實時補償下的智能電能表日計時誤差修正方法分析

劉興龍 代盛國 艾 淵 楊 茗 楊 昊

（云南電網(wǎng)有限責任公司）

0 引言

目前，我國電力網(wǎng)絡(luò)中智能電表基本普及，用電信息采集系統(tǒng)逐步完善，基本實現(xiàn)“全覆蓋、全采集、全費控”的目標，同時上行通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)日趨完善，電力系統(tǒng)整體呈現(xiàn)智能化發(fā)展趨勢。但就當前的現(xiàn)狀來看，電力系統(tǒng)在面向臺側(cè)區(qū)細粒度設(shè)備感知、精細化管理以及非計量功能深化應用等方面尚待進一步發(fā)展，其中比較突出的問題之一就是智能電能表時鐘異常。智能電能表時鐘異常，不僅影響到用電信息采集成功率、線損率的有效管控，還容易造成分時費率計量錯誤，引發(fā)客戶投訴。其中，以單相智能電能表時鐘異?，F(xiàn)象尤為突出，主要是因為其安裝數(shù)量大，經(jīng)常出現(xiàn)大批量的時鐘異常，這對居民客戶分時電價執(zhí)行造成了不穩(wěn)定因素，時鐘異常導致的智能電能表報警燈亮、白屏一直以來都是用戶反映的熱點問題，作為供電企業(yè)必須及時、有效解決智能電能表時鐘異常問題。

1 智能電能表日計時誤差造成的影響分析

根據(jù)智能電能表計量檢定相關(guān)規(guī)程規(guī)定，電能表時段投切誤差不大于5min，后續(xù)檢定時，多費率電能表的時鐘誤差應低于10min［1］。但是，近年來隨著用電信息采集系統(tǒng)建設(shè)的不斷完善以及電力優(yōu)質(zhì)服務工作的不斷深入，對電能表時鐘異常的治理工作越來越重視，同時也提出了更高要求，將采集系統(tǒng)時鐘異常的預警提高到3min。若智能電能表日計時誤差過大，則會產(chǎn)生多方面影響，下面進行具體分析。

1.1 影響電費計量

為保障電力資源的持續(xù)供應，近年來我國開始實施分時電價以及階梯電價政策，以引導用戶錯峰用電，達到削峰填谷的目的。分時用電政策主要是根據(jù)用戶的用電情況，分為用電高峰期和用電低谷期，高峰期電價較高，低谷期電價則較低；階梯電價政策指的是隨著用戶用電量的增加，階梯式提高電價，這兩項政策都是為了節(jié)約電力資源，確保居民用電、農(nóng)業(yè)用電以及工商業(yè)用電正常［2］。若智能電能表日計時誤差超出允許范圍，則可能出現(xiàn)如下情況：當執(zhí)行高峰期電價時，受時鐘誤差的影響，雖然實際時間已經(jīng)處于非用電高峰期，但智能電能表仍處于高峰期時段，這就意味著用戶在高峰期時段消耗的電量增加，相應的電費也會增加。

1.2 影響日線損考核指標準確性

用電信息系統(tǒng)采集用戶用電數(shù)據(jù)時統(tǒng)計的是智能電能表當日0：00時的凍結(jié)用電量，但是若因時鐘電路故障、時鐘芯片故障以及時鐘電池欠壓等問題導致時鐘異常，日計時誤差偏大，則智能電能表正常日凍結(jié)動作的周期時間就會被打亂，根據(jù)集中器采集的上一次日凍結(jié)用電數(shù)據(jù)，就不能準確地計算出上一日0點至24點區(qū)間的用電量，從而影響到日線損考核指標的準確性［3］。

1.3 影響企業(yè)形象

企業(yè)形象是企業(yè)的無形資產(chǎn)之一，對于企業(yè)長遠發(fā)展至關(guān)重要，智能電能表日計時誤差過大，不僅會直接影響到電費計量以及日線損考核指標的準確性，同時也會對電力企業(yè)的企業(yè)形象產(chǎn)生負面影響。若出現(xiàn)大范圍智能電能表時鐘異常，則用戶不僅會對智能電能表的質(zhì)量產(chǎn)生質(zhì)疑，同時對電力企業(yè)的服務能力、技術(shù)水平也會提出質(zhì)疑，這會直接影響用戶對電力企業(yè)的整體評價。

