計量自動化系統(tǒng)的功能拓展設(shè)計

李洪乾

(貴州電網(wǎng)公司凱里供電局，貴州 凱里 556000)

隨著計量自動化系統(tǒng)的投入使用及不斷開發(fā)，海量的電力數(shù)據(jù)被采集上傳。這些不同類型的電力數(shù)據(jù)在智能負(fù)荷控制、電費結(jié)算、用電檢查、配電網(wǎng)運行監(jiān)測以及線損精益分析等多個方面，發(fā)揮了重要的支撐作用，并已成為電網(wǎng)公司經(jīng)營決策分析的重要數(shù)據(jù)來源[1]。但與此同時，計量自動化系統(tǒng)采集回來的數(shù)據(jù)存在多源、異構(gòu)、高維、分布以及非確定性[2]，這對數(shù)據(jù)本身價值的使用和提取提出了挑戰(zhàn)。因此，為了更有效地挖掘電力大數(shù)據(jù)的價值以及提升電網(wǎng)智能化水平，對計量自動化系統(tǒng)的應(yīng)用方法進(jìn)行研究與設(shè)計具有重要的意義。

1 計量自動化系統(tǒng)

計量自動化系統(tǒng)作為營銷系統(tǒng)最為重要的輔助系統(tǒng)，承擔(dān)著電能計量、遠(yuǎn)程費控、實時電價以及用電檢查等業(yè)務(wù)功能。此外，該系統(tǒng)為實現(xiàn)營銷信息資源、配電應(yīng)用資源和服務(wù)資源統(tǒng)一優(yōu)化調(diào)配創(chuàng)造了先決條件。其功能及當(dāng)前存在的不足介紹如下。

1.1 計量自動化系統(tǒng)功能簡介

計量自動化系統(tǒng)當(dāng)前共有6個主要功能模塊，分別為采集管理、數(shù)據(jù)管理、運維管理、業(yè)務(wù)應(yīng)用、現(xiàn)貨交易以及系統(tǒng)管理。其中，在每一個主模塊下，又分別有對應(yīng)的二級菜單和三級子功能選項。目前，共能實現(xiàn)43個功能，并且隨著應(yīng)用的不斷深入，其子功能還在不斷增加。如圖1所示。

圖1 計量自動化系統(tǒng)功能模塊圖

采集管理主要完成相應(yīng)電能表和終端的檔案維護(hù)及采集維護(hù)，該模塊是計量自動化系統(tǒng)的核心部分，是開展數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用的基礎(chǔ)。而數(shù)據(jù)管理主要對計量自動化系統(tǒng)所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行歷史查詢，這對電量退補計算工作具有重要意義。因而該模塊是業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，對客戶開展電量應(yīng)用及負(fù)荷監(jiān)測起到了至關(guān)重要的作用，而運維管理主要實現(xiàn)對工單的維護(hù)及指標(biāo)的管控。此外，其中的知識社區(qū)模塊，方便使用人員與開發(fā)人員進(jìn)行溝通與交流，以實現(xiàn)對計量系統(tǒng)的逐步完善。業(yè)務(wù)應(yīng)用主要實現(xiàn)線損管理和費控管理，對臺區(qū)的治理意義重大。而現(xiàn)貨交易模塊包括采集管理、檔案信息、應(yīng)用查詢、指標(biāo)管理、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)發(fā)布、運維管理、綜合分析8個二級菜單。最后，系統(tǒng)管理主要實現(xiàn)對計量系統(tǒng)使用者權(quán)限的維護(hù)，以及在對應(yīng)權(quán)限下，可以重新定義指標(biāo)的計算規(guī)則和告警規(guī)則。

1.2 計量自動化系統(tǒng)存在的不足

通過使用計量自動化系統(tǒng)6個主要功能模塊，已能滿足絕大部分工作上的應(yīng)用需求。但是，由于在前期開發(fā)時難以統(tǒng)籌兼顧，使得后期進(jìn)行完善時，出現(xiàn)了開發(fā)難度大等問題，使得該系統(tǒng)無法完全滿足一些特定工作上的應(yīng)用。

