同期線損系統(tǒng)中電廠電能量采集成功率的分析與提升

王博文，董大偉，陳 峰，陸海清，徐瑋韡

（1.國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014；2.國(guó)網(wǎng)杭州市余杭區(qū)供電公司，杭州 311100）

0 引言

隨著電網(wǎng)的智能化、自動(dòng)化、信息化發(fā)展，供電企業(yè)線損管理水平逐步提升，建設(shè)一體化電量與線損管理系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱“同期線損系統(tǒng)”），推廣高效節(jié)能的線損管理體系，已成為必然趨勢(shì)[1-4]。浙江電網(wǎng)的同期線損系統(tǒng)采用“一級(jí)部署、兩級(jí)應(yīng)用”的建設(shè)模式，橫向覆蓋全省集中部署，縱向貫穿市縣兩級(jí)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)電能量（以下簡(jiǎn)稱“電量”）數(shù)據(jù)源頭采集、線損自動(dòng)生成、指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)控，依據(jù)“分區(qū)、分壓、分線路、分臺(tái)區(qū)”的“四分”管理模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)線損的標(biāo)準(zhǔn)化、智能化、精細(xì)化管理，最終目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)每日“四分”線損計(jì)算與異常分析檢測(cè)。同期線損系統(tǒng)的建設(shè)推廣是推動(dòng)線損管理工作向信息化、自動(dòng)化、精細(xì)化管理發(fā)展的重要途徑。同期線損系統(tǒng)作為電量采集、線損計(jì)算、異常分析的全過程一體化管理平臺(tái)，以采集電量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過跨系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)比與融合，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障改造遺漏缺陷、系統(tǒng)檔案錯(cuò)誤信息等隱性問題。在用電信息采集系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立的數(shù)據(jù)環(huán)境下[5]，同期線損系統(tǒng)建設(shè)的支持力度受電量采集覆蓋率、采集成功率與對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)完整率影響。因此，如何提高浙江電網(wǎng)的電廠電量采集成功率是目前亟待解決的關(guān)鍵問題之一[6]。本文針對(duì)造成電廠電量數(shù)據(jù)采集失敗的原因，從采集終端本體故障、供電電源問題、通信通道故障、采集覆蓋問題、主站系統(tǒng)檔案問題5個(gè)方面進(jìn)行分析與探討。

1 電廠電量采集現(xiàn)狀

基于大數(shù)據(jù)的電能計(jì)量采集成功率與數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率不僅體現(xiàn)了企業(yè)的技術(shù)水平，也體現(xiàn)了企業(yè)的線損管理水平[4，7]。電量的采集管理是線損管理的首要基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，地方電廠的電能計(jì)量也與同期線損系統(tǒng)的推廣建設(shè)密切相關(guān)。

在用電信息采集系統(tǒng)集成方案（圖1）中，電量信息采集主要由用電采集系統(tǒng)使用智能電表通過各關(guān)口計(jì)量點(diǎn)進(jìn)行電能的采集和計(jì)量，再通過遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)將電量數(shù)據(jù)從采集終端上送至主站軟件，具體支持RS-485通信、紅外通信、載波通信和公網(wǎng)通信等方式[5，7]。通過信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，然后將電能計(jì)量結(jié)果推送至營(yíng)銷業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)與營(yíng)銷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)。營(yíng)銷業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)包含用戶檔案、接入點(diǎn)、表箱、計(jì)量點(diǎn)等臺(tái)賬信息。營(yíng)銷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與挖掘的云端數(shù)據(jù)平臺(tái)，同期線損系統(tǒng)依托該大數(shù)據(jù)平臺(tái)，根據(jù)電能計(jì)量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行同期供售電量的線損計(jì)算，為企業(yè)的生產(chǎn)與管理工作提供數(shù)據(jù)支撐。

