配變臺(tái)區(qū)精益線損載波抄讀方法研究

田 豐，羅 輝，李 耀，周亞明

（威勝信息技術(shù)股份有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410205）

0 引言

低壓配變臺(tái)區(qū)的供電線路多，走線復(fù)雜，分布面積廣，用戶(hù)用電行為多變且難以預(yù)測(cè)，線損動(dòng)態(tài)變化范圍大[1]，長(zhǎng)期以來(lái)基于用電信息采集系統(tǒng)的臺(tái)區(qū)總表-用戶(hù)電表模型僅能計(jì)算臺(tái)區(qū)總線損，臺(tái)區(qū)內(nèi)部或局部更多的線損信息無(wú)法給出。

精益線損分析[2-3]給消除盲區(qū)提供了解決方案，在已有臺(tái)區(qū)總表和用戶(hù)電表的基礎(chǔ)上，通過(guò)在線路關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)加裝硬件感知設(shè)備以采集臺(tái)區(qū)內(nèi)部和局部的電量，進(jìn)而為計(jì)算粒度更細(xì)的線損數(shù)據(jù)提供渠道。一種可行方案是在臺(tái)區(qū)變壓器側(cè)加裝智能融合終端[4]，在分支箱加裝分支感知終端，在表箱加裝末端感知終端，各感知終端和用戶(hù)電表以載波（PLC）或高速寬帶載波（HPLC）方式與智能融合終端交互通信，智能融合終端作為“臺(tái)區(qū)大腦”，匯總各下行設(shè)備的凍結(jié)電量進(jìn)而計(jì)算線損與線損率。

從應(yīng)用效果來(lái)看，無(wú)論是PLC還是HPLC，都存在不穩(wěn)定、可靠性差、階段性時(shí)好時(shí)壞的固有缺點(diǎn)[5][6]，凍結(jié)電量的一次抄讀成功率很難達(dá)到100%甚至相差甚遠(yuǎn)。精益化的分時(shí)和分相線損分別要求具備15分鐘級(jí)線損分析和總、A、B、C線損分析的能力，這種抄讀間隔很短、設(shè)備數(shù)量和數(shù)據(jù)類(lèi)目龐大的場(chǎng)景給線損分析帶來(lái)新的考驗(yàn)，本文根據(jù)多個(gè)試點(diǎn)項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)總結(jié)精益線損方案設(shè)計(jì)存在的誤區(qū)，而智能融合終端如何以載波方式完整準(zhǔn)確抄到凍結(jié)電量以支撐分時(shí)、分段、分線和分相等多維度線損分析是本文要探討解決的問(wèn)題。

1 設(shè)計(jì)方案誤區(qū)

1.1 整點(diǎn)整刻抄讀

早期方案采用整點(diǎn)或整刻抄讀方式，即融合終端在整點(diǎn)或整刻啟動(dòng)抄讀下行設(shè)備凍結(jié)電量，該方案遇到了計(jì)算線損率與理論線損率偏差較大的問(wèn)題。究其原因是大量下行設(shè)備的對(duì)時(shí)并未與融合終端完全同步，下行設(shè)備之間的對(duì)時(shí)也未完全一致，當(dāng)下行設(shè)備時(shí)間滯后于融合終端時(shí)，該方案的弊端會(huì)顯現(xiàn)。例如，融合終端的裝置時(shí)間已到12點(diǎn)時(shí)某臺(tái)下行設(shè)備的裝置時(shí)間尚在11點(diǎn)59分，此時(shí)抄讀返回的整點(diǎn)凍結(jié)電量必然是該設(shè)備11點(diǎn)的，使用時(shí)間斷面不一致的凍結(jié)電量進(jìn)行計(jì)算分析必然帶來(lái)較大誤差。

