電網(wǎng)末端電壓合格率和供電可靠率在線監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)方法

余 濤，黃申茂，李 銘

（國(guó)網(wǎng)常州供電公司，江蘇 常州 213003）

電網(wǎng)末端電壓合格率和供電可靠率在線監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)方法

余 濤，黃申茂，李 銘

（國(guó)網(wǎng)常州供電公司，江蘇 常州 213003）

探討一種基于智能電能表完成電壓合格率和供電可靠率的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了電網(wǎng)末端電壓合格率和供電可靠率的采集與分析，彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)電網(wǎng)末端電壓合格率和供電可靠率監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)的不足，為供電部門改善電網(wǎng)末端供電質(zhì)量提供有效的信息支撐，提高電能質(zhì)量管理的信息化與智能化水平，以更好地滿足客戶用電需求。

智能電能表；電壓合格率；供電可靠率；在線監(jiān)測(cè)

隨著能源互聯(lián)網(wǎng)概念的提出與相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，能源的供應(yīng)和需求將越來(lái)越呈現(xiàn)智能化、互動(dòng)化趨勢(shì)。能源互聯(lián)網(wǎng)將實(shí)時(shí)匹配供需關(guān)系，在能源消費(fèi)側(cè)如何保證合格的電能質(zhì)量是基本要求與核心問(wèn)題。特別是隨著光伏、風(fēng)電等分布式能源的大量接入，如何監(jiān)測(cè)與控制入網(wǎng)端的電能質(zhì)量十分關(guān)鍵［1］，同時(shí)用戶作為電網(wǎng)的最末端，對(duì)于用戶側(cè)電壓合格率、供電可靠率等運(yùn)行參數(shù)的在線監(jiān)測(cè)是建設(shè)發(fā)展能源互聯(lián)網(wǎng)的現(xiàn)實(shí)需要與技術(shù)難點(diǎn)。

本文研究了一種電網(wǎng)末端電壓合格率和供電可靠率在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，即通過(guò)對(duì)智能電能表進(jìn)行軟件升級(jí)改造，利用智能電能表原有的硬件電路，在保持智能電能表原有計(jì)量、測(cè)量功能不變的基礎(chǔ)上，增加“電壓合格率、供電可靠率”（以下簡(jiǎn)稱“兩率”）統(tǒng)計(jì)功能，通過(guò)用電信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)末端用戶側(cè)“兩率”的在線監(jiān)測(cè)與分析，彌補(bǔ)現(xiàn)有技術(shù)中對(duì)電網(wǎng)末端“兩率”監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)的不足。該技術(shù)應(yīng)用經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)便，基本無(wú)需增加投資，可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)末端“兩率”的在線監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析，為有效提高供電質(zhì)量提供技術(shù)支撐，為實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)狀態(tài)可感知、可計(jì)算的能源互聯(lián)網(wǎng)提供有效手段。

1 現(xiàn)狀分析

“兩率”指標(biāo)是電力公司關(guān)注的重點(diǎn)［2—3］，同時(shí)用戶對(duì)電能質(zhì)量的要求也越來(lái)越高。目前電力公司對(duì)電壓合格率的監(jiān)測(cè)往往只是在電網(wǎng)中一些重要節(jié)點(diǎn)上采用專用的電壓監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行電壓合格率統(tǒng)計(jì)；供電可靠率則主要采取事后統(tǒng)計(jì)。這種方式存在明顯的局限性:一是監(jiān)測(cè)的是“點(diǎn)”而不是“面”，覆蓋范圍小，如:《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》中D類用戶電壓監(jiān)測(cè)僅為小比例抽樣，供電可靠率只統(tǒng)計(jì)到高壓配變；二是監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性差，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)末端電壓合格率和供電可靠率全時(shí)段動(dòng)態(tài)采集與分析［4—5］。

目前智能電能表已大量普及、基本覆蓋到各類用戶，部分高端三相智能電能表已具有電壓合格率統(tǒng)計(jì)功能，但對(duì)于電網(wǎng)末端的單相居民用戶，還無(wú)法利用上述三相智能電能表進(jìn)行“兩率”監(jiān)測(cè)。本文通過(guò)改進(jìn)、擴(kuò)展單相智能電能表的采集功能，實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)末端用戶的電壓合格率和供電可靠率的自動(dòng)統(tǒng)計(jì)與在線監(jiān)測(cè)，技術(shù)簡(jiǎn)便、成本低廉。通過(guò)現(xiàn)有的用電信息采集系統(tǒng)，開展差異化電能監(jiān)測(cè)與分