目前，計量系統(tǒng)主要存在以下不足：

第一，數(shù)據(jù)難以整合。為了不影響大數(shù)據(jù)的查詢效率。一方面，在下載不同時間維度的數(shù)據(jù)后，由于沒有硬性規(guī)定的排序方式，使得對不同時間維度的上千個節(jié)點數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時，其每一個節(jié)點的數(shù)據(jù)均不是按照時間維度逐一排序，導(dǎo)致還須進(jìn)行額外的排列處理。另一方面，下載不同空間維度的數(shù)據(jù)后，對不同指標(biāo)頁面下數(shù)據(jù)的排序方式也不做硬性規(guī)定，導(dǎo)致在統(tǒng)計分析這些數(shù)據(jù)時，也須額外進(jìn)行排列查找處理。例如：一個頁面能夠下載該地區(qū)的臺區(qū)負(fù)荷數(shù)據(jù)，另一個頁面能夠下載該地區(qū)變壓器負(fù)載率數(shù)據(jù)，但若想在一張表格里同時體現(xiàn)該地區(qū)所有臺區(qū)的負(fù)荷數(shù)據(jù)及變壓器負(fù)載率數(shù)據(jù)，還須分別對下載的數(shù)據(jù)進(jìn)行額外篩選排列處理。

第二，對于一些異常指標(biāo)，由于無法按照自己的需求制定篩選規(guī)則，因此難以直接查看自己需要的數(shù)據(jù)。

第三，部分功能并未完全開發(fā)，例如對疑似竊電用戶進(jìn)行初步排查等。

雖然對以上的不足可以通過報工單的方式解決，但由于流程煩瑣，會花費大量的人力與時間成本。因此，為了提升計量工作人員的工作質(zhì)量及工作效率，對計量自動化系統(tǒng)的應(yīng)用方法進(jìn)行優(yōu)化拓展設(shè)計具有重要的意義。

2 計量自動化系統(tǒng)的拓展設(shè)計思路

2.1 數(shù)據(jù)說明及提取

在計量自動化系統(tǒng)中，不同子功能頁面下能夠得到不同類型的功能數(shù)據(jù)，而這些數(shù)據(jù)具有一些共同特點。首先，都有序號、組織機(jī)構(gòu)、用戶編號、用戶名稱、資產(chǎn)編號、數(shù)據(jù)采集時間以及用戶狀態(tài)等類型的標(biāo)簽數(shù)據(jù)。其次，由于受到計量系統(tǒng)的限制，一次能導(dǎo)出的數(shù)據(jù)均只有20000條。若想導(dǎo)出更多的數(shù)據(jù)，一方面可進(jìn)行分批導(dǎo)出，另一方面可通過報工單的方式，由后臺批量導(dǎo)出。此外，計量系統(tǒng)將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)，以Excel表格的形式進(jìn)行文本保存。因此，在對數(shù)值型數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時，還須轉(zhuǎn)換這些數(shù)據(jù)的類型。

2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理

數(shù)據(jù)導(dǎo)出到Excel表格中后，將所須轉(zhuǎn)換的數(shù)值型數(shù)據(jù)由文本類型轉(zhuǎn)換為數(shù)值類型，可通過Excel軟件直接進(jìn)行轉(zhuǎn)換。然后根據(jù)應(yīng)用需求，對這些數(shù)據(jù)按照時間或空間維度進(jìn)行排列。在排列過程中，由于用戶編號與用戶名稱等數(shù)據(jù)不具備唯一性，例如，一個用戶編號下可能存在兩塊及以上終端的情況，因此常采用資產(chǎn)編號作為查找對象。

2.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用

預(yù)處理后的數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的應(yīng)用需求，可分別用作電網(wǎng)竊電排查、數(shù)據(jù)篩選與整合、反向走字檢測和電壓電流異常監(jiān)測等。雖然計量自動化系統(tǒng)對電網(wǎng)異常數(shù)據(jù)也有告警，但有時所得到的告警數(shù)據(jù)無法完全滿足當(dāng)?shù)禺惓Ｅ挪榧爸卫淼男枨?。因此，根?jù)不同臺區(qū)負(fù)荷水平，迫切需要實現(xiàn)具有一定特殊性的功能。

計量自動化系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計流程圖如圖2所示。

圖2 優(yōu)化設(shè)計流程圖

3 實例運用

3.1 數(shù)據(jù)整合應(yīng)用

數(shù)據(jù)整合是指通過整合不同類型或不同來源的數(shù)據(jù)，使用語義技術(shù)將它們合并為有意義或有價值的信息。在計量自動化系統(tǒng)中，為了應(yīng)對不同業(yè)務(wù)的需求，在各功能模塊下，能得到不同類型的數(shù)據(jù)。但由于這些數(shù)據(jù)間具有一定的獨立性，從而導(dǎo)致無法充分挖掘其使用價值。因此，對數(shù)據(jù)進(jìn)行初步整合是十分有必要的，這也為進(jìn)一步的數(shù)據(jù)價值提取奠定了基礎(chǔ)。

