基于IR多層校時(shí)策略的多回路需量疊加技術(shù)應(yīng)用

梁 捷，梁廣明，黃水蓮

(1.廣西電網(wǎng)有限責(zé)任公司計(jì)量中心，廣西 南寧 530023；2.南寧百會(huì)藥業(yè)集團(tuán)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(guó)家發(fā)改委關(guān)于降低一般工商業(yè)電價(jià)有關(guān)事項(xiàng)的通知，對(duì)該類用戶繼續(xù)實(shí)行兩部制電價(jià)，即電價(jià)包括電度電價(jià)和基本電價(jià)〔2〕。以用戶實(shí)際使用電量計(jì)收的電費(fèi)稱為電度電費(fèi)。按用戶變壓器容量或按最大需量計(jì)算的電費(fèi)稱為基本電費(fèi)?；倦娰M(fèi)可理解為客戶需分?jǐn)偟碾娋W(wǎng)輸配電建設(shè)和管理成本。對(duì)于變壓器負(fù)載率不高的大用戶，通常會(huì)選擇更加經(jīng)濟(jì)的按最大需量計(jì)費(fèi)的方式。當(dāng)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(dāng)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(jì)量表計(jì)獲取各時(shí)間片的區(qū)間需量，然后進(jìn)行代數(shù)疊加。本文針對(duì)傳統(tǒng)需量疊加實(shí)現(xiàn)方法存在的問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種通過(guò)計(jì)量終端實(shí)現(xiàn)最大需量疊加的方案，并通過(guò)案例分析驗(yàn)證了其可行性。

1 需量疊加存在問(wèn)題分析

1.1 需量疊加問(wèn)題

對(duì)按最大需量計(jì)收基本電費(fèi)的多回路供電的客戶，若通過(guò)將結(jié)算周期內(nèi)各供電回路的最大需量簡(jiǎn)單相加，不考慮實(shí)際的需量發(fā)生時(shí)間是否滿足疊加條件，則無(wú)法準(zhǔn)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(shí)鐘存在誤差。故使得上述直接相加的算法就不能準(zhǔn)確獲取用戶最大需量的實(shí)際值。

以圖1中的廣西某大電力用戶為例，該用戶通過(guò)L1，L2，L3三個(gè)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(shí)間分別為t1、t2、t3。若以這三個(gè)回路最大需量的代數(shù)和，即Ct1+Ct2+Ct3用于電費(fèi)結(jié)算，當(dāng)不滿足t1=t2=t3時(shí)，則不能真實(shí)反應(yīng)客戶實(shí)際的最大需量。

圖1 三回路供電用戶需量計(jì)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(jiàn)的多回路需量疊加方案之一，其原理是首先選擇其中一個(gè)供電回路的需量計(jì)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(guò)光纖，RS485等通信連接線將各回路表計(jì)連接起來(lái)〔3〕，如圖2所示。然后通過(guò)更新軟件將主從表采集方案寫入各表計(jì)。數(shù)據(jù)采集的原理為：首先讀取從表的需量，再通過(guò)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(shí)間將各從表的需量逐點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了多回路最大需量疊加計(jì)量功能。

圖2 需量疊加計(jì)量主從表設(shè)計(jì)方案示意圖

該方法的主要問(wèn)題為：(1)計(jì)量設(shè)備校時(shí)問(wèn)題。由于采用多個(gè)需量計(jì)量表計(jì)分別采集，各線路的采集周期與時(shí)間點(diǎn)難以準(zhǔn)確控制，缺乏統(tǒng)一、規(guī)范的時(shí)鐘管理手段保證負(fù)荷數(shù)據(jù)的采集在同一時(shí)間點(diǎn)進(jìn)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(dāng)各回路的一二次計(jì)量回路間的變比不一致時(shí)，需對(duì)多個(gè)電表進(jìn)行軟件升級(jí)。將導(dǎo)致硬件改造和軟件升級(jí)成本提高。且電能表的存儲(chǔ)芯片容量比計(jì)量終端小，能存儲(chǔ)的需量曲線長(zhǎng)度有限。

2 基于IR多層校時(shí)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(jìn)行計(jì)量終端和電表的校時(shí)，接著通過(guò)計(jì)量終端抄讀用戶各供電回路計(jì)量需量電表的的當(dāng)前有功需量負(fù)荷記錄，時(shí)間間隔為1分鐘。然后，以計(jì)量終端為主體按時(shí)間維度累加該用戶各表計(jì)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(jì)量終端和電表校時(shí)，需量數(shù)據(jù)采集和處理，主站抄讀需量四個(gè)階段。