考慮到正常的對(duì)時(shí)誤差無(wú)法完全消除，一般集中在0～1分鐘范圍內(nèi)，融合終端應(yīng)在整點(diǎn)或整刻后經(jīng)一定延時(shí)再啟動(dòng)抄讀，為冗余計(jì)，延時(shí)可設(shè)為5分鐘，避免帶來(lái)凍結(jié)時(shí)間斷面不一致問(wèn)題。若下行設(shè)備支持凍結(jié)時(shí)間上報(bào)，融合終端應(yīng)一并抄讀凍結(jié)時(shí)間，以判斷對(duì)時(shí)是否同步，不同步的凍結(jié)電量不應(yīng)采用。

1.2 定時(shí)計(jì)算

早期方案采用定時(shí)計(jì)算方式，首先根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值預(yù)設(shè)一個(gè)固定時(shí)刻，融合終端在該時(shí)刻計(jì)算線損之后對(duì)外輸出結(jié)果。例如，經(jīng)驗(yàn)判斷輪抄一遍下行設(shè)備的總耗時(shí)在10分鐘內(nèi)，融合終端則在啟動(dòng)抄讀的10分鐘后計(jì)算線損和線損率。在實(shí)際應(yīng)用中，發(fā)現(xiàn)載波不通時(shí)有發(fā)生且抄不通的設(shè)備個(gè)數(shù)隨機(jī)變化，考慮到超時(shí)等待時(shí)間一般為1～2分鐘，超時(shí)設(shè)備較多時(shí)，10分鐘內(nèi)就無(wú)法輪抄完，源數(shù)據(jù)不完整將造成線損計(jì)算不準(zhǔn)確。

為避免該問(wèn)題，可增加“線損數(shù)據(jù)有效標(biāo)志”“設(shè)備可算率”“線損率置信度”等指標(biāo)，作為輔助數(shù)據(jù)與線損率一同輸出，讓用戶(hù)更全面掌握情況。此外，定時(shí)計(jì)算方案應(yīng)當(dāng)改成適時(shí)計(jì)算，只在源數(shù)據(jù)抄讀完全或者經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間嘗試仍不完全才計(jì)算。

1.3 消除負(fù)值

早期方案規(guī)定對(duì)于負(fù)線損率強(qiáng)制賦0，這契合線損率只為正數(shù)不為負(fù)數(shù)的常規(guī)認(rèn)識(shí)。但試點(diǎn)發(fā)現(xiàn)線損率為負(fù)值的情況普遍存在，究其原因是試點(diǎn)臺(tái)區(qū)負(fù)荷一般較小，各下行設(shè)備以二次值上送凍結(jié)電量，微小電量變化無(wú)法體現(xiàn)出來(lái)，又因?yàn)橄滦性O(shè)備存在計(jì)量誤差，綜合作用之下造成最終誤差較大，偶爾會(huì)出現(xiàn)負(fù)值情況。又考慮到部分臺(tái)區(qū)存在用戶(hù)自發(fā)電的場(chǎng)景，設(shè)計(jì)方案應(yīng)允許負(fù)值出現(xiàn)。

1.4 總-分相等

早期方案基于總電量等于分相電量之和的思路對(duì)源數(shù)據(jù)做二次補(bǔ)全和校正，分析試點(diǎn)項(xiàng)目的源數(shù)據(jù)經(jīng)常發(fā)現(xiàn)總電量不等于分相電量之和甚至相差很大，這是因?yàn)橄滦性O(shè)備總電量不是直接取用的三相電量之和，而是獨(dú)立計(jì)量。此外，四者也存在出廠基數(shù)不一致的情況。鑒于此，總線損和各相線損應(yīng)該單獨(dú)計(jì)算，不應(yīng)該建立關(guān)聯(lián)。

1.5 立即計(jì)算

線損的計(jì)算基礎(chǔ)是各節(jié)點(diǎn)的電量增量，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，電量增量的計(jì)算依賴(lài)相鄰兩個(gè)時(shí)刻的凍結(jié)電量，如果要實(shí)現(xiàn)智能融合終端一上電就計(jì)算出線損這一需求，上電伊始便要抄讀相鄰兩個(gè)凍結(jié)點(diǎn)的電量，無(wú)疑會(huì)增大載波網(wǎng)絡(luò)通信壓力，可能影響其他功能。而DL/T645規(guī)約只規(guī)定了整點(diǎn)凍結(jié)和日凍結(jié)，下行設(shè)備通常不具備月凍結(jié)電量和15分鐘級(jí)凍結(jié)電量，即使不考慮載波通信壓力，上電伊始也無(wú)法得到15分鐘線損和月線損。