在線損管理中，非統(tǒng)調(diào)地方水電廠供電關(guān)口的采集具有一定的特殊性。首先，地方水電廠為用戶資產(chǎn)，用戶的使用、配合度與私自拉電情況對(duì)電廠電量采集管理造成一定影響；其次，浙江地區(qū)地方水電廠多建設(shè)于偏遠(yuǎn)山區(qū)，分布點(diǎn)多面廣，環(huán)境惡劣潮濕，雷擊情況嚴(yán)重，而且設(shè)備陳舊，在設(shè)備運(yùn)維、采集管理和人工抄表補(bǔ)錄方面缺乏有效管理和維護(hù)；另外，偏遠(yuǎn)山區(qū)公網(wǎng)通信信號(hào)差，存在信號(hào)盲區(qū)，信號(hào)通道相對(duì)不穩(wěn)定，對(duì)采集終端至主站的實(shí)時(shí)電能計(jì)量數(shù)據(jù)傳送有較大影響。目前，部分地區(qū)的電能計(jì)量裝置性能與管理水平較低，導(dǎo)致電量數(shù)據(jù)獲取困難，不利于同期線損系統(tǒng)的推廣與建設(shè)。同期線損系統(tǒng)能夠通過智能計(jì)量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)對(duì)電量信息的智能采集，并將電量推送至營(yíng)銷基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，從而服務(wù)于系統(tǒng)的推廣建設(shè)。

圖1 用電信息采集系統(tǒng)集成方案

同期線損率ε是指同一時(shí)期內(nèi)供電量Esu與售電量Esa之差所占供電量的比率[3]，即：

電量采集完整率較低的現(xiàn)狀是制約同期線損管理水平提升的關(guān)鍵因素，電量數(shù)據(jù)的不準(zhǔn)確與缺失將直接影響同期線損系統(tǒng)中線損計(jì)算的準(zhǔn)確性與可靠性。現(xiàn)階段地方水電廠采集成功率普遍較低，用戶私自拉停電、水庫水量不足、機(jī)組維修導(dǎo)致水電站采集終端無電，計(jì)量通信通道信號(hào)弱，采集終端故障等是造成電量數(shù)據(jù)未能及時(shí)從采集終端傳輸至用電信息采集系統(tǒng)的主要原因。截至2017年年初，浙江各地區(qū)非統(tǒng)調(diào)電廠電量采集成功率為85%～95%，其中一半以上采集缺失是由于電站停電導(dǎo)致采集設(shè)備無法向主站傳輸數(shù)據(jù)造成。電量采集數(shù)據(jù)的缺失與遺漏直接導(dǎo)致月度線損統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)不全，由于計(jì)量問題造成的管理線損則直接影響同期線損率的準(zhǔn)確可信度。

2 采集數(shù)據(jù)缺失常見原因分析

2.1 采集成功率統(tǒng)計(jì)

采集成功率是指信息采集系統(tǒng)主站于每日零點(diǎn)時(shí)刻統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的一次采集成功率，即一次采集成功電能表數(shù)量占應(yīng)采集電能表數(shù)量的比重。對(duì)于未采集成功的電能表，信息采集系統(tǒng)主站分別于設(shè)定的幾個(gè)固定時(shí)刻自動(dòng)補(bǔ)采缺失的電量數(shù)據(jù)，并統(tǒng)計(jì)當(dāng)日采集成功率與前一工作日的上網(wǎng)電量。根據(jù)前述分析，智能電表應(yīng)用了先進(jìn)的測(cè)量、傳輸和通信技術(shù)，雖已實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地記錄電網(wǎng)供售電量信息，但仍存在部分計(jì)量關(guān)口電量采集缺失或數(shù)據(jù)異常的現(xiàn)象，電量信息采集成功率有待進(jìn)一步提升。

2.2 非統(tǒng)調(diào)電廠電量采集存在的主要問題

非統(tǒng)調(diào)電廠電量采集的缺失直接影響同期線損系統(tǒng)中分區(qū)、分壓、分線線損及母線平衡率等計(jì)算指標(biāo)，現(xiàn)階段采集表底缺失主要存在采集覆蓋問題、通信通道故障、終端本體故障、供電電源問題以及主站系統(tǒng)檔案問題等5類典型原因[8]：

（1）采集覆蓋問題。非統(tǒng)調(diào)電廠電量信息采集未實(shí)現(xiàn)100%全覆蓋。浙江地區(qū)信息采集系統(tǒng)遠(yuǎn)程通道以無線公網(wǎng)為主，部分偏遠(yuǎn)山區(qū)存在信號(hào)盲區(qū)，無線信號(hào)覆蓋率低，無線傳輸數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較差，暫時(shí)未實(shí)現(xiàn)全覆蓋。

