低压用电台区智能表瞬时冻结技术研究及应用

关 艳，王志斌，赵宇东，王浩淼，高曦莹

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006)

低压用电台区智能表瞬时冻结技术研究及应用

关 艳1，王志斌2，赵宇东2，王浩淼2，高曦莹1

(1.国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006；2.国网辽宁省电力有限公司，辽宁 沈阳 110006)

针对集抄系统深化应用的需求，通过智能表瞬时冻结技术提供高同步性的用电信息原始数据。详细介绍了瞬时冻结技术的关键依据和技术细节，克服了原有方案下台区复杂拓扑以及表计时钟偏差对数据同步性的制约。

瞬时冻结；同步性；低压台区；深化应用；远程抄表

随着用电信息采集系统建设的快速推进，集抄覆盖总数与覆盖率均迅速增长。采集系统的远程抄表成功率也不断提高，一般台区普遍高于99%。可见，集抄系统的底层通信已具备较高的可靠性[1]。因此，在低压台区集抄系统中，除了执行用电量采集等基本业务，已经具备承载更多深化应用的条件。这些深化应用包括计量装置检测，供电质量监测，用电需求预测等，它们对电力公司提高服务质量，提升服务水平与用户体验具有重要意义[2]。

低压用电台区负荷变化比较频繁，而集抄系统深化应用中所需的原始分析数据对同步性要求又较高。基于现有的采集方法，想要获取同步数据只能采集指定时刻冻结值或采集各电能表当前值。由于表计时钟不可避免存在偏差以及路由组网存在中继等因素的影响，两种方法均无法保证数据的同步性[3]。本文提出的瞬时冻结技术可以解决这一现实问题。

1 数据采集中的同步性问题

在集抄系统深化应用中，绝大多数应用对原始数据有较高的同步性需求。例如，台区要监测用户实时电压、台区实时负荷曲线，若采集时间不一致，不能正确反映台区电能表在同一时刻的表现，无法为进一步分析提供可靠的原始材料。而现有的业务类型不足以支持如此高的同步性要求。首先，召测电能表某时刻的冻结数据并不能保证数据的同步性。因电能表时钟偏差，采集回的电能表冻结数据不能确保取自同一时间点。采集当前值亦不可行，因为对全台区来说采集任务本身无法瞬时完成，所谓当前值对各电能表并不相同，所以也无法通过采集当前值的方法来形成全台区同一时间点的冻结数据。

可见，无论是抄读某时刻的冻结值还是抄读当前值都不能保证数据的同步性。电能表彼此时钟差别越大，冻结值的时间差别也就越大；台区的拓扑结构越复杂，中继级别越深，不同表的“当前时间”差别越大。而时间差别越大，在此时间段内用户负载变化的可能性也就越大，因此无法为深化应用提供准确的数据材料。

为解决以上为问题，本文提出一种全新的瞬时冻结技术来保证采集数据的同步性。

2 瞬时冻结技术

瞬时冻结技术可以实现通信模块对同一时间点所需任意数据项的冻结及抄读，理论时间偏差可以控制在10 ms。主要依靠路由组网的中继级别调节采集时间，从而达到较精确的数据采集同步。其相对时间调节的模式可以保证采集结果不受表计数量、台区拓扑结构与表计时钟偏差的影响。

瞬时冻结实现的技术关键有两点，一是电力线载波通信的过零同步，二是根据路由中继级别实施的瞬时同步。

2.1 过零同步

电力线载波通信的过零通信模式利用低压电力线三相交流市电电压相差120°的特性，如图1所示，以各相交流市电电压过零时间点为时间基准进行同步处理，有效进行各相交流市电通信时间的微分划分，在工频(50 Hz)的半个周波10 ms时间里，各相交流电均有一个电压过零时间点，集中器与各载波模块间进行低压电力线载波通信时使用各自过零的3.3 ms，利用此时段的低噪特性提高整体的通信成功率；基于过零传输载波信号，一个台区的低压电力线载波通信系统便具备了相同的同步基准，其最大误差仅为3个过零时隙的长度，即半个周波10 ms。

图1 三相电过零时隙图

2.2 瞬时冻结

瞬时冻结过程由主站发起，向集中器发送瞬时冻结命令，集中器向下经过路由、电力线、载波模块几个环节将命令发至电能表。电能表载波模块接收命令，根据路由组网的实际情况，可以定义为0级中继接收(直接接收)，1级中继接收，2级中继接收，…，n级中继接收。经0级中继接收到瞬时冻结命令的载波模块，需等待经1，2，…，n级中继的载波模块接收到瞬时冻结命令后，各级中继级别载波模块同时执行冻结命令,如图2所示。