2.1 參數(shù)下發(fā)

該階段由主站對(duì)計(jì)量終端下發(fā)需量疊加參數(shù)。考慮到目前需量疊加功能的使用對(duì)象主要為大電力用戶和變電站，則涉及該功能的計(jì)量終端為負(fù)荷管理終端和廠站電能量遠(yuǎn)方終端。為了建立需量疊加過(guò)程的采集機(jī)制和實(shí)現(xiàn)過(guò)程控制，在南方電網(wǎng)現(xiàn)有計(jì)量自動(dòng)化終端上行通信協(xié)議的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)據(jù)項(xiàng)的擴(kuò)展，見(jiàn)表1。

表1 上行通信協(xié)議新增數(shù)據(jù)項(xiàng)

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(guò)程中的用戶計(jì)量分組和每組包含的測(cè)量點(diǎn)，以及各測(cè)量點(diǎn)的電表地址、CT和PT變比等參數(shù)。例如，有1個(gè)用戶需進(jìn)行需量疊加，則參數(shù)對(duì)應(yīng)位置為1。假設(shè)該分組需要對(duì)6號(hào)測(cè)量點(diǎn)(PT變比為1 000，CT為200，表地址為000000000001)和12號(hào)測(cè)量點(diǎn)(PT變比為100，CT為100，表地址為000000000002)進(jìn)行需量疊加，計(jì)算結(jié)果保存在64號(hào)測(cè)量點(diǎn)，則需量疊加參數(shù)的配置內(nèi)容如下：

2.2 多層校時(shí)策略

為保證需量疊加組內(nèi)各電表的時(shí)鐘一致，該階段要求主站每日定時(shí)對(duì)計(jì)量終端進(jìn)行對(duì)時(shí)，且終端每日對(duì)所轄電表進(jìn)行遠(yuǎn)程校時(shí)。由于傳統(tǒng)同步方式為主站每天僅通過(guò)計(jì)量終端對(duì)電表進(jìn)行一次廣播校時(shí)〔4〕。該方式存在的問(wèn)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(shí)差5 min之內(nèi)才能校時(shí)成功，否則會(huì)校時(shí)失敗。據(jù)調(diào)查，現(xiàn)場(chǎng)安裝的電表常因?yàn)闀r(shí)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(shí)差較大，故傳統(tǒng)校時(shí)方案成功率較低。為解決該問(wèn)題，本文提出一種基于“巡測(cè)-復(fù)校”(Inspection and recalibration，簡(jiǎn)稱IR)的改進(jìn)校時(shí)策略，如圖3。

圖3 “巡測(cè)-復(fù)?！毙r(shí)策略

IR策略的主要流程為：首先，計(jì)量主站時(shí)鐘每天定時(shí)與GPS，北斗衛(wèi)星等基準(zhǔn)時(shí)鐘進(jìn)行同步。然后主站對(duì)下屬計(jì)量終端進(jìn)行校時(shí)，校時(shí)完成后，終端立即根據(jù)傳輸時(shí)延對(duì)所轄所有電表進(jìn)行廣播校時(shí)。傳輸時(shí)延的確定方式為：首先從主站下發(fā)帶時(shí)標(biāo)T1的報(bào)文給計(jì)量終端，T2時(shí)終端收到該報(bào)文，并在T3時(shí)將報(bào)文透?jìng)鹘o下屬某電表，然后該電表于T4收到該報(bào)文，并在處理完該報(bào)文的命令后的T5時(shí)刻回復(fù)終端，終端T6時(shí)收到回復(fù)，并于T7時(shí)回復(fù)主站，主站在T8時(shí)接收到終端的回復(fù)。則此時(shí)可確定主站至電能表的傳輸延時(shí)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(jì)量終端的透?jìng)魈幚頃r(shí)延。

在傳輸延時(shí)確定后，若傳輸延時(shí)值的大小可以接受，則電能表執(zhí)行對(duì)時(shí)命令報(bào)文，將自身的時(shí)鐘調(diào)整為校時(shí)報(bào)文發(fā)送時(shí)的主站時(shí)間+D，并返回應(yīng)答報(bào)文告知主站對(duì)時(shí)成功。

