電能計量的無線采集與監視系統性能分析

張新

（浙江科力車輛控制系統有限公司，浙江 江山 324100）

隨著電子技術發展和現代電力管理要求的提高，多功能電子式電能表有逐步取代傳統的感應式電能表的趨勢。因此，對于電能計量的無線采集與監視系統性能分析有其必要性。

一、電能計量的無線采集

該系統主要由電能表(全電子式)、現場單元、GPRS網絡、控制終端(手機)和管理中心等五個部分組成。在進行無線采集，會通過數據網絡接口，結合設備驅動程序，進行系統操作，在進行處理時，還要利用電纜的物理接口，接著由網絡層負責尋址，尋找數據，通過路由器，完成在網終中的活動。

電能計量的無線采集系統設計，其主要的功能體現在三個方面：一方面，編輯記錄，定位要修改的記錄使之成為當前記錄，調用Edit方法，給各字段賦值，調用Update方法，確定所做的修改。另一方面，可以增加記錄，即調用Add New方法，調用Up date方法，給各字段賦值，確定所做的添加，將緩沖區內的數據寫入數據庫。第三方面，主要是刪除記錄，在經過系統定位的條件下，將已經被刪除記錄，變為當前記錄，調用Delete方法；移動記錄指針。

在采集系統運行時，其通過電能計量，將由發電廠、輸電線、配電系統及負荷組成的數據信息，由變壓器、電力線路等變換、輸送、分配電能設備，傳送到操作系統。

在電力網絡中電壓分布中，取用電設備的額定電壓為線路額定電壓，使所有設備能在接近它們的額定電壓下運行，線路始端電壓為額定電壓的105%；發電機的額定電壓為線路額定電壓的105%，通過變壓器分升壓變和降壓變一次側電源，進行二次側接負荷，所得到的數據取二次側額定電壓等于線路額定電壓。另外，系統將用電設備的額定電壓，直接和發電機相聯的變壓器一次側額定電壓，連接線路始端，向負荷供電，應比線路的額定電壓高5%，加上變壓器內耗5%，然后通過線路末端，向負荷供電的數據，就可以通過系統傳輸過來。

二、電能計量的監視系統性能分析

電能計量是現代社會中最重要、最龐雜的工程系統之一。如何保證正常、穩態運行時的電能質量和經濟性問題，是我們考慮的重點問題之一。其主要優點是能夠深入研究系統狀態，失穩距離和機理低CPU適合于多事件/狀態的研究。

大量的規劃和運行研究，并且可以進行在線分析；但是其存在的缺點就是沒有時間軌跡，需對模型進行假設或簡化，注意保證模型的基本特性，有時難以預測失穩的特性(快速的控制和非線性環節的影響)，因此，就需要電能計量的監視系統來完成。

首先，對于多電壓級網絡監視系統，其主要是應用等值電路模型時，所有參數和變量都要作電壓級歸算，并且通過等值變壓器模型時，進行所有參數和變量可的歸算。在系統中，還需要電力網絡特性計算所需的原始數據，結合用戶變電所的負荷功率及其容量，將電源的供電電壓和樞紐變電所的母線電壓以及繪制等值電路所需的各元件參數進行處理，從中通過監視系統，發現相互之間的關聯、關系等。

其次，要根據網絡接線圖以及各元件參數計算等值電路，并將等值電路簡化，以采集系統中所已知的負荷功率和網絡額定電壓，從受電端推算到送電端，逐一近似計算各元件的功率損耗，求出各節點的注入和流出的功率，從而得到電力網絡的功率分布。但是在這個過程中，要注意的一點通過監視系統，由于只計算功率分布和電壓分布，因此，若要計算結果達到精度要求，可反復上列步驟，形成一種迭代算法，直到精度滿足要求為止，只是在迭代計算中，第二步不再用額定電壓，而用在上次計算中得到的各點電壓近似值進行計算。

第三，對于報警時間，其主要有兩組16位報警時間，頻率事件設置寄存器，用于設置報警時間或頻率事件，它們由INT-x-AE與INT-x- FE控制。設定的標志位24小時對應。因為，對于電能計量本身而言，其必須要經濟調度，而在經濟調度時，第一個問題就是研究用戶的需求，即進行電力負荷預測，按照調度計劃的周期，可分為日負荷預測，周負荷預測和年負荷預測。不同的周期的負荷有不同的變化規律：

第一種變動幅度很小，周期又很短，這種負荷變動有很大的偶然性。

第二種變動幅度較大，周期也較長，屬于這種負荷的主要有：電爐、壓延機械、電氣機車等帶有沖擊性的負荷變動。

第三種變動基本上可以預計，其變動幅度最大，周期也最長，是由于生產、生活、氣象等變化引起的負荷變動。

其中，負荷預測的精度直接影響經濟調度的效益，提高預測的精度就可以降低備用容量，減少臨時出力調整和避免計劃外開停機組，以利于電網運行的經濟性和安全性。負荷預測，在安全監視過程中的超短期負荷預測，要通過操作系統，完成日調度計劃、周負荷預測、年負荷預測以及規劃電源和網絡發展時需要用1-20年的負荷預測值。

第四，在監視系統中，系統會根據負荷變化，將電能計量的有功功率和頻率調整大體上也可分為：一次調頻：由發電機調速器進行；二次調頻：由發電機調頻器進行；三次調頻：由調度部門根據負荷曲線進行最優分配。前兩種是事后的，第三種是事前的。一次調頻是所有運行中的發電機組都可參加的，取決于發電機組是否已經滿負荷發電。這類稱為負荷監視。二次調頻是由平衡節點來承擔，對于非故障處電流，如果電壓一般不滿足邊界條件，需要由監視系統進行計算：一、計算參數，作出正、負、零序網，二、由復合序網及序電壓方程求得故障處的各序電流、電壓；三、在各序網中求非故障處的序電流、序電壓；

三、合成得到非故障處的各相電流、電壓。

第五，在電能計量中，穩定性和安全性的判斷依據，其中，對于穩定的判斷依據，是以不同的事故可以有不同要求，也可以結合三者確定安全運行極限，而安全性判斷，則是根據所有事件的穩定裕度大于某些無功源的儲備在一定的范圍內，對于電壓判據和對電壓的控制策略，主要是通過監視，結合電能計量的動態問題，在時間和區域上進行劃分，在區域上，一般劃分為：模型合理性和參數的合理性，合理的穩定指標，主要是通過線性物理量來確定，結合參數靈敏度作好進一步分析。

結語

本系統具有成本低、體積小、操作方便、無需建網和網絡維護、通信費用少

等優點，基本上能滿足電力部門抄表的要求。隨著綜合自動化技術的不斷提

高，自動抄表的功能不斷更新和增強，相信通過實踐使用，系統不斷發展完善，

能夠更好的適應今后的發展，在生產中發揮更大作用。今后的研究工作還可以從

以下幾個方面展開：

1不斷增強系統的功能，對通訊協議的兼容性和可擴充性進行充分考慮。現場單元和管理中心軟件設計上還需進一步優化，提高可操作性，為用戶提供簡便、易操作的界面。例如，參數設置界面還要完善。

2系統的可擴展性需增強。目前在軟硬件設計中只對電能表應用，對水表、氣表和其它類型的計量工具尚未提供接口。下一步的開發中應對系統的擴展性做進一步研究，使系統的適用范圍更廣。

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