析關(guān)鍵技術(shù)研究，進(jìn)一步提高電能質(zhì)量管理的信息化與智能化水平，滿足客戶用電需求。

2“兩率”在線監(jiān)測(cè)方法

2.1 供電“兩率”定義

供電“兩率”是指電壓合格率和供電可靠率。電壓合格率是指在電網(wǎng)運(yùn)行中，一個(gè)月內(nèi)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)電壓在合格范圍內(nèi)的時(shí)間總和與月電壓監(jiān)測(cè)總時(shí)間的百分比。供電可靠率指在統(tǒng)計(jì)期間內(nèi)，扣除系統(tǒng)電源不足限電影響，對(duì)用戶有效供電時(shí)間總小時(shí)數(shù)與統(tǒng)計(jì)期小時(shí)數(shù)的比值。這2個(gè)指標(biāo)對(duì)于電能質(zhì)量意義重大［6］，因此國(guó)家能源局最新發(fā)布的《配電網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)技術(shù)導(dǎo)則》規(guī)定，C類城區(qū)用戶電壓合格率不低于99.79%，供電可靠率不低于99.863%；D類農(nóng)村用戶電壓合格率不低于97%，供電可靠率不低于99.726%。

2.2 電壓合格率在線監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)方法

智能電能表能根據(jù)電能表設(shè)置的電壓上限值、電壓下限值，電壓考核上限值以及電壓考核下限值判斷當(dāng)前各相電壓的狀態(tài)，并記錄各相電壓的合格率、超限率等數(shù)據(jù)。單相電壓合格率統(tǒng)計(jì)圖如圖1所示。

圖1 單相電壓合格率計(jì)算統(tǒng)計(jì)圖

從圖1可以看出，電壓的監(jiān)測(cè)時(shí)間為t4—t1和

t7—t5，電壓的監(jiān)測(cè)合格時(shí)間為t3—t2和t7—t6，電壓超上限時(shí)間為t4—t3和t6—t5，電壓超下限時(shí)間為

t2—t1。那么，單相電壓合格率的計(jì)算公式如下

電壓合格率=1-電壓超限率=

為了實(shí)現(xiàn)單相智能電表對(duì)電壓合格率的采集與統(tǒng)計(jì)，以1 min為窗口時(shí)間，1 min內(nèi)采集到的電壓值與電壓超限閾值比較決定此窗口時(shí)間歸屬電壓超限時(shí)間或電壓合格時(shí)間，對(duì)一日或一月內(nèi)的窗口時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，運(yùn)用式（1）即可獲得日電壓合格率或月電壓合格率。窗口時(shí)間統(tǒng)計(jì)的流程圖如圖2所示。

圖2 窗口時(shí)間統(tǒng)計(jì)流程圖

從圖2可以看出，智能電能表采集策略為每分鐘讀取智能電能表計(jì)量芯片采集的電壓值，判斷當(dāng)前電壓是否在電壓上限值和電壓下限值之間。如果在兩者之間，則電壓監(jiān)測(cè)累計(jì)時(shí)間加1 min，如果不在兩者之間，則直接退出流程。當(dāng)監(jiān)測(cè)到的電壓值大于電壓上限，則電壓上限累計(jì)時(shí)間加1 min，當(dāng)監(jiān)測(cè)到的電壓值小于電壓下限，則電壓下限累計(jì)時(shí)間加1 min。若當(dāng)前日期時(shí)間符合轉(zhuǎn)存條件，則電能表凍結(jié)本日或本月的電壓合格率數(shù)據(jù)。電壓合格率凍結(jié)部分流程圖如圖3所示。

電能表讀取電壓值的周期為1 min，即每隔1 min讀取一次電壓，當(dāng)出現(xiàn)跨天或跨月時(shí)，需要將當(dāng)前的日或月電壓合格率轉(zhuǎn)化為上一日或上一個(gè)月的電壓合格率記錄，并初始化當(dāng)前的電壓合格率記錄。

一條完整的電壓合格率記錄包括:電壓監(jiān)測(cè)時(shí)間、電壓合格率、電壓超限率、電壓超上限時(shí)間、電壓超下限時(shí)間、最高電壓、最高電壓發(fā)生時(shí)刻、最低電壓、最低電壓發(fā)生時(shí)刻。通過(guò)上述流程圖能夠得到電壓監(jiān)測(cè)時(shí)間、電壓超上限時(shí)間、電壓超下限時(shí)間，最高電壓、最高電壓發(fā)生時(shí)刻、最低電壓、最低電壓發(fā)生時(shí)刻。電壓合格率、電壓超限率則可由式（1）計(jì)算得到。