（2）通信通道故障。采集現(xiàn)場(chǎng)無信號(hào)或信號(hào)弱、不穩(wěn)定導(dǎo)致采集裝置無法將數(shù)據(jù)傳輸至主站系統(tǒng)。對(duì)于加裝載波通信裝置但載波信號(hào)弱的情況，需檢查并消除信號(hào)干擾源，對(duì)載波裝置進(jìn)行維護(hù)處理。

（3）終端本體故障。小水電站大多分布在偏遠(yuǎn)山區(qū)，環(huán)境潮濕，雷擊情況嚴(yán)重，設(shè)備陳舊，處理采集終端問題往往需要較長(zhǎng)時(shí)間，終端故障需現(xiàn)場(chǎng)復(fù)位，同時(shí)硬件設(shè)備的更新更換缺乏有效的管理與維護(hù)。

（4）供電電源問題。一是部分小水電站在枯水時(shí)期、水庫維修、機(jī)組故障等情況下不發(fā)電，或用戶自主斷開計(jì)量設(shè)備電源，導(dǎo)致采集裝置無電，無法將數(shù)據(jù)推送至用電信息采集系統(tǒng)。二是部分小水電站僅白天發(fā)電，晚上不發(fā)電時(shí)用戶自主斷開主變壓器開關(guān)，導(dǎo)致采集裝置無電，造成零點(diǎn)時(shí)刻電量數(shù)據(jù)無法上傳至主站。

（5）主站系統(tǒng)檔案問題。系統(tǒng)電廠用戶檔案信息不準(zhǔn)確、檔案維護(hù)管理不完善。在系統(tǒng)中存在部分電廠沒有對(duì)應(yīng)用戶、部分用戶沒有對(duì)應(yīng)電廠等一系列冗余檔案數(shù)據(jù)。同時(shí)存在部分不愿銷戶但又常年不發(fā)電的小水電廠用戶，造成長(zhǎng)時(shí)間表底采集失敗的現(xiàn)象。

3 解決采集問題的管理方案與技術(shù)措施

針對(duì)2.2節(jié)所分析的問題，需要提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)維護(hù)與改善運(yùn)維管理模式，形成高效閉環(huán)管理機(jī)制，依靠用電信息采集系統(tǒng)電量采集成功率的提升來穩(wěn)固源端采集系統(tǒng)的信息集成保障。電量采集故障分析流程如圖2所示。

圖2 電量采集故障分析流程

提高采集成功率、優(yōu)化同期線損系統(tǒng)建設(shè)的管理方案與技術(shù)措施如下：

（1）實(shí)現(xiàn)地方電廠電量信息采集全覆蓋。梳理未采集覆蓋的地方電廠，科學(xué)制訂采集終端與主站通信方案，確保實(shí)現(xiàn)地方電廠采集全覆蓋。

（2）加強(qiáng)采集信號(hào)覆蓋與提升。對(duì)于公網(wǎng)信號(hào)弱的偏遠(yuǎn)區(qū)域，優(yōu)先采用改善信號(hào)的方案，加強(qiáng)與移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的溝通，解決信號(hào)盲區(qū)的問題；其次，嘗試通過擴(kuò)展天線、加裝信號(hào)增強(qiáng)設(shè)備（無線信號(hào)放大器）、轉(zhuǎn)用北斗衛(wèi)星通信、更換終端通信模塊（如中壓載波通信）以及使用有線網(wǎng)絡(luò)等手段（見圖3、圖4），實(shí)現(xiàn)無線公網(wǎng)信號(hào)弱區(qū)域的采集覆蓋。

圖3 無線放大裝置的應(yīng)用

圖4 中壓載波裝置的應(yīng)用

（3）核查營(yíng)銷業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)的電廠檔案。完善地方電廠管理規(guī)定，在系統(tǒng)中增設(shè)長(zhǎng)期停電標(biāo)簽應(yīng)用；確保地方電廠檔案信息的準(zhǔn)確性，確保所有電廠準(zhǔn)確建檔，確保用電戶與發(fā)電戶對(duì)應(yīng)關(guān)系的準(zhǔn)確性。

（4）加強(qiáng)地方電廠電量信息采集的運(yùn)行維護(hù)監(jiān)管力度。實(shí)現(xiàn)采集與運(yùn)行維護(hù)閉環(huán)管理，定期檢查電能表和終端485接口等是否正常、采集終端配置參數(shù)是否正確，有序開展采集異常問題的監(jiān)控、遠(yuǎn)程處理、派工、數(shù)據(jù)補(bǔ)錄、疑難問題處理等維護(hù)工作。

