電力采集終端電流驟降告警產(chǎn)生機(jī)制研究

摘要：隨著我國(guó)電力行業(yè)的發(fā)展，電力技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合越來(lái)越緊密，智能電力采集系統(tǒng)也得到了廣泛應(yīng)用。鑒于此，介紹了一種能自動(dòng)檢測(cè)電網(wǎng)電流是否存在異常，主動(dòng)向主站上報(bào)異常告警信號(hào)，并且可以存貯異常信息、使用液晶界面查閱告警信息記錄的機(jī)制，該機(jī)制大幅提高了智能電力采集終端運(yùn)行的實(shí)用性和可維護(hù)性。

關(guān)鍵詞：智能終端;自動(dòng)檢測(cè);異常告警

中圖分類號(hào)：TM76? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? 文章編號(hào)：1671-0797（2022）06-0017-03

DOI：10.19514/j.cnki.cn32-1628/tm.2022.06.005

0? ? 引言

當(dāng)前，隨著電力行業(yè)的迅速發(fā)展，電力采集設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電力采集系統(tǒng)能通過(guò)電力采集終端采集臺(tái)區(qū)電能表數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)居民用戶電量的每日監(jiān)控，進(jìn)而把控臺(tái)區(qū)供電情況[1]。

電力網(wǎng)絡(luò)分布復(fù)雜，不同的臺(tái)區(qū)所處的環(huán)境各不相同，因此會(huì)出現(xiàn)很多突發(fā)狀況。目前采集終端也有很多告警事件上報(bào)機(jī)制，如電壓斷相、電流斷流、電壓逆相序、表蓋門開(kāi)啟等，能夠滿足主站對(duì)所在臺(tái)區(qū)電能質(zhì)量監(jiān)控的基本要求[2]，但仍缺乏對(duì)電網(wǎng)中電流瞬時(shí)波動(dòng)的監(jiān)測(cè)，當(dāng)瞬時(shí)電流波動(dòng)過(guò)大時(shí)可能會(huì)損壞用電設(shè)備。因此，本文從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，提出了一種在電力采集終端運(yùn)行過(guò)程中能實(shí)時(shí)采集電流數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理分析的機(jī)制，如果存在電流下降異常情況，終端將存儲(chǔ)這條異常信息，并通過(guò)無(wú)線公網(wǎng)或以太網(wǎng)把這條信息上報(bào)給用電管理主站系統(tǒng)，以便供電局人員實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)異常，發(fā)現(xiàn)異常能立即派遣現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員進(jìn)行處理，維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

1? ? 電流驟降告警實(shí)現(xiàn)原理

1.1? ? 基本框圖

圖1為電力采集系統(tǒng)運(yùn)作的基本框圖，電力采集系統(tǒng)異常告警的判斷、產(chǎn)生、上報(bào)主要依托以下幾個(gè)方面。

（1）終端下行通信：采集終端下行主要通過(guò)RS485方式或載波通信方式與電能表進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[3]，根據(jù)任務(wù)的內(nèi)容定時(shí)分階段地采集電能表數(shù)據(jù)。采集到數(shù)據(jù)后直接轉(zhuǎn)發(fā)給主站，或?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在采集終端中并進(jìn)行分析。

（2）采集終端：終端能對(duì)采集的電能表數(shù)據(jù)和自己本身的交采數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，判斷是否有漏采數(shù)據(jù)或采集到異常告警事件等，若有異常產(chǎn)生則由終端存儲(chǔ)該條異常告警信息，并準(zhǔn)備通過(guò)上行通信上報(bào)給主站。

（3）終端上行通信：終端上行通信主要是與用電管理系統(tǒng)主站進(jìn)行交互，終端可以接收主站下發(fā)的報(bào)文，解析報(bào)文后執(zhí)行主站要求的一系列動(dòng)作命令或參數(shù)設(shè)置。終端也可以主動(dòng)向主站上報(bào)數(shù)據(jù)，尤其是當(dāng)采集終端或電能表異常時(shí)，終端本身會(huì)產(chǎn)生告警，并立即將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行組包然后上報(bào)主站。