以一個配電網(wǎng)技改項目為例，其需要提供在本年內(nèi)該地區(qū)所有臺區(qū)的最大線損率和對應(yīng)變壓器的最大值和最小值的負(fù)荷情況，而在計量系統(tǒng)中，臺區(qū)線損率與變壓器最大值和最小值負(fù)荷情況按不同的排列順序分別存儲在兩個功能頁面下，并且這些數(shù)據(jù)還分別按照不同月份來進(jìn)行存儲，因此這兩類數(shù)據(jù)均較為繁多。

按照圖2流程圖中的思路，對這兩類數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。首先以臺區(qū)線損率為參考，篩選出對應(yīng)臺區(qū)變壓器在對應(yīng)月份下的最大值負(fù)荷、最小值負(fù)荷；然后，按照月份對每一個臺區(qū)進(jìn)行排列；最后，把每一個臺區(qū)的最大線損率及最大值負(fù)荷、最小值負(fù)荷篩選出來，從而得到所需數(shù)據(jù)。

3.2 電壓電流異常監(jiān)測應(yīng)用

為保障電力系統(tǒng)能更加安全穩(wěn)定地運行，對電能質(zhì)量指標(biāo)的要求越來越高，尤其是電壓指標(biāo)。根據(jù)DL/T 1208—2013《電能質(zhì)量評估技術(shù)導(dǎo)則供電電壓偏差》，可得配電網(wǎng)正常供電時電壓范圍，如表1示。

表1 正常供電電壓范圍

由表1可知，一方面，當(dāng)線路末端某相電流較大時，末端電壓會稍低于正常供電電壓范圍，首端線路電壓有時卻略高于表1電壓范圍。另一方面，為保證一些用戶能正常用電，在某些時刻用戶用電電壓也不在表1供電范圍內(nèi)，而當(dāng)前計量系統(tǒng)對不同負(fù)荷暫未給予不同告警指標(biāo)。因此，根據(jù)實際情況應(yīng)對其設(shè)定不同的告警指標(biāo)，例如，對于末端線路，可增加持續(xù)低電壓時間來進(jìn)行告警，從而提高對異常電流電壓判斷的準(zhǔn)確性。

3.3 竊電排查應(yīng)用

在“碳達(dá)峰、碳中和”的國家戰(zhàn)略背景下，各企業(yè)節(jié)能降耗已成為必然趨勢。其中，降低竊電造成的非技術(shù)性電能損失，對電網(wǎng)公司有非常重要的意義，但是，當(dāng)前計量自動化系統(tǒng)并未提供竊電排查功能。而一些不法分子采用分壓、分流的方式來進(jìn)行間歇性的遠(yuǎn)程遙控竊電，這給電網(wǎng)公司造成了不小的損失。因此，為提高竊電排查效率，通過計量自動化系統(tǒng)對高損臺區(qū)進(jìn)行疑似竊電排查具有實用價值。

根據(jù)功率計算公式（1）可知，有功功率等于三相電壓電流與功率因數(shù)乘積之和。

對于現(xiàn)場直接采用分壓、分流方式來進(jìn)行竊電的，可通過直接測量現(xiàn)場電壓電流是否與表計一致來進(jìn)行排查。而對于篡改電能表程序來進(jìn)行分壓、分流竊電的，可通過對計量自動化系統(tǒng)以15 min一個點采集回來的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行排查。當(dāng)存在竊電時，電能表傳回來的功率數(shù)值將小于直接采用公式（1）計算出來的數(shù)值，從而可初步判斷該用戶是否存在竊電嫌疑。

對貴州某供電局7個高損臺區(qū)進(jìn)行疑似竊電排查，以15 min一個采樣時刻，可得圖3。

圖3 疑似竊電排查圖

觀察圖3可知，在0～300采樣時刻，臺區(qū)1的功率比值相較于臺區(qū)2～7，其長時間遠(yuǎn)大于1，因此可初步判斷臺區(qū)1有竊電嫌疑。通過現(xiàn)場排查該表計，發(fā)現(xiàn)臺區(qū)1電能表確實存在不明編程記錄，更換電能表后，在301～600采樣時刻，臺區(qū)1功率比值恢復(fù)正常。

4 結(jié)論

為提高計量人員工作效率，本文對計量自動化系統(tǒng)拓展應(yīng)用方法進(jìn)行了設(shè)計與研究，其主要工作如下：

一是給出了清晰的設(shè)計流程，為進(jìn)一步對各應(yīng)用功能開發(fā)及優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

二是實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)整合、電壓電流異常監(jiān)測以及竊電排查的初步應(yīng)用，其結(jié)果表明該設(shè)計方法是有效的，并且相對于人工排查方法也更高效。