电能表计量性能评价及预测方法研究

电能表计量性能评价及预测方法研究

边绪焕 

济宁市质量计量检验检测研究院 山东省济宁  272000

摘要：近年来，我国社会发展迅速，各个行业都在不断进步。随着供电企业智能电能表的大规模安装,以及基于IR46标准的新型电能表的规模化推广应用,表计检定和供应量不断增加。目前,国家电网公司各省级计量中心为提高检定效率和规范性,大范围引入智能检定与仓储设备。同时,为实现电能表的及时分拣、充分利用、规范处置,供电企业均已开展电能表拆回分拣检测。其中,具备条件的企业已开展智能分拣与仓储系统的自动化分拣检测。当前,电能表检测仅以基本的合格和不合格作为判定标准,对分拣合格的电能表缺乏进一步评判。因此,实施电能表计量性能评价及预测,对拆回分拣合格的电能表重新投运及在线监控具有重要意义。

关键词：电能表；计量性能评价；预测方法；研究

引言

电能量计量系统作为电力自动化系统的重要组成部分，为电网企业购电、售电和线损等业务开展提供了精准的电量数据支撑，实现了购电结算和网损计算的自动化，对电力计量数据的准确性、运行的可靠性的提升有非常积极的推动意义。随着电力行业改革持续推进和不断深入，电力系统同期线损工作的进一步推进和云平台、现货交易平台的建设，计量系统采集到的电量基础数据得到了更为广泛的运用，计量系统的重要性日益增加。但随着电能量计量系统越来越庞大和复杂，接入的计量设备和数据量也呈几何级增长，传统的计量表计和通信方式已经不能适合未来智能电网的发展趋势，不能满足实际需求，特别是现货交易平台对电量数据的要求。因此，根据当前电能量计量系统的发展趋势，为了更好地满足电网运营和电力市场发展需求，设计新型的电能量计量系统十分必要。

1电能量计量管理系统

（１）数据采集与处理

由于变电站计量点数量较多，各计量点所采集的电能量信息量庞大、耗时长，人力成本较大且准确性和及时性较低，因此，应用计量自动化技术实现电能量信息的自动采集，以提升电能量数据抄读的准确性、及时性及统一性，达到规范用电管理和减员增效的目标。

（２）电量数据的统计与计算

电量统计与计算是用电管理的是一项核心工作，所涉及的结算、统计的电量数据庞大而繁杂。应用计量自动化技术实现各类电量数据的统计，可采用时间段进行分类统计，使得电量信息的分析工作变得清晰明了；另外，应用计量自动化技术也便于电能损耗量的计算，电能损耗计算是用电管理的一项重要工作，通过电能损耗计算查找损耗原因，制定出降损的措施能够大大降低供电企业的运营成本，提高效益，也可通过异常线损信息及时发现电网运行设备的异常情况，为电网稳定运行提供数据依据。

（３）报表管理与信息发布

实现电能量数据报表的自动生成和发布，为电网稳定安全运行状态和电网建设或改造提供数据依据。在系统提供详实数据的基础上，通过应用专用和通用的电子制表功能，按照应用的需要，将采集到的数据进行分类统，并计生成相应的报表，如：原始数据报表、电量分析比对报表、线损平衡报表、母线平衡报表、变损分析报表、电压合格率报表、失压记录报表、报警信息报表等。

（４）系统接口

实现系统接口与ＭＩＳ系统连接，使得变电站关口表电量数据、负荷数据、线损报表、倍率参数等相关计量数据可通过ＷＥＢ发布在ＭＩＳ系统查阅浏览。

2电能表计量性能评价方法

电能表作为电能计量器具,其基本误差反映其计量性能。针对电能表拆回检测及其首次检定的基本误差情况,对其计量性能进行评价。

2.1评价方法研究

利用电能表基本误差数据对电能表进行计量性能评价的原则是计量性能与误差特征值成反比。其本质上是针对误差特征数据分布情况进行评价。利用拆回检测和首次检定不同时间维度的误差数据对电能计量性能进行分类评价。误差数据在特征空间的分布情况代表其计量性能的差异。但对误差数据进行分析存在以下两点问题。