鑒于此，融合終端初次上電要經(jīng)過(guò)相應(yīng)周期的等待方可計(jì)算出線損，但在融合終端運(yùn)行期間可將歷史凍結(jié)電量保存至Flash永久存儲(chǔ)介質(zhì)，不影響投運(yùn)期間短時(shí)停電再?gòu)?fù)電后的立即計(jì)算。

1.6 準(zhǔn)確率

線損率的計(jì)算依據(jù)眾多下行設(shè)備的凍結(jié)電量，電能表和其他各類(lèi)感知設(shè)備不免存在計(jì)量誤差，電量的一二次轉(zhuǎn)換也會(huì)丟失精度，而各設(shè)備不完全同步，其凍結(jié)時(shí)刻不會(huì)完全重合，這些因素都會(huì)影響線損率精度。應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，線損計(jì)算只能追求相對(duì)準(zhǔn)確，其意義更多在于反映線損率的趨勢(shì)變化。

2 不定時(shí)不定次抄讀方法

2.1 基本原理

載波通信時(shí)好時(shí)壞，抄讀時(shí)間窗與載波暢通時(shí)間窗的重合度隨機(jī)波動(dòng)，在載波不通的時(shí)間窗內(nèi)發(fā)出抄讀命令得不到響應(yīng)，進(jìn)而造成抄讀失敗，接續(xù)若干次重復(fù)抄讀的改善效果并不明顯，若重抄達(dá)到一定次數(shù)仍未抄到，融合終端便放棄該下行設(shè)備，繼而造成該次凍結(jié)電量永久缺失。

本文提出一種不定時(shí)不定次的循環(huán)抄讀方法，基本原理是提高載波暢通時(shí)間窗的利用率進(jìn)而提高抄通率。本文以小時(shí)線損為例，整合當(dāng)前整點(diǎn)及過(guò)去23個(gè)整點(diǎn)的抄讀任務(wù)存入隊(duì)列，融合終端對(duì)每一臺(tái)下行設(shè)備每一個(gè)整點(diǎn)的凍結(jié)電量都不限次數(shù)反復(fù)抄讀，直至抄讀成功或者經(jīng)過(guò)24個(gè)小時(shí)反復(fù)抄讀仍未抄到為止，這與載波穩(wěn)定性的波動(dòng)周期一般為1天相吻合。

2.2 已抄標(biāo)志的設(shè)置

線損計(jì)算依據(jù)所有下行設(shè)備的凍結(jié)電量，缺一不可，設(shè)置一組已抄標(biāo)志hfin表征凍結(jié)電量抄讀情況，hfin為T(mén)rue表示第i臺(tái)下行設(shè)備的上n次整點(diǎn)凍結(jié)電量已經(jīng)成功抄到，為False表示尚未抄到。i的最大值取下行設(shè)備個(gè)數(shù)m，n的最大值依線損類(lèi)型而定，對(duì)于小時(shí)線損取24，表示融合終端的小時(shí)線損最長(zhǎng)追溯過(guò)去24小時(shí)的凍結(jié)數(shù)據(jù)。hfin的初始值全部為False。

上n次是一個(gè)相對(duì)概念，其意義會(huì)隨時(shí)間推移發(fā)生變化，下行設(shè)備某小時(shí)段的上1次凍結(jié)電量在下1小時(shí)段會(huì)被稱(chēng)作上2次凍結(jié)電量，基于此，融合終端上電運(yùn)行期間在每個(gè)整點(diǎn)時(shí)刻都對(duì)hfin按照hfi24=hfi23, …,hfi2=hfi1依次進(jìn)行覆蓋刷新，最后對(duì)hfi1賦False，這是因?yàn)樾抡c(diǎn)的凍結(jié)電量還沒(méi)有抄讀。