（5）實(shí)現(xiàn)電量數(shù)據(jù)的補(bǔ)采功能應(yīng)用。將采集失敗、數(shù)據(jù)缺失的情況反饋至信息采集系統(tǒng)進(jìn)行補(bǔ)采和核對(duì)，并實(shí)時(shí)更新至數(shù)據(jù)中心和同期線損系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)同期線損系統(tǒng)與源端業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合與對(duì)接。

（6）增設(shè)計(jì)量點(diǎn)或計(jì)量點(diǎn)位置改造前移。據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，浙江非統(tǒng)調(diào)電廠電量采集失敗原因中，水電廠停電造成終端無法向主站傳輸數(shù)據(jù)占采集失敗總量的一半以上，具體包括水量不足、水庫機(jī)組維修改造、用戶斷開計(jì)量設(shè)備電源等原因，而由通信通道或終端故障造成的采集失敗情況占剩余比例的大部分。針對(duì)信號(hào)不穩(wěn)定、用戶斷開終端電源且計(jì)量點(diǎn)在開關(guān)后側(cè)導(dǎo)致采集裝置無電的情況，可以將計(jì)量點(diǎn)前移至用戶操作開關(guān)之前，或在其他信號(hào)覆蓋較強(qiáng)的地方（如主變壓器高壓側(cè)、線路T接聯(lián)絡(luò)處、線路對(duì)側(cè)）增設(shè)計(jì)量關(guān)口，配置相應(yīng)表計(jì)采集裝置，采用以近似關(guān)口或?qū)?cè)關(guān)口電量數(shù)據(jù)來替代的方式解決此類問題。

（7）UPS（不間斷電源）系統(tǒng)技術(shù)方案。 UPS是一種以逆變器為主要元件、利用蓄電池作為后備電源的電源保護(hù)設(shè)備，一般分為后備式、在線式和在線互動(dòng)式，在建筑、電氣等行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[9-12]。

UPS功率和電池容量的選擇直接由負(fù)載大小決定，即：

式中：SUPS為UPS電池容量；PUPS為UPS有功功率；Pload為負(fù)載；F為功率因數(shù)，考慮UPS的裕量，可按0.8計(jì)；效率η按70%計(jì)[11]。

蓄電池供電時(shí)間主要受負(fù)載大小、電池容量、電源啟動(dòng)電壓等因素影響[9]，即：

式中：A為蓄電池安時(shí)數(shù)；UUPS為UPS電源啟動(dòng)電壓；Td為延時(shí)時(shí)間。

UPS配置計(jì)時(shí)器等智能模塊，根據(jù)實(shí)際時(shí)間節(jié)點(diǎn)的需要來控制蓄電池組充放電，不僅能為蓄電池提供過充保護(hù)，延長(zhǎng)蓄電池使用壽命，還能設(shè)置放電時(shí)段，以滿足特定時(shí)間節(jié)點(diǎn)的電量采集需求。

智能化、網(wǎng)絡(luò)化是UPS發(fā)展的必然方向，新一代UPS運(yùn)用微機(jī)處理器控制，對(duì)UPS的運(yùn)行實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)控。文獻(xiàn)[13]提出一種智能化UPS系統(tǒng)嵌入式設(shè)計(jì)方案，其系統(tǒng)采用后備式方式，能夠通過ADC（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換模塊）監(jiān)測(cè)、智能判斷、中斷保護(hù)等應(yīng)用實(shí)現(xiàn)UPS持續(xù)可靠供電和智能化異常監(jiān)控。市電失電后UPS通過控制模塊持續(xù)給負(fù)載設(shè)備供電，并且具有自保護(hù)功能以及電源的智能化預(yù)警管理功能。

針對(duì)采集時(shí)間節(jié)點(diǎn)采集裝置無電的情況，加裝UPS系統(tǒng)與計(jì)時(shí)器模塊，在需要采集表底數(shù)據(jù)的時(shí)刻專門為采集裝置持續(xù)供電。當(dāng)水電廠因水量不足、機(jī)組故障或用戶斷開計(jì)量設(shè)備電源時(shí)，UPS能夠在采集時(shí)間節(jié)點(diǎn)為采集裝置提供電源，從而保證電量信息實(shí)時(shí)上傳。

