基于節(jié)能降耗的電力計(jì)量技術(shù)應(yīng)用探究

朱昭錦，曹 帥

(煙臺(tái)市光明電力服務(wù)有限責(zé)任公司，山東 煙臺(tái) 264000)

0 引 言

電力企業(yè)傳統(tǒng)電力計(jì)量方式是通過機(jī)械表以及機(jī)電一體化電表等裝置完成對(duì)電力數(shù)據(jù)的記錄和統(tǒng)計(jì)，這種計(jì)量方式不具備遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)的條件，同時(shí)計(jì)量精度低，不適用于當(dāng)前智能化發(fā)展的電力企業(yè)[1]。因此，為了促進(jìn)電力企業(yè)的發(fā)展，針對(duì)電力計(jì)量方式進(jìn)行研究，并在綠色環(huán)保角度下，基于節(jié)能降耗，開展對(duì)電力計(jì)量技術(shù)的設(shè)計(jì)研究。

1 電力計(jì)量技術(shù)的發(fā)展與內(nèi)容

在對(duì)電力計(jì)量技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)前，首先明確電力計(jì)量的發(fā)展背景以及具體計(jì)量方式內(nèi)容。最初電力計(jì)量是由工作人員對(duì)每一家每一戶的電表進(jìn)行抄寫，針對(duì)不同地區(qū)都需要配置專業(yè)抄表人員，并根據(jù)抄表得到的數(shù)據(jù)對(duì)電費(fèi)進(jìn)行核算。這種計(jì)量方式在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)消耗大量的人力和物力，并且無法保證計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性[2]。在電力企業(yè)逐步發(fā)展的過程中，上述電力計(jì)量方式逐漸被遠(yuǎn)程抄表技術(shù)所代替，新的計(jì)量技術(shù)本身屬于一種現(xiàn)代化的測(cè)量技術(shù)，因此獲取到的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性更高，但是仍然需要投入大量的人力，計(jì)量效率較低。在逐步發(fā)展的過程中，智能電力計(jì)量技術(shù)產(chǎn)生，盡管其本身并不是先進(jìn)的技術(shù)手段，但隨著智能電表的應(yīng)用，使得其與上述兩種計(jì)量技術(shù)相比在數(shù)據(jù)計(jì)量精度上得到更進(jìn)一步的提升，并且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)更好地存儲(chǔ)，達(dá)到了電力計(jì)量管理的自動(dòng)化和智能化水平。

2 基于節(jié)能降耗的電力計(jì)量技術(shù)應(yīng)用

2.1 建立配電線路集中抄表模式

為了滿足電力產(chǎn)業(yè)在市場(chǎng)內(nèi)的持續(xù)化發(fā)展需求，應(yīng)當(dāng)優(yōu)化電力計(jì)量單位的現(xiàn)有工作模式，并通過對(duì)節(jié)能降耗技術(shù)在計(jì)量工作中的引進(jìn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)量數(shù)據(jù)的規(guī)范化處理。綜合上述分析，本章提出一種針對(duì)電力計(jì)量技術(shù)應(yīng)用的集中抄表模式，此工作模式在自動(dòng)化終端的支撐下運(yùn)行，主要由供電單位局部計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、無線通信信道、電力能量獲取終端等多模塊集中構(gòu)成[3]。配電線路集中抄表模式示意圖如圖1所示。

按照?qǐng)D1所示結(jié)構(gòu)，進(jìn)行電力與電能的集中統(tǒng)計(jì)，為了確保統(tǒng)計(jì)的信息在供電單位內(nèi)傳輸具有高效性與共享性，可引進(jìn)層次化設(shè)計(jì)與開發(fā)理念，按照“硬件支撐—軟件功能輔助—分布式應(yīng)用操作平臺(tái)—集成化系統(tǒng)”的設(shè)計(jì)流程，進(jìn)行抄表模式的設(shè)計(jì)。