图2 瞬时同步等待时间与中继关联示意图

路由在发出的瞬时冻结命令报文中包含最大转发级别信息，载波模块接收到报文后，根据报文长度以及自身中继级别，进行采集等待时间计算。到达等待时间载波模块同时执行冻结命令，向电能表索要所需数据，计算过程如下。

由报文长度及通信速率可计算出需要的交流过零个数，具体算式与速率以及时隙的承载数据位数有关，这里将此关系抽象为函数f(x)，即M=f(L)，可得

t1=M×10=f(L)×10

(1)

经n级中继接收到命令的载波模块，需等待时间为

T=(N-n)×t1

(2)

式中：L为报文长度；N为最大中继数；M为过零点个数；T为等待时间；t1为单级传输时间。

因正确运行的系统中继级别不会出错，可见T的理论精确度即为t1的精确度。由式(1)知，报文长度在一次下发行为中为常数，函数f(x)为固定函数映射，所以t1的误差为10 ms以内。

3 瞬时冻结参数的应用举例

随着人们生活水平不断提高，家用电器增多，电网负荷不断增大，引起线路电流增大，因而在线路上损失的电压增大，到达末端用户的电压就会降低。这一问题在农村台区尤为明显，为了提高用户电能质量和载波抄表成功率，在配电环节对采集系统提出了采集监测用户电压信息的要求[4]。

电压监测显然对电压数据的同步性有很高的要求，若采集数据时刻有偏差，那么分析结果将失去意义。利用本文的瞬时冻结技术可以灵活召测台区用户电压同步数据，精确定位真实的低电压用户，可依据此数据纵向分析台区内各用户电压之间的关系，以及横向对比不同时间台区低电压用户出现的频率，为低电压台区整治工作提供精确丰富的数据支持。

现以某供电公司某台区为例，采集台区内67户用户表某日零点瞬时冻结电压数据，瞬时电压离散点图如图3所示，瞬时电压柱状图如图4所示。

图3 瞬时电压离散点图

图4 瞬时电压柱状图

此外，该技术的应用还包括：冻结瞬时电流，获取台区真实的用电情况；冻结瞬时功率，对供电高峰期的负荷进行统计，并依据历史数据预调节供电参数；冻结电能表自身参数，如时钟等，统计电能表产品性能，及时发现异常情况；冻结三相表的分相实时电量作为分相冻结数据，为分相线损的计算提供精确的基础数据。

4 结束语

依托当前集抄系统稳定的通信性能，各种深化应用需求变得可能且紧迫。本文提出的瞬时冻结技术可以为集抄系统的深化应用提供高同步性的基础统计数据，避免了台区拓扑和时钟偏差等因素对现有技术的限制。该技术同步误差可控制在10 ms以内，满足了各种数据分析的同步需求。

[1] 李 楠,屈百达.基于电力线载波与GPRS相结合的远程抄表系统[J].电测与仪表,2007,44(9):33-37.

[2] 李荣升, 王 桥, 孙亚男. 浅谈用电信息采集系统深化应用[J].中国科技博览, 2015,35(17):282.

[3] 祝 婧, 刘 水, 朱 亮.时钟同步在用电信息采集系统中的应用[J].电测与仪表, 2016,53(S1): 157-159.

[4] Chang C S, Loh P C. Integration of fault current limiters on power systems for voltage quality improvement[J], Electric power systems research, 2001, 57(2): 83-92.

Research and Application on Instantaneous Freezing Technology of Intelligent Electric Energy Meter in Low Voltage Power Station

GUAN Yan1,WANG Zhibin2,ZHAO Yudong2,WANG Haomiao2,GAO Xiying1

(1. Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China;2.State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China)

To deepen the application of power centralized meter reading system requirements, this paper proposes instantaneous freezing technology of smart meter is used to provide high synchronicity raw data of electricity information. The key gist and technical details of instantaneous freezing technology is introduced in detail in this paper. This technology overcomes complex topologies of original plan in power station and the restricts of the clock deviation to data synchronization.

instantaneous freezing；synchronicity；low voltage power station；further application；remote meter reading

TM76

A

1004-7913(2017)02-0025-03

关 艳(1974)，女，高级工程师，主要从事电能计量、用电采集在营销业务中的应用研究。

2016-12-22)