接著，終端讀取所轄各電表的時(shí)鐘，如果終端與電表的時(shí)鐘誤差在時(shí)鐘異常閾值之外，則：終端通過(guò)人工或自動(dòng)對(duì)時(shí)策略，對(duì)時(shí)鐘異常電能表通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)方式進(jìn)行時(shí)鐘復(fù)校，復(fù)校循環(huán)進(jìn)行直至?xí)r鐘恢復(fù)正?；虺^(guò)最大復(fù)校閾值ΔN。若復(fù)校失敗，則生成電能表時(shí)鐘異常告警并上報(bào)至主站，便于主站運(yùn)維人員即時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理該問(wèn)題。ΔN的作用是在時(shí)鐘復(fù)校循環(huán)進(jìn)行過(guò)程中限制任務(wù)執(zhí)行時(shí)間，避免在時(shí)鐘無(wú)法恢復(fù)正常時(shí)陷入死循環(huán)。該值一般根據(jù)業(yè)務(wù)需求確定，本文試點(diǎn)的預(yù)設(shè)值為5 min。該值設(shè)置得越大則等待時(shí)間越長(zhǎng)。

2.3 需量數(shù)據(jù)采集和處理

計(jì)量終端在每日過(guò)零點(diǎn)時(shí)根據(jù)設(shè)定的采集間隔讀取電表上一日有功需量的負(fù)荷記錄，然后累加計(jì)算形成上一日的日有功最大需量的疊加結(jié)果。每月過(guò)零點(diǎn)時(shí)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(bǔ)采機(jī)制和缺點(diǎn)補(bǔ)數(shù)機(jī)制。補(bǔ)采機(jī)制：1)當(dāng)日在疊加需量之前至少對(duì)上一日缺失的數(shù)據(jù)進(jìn)行一次補(bǔ)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(yīng)立即執(zhí)行抄讀當(dāng)前有功需量負(fù)荷記錄命令，并在隔天進(jìn)行計(jì)算。缺點(diǎn)補(bǔ)數(shù)機(jī)制：1)疊加日有功最大需量時(shí)，若抄讀的當(dāng)前有功需量負(fù)荷記錄連續(xù)缺點(diǎn)超過(guò)指定值，則計(jì)算時(shí)，終端以最近一個(gè)當(dāng)前有功需量值進(jìn)行填補(bǔ)，并將計(jì)算結(jié)果打上異常標(biāo)識(shí)。2)疊加月有功最大需量時(shí)，該數(shù)據(jù)項(xiàng)的異常標(biāo)識(shí)應(yīng)與該月結(jié)算日的日有功最大需量異常標(biāo)識(shí)位保持一致。3)為便于數(shù)據(jù)核對(duì)，終端至少應(yīng)存儲(chǔ)指定天數(shù)的疊加組各電表的當(dāng)前需量負(fù)荷記錄。對(duì)于缺數(shù)補(bǔ)點(diǎn)值，只用于計(jì)算中，負(fù)荷記錄存儲(chǔ)按實(shí)際采集的值進(jìn)行存儲(chǔ)。

2.4 主站抄讀量值

計(jì)量主站根據(jù)表2定義的數(shù)據(jù)項(xiàng)每天定時(shí)抄讀上一日的日有功最大需量的負(fù)荷記錄和疊加結(jié)果，每月過(guò)零點(diǎn)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(shí)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(yíng)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(yàn)時(shí)間為2019年7月～12月，不同方法所得需量數(shù)據(jù)見(jiàn)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(jì)法是指通過(guò)對(duì)計(jì)量主站獲取的需量數(shù)據(jù)進(jìn)行人工分析并進(jìn)行需量疊加計(jì)算。即首先從主站獲取該用戶當(dāng)月三條供電線路各自的需量曲線，該曲線上的各點(diǎn)的值為計(jì)量點(diǎn)需量周期內(nèi)的功率平均值。計(jì)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(diǎn)的需量值按時(shí)標(biāo)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(shí)間。統(tǒng)計(jì)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(duì)應(yīng)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(jì)法結(jié)果的數(shù)值相近，偏差約為8 %，發(fā)生時(shí)間也落在統(tǒng)計(jì)法對(duì)應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)。這是由于統(tǒng)計(jì)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(shí)間不一致，故最大需量值也不等。此外，主從表法與統(tǒng)計(jì)法之間均為正偏差，這是由于主從表法的時(shí)間顆粒度較細(xì)，故能更準(zhǔn)確的定位在需量峰值的發(fā)生時(shí)間，故通常能獲取比統(tǒng)計(jì)法更大的需量值。