圖1 配電線路集中抄表模式

在上述提出的設(shè)計(jì)內(nèi)容中，硬件支撐主要由電能表、無線通信設(shè)備、終端智能計(jì)算機(jī)等構(gòu)成，終端智能計(jì)算機(jī)通過總線與不同構(gòu)件進(jìn)行連接，并通過對(duì)獲取信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、核查、匯總與集中分析的方式，進(jìn)行抄表設(shè)備在運(yùn)行中參數(shù)的調(diào)試[4]。整體基于宏觀控制的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電表用戶用電量的計(jì)量與安全用電控制[5]。為了確保抄表信息與相關(guān)數(shù)據(jù)在無線網(wǎng)絡(luò)支撐下的穩(wěn)定傳輸，需要控制所有元件與電能計(jì)量表之間的直線距離<2 400.0 m，根據(jù)集中抄表模式設(shè)計(jì)中的實(shí)際需求，當(dāng)通信距離<2 400.0 m，但>1 200.0 m時(shí)，需要在計(jì)量終端加裝一個(gè)中繼器，用于增強(qiáng)信號(hào)，以滿足集中抄表需求。完成對(duì)集中抄表模式中基礎(chǔ)構(gòu)成的布設(shè)后，采用計(jì)數(shù)器中的統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)計(jì)量裝置的脈沖進(jìn)行查詢，通常情況下，軟件總線布置以串聯(lián)作為標(biāo)準(zhǔn)，并在技術(shù)允許的條件下，設(shè)置一對(duì)多的通信方式，確保計(jì)量技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中可以達(dá)到既定的效果。

2.2 基于節(jié)能降耗的智能電表用電監(jiān)管

完成配電線路集中抄表模式的設(shè)計(jì)后，為了實(shí)現(xiàn)電力計(jì)量技術(shù)在使用中具有節(jié)能降耗的顯著優(yōu)勢(shì)，可在集中抄表模式中增設(shè)智能電表裝置，使用此裝置進(jìn)行多個(gè)終端用戶的用電監(jiān)管[6]。在此過程中應(yīng)明確，相比電力企業(yè)中早期使用的電表而言，具有智能化特點(diǎn)的電表裝置具有下述五個(gè)方面的優(yōu)勢(shì)。其一為主動(dòng)記錄用電事件功能，使終端用戶的用電信息安全可以有效得到保障，并實(shí)現(xiàn)了最大限度地對(duì)系統(tǒng)漏電、違規(guī)輸電行為的規(guī)避。其二為強(qiáng)化了電能裝置端口的輸出能力，提高電力計(jì)量與統(tǒng)計(jì)結(jié)果的精準(zhǔn)度，避免或降低電力計(jì)量誤差事件的發(fā)生概率，提高電表集成使用的安全性與操作便捷性。其三為具有電力參數(shù)優(yōu)化監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)測(cè)量的功能，可以有效地記錄終端用電設(shè)備在使用中瞬時(shí)功率、異常電壓與電流的變化[7]。其四為增加了組合計(jì)量功能。其五為提供終端多個(gè)時(shí)段費(fèi)率調(diào)整功能。

集成智能電表后，終端可以根據(jù)用電高峰時(shí)期或用電量較大時(shí)間段的耗電情況，進(jìn)行終端不同電器的使用調(diào)整。將耗電量較大的裝置在用電高峰時(shí)期停止使用，以降低電能的集中耗電量。此外，可以通過智能電表的應(yīng)用，進(jìn)行供電過程中不同計(jì)量區(qū)域漏電、漏氣問題的監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)生計(jì)量異常，將自動(dòng)觸發(fā)前端的預(yù)警，確保用戶的用電安全得到有效保障。通過上述方式，實(shí)現(xiàn)基于智能電表的用電監(jiān)管。可將此方面的工作原理用圖2進(jìn)行表示：

圖2 基于節(jié)能降耗的智能電表用電監(jiān)管流程

按照?qǐng)D2所述方式，對(duì)用電異常信息與用電常規(guī)信息進(jìn)行監(jiān)管，提高用電高峰時(shí)期電力計(jì)量裝置運(yùn)行的穩(wěn)定性，提高電力資源計(jì)量與統(tǒng)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)性與合理性。并通過對(duì)電能進(jìn)行宏觀調(diào)控的方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力輸出的集中調(diào)整，從而達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

