互感器的二次負(fù)荷大于實際負(fù)荷，就會導(dǎo)致互感器出現(xiàn)大概率的超差狀態(tài)。電能計量裝置在現(xiàn)場檢測過程中，會經(jīng)常發(fā)生輕負(fù)荷狀態(tài)，造成互感器異常。隨著電力系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)展，采用微機(jī)技術(shù)的保護(hù)手段，提高二次負(fù)載的穩(wěn)定性，有效避免互感器存在的二次負(fù)荷較輕的問題。

互感器負(fù)荷現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程如圖4所示。

圖4 互感器負(fù)荷現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程

二次負(fù)載出現(xiàn)頻率較高，主要是由于互感器的二次截面較大造成的。為避免互感器在二次負(fù)載檢測過程中出現(xiàn)超差狀態(tài)，應(yīng)對設(shè)備的實際情況、負(fù)載性能進(jìn)行考量，并對二次導(dǎo)線距離長短、截面大小進(jìn)行科學(xué)合理的設(shè)計，防止互感器在二次負(fù)載檢測過程中出現(xiàn)輕負(fù)荷的現(xiàn)象。在進(jìn)行現(xiàn)場互感器負(fù)荷狀態(tài)的檢驗過程中，對實際的負(fù)載與額定負(fù)荷差進(jìn)行檢測：如果檢驗結(jié)果不存在明顯差值，表示符合負(fù)載條件；如果檢測結(jié)果差值較為明顯，則需進(jìn)行模擬實驗的方式進(jìn)一步確定，確保互感器超差狀態(tài)檢測的正確性。

2.3 計量箱現(xiàn)場檢驗

考慮到計量箱結(jié)構(gòu)特點，檢驗過程中不僅要對其內(nèi)部各計量設(shè)備進(jìn)行測量，同時還應(yīng)檢查計量箱的安裝是否牢固，確保計量箱的穩(wěn)定運行。在電能計量的綜合檢測過程中，不僅可以保證數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確性，還對數(shù)據(jù)信息的安全采取相應(yīng)的保護(hù)措施。信息隱藏模型如圖5所示。

圖5 信息隱藏模型

在DDC支持下，信息隱藏技術(shù)保證了信息傳輸?shù)陌踩?。由于信息中存在許多秘密信息，為防止信息在傳輸過程中出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，采取對秘密信息進(jìn)行隱藏，并利用載體信息的傳輸方式，把秘密信息隱藏在公開的信息中進(jìn)行傳輸。這種具有強(qiáng)化保護(hù)的信息隱藏技術(shù)，不僅提高了信息傳輸?shù)陌踩?，還增加了信息傳輸?shù)目煽啃院透咝浴?/p>

3 實驗

對于基于DDC的電能計量裝置現(xiàn)場檢驗方法的驗證，選擇在多維度數(shù)據(jù)平臺上進(jìn)行實驗驗證分析。

3.1 實驗平臺搭建

在實驗平臺上搭建一個由5臺計算機(jī)組成的集群，進(jìn)行電能計量裝置信息分析。實驗平臺搭建如圖6所示。

圖6 實驗平臺

由圖6實驗平臺可知，此次實驗選擇兩臺主機(jī)；其中：一臺處于主節(jié)點狀態(tài)，負(fù)責(zé)文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)任務(wù)調(diào)度；另一臺處于從節(jié)點狀態(tài)，保證更加可靠。

3.2 實驗結(jié)果與分析

設(shè)置2種實驗環(huán)境，分別是電能計量表在使用過程中出現(xiàn)故障和無故障兩種情況[3]，將基于Pauli算符和比特旋轉(zhuǎn)的單量子門簽名方案與基于DDC檢驗方法的檢驗精準(zhǔn)度進(jìn)行對比分析。

(1) 無故障

無故障情況下，將兩種方法檢驗精準(zhǔn)度進(jìn)行對比分析，結(jié)果如圖7所示。

圖7 無故障情況下兩種方法檢驗精準(zhǔn)度

由圖7可知：隨著檢驗時間不斷增加，2種方法檢驗精準(zhǔn)度都隨之降低，但基于DDC檢驗方法的檢驗精準(zhǔn)度始終高于85%，而文獻(xiàn)[3]方法檢驗精準(zhǔn)度始終低于50%。因此，在無故障情況下，基于DDC檢驗方法檢驗精準(zhǔn)度比文獻(xiàn)[3]方法要高，其主要原因是本文方法在檢驗時，結(jié)合DDC技術(shù)，模擬現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程，提高現(xiàn)場檢驗精度。

(2) 有故障

有故障情況下，將2種方法檢驗精準(zhǔn)度進(jìn)行對比分析，結(jié)果如表2所示。

表2 有故障情況下2種方法檢驗精準(zhǔn)度

由表2可知：采用文獻(xiàn)[3]方法在電度表故障情況下，檢驗精準(zhǔn)度最高為41%；基于DDC檢驗方法在互感器故障情況下，檢驗精準(zhǔn)度達(dá)到最高為88%。采用文獻(xiàn)[3]方法在電能計量柜、電壓計量器故障情況下，檢驗精準(zhǔn)度最低為32%；基于DDC檢驗方法在電能計量柜故障情況下，檢驗精準(zhǔn)度達(dá)到最低為80%。因此，在上述故障情況下，基于DDC檢驗方法檢驗精準(zhǔn)度比文獻(xiàn)[3]方法要高，其主要原因是本文方法設(shè)計互感器負(fù)荷現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程，在DDC支持下，實現(xiàn)現(xiàn)場檢驗，將干擾信息進(jìn)行隱藏，降低了電子計量裝置現(xiàn)場檢驗誤差。

4 總結(jié)

在DDC支持下，電能計量裝置現(xiàn)場檢驗采取誤差測試方式，提高了檢測的精準(zhǔn)性和高效率。對電能計量裝置應(yīng)加強(qiáng)管理，做好定期檢查、維護(hù)和防竊等一系列保護(hù)措施，避免外界環(huán)境對計量裝置造成破壞，確保電能計量裝置運行的穩(wěn)定性和安全性。在現(xiàn)場檢測過程中，由于設(shè)備類型和運行狀態(tài)等存在的不確定因素，因此，在實際檢測中，應(yīng)根據(jù)要檢測的計量裝置的具體類型和運行環(huán)境，采取相應(yīng)的檢查儀器和檢測方法，以提高檢測效率和準(zhǔn)確率。