2 導致智能電能表日計時誤差的因素分析

導致智能電能表日計時誤差的因素較多，根據(jù)以往智能電能表檢定經(jīng)驗來看，比較常見的因素主要包括以下幾方面。

1）智能電能表內(nèi)部的3.6V時鐘電池欠壓，造成此問題的原因主要包括兩方面，一是智能電能表本身存在質(zhì)量問題，時鐘電池達不到設(shè)計標準；二是智能電能表運行時間過長，未適時更換時鐘電池［4］。當出現(xiàn)時鐘電池欠壓的情況后，智能電能表時鐘會喪失計時功能，進而導致日計時出現(xiàn)較大誤差。

2）用電信息采集系統(tǒng)終端自動對時功能異常，具體表現(xiàn)用戶的電能表重復出現(xiàn)時鐘異常的情況，或者同個計量箱內(nèi)所有電能表日計時誤差一致。出現(xiàn)這種情況時可以通過調(diào)節(jié)用電信息采集終端的參數(shù)F33或者糾正自動校時功能解決此問題。

3）受智能電能表所處環(huán)境的影響，導致日計時誤差。智能電能表在出廠前的檢測中，所處環(huán)境為實驗室環(huán)境，各種條件相對理想，智能電能表各項功能運行正常［5］。但是在實際運行環(huán)境中，受磁場等相關(guān)因素的影響，可能會對智能電能表部分功能產(chǎn)生一定影響，進而導致出現(xiàn)日計時誤差。

4）掌機抄表時造成智能電能表日計時誤差。在掌機抄表過程中，會對相應的智能電能表自動對時，此時若掌機時間存在誤差，則必然導致智能電能表的時鐘也會受到影響，從而出現(xiàn)日計時誤差［6］。

5）用電信息采集系統(tǒng)主站出現(xiàn)誤報。信息采集主站和智能電能表間的通信存在一定延遲，尤其是在任務比較集中時，會出現(xiàn)較大延遲，而此時延遲時間會被計入時鐘誤差當中，實際上智能電能表日計時不一定存在誤差，因此這種情況多為信息采集系統(tǒng)主站誤報。

3 實時補償下的智能電能表日計時誤差修正方案

3.1 設(shè)計目標

本修正方案的設(shè)計目標是：通過設(shè)計一款具備自動校時功能的物聯(lián)網(wǎng)模塊，實現(xiàn)周期性修正智能電能表日計時誤差的功能，從而有效避免因時鐘差異導致的數(shù)據(jù)采集同期偏差問題；最大限度減少智能電能表因時鐘異常問題造成的設(shè)備更換費用［7］；通過有效的時鐘異常治理方案，糾正存在日計時誤差的智能電能表，保證臺區(qū)內(nèi)所有智能電能表真實時間與實際時間保持一致，滿足數(shù)據(jù)采集精益化管理要求，實現(xiàn)臺區(qū)智能電能表時鐘的有效治理。

3.2 適用范圍

本修正方案提出的智能電能表日計時誤差修正，主要是通過設(shè)計一款具備自動校時功能的物聯(lián)網(wǎng)模塊，針對現(xiàn)場運行的智能電能表日計時偏差在5～30min（包含30min）的問題進行修正，實現(xiàn)周期性校正智能電能表日計時誤差的功能，可有效解決因電表長期運行電池欠壓、時鐘芯片故障、時鐘電路故障等因素造成的智能電能表日計時誤差，避免影響臺區(qū)整體電表數(shù)據(jù)采集的問題，有效延長了智能電能表的輪換周期，增加了智能電能表的使用壽命，可為電力公司節(jié)省一筆設(shè)備輪換費用。

3.3 設(shè)計原理

DL／T 645—2007《中華人民共和國電力行業(yè)標準多功能電能表通信協(xié)議》內(nèi)對電表時鐘偏差校時有明確定義：廣播校時功能：強制從站與主站時間同步；控制碼：C＝08H；數(shù)據(jù)域長度L＝06H。數(shù)據(jù)域：YYMMDDhhmmss（年.月.日.時.分.秒）；幀格式，如表所示。

表 幀格式

協(xié)議中明確規(guī)定“僅當從站的日期和時鐘與主站的時差在±5min以內(nèi)時執(zhí)行廣播校時命令，即將從站的日期時鐘調(diào)整到與命令下達的日期時鐘一致”且“每天只允許校時一次”［8］?？紤]到現(xiàn)場存量智能電能表多數(shù)運行時間較長，電池欠壓問題較為常見，此類型電表偏差值普遍在5min以上，依靠已有的廣播校時功能無法有效解決誤差。