（1）电能表误差数据为数值型数据,具备连续性特点,分布较为密集。如果人为划分计量性能评价分界线主观性强,难以合理进行。

（2）检定数据中只有电能表合格与不合格之分,没有针对误差数据作进一步细分,所以表计没有计量性能评价分类标签数据。监督学习各算法需要标签数据进行分类评价,不适用于电能表数据集。无监督学习算法中,聚类和降维算法既可以处理连续数值型数据,又不需要标签数据。但是降维算法一般用作压缩数据。而聚类算法可根据数据分布自动分类,因此适用于电能表数据集分类评价。

2.2误差特征构建

特征构建利用电能表不同时间维度的误差数据进行。由于每只电能表误差数据正负并存,而零误差点为理想误差点,直接利用原始误差数据分析数据点分散时波动性强,难以直观表征其计量性能分布情况。因此,为了对每只电能表进行计量性能评价,需要根据基本误差数据构建特征量。根据误差测试数据,可直接以均值与方差表征每只电能表误差分布情况。同时,为了进一步分析误差分布情况,并与理想的零误差点相关联,定义平均偏移量和最大偏移量两个变量。平均偏移量即所有误差测试点距零点的平均距离。构建了均值、方差、平均偏移量、最大偏移量四个特征量。这四个特征分别代表了电能表四个不同维度的分布情况。因此,利用K-means算法分别对这几个特征维度进行计量性能评价,并选出最合适的评价维度。同时,每只电能表有首次检定和拆回检测两个时间维度的特征数据,记为[x1,x2]。

3系统计量表计的优化

目前，集中式电能表已经在智能变电站中应用，通过智能变电站高度信息化的合并单元或者电子式互感器的数字输出采样信号，集中式电能表采集方式更加灵活方便，数据传输更加快捷，并且能实现信息交互、信息共享。强大的CPU处理芯片的出现，能够支持足够快的运算速度，这为集中式电能表能够支持更多的采样回路提供了坚实的硬件基础。目前已经使用的集中式电能表的采样回路可达8路，积分运算可以达到毫秒级别，能够完成8块独立多功能电能表（包括电能示值/增量、电能需量、当前瞬时量和状态信息等）所有计量功能。

（1）集中式电能表的优势

集中式电能表的使用大大缩减了系统规模，接入的电能表数量呈几何级下降，使站端系统更加简洁明了，运维更加方便快捷，光纤数字接入方式无须大量电缆，设备成本和运维成本明显下降。同时，接入设备和通信电缆接点的减少，也降低了风险点的数量和触发设备故障概率，提高了电能量计量系统运行的可靠性，符合智能变电站集约、低碳和环保的设计要求。集中式电能表的使用提高了电能量计量精度。常规电能量计量装置的综合误差主要由互感器误差、二次回路误差、电能表采样频率误差及A/D转换器的精度等组成。集中式电能计量终端采用光电或电子式互感器，不存在模拟量采样、A/D转换等误差，具有无磁饱和、频带宽、动态测量范围大、测量准确度高和暂态特性好等优点。信号传输采用光缆传输，速度快、抗干扰能力强，传输基本无压降；采用先进的设计理念和数据处理算法，提高了计量精度，使集中式电能计量终端的精度可达到0.1S级。

（2）集中式电能表双机冗余设计方案集中式电能表采用一主一从的双机冗余设计，采用硬件竞争机制决定主机和从机，正常情况下，主机处于工作状态，从机处于监视状态，从机实时同步主机电能量数据。若主机故障，从机无缝切换成主机，完全实现主机所有功能，同时发出主机故障告警信号。若主机监测到从机故障，则发出从机故障告警信号，提醒工作人员及时处理。此方案大大降低了因设备硬件故障引起的系统故障，提高了系统的运行可靠性。

结语

随着智能电网技术的发展，建立高度信息化、标准化以及现代化的电能量计量系统势在必行。因此，必须对电能量计量系统进行优化设计，提高其对生产运营、交易结算系统的支持力度。相信在不久的将来，智能技术可以使电能量计量系统更加完善成熟，促进电力行业的整体服务质量的提升。

参考文献

［１］肖勇，赵伟，罗睿希，等．数字化电能计量算法综述［Ｊ］．电测与仪表，２０１８，５５（７）：１⁃７．

［２］陈黎来．电流互感器对电能计量的影响［Ｊ］．电力自动化设备，２０１１，３１（１）：１３８⁃１４１．