2.3 遍歷規(guī)則

因?yàn)檩d波采用的串行通信方式，決定了同一時(shí)刻只能抄讀一臺(tái)下行設(shè)備的一個(gè)整點(diǎn)凍結(jié)電量，這引出了融合終端按照何種先后順序遍歷hfin的問(wèn)題，若某一臺(tái)下行設(shè)備某個(gè)整點(diǎn)的凍結(jié)電量因設(shè)備自身載波不通無(wú)法被抄到，則短時(shí)間內(nèi)該設(shè)備其他整點(diǎn)電量被抄到的概率較低，此時(shí)有必要嘗試切換到下一臺(tái)下行設(shè)備，因此本文中推薦整點(diǎn)n在外，設(shè)備序號(hào)i在內(nèi)的雙循環(huán)遍歷方式，循環(huán)展開(kāi)后如圖1所示。

圖1 循環(huán)展開(kāi)后的示意圖

2.4 hfin的應(yīng)用

對(duì)于任一臺(tái)下行設(shè)備任一次凍結(jié)電量的抄讀，首先判斷其hfin，若為T(mén)rue則跳過(guò)，若為False，就通過(guò)載波下發(fā)抄讀該臺(tái)下行設(shè)備該次凍結(jié)電量的命令，若在超時(shí)等待時(shí)間內(nèi)收到了數(shù)據(jù)報(bào)文，置hfin為T(mén)rue，否則不做處理，抄讀程序流程如圖2所示。

圖2 小時(shí)線損凍結(jié)電量抄讀程序流程圖

3 試點(diǎn)應(yīng)用

新方法在陜西某試點(diǎn)臺(tái)區(qū)進(jìn)行驗(yàn)證，載波抄讀情況可從融合終端的日志文件導(dǎo)出。應(yīng)用新方法前，某一臺(tái)下行設(shè)備在某一個(gè)自然日的整點(diǎn)凍結(jié)電量被抄讀情況見(jiàn)表1，從表1可看出，只有12個(gè)整點(diǎn)被抄到，未被抄到的凍結(jié)電量大部分集中在晝間。

表1 某下行設(shè)備凍結(jié)電量被抄讀情況

應(yīng)用新方法后，同臺(tái)下行設(shè)備在另一個(gè)自然日的整點(diǎn)凍結(jié)電量全部被抄通，抄讀次數(shù)見(jiàn)表2。

表2 某下行設(shè)備凍結(jié)電量被抄讀次數(shù)

4 結(jié)束語(yǔ)

低壓配變臺(tái)區(qū)精益線損分析的應(yīng)用價(jià)值凸顯，方案設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)載波通信的特性做了充分考慮，提高了線損計(jì)算的及時(shí)性、準(zhǔn)確性和完整性。對(duì)于小時(shí)線損的每一個(gè)整點(diǎn)凍結(jié)電量，新方法將其抄讀時(shí)間窗擴(kuò)大到未來(lái)24小時(shí)，被抄到的概率可達(dá)到或無(wú)限接近100%，這在不犧牲及時(shí)性的前提下保證了數(shù)據(jù)的完整性，因?yàn)槊總€(gè)新整點(diǎn)到來(lái)后，最先抄讀的是上1次凍結(jié)電量，任一凍結(jié)電量只要被抄到就不會(huì)被再次抄讀，避免了載波資源的浪費(fèi)。本文所述載波抄讀方法同樣適用于15分鐘級(jí)、日級(jí)、周級(jí)和月級(jí)線損分析。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，通信速率更快、可靠性更高且成本相當(dāng)乃至更低的通信方案有望出現(xiàn)，將支撐配變臺(tái)區(qū)高頻次海量數(shù)據(jù)的采集，推動(dòng)數(shù)據(jù)的二次開(kāi)發(fā)利用?！?/p>