2.3 供電可靠率在線監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)方法

本文對(duì)智能電能表增加了供電可靠率的采集、統(tǒng)計(jì)功能，具體方法是:采用對(duì)智能電能表上電、掉電時(shí)間進(jìn)行記錄統(tǒng)計(jì)，當(dāng)電能表初始化完成后，主控單片機(jī)從時(shí)鐘模塊中讀取當(dāng)前上電時(shí)間并存儲(chǔ)，當(dāng)主控單片機(jī)檢測(cè)到掉電后，從時(shí)鐘模塊中讀取當(dāng)前掉電時(shí)間，并將掉電時(shí)間存儲(chǔ)。

圖3 電壓合格率凍結(jié)流程圖

停電時(shí)間統(tǒng)計(jì)

用戶停電時(shí)間（h）=上電時(shí)間-掉電時(shí)間

供電可靠率統(tǒng)計(jì)

統(tǒng)計(jì)時(shí)間可以按照年、月、日進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，也可以按照用戶需求進(jìn)行特定時(shí)間段統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)方法流程圖如圖4所示。

圖4 供電可靠率統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)流程圖

3 通信規(guī)約及程序設(shè)計(jì)

為了實(shí)現(xiàn)電能表采集到的供電“兩率”的數(shù)據(jù)能上傳到主站，需要對(duì)目前現(xiàn)有的電能表通信規(guī)約進(jìn)行相應(yīng)的修改。定義了電壓監(jiān)測(cè)時(shí)間、電壓合格率、電壓超限率、電壓超上限時(shí)間、電壓超下限時(shí)間、最高電壓、最高電壓發(fā)生時(shí)刻、最低電壓、最低電壓發(fā)生時(shí)刻、電壓合格率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

本方案所采用的軟件開發(fā)環(huán)境是IAR Embedded Workbench IDE，該開發(fā)環(huán)境具有最大量代碼繼承能力，以及對(duì)大多數(shù)和特殊目標(biāo)的支持，能有效提高用戶的工作效率，大大節(jié)省開發(fā)時(shí)間。

在WORKSPACE窗口中可以方便的管理多個(gè)項(xiàng)目及項(xiàng)目文件目錄，在Disassembly窗口中可以觀察反匯編代碼，以實(shí)現(xiàn)代碼深度調(diào)試和檢查工作。

4 供電“兩率”監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì)

在用采系統(tǒng)中設(shè)計(jì)電壓監(jiān)測(cè)界面，對(duì)電壓合格率和供電可靠率進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，在高級(jí)應(yīng)用—監(jiān)測(cè)裝置調(diào)試—低壓末端—電壓合格率路徑中進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，具體的供電“兩率”監(jiān)測(cè)界面如下圖5所示，可以實(shí)現(xiàn)日電壓合格率、月電壓合格率、日供電可靠率、月供電可靠率統(tǒng)計(jì)。

圖5 供電“兩率”監(jiān)測(cè)界面圖

通過(guò)在用采系統(tǒng)中分別隨機(jī)抽取了城網(wǎng)用戶和農(nóng)網(wǎng)用戶各10戶居民用戶的全年電壓合格率的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，具體抽樣展示數(shù)據(jù)如圖6、圖7所示。通過(guò)分析可知，城網(wǎng)用戶電壓合格率明顯好于農(nóng)網(wǎng)用戶，同時(shí)7、8月份的農(nóng)網(wǎng)用戶電壓合格率明顯偏低，最低時(shí)低至180 V，電壓質(zhì)量偏差。對(duì)電壓合格率的在線監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析，可以為城農(nóng)網(wǎng)改造提供具體指導(dǎo)，進(jìn)而采取優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、增加配變布點(diǎn)、調(diào)整供電半徑等措施，持續(xù)提高電壓質(zhì)量。