2.3 電力計(jì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、決策與報(bào)表生成

將節(jié)能降耗與電力計(jì)量技術(shù)進(jìn)行對(duì)接，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)終端技術(shù)人員抄表工作勞動(dòng)強(qiáng)度的降低，并在一定程度上提高抄表結(jié)果的差錯(cuò)率，以便于后續(xù)電力企業(yè)工作人員對(duì)電力計(jì)量數(shù)據(jù)的管理與決策[8]。因此，在完成上述相關(guān)研究后，下述將采用統(tǒng)計(jì)電力計(jì)量數(shù)據(jù)的方式，進(jìn)行電力計(jì)量決策與計(jì)量報(bào)表的生成。為了提高抄表數(shù)據(jù)的真實(shí)性，在工作中輔助使用PC機(jī)設(shè)備進(jìn)行電力計(jì)量數(shù)據(jù)的錄入，錄入流程如圖3所示。

圖3 電力計(jì)量數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化錄入流程

按照?qǐng)D3所示的流程，進(jìn)行電力計(jì)量數(shù)據(jù)的錄入，在獲取數(shù)據(jù)時(shí)可設(shè)定一個(gè)定時(shí)子程序，每間隔一個(gè)時(shí)間段，執(zhí)行一次定時(shí)錄入事件。在錄入信息時(shí)，PC終端將進(jìn)行錄入信息的篩選，包括對(duì)站點(diǎn)地址的校對(duì)、對(duì)數(shù)據(jù)表地址的完整編碼等，將通過校對(duì)的完整數(shù)據(jù)導(dǎo)入終端，自動(dòng)備份并記錄地址編碼信息，以確保抄錄工作的可持續(xù)性與有效性。

將抄錄的所有信息按照統(tǒng)一的格式與標(biāo)準(zhǔn)存儲(chǔ)在PC終端數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過此種方式，為后續(xù)電力企業(yè)決策提供較為豐富與足夠真實(shí)的數(shù)據(jù)資源作為支撐。同時(shí)，利用PC端的數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)技術(shù)，根據(jù)設(shè)定的主體，進(jìn)行獲取電力計(jì)量數(shù)據(jù)的集中分析，必要時(shí)可輔助使用大數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、蟻群算法等執(zhí)行決策行為。完成對(duì)數(shù)據(jù)的決策后，將數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel軟件中，借助軟件的自動(dòng)生成功能，將統(tǒng)計(jì)后的電力計(jì)量結(jié)果統(tǒng)計(jì)成為直觀性與可視化程度較強(qiáng)的直方圖、曲線圖或統(tǒng)計(jì)圖，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電力計(jì)量技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化使用。并通過統(tǒng)計(jì)結(jié)果，進(jìn)行地區(qū)用電的宏觀調(diào)整，實(shí)現(xiàn)電力計(jì)量中的節(jié)能與降耗。

綜合上述分析，從三個(gè)方面，完成對(duì)本文此次課題的研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)電力計(jì)量技術(shù)在使用中的優(yōu)化，為電力企業(yè)與我國(guó)電力領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展給予技術(shù)支撐。

3 電力計(jì)量技術(shù)應(yīng)用效果

按照上述三個(gè)步驟，完成對(duì)基于節(jié)能降耗的電力計(jì)量技術(shù)的理論設(shè)計(jì)后，為了進(jìn)一步驗(yàn)證該技術(shù)在具體應(yīng)用到電力企業(yè)當(dāng)中是否能夠達(dá)到對(duì)電力企業(yè)節(jié)能降耗的效果，選擇以某電力企業(yè)作為電力計(jì)量技術(shù)的應(yīng)用實(shí)驗(yàn)環(huán)境。在該實(shí)驗(yàn)環(huán)境當(dāng)中，首先將智能電表安裝在變電站戶外環(huán)境當(dāng)中，針對(duì)該變電站在運(yùn)行過程中220 V/380 V低壓電力線路進(jìn)行計(jì)量。為了確保應(yīng)用電力計(jì)量技術(shù)的過程中，其應(yīng)用結(jié)果不會(huì)受到周圍環(huán)境因素的影響，設(shè)置計(jì)量箱裝置，并采用封閉式、防水且隔熱的結(jié)構(gòu)作為計(jì)量箱的基本結(jié)構(gòu)，以確保內(nèi)部電力計(jì)量技術(shù)應(yīng)用過程中的穩(wěn)定性。在計(jì)量過程中，設(shè)定9種不同費(fèi)率，并設(shè)置12個(gè)時(shí)區(qū)和10套日時(shí)段表，共12個(gè)時(shí)段分區(qū)。利用本文提出的電力計(jì)量技術(shù)對(duì)相(線)電壓和電流進(jìn)行監(jiān)測(cè)和計(jì)量，并在計(jì)量數(shù)據(jù)超出事先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)范圍時(shí)，做出相應(yīng)的預(yù)警，并通過與電力系統(tǒng)控制中心的連接，實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)電力設(shè)備的開關(guān)控制。