1.2? ? 軟件實(shí)現(xiàn)

1.2.1? ? 電流驟降的定義

電力智能采集終端按周期進(jìn)行判斷，當(dāng)電壓正常（當(dāng)前電壓大于額定電壓60%即為正常電壓）時(shí)，如果在上一周期的平均電流大于閾值的情況下檢測(cè)到電流發(fā)生驟降（驟降比例超過(guò)了閾值），并且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)達(dá)6 s以上，表示系統(tǒng)發(fā)生了電流驟降，則記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，主動(dòng)上報(bào)給用電管理主站。

1.2.2? ? 電流驟降的參數(shù)

為了讓智能終端電流驟降告警上報(bào)功能可以適應(yīng)不同的場(chǎng)景，智能終端在flash中開(kāi)辟了一塊內(nèi)存用于存儲(chǔ)終端電流驟降判斷過(guò)程中涉及的各類參數(shù)。首先將參數(shù)寫入內(nèi)存（開(kāi)始有初始值），代碼運(yùn)行過(guò)程中用到該參數(shù)時(shí)再?gòu)膬?nèi)存中讀取參數(shù)的值，也可以在運(yùn)行過(guò)程中根據(jù)需求變動(dòng)對(duì)參數(shù)進(jìn)行修改[4]。智能終端修改參數(shù)的方法主要有3種：通過(guò)液晶屏手動(dòng)直接修改，通過(guò)用電管理主站下發(fā)參數(shù)設(shè)置報(bào)文修改，通過(guò)U盤插入終端進(jìn)行修改。

電流驟降功能主要涉及以下各項(xiàng)參數(shù)：

（1）電流驟降告警判斷閾值（閾值為0時(shí)則表示關(guān)閉驟降判斷功能）：能夠適應(yīng)不同的用電環(huán)境，對(duì)于用電環(huán)境穩(wěn)定性要求高的電氣設(shè)備可以提高閾值，反之則可以降低閾值。

（2）電流驟降告警判斷間隔時(shí)間（默認(rèn)時(shí)間為1 min）：根據(jù)用戶的需求能夠自由修改電流驟降判斷的周期。

（3）電流驟降告警判斷電流最小值：如果上一周期的電流小于此值，則此輪判斷無(wú)意義，直接結(jié)束判斷。

1.2.3? ? 電流驟降的判斷

電流驟降的判斷過(guò)程主要分為獲取當(dāng)前瞬時(shí)電壓/電流、計(jì)算平均值、進(jìn)行閾值判斷等。圖2為電流驟降判斷的流程圖。

（1）終端首先獲取當(dāng)前的三相瞬時(shí)IA、IB、IC、UA、UB、UC。為了能夠精準(zhǔn)有效地獲取以上數(shù)據(jù)，將電流驟降判斷條件平均值的獲取和電流驟降判斷過(guò)程放在不同的線程中，獲取到的數(shù)據(jù)存入專門的結(jié)構(gòu)體中。

（2）這里將上周期的時(shí)間定義為1 min。當(dāng)終端上電后，為了保證每一秒鐘都能獲取到上一周期的平均值，可以采用數(shù)組的方法記錄。以三相中IA為例：在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)體中可以定義一個(gè)長(zhǎng)度為61的數(shù)組，每秒鐘刷新數(shù)組中每一個(gè)元素的值（使數(shù)組中每一個(gè)元素的值等于后面一個(gè)元素的值，最后一個(gè)元素等于當(dāng)前的瞬時(shí)IA值），累加前60位元素的和再求平均值，該平均值則為第61個(gè)元素（瞬時(shí)IA值）上一周期的平均值A(chǔ)VE_IA。剩下IB、IC、UA、UB、UC的處理方式與IA相同。