圖6 城網(wǎng)用戶全年電壓合格率抽樣展示圖

圖7 農(nóng)網(wǎng)用戶全年電壓合格率抽樣展示圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了基于智能電能表實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)末端電壓合格率和供電可靠率的在線監(jiān)測(cè)技術(shù)，擴(kuò)展了通信規(guī)約，實(shí)現(xiàn)不同采集模式下（尤其是載波用戶）的供電可靠率、電壓合格率指標(biāo)的全口徑自動(dòng)統(tǒng)計(jì)與分析功能。本文研究成果可以實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)末端供電“兩率”的在線采集、統(tǒng)計(jì)分析和輔助決策，提升了電能質(zhì)量管理的實(shí)時(shí)性、針對(duì)性和有效性，為電網(wǎng)建設(shè)改造提供具體指導(dǎo)，持續(xù)提高供電可靠性與電能質(zhì)量，更好地滿足客戶需求。D

［1］ 馬釗，周孝信，尚宇煒，等.未來(lái)配電系統(tǒng)形態(tài)及發(fā)展趨勢(shì)［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2015（6）:1 289-1 298.

［2］ 楊玉琴，劉國(guó)賢，邱吉福，等.基于廣域網(wǎng)的電壓合格率管理信息系統(tǒng)［J］.繼電器，2006（6）:57-59.

［3］ 王劍，黃吾康，楊慧，等.有效提高配電網(wǎng)電壓合格率的措施［J］.陜西電力，2010，38（7）:69-71.

［4］ 丁虹，劉巖.提高10 kV饋線電壓合格率的綜合措施［J］.華北電力技術(shù)，2009（12）:49-50.

［5］ 唐寅生，段振國(guó)，李先懷，等.對(duì)電壓合格率定義的商榷［J］.供用電，2010（3）:64-65.

［6］ 吳春芳.提高居民端電壓合格率的措施［J］.農(nóng)村電氣化，2010（8）:21.

國(guó)網(wǎng)陜西電力實(shí)現(xiàn)智能表全覆蓋

截至2016年9月5日，國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司已運(yùn)行電能表528.78萬(wàn)只，全部為智能電能表，提前4個(gè)月全面實(shí)現(xiàn)了智能電能表全覆蓋任務(wù)，為分時(shí)電價(jià)、階梯電價(jià)、全面電費(fèi)控制、線損管理、電壓質(zhì)量監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)策略的實(shí)施提供了技術(shù)支撐。

智能電能表應(yīng)用是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的重要內(nèi)容，是電力用戶負(fù)荷、電量、計(jì)量狀態(tài)等重要信息實(shí)時(shí)采集的基礎(chǔ)。按照國(guó)家電網(wǎng)公司統(tǒng)一部署，國(guó)網(wǎng)陜西電力從2011年開始在公司城網(wǎng)、農(nóng)網(wǎng)改造、客戶工程及電網(wǎng)建設(shè)中全面應(yīng)用智能表，按照“先城市、后農(nóng)村，先三相、后單相”的原則大力推進(jìn)智能表應(yīng)用工作。

在為期5年半的智能電能表及配套設(shè)施更換工作中，國(guó)網(wǎng)陜西電力建立了完善的智能表全性能試驗(yàn)和檢定能力，建立了完善的檢測(cè)體系和業(yè)務(wù)流程，為智能表應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。期間，該公司根據(jù)情況，每一年給各供電單位下達(dá)智能表應(yīng)用任務(wù)，加強(qiáng)各單位里程碑計(jì)劃的剛性管控；組織、督促各單位開展項(xiàng)目物資、施工招標(biāo)申報(bào)；組織協(xié)調(diào)國(guó)網(wǎng)集中采購(gòu)中標(biāo)電能表供貨、檢定、配送及安裝調(diào)試工作，確保了智能電能表全覆蓋任務(wù)的提前完成。

摘自國(guó)家電網(wǎng)公司網(wǎng)站

Study on the on?line monitoring technology of power network terminal voltage qualification rate and power supply reliability

YU Tao,HUANG Shen?mao,LI Ming

（State Grid Changzhou Power Supply Company,Changzhou 213003,China）

In this paper,the on?line monitoring technology based on intelligent electric energy meter is studied to monitor the voltage qualification rate and the reliability of power supply,and realize the collection and analysis of the terminal voltage qualification rate and the power supply reliability.The research results of this paper make up the shortage of monitoring statistics on the two rates to monitor the end of the power supply in the prior art.The technology provides an effective information support for the power supply de?partment to improve the quality of the end of the power grid.The technology improves in formation and smart level of energy quantity inordertosatisfythecustomers’powerrequirement.

intelligent electric energy meter;voltage qualifi?cationrate;power supply reliability;on?line monitoring

10.3969/j.issn.1009-1831.2016.05.011

TM764.1；TM933.4

B

2016-04-13；

2016-06-14