本方案計劃設(shè)計一種具備時間存儲功能的物聯(lián)網(wǎng)模塊，集中器每周進行一次全網(wǎng)廣播校時，智能電能表端通信單元收到校時命令后，解析出時間并存儲。模塊每天獲取電表時間進行判斷，若電表時間相對于模塊時間偏差5～30min，則模塊每天主動校準電表時間使電表時間偏差減小，直到把電表時間校準到偏差小于5min（電表只響應偏差5min以內(nèi)校準時間）。通信單元與表在進行其他業(yè)務交互時，通信單元不進行對時操作。

3.4 軟件運行流程

軟件運行流程如下：①通信單元首次接收到校時時間；②通信單元解析出時間并存儲時間t；③通信單元利用廣播校時功能對智能電能表進行校時；④系統(tǒng)讀取智能電能表日期D（04000101）與T（04000102）；⑤若T與t的誤差值不在30min以內(nèi)，則不需要進行二次校時，若誤差值在30min以內(nèi)，則執(zhí)行下一步，判斷誤差值是否處于5min以內(nèi)；⑥若T與t的誤差值在5min以內(nèi)，則不需要進行二次校時；若誤差值不在5min以內(nèi)，則通過通信模塊用T－5min對智能電能表進行校時。⑦若二次校時完成后，T與t的誤差值仍不在5min內(nèi)，則重復執(zhí)行④～⑥，直至誤差值處于5min以內(nèi)。軟件運行流程如圖所示。

圖 軟件運行流程圖

3.5 軟件測試

為驗證本修正方案的可靠性與可行性，設(shè)計如下測試來評估本方案修正效果。首先是環(huán)境搭建。由于集中器不支持精準治理，現(xiàn)在通過電源托班＋路由進行報文下發(fā)，增加一個智能電能表，表號為001901129939。其次是精準時間治理。該智能電能表時鐘時間與實際時間相差15min，電能表每次僅支持1次時間校準，經(jīng)過4d的校準可以將電能表時鐘時間與實際時間調(diào)整一致。時間校準過程如下：①下發(fā)coo（68 17 00 00 5F 00 00 01 05 02 0B 39 99 12 01 19 00 01 01 b3 16）開始時間精準治理開關(guān)，coo回復確認幀（68 15 00 83 00 00 00 00 00 01 00 01 00 FF FF FF FF 00 00 81 16）；②下發(fā)后STA獲取智能電能表真實時間rtc：21－11－09 12：04：11，此時實際時間應當為12：19：11，開始下發(fā)時鐘校準報文；③12：08開啟進行報文下發(fā)，監(jiān)控STA報文如下：［67_gw］＃settg＝6；mac to app??；Recv data：01 22 01 00 3A 3E 9B 68 99 99 99 99 99 99 68 08 06 33 3B 45 3C 44 54 FB 16；rtc：21－11－09 12：08：00；Send tometer：68 99 99 99 99 99 99 68 08 06 33 3B 3C 44 54 FB 16；④報文下發(fā)后，智能電能表的真實時間會被校準5min，即與實際時間的誤差還有10min，此后系統(tǒng)每天對該智能電能表的真實時間校準1次，經(jīng)過4d即可將智能電能表真實時間與實際時間調(diào)整一致。

3.6 效果評估

根據(jù)測試結(jié)果來看，本文提出的實時補償下的智能電能表日計時誤差修正方案可靠性高且具有可行性，這款具備自動校時功能的物聯(lián)網(wǎng)模塊，具備周期內(nèi)對智能電能表日計時誤差進行校準的功能，有效解決了智能電能表因各種因素導致的日計時誤差。對于電力企業(yè)而言，這在很大程度上延長了智能電能表使用壽命，節(jié)省了一筆設(shè)備更換費用，提高了設(shè)備使用效率；有效解決了用電信息采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集以及日線損考核指標不準確的問題；維護了用戶的利益，顯著提升了電力服務質(zhì)量，有助于電力企業(yè)建立良好的企業(yè)形象。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著我國分時電價、階梯電價政策的大范圍推廣以及日線損考核準確性要求提升，對于智能電能表時鐘功能提出了更高的要求，無論是從電力自身而言，還是從用戶的角度而言，都需要有效解決智能電能表日計時誤差的問題，以確保用戶用電信息采集準確性高，日線損率得到有效管控，一方面可以進一步提升電力服務質(zhì)量，優(yōu)化用戶體驗；另一方面也能創(chuàng)造更高的社會效益與經(jīng)濟效益。