（3）電流驟降是否發(fā)生的判斷主體每分鐘進(jìn)入一次，每次進(jìn)入判斷，首先從內(nèi)存中讀取各項(xiàng)參數(shù)：電流驟降告警判斷閾值、電流驟降告警判斷間隔時(shí)間、電流驟降告警判斷電流最小值。

（4）參數(shù)獲取成功，進(jìn)入電流驟降告警判斷閾值條件判斷，當(dāng)閾值為0時(shí)直接結(jié)束判斷。當(dāng)閾值大于0時(shí)，進(jìn)入電流驟降告警時(shí)間間隔條件判斷，時(shí)間間隔默認(rèn)為1 min，當(dāng)時(shí)間間隔參數(shù)取值為n時(shí)，電流驟降判斷的時(shí)間間隔為n min。如果當(dāng)前時(shí)間-上次判斷時(shí)間<時(shí)間間隔，則直接結(jié)束判斷。

（5）電流驟降電壓是否正常的判斷和電流驟降比例是否超過(guò)閾值的判斷需要對(duì)A、B、C三相分別獨(dú)立進(jìn)行。以A相為例：首先A相驟降標(biāo)志A_FLAG初始為0值，當(dāng)A相電壓大于額定電壓的60%時(shí)，將A_FLAG的值置為1，反之則A相驟降標(biāo)志A_FLAG的值置為0;如果當(dāng)前瞬時(shí)電流IA<上一周期平均電流AVE_IA與電流驟降告警判斷閾值的乘積，將A_FLAG的值置為1，反之則A相驟降標(biāo)志A_FLAG的值置為0。A_FLAG最終值獲取的情況如表1所示。

（6）當(dāng)A_FLAG的最終取值是1時(shí)，需以報(bào)文的形式給用電主站上報(bào)驟降發(fā)生時(shí)的一些數(shù)據(jù)：該告警發(fā)生的時(shí)間（6個(gè)字節(jié)）;驟降發(fā)生前一周期A、B、C三相的平均電壓（各為2個(gè)字節(jié)，單位為V）;驟降發(fā)生前一周期A、B、C三相的平均電流（各為3個(gè)字節(jié)，單位為A）;驟降發(fā)生時(shí)刻A、B、C三相的瞬時(shí)電壓（各為2個(gè)字節(jié)，單位為V）;驟降發(fā)生時(shí)刻A、B、C三相的瞬時(shí)電流（各為3個(gè)字節(jié)，單位為A）;驟降發(fā)生的相位（1個(gè)字節(jié)），該字節(jié)的高五位無(wú)效，全部為0，低三位有效，分別代表A、B、C三相中某一相，某一相發(fā)生驟降則代表該相位的某一位置1。

1.2.4? ? 電流驟降持續(xù)時(shí)間判斷和上報(bào)主站

當(dāng)X_FLAG的最終取值是1時(shí)，也就是當(dāng)某一相的電流發(fā)生驟降時(shí)，還需要判斷此狀態(tài)是否持續(xù)了6 s以上，并且需要組包報(bào)文上報(bào)主站、清除標(biāo)志等。圖3為該過(guò)程的流程圖。

（1）電力采集終端首先獲取A、B、C三相每一相的X_FLAG，如果獲取到的值為0，則結(jié)束這一相的判斷，反之則進(jìn)入下一步判斷。

（2）此處再次進(jìn)行當(dāng)前瞬時(shí)電流IX是否小于上一周期平均電流AVE_IX與電流驟降告警判斷閾值乘積的判斷，如果條件不成立，那么結(jié)束判斷，將該相的X_FLAG置0，并將累計(jì)的時(shí)間time_sum清零。

（3）當(dāng)累計(jì)持續(xù)時(shí)間大于6 s，即time_sum的值大于等于6時(shí)，表示條件達(dá)成，終端把這條電流驟降告警的發(fā)生時(shí)間、日期以及3個(gè)相位中哪幾相發(fā)生驟降的信息存入終端內(nèi)存之中，并能使用操作液晶屏的方式查看每一條告警發(fā)生的時(shí)間和具體發(fā)生的相位等信息，能詳細(xì)顯示哪幾相發(fā)生驟降并將是否需要上報(bào)主站的標(biāo)志位標(biāo)記為true。具體發(fā)生驟降的情況有以下幾種：A相電流發(fā)生驟降、B相電流發(fā)生驟降、C相電流發(fā)生驟降、AB相電流發(fā)生驟降、AC相電流發(fā)生驟降、BC相電流發(fā)生驟降、ABC相電流發(fā)生驟降。