按照上述內(nèi)容完成電力計(jì)量技術(shù)在該應(yīng)用環(huán)境當(dāng)中的使用，并得到相應(yīng)的電力計(jì)量數(shù)據(jù)表，見表1。

表1 電力計(jì)量數(shù)據(jù)表

已知該電力企業(yè)變電站有效電壓為220 V，有限電流為51.45 A，將電力計(jì)量技術(shù)應(yīng)用后生成的數(shù)據(jù)表中數(shù)據(jù)與有效標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)對(duì)比可以看出，電流計(jì)量數(shù)據(jù)誤差小于0.5 A，而電壓計(jì)量數(shù)據(jù)小于0.2 V，充分符合電力計(jì)量的精度標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)一步對(duì)本文提出的電力計(jì)量技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的節(jié)能降耗效果進(jìn)行檢驗(yàn)，針對(duì)其應(yīng)用過程中產(chǎn)生的有功功率和無功功率進(jìn)行記錄，并將其與以往該電力企業(yè)變電站的有功功率和無功功率進(jìn)行比較，得到的對(duì)比結(jié)果見表2。

表2 電力計(jì)量技術(shù)應(yīng)用前后變電站有功功率與無功功率對(duì)比表

從表2中對(duì)比結(jié)果可以看出，本文電力計(jì)量技術(shù)應(yīng)用后與應(yīng)用前相比，有功功率數(shù)值得到明顯提高，而無功功率數(shù)值逐漸降低，有功功率越高說明電力資源的有效利用率越高，反之同理。因此，通過上述將電力計(jì)量技術(shù)應(yīng)用到實(shí)際情況當(dāng)中，通過得出的結(jié)果證明了本文提出的電力計(jì)量技術(shù)能夠在提升計(jì)量精度的同時(shí)，達(dá)到節(jié)能降耗的效果，促進(jìn)電力企業(yè)的綠色發(fā)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前現(xiàn)代化技術(shù)在電力行業(yè)當(dāng)中的應(yīng)用逐漸變得廣泛，在為其帶來高效運(yùn)行條件的同時(shí)，也使得其管理難度進(jìn)一步增加。本文針對(duì)管理過程中的電力計(jì)量環(huán)節(jié)開展研究，在基于節(jié)能降耗的基礎(chǔ)上，提出一種全新的電力計(jì)量技術(shù)，同時(shí)將其應(yīng)用于實(shí)際驗(yàn)證了該技術(shù)的應(yīng)用可行性。未來針對(duì)智能電網(wǎng)建設(shè)的要求將會(huì)不斷提高，現(xiàn)代化的技術(shù)也將得到更進(jìn)一步的發(fā)展和更加成熟的應(yīng)用。作為電力計(jì)量當(dāng)中最基本的單元，無線網(wǎng)絡(luò)電能表的應(yīng)用范圍也將得到進(jìn)一步擴(kuò)大。因此，基于這一發(fā)展背景，在后續(xù)的研究中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電力計(jì)量技術(shù)的進(jìn)一步完善和優(yōu)化，還將在引入無線網(wǎng)絡(luò)電能表的基礎(chǔ)上，開展更加深入的研究，從而為今后出現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸與計(jì)量速度更快、應(yīng)用范圍更廣的計(jì)量技術(shù)提供創(chuàng)新思路。