本文方法通過(guò)計(jì)量終端形成需量疊加結(jié)果。以9月的數(shù)據(jù)為例，相關(guān)數(shù)據(jù)采集報(bào)文如下：

1)主站發(fā)至終端的報(bào)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(biāo)識(shí)，月凍結(jié)正向有功最大需量及發(fā)生時(shí)間

20 19 09 00 00 00 /起始時(shí)間

20 19 10 00 00 00 /結(jié)束時(shí)間

07 /數(shù)據(jù)密度，1個(gè)月

2)終端回復(fù)主站的報(bào)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(biāo)識(shí)，月凍結(jié)正向有功最大需量及發(fā)生時(shí)間

00 /數(shù)據(jù)異常標(biāo)識(shí)，00表示數(shù)據(jù)無(wú)異常

02 /需量疊加組的測(cè)量點(diǎn)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(shí)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(shí)間

由上述報(bào)文可知，計(jì)量主站從終端獲取月凍結(jié)需量數(shù)據(jù)的過(guò)程為：首先由主站發(fā)送報(bào)文至終端，該報(bào)文按歷史月數(shù)據(jù)的幀格式請(qǐng)求月凍結(jié)正向有功最大需量及發(fā)生時(shí)間數(shù)據(jù)項(xiàng)，時(shí)間范圍為2019年9月至10月。然后，終端回復(fù)主站疊加組月最大需量值為0.8 600 kW，對(duì)應(yīng)的發(fā)生時(shí)間為2020年9月2日21時(shí)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(lái)看，該時(shí)期本文方法的最大需量疊加值與主從表法的偏差不超過(guò)4 %，比統(tǒng)計(jì)法更準(zhǔn)確。存在偏差是由于計(jì)量終端是在跨日/月過(guò)零點(diǎn)時(shí)對(duì)電表的需量曲線進(jìn)行采集，由于該曲線數(shù)據(jù)密度高，每日有1 440個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，數(shù)據(jù)量較大，在傳輸過(guò)程中易受干擾導(dǎo)致數(shù)據(jù)缺點(diǎn)，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(shí)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(shí)若無(wú)暇處理可能會(huì)棄幀造成該幀數(shù)據(jù)丟失。

為說(shuō)明本文方法的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，表4將方法①～③的三個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行比較。由表4可見(jiàn)，方法①由于需額外更換電能表和加裝表計(jì)二次回路，故設(shè)備投資成本高，僅適用于結(jié)算臺(tái)區(qū)和計(jì)量點(diǎn)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(lái)看，這些方法所得結(jié)果的準(zhǔn)確性接近，偏差都不大，準(zhǔn)確性基本滿足實(shí)際電費(fèi)結(jié)算需求。然而，本文方法②和方法①主從表法相比，無(wú)需額外更換電能表和加裝二次回路，僅需對(duì)計(jì)量終端和電能表進(jìn)行軟件升級(jí)，故成本較主從表法低，且疊加計(jì)算過(guò)程由分散在各臺(tái)區(qū)的計(jì)量終端執(zhí)行，計(jì)量主站直接讀取需量統(tǒng)計(jì)值，統(tǒng)計(jì)工作量小。方法③需對(duì)計(jì)量主站獲取的需量數(shù)據(jù)進(jìn)行人工分析并進(jìn)行需量疊加計(jì)算，不僅需對(duì)電能表進(jìn)行軟件升級(jí)，還將各臺(tái)區(qū)大量的人工統(tǒng)計(jì)工作量集中到計(jì)量主站，增大了主站的業(yè)務(wù)壓力。故綜合來(lái)看，本文方法實(shí)用性較好。

表4 不同方法的優(yōu)劣比較

4 結(jié)論

設(shè)計(jì)了一種通過(guò)計(jì)量終端實(shí)現(xiàn)最大需量疊加的方案。并通過(guò)IR多層校時(shí)策略有針對(duì)性的單點(diǎn)校時(shí)，提高了表計(jì)時(shí)鐘和需量采集的準(zhǔn)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(duì)多回路供電用戶的最大需量計(jì)量有較高的準(zhǔn)確性。本文方案的應(yīng)用是對(duì)科學(xué)、公平的計(jì)量多回路供電大電力用戶的需量做出的探索。此外，計(jì)量終端雖然不是計(jì)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(guān)計(jì)量電表即可滿足國(guó)家對(duì)需量結(jié)算規(guī)定的要求。但該證明過(guò)程目前未有完善的解決方案，由此引發(fā)的計(jì)量糾紛如何解決仍需進(jìn)一步分析和研究。