（4）若主站與終端通信正常，并且有需要上報(bào)主站的事件即上報(bào)主站的標(biāo)志為true，則上報(bào)該條告警記錄，具體包括：該告警發(fā)生的時(shí)間，驟降發(fā)生前一周期A、B、C三相的平均電壓，驟降發(fā)生前一周期A、B、C三相的平均電流，驟降發(fā)生時(shí)刻A、B、C三相的瞬時(shí)電壓，驟降發(fā)生時(shí)刻A、B、C三相的瞬時(shí)電流驟降發(fā)生的相位等數(shù)據(jù)。對(duì)獲取到的數(shù)據(jù)按照終端與主站的通信規(guī)約進(jìn)行特殊的格式處理，并進(jìn)行報(bào)文組包，報(bào)文組包成功，則通知UTM模塊發(fā)送該條報(bào)文至主站。上報(bào)成功后，將是否需要上報(bào)主站的標(biāo)志位標(biāo)記為false，表明該條記錄已經(jīng)上報(bào)過(guò)主站，避免發(fā)生重復(fù)上報(bào)。

（5）上報(bào)主站完成之后，清除A、B、C三相的驟降標(biāo)志X_FLAG，將判斷是否持續(xù)驟降狀態(tài)6 s累計(jì)的時(shí)間值time_sum清零，然后結(jié)束此次判斷。

2? ? 存在的不足

電力采集終端采用電流驟降告警事件存儲(chǔ)及主動(dòng)上報(bào)機(jī)制，能監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的電流波動(dòng)情況，但仍具有一些不足之處：目前只能對(duì)智能終端本身電流驟降情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)于被終端采集的電能表的電流驟降情況還無(wú)法進(jìn)行監(jiān)測(cè)[5]。這主要是由于電力載波線或RS485線的傳輸速率有限，終端24 h還需要執(zhí)行很多不同的采集任務(wù)去抄讀電能表的其他各項(xiàng)數(shù)據(jù)，不能每時(shí)每刻采集電壓/電流情況，因此無(wú)法進(jìn)行終端下所接電能表電流驟降的實(shí)時(shí)判斷。

解決方法：可以給電能表增加一個(gè)采集上一周期平均電流/電壓的功能，類似終端記錄上一周期每一相電流/電壓平均值的功能并能被終端采集。終端僅需在達(dá)到驟降判斷的時(shí)間間隔時(shí)，采集電能表上一周期的電流/電壓平均值以及瞬時(shí)電壓/電流等數(shù)據(jù)，即可進(jìn)行同終端相同流程的電流驟降判斷。

3? ? 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了電力采集終端判斷電流驟降告警的機(jī)制，并且對(duì)此提出了更加完善的策略，能夠根據(jù)不同的用電場(chǎng)景，設(shè)置不同的閾值等參數(shù)，提高用電設(shè)備的安全性。當(dāng)電流波動(dòng)較大時(shí)，終端能夠通過(guò)主動(dòng)上報(bào)方式立馬通知主站用電管理系統(tǒng)，用電管理系統(tǒng)能通過(guò)上報(bào)的一系列數(shù)據(jù)，快速再現(xiàn)終端告警發(fā)生時(shí)現(xiàn)場(chǎng)的具體情況，從而快速定位問(wèn)題所在。另外，該機(jī)制提供了液晶接口，便于現(xiàn)場(chǎng)的管理維護(hù)。

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收稿日期：2021-12-06

作者簡(jiǎn)介：周星明（1998—），男，浙江臺(tái)州人，研究方向：電力智能采集系統(tǒng)。