（8）推算采集失敗的電量數(shù)據(jù)的估計(jì)參考值。通過理論線損率以及電壓、電流、功率、對(duì)側(cè)電量、線路參數(shù)等參數(shù)變量來推算出缺失的表計(jì)電量，為缺失的電量數(shù)據(jù)提供參考值[7，14]。

增設(shè)停電標(biāo)簽。在用電信息采集系統(tǒng)中增設(shè)停電標(biāo)簽，將用戶停電前的歷史表底數(shù)據(jù)標(biāo)記為靜態(tài)數(shù)值，作為枯水時(shí)期長(zhǎng)期停電水電廠在采集系統(tǒng)中的表底數(shù)值，停電周期內(nèi)則默認(rèn)上網(wǎng)電量計(jì)為0。

采用對(duì)側(cè)電量或冗余數(shù)據(jù)替代缺失電量。若采集失敗的供電關(guān)口對(duì)側(cè)電量能夠有效采集，供電關(guān)口缺失的數(shù)據(jù)可以近似用對(duì)側(cè)電量來替代，若該關(guān)口存在主副表或者多塊電表測(cè)量，則可以通過冗余數(shù)據(jù)替代。

利用專家經(jīng)驗(yàn)或理論線損推算。可利用已有數(shù)據(jù)，通過一定的換算得出所需電量。例如對(duì)該段時(shí)間內(nèi)的負(fù)荷曲線進(jìn)行積分來近似推算該時(shí)段內(nèi)的電量，或根據(jù)上一周期的電量按照一定的比例換算來近似推算。另一方面，可根據(jù)理論線損率以及相關(guān)電量參數(shù)推算出缺失的表計(jì)電量。通過仿真、模擬技術(shù)手段，對(duì)電量采集缺失的區(qū)域或線路進(jìn)行線損分析，依據(jù)歷史、理論線損率來推算出采集失敗的供電關(guān)口的電量數(shù)據(jù)。通過推算出缺失的表底數(shù)或參考值[14]，來替代人工抄表、追補(bǔ)電量，從而優(yōu)化同期線損系統(tǒng)建設(shè)，提高供電關(guān)口電量采集成功率。

4 實(shí)施成效

浙江某地區(qū)對(duì)水電廠開展計(jì)量點(diǎn)增設(shè)或前移、通信通道信號(hào)增強(qiáng)、加裝無線信號(hào)放大器、更換采集終端等改造工程，有針對(duì)性地消除電廠電量信息采集失敗的問題，有效提升整體采集水平，完善管理方案。同時(shí)，為避免因互感器故障需停運(yùn)線路進(jìn)行消缺的問題，在高壓計(jì)量箱前同步安裝跌落式熔斷器或負(fù)荷開關(guān)，實(shí)現(xiàn)線路不停電對(duì)互感器和采集器進(jìn)行故障消缺工作。

通過對(duì)地方電廠采集覆蓋率、采集成功率的監(jiān)測(cè)分析與整改提升，試點(diǎn)地區(qū)非統(tǒng)調(diào)地方電廠采集成功率如表1所示。截止至2017年年初，改造42個(gè)電廠計(jì)量點(diǎn)，該地區(qū)地方電廠采集成功率較2016年同期提升近18%，顯著提升了同期線損系統(tǒng)建設(shè)的信息集成保障。

表1 浙江某地市地方電廠電量信息采集情況

5 結(jié)語

電量的采集缺失將導(dǎo)致由于計(jì)量問題造成的管理線損，影響線損計(jì)算的準(zhǔn)確率。本文對(duì)同期線損系統(tǒng)中電量采集現(xiàn)狀進(jìn)行了詳細(xì)分析，根據(jù)浙江電網(wǎng)與地區(qū)特性提出了改進(jìn)措施，建立了故障分析處理機(jī)制，提高了浙江地區(qū)地方電廠電量采集成功率。

隨著我國(guó)電網(wǎng)信息化建設(shè)的大力推進(jìn)，基于電能采集的一體化電量線損管理是智能電網(wǎng)發(fā)展的重要過程，提高線損精細(xì)化管理水平、促進(jìn)電能計(jì)量智能化發(fā)展的工作仍任重道遠(yuǎn)。