分布式計算在電能量計量系統中的研究與應用

高源晴

摘 要：在當前智能電網發展的大背景下，采用分布式計算模式具有一定現實意義。本文結合分布式電能量計量系統的整體架構，對分布式計算在電能計量系統中的作用及具體應用進行分析與討論。

關鍵詞：分布式計算 電能量計量系統 電能量采集 負載均衡應用

中圖分類號：TM73 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2013）03（c）-0008-02

以當前我國電能量計量系統裝備來看，主要為單相有功電度表或三相有功電度表，負控、集抄終端等，但人工抄表現象仍然存在，既浪費時間、人力，又容易出錯；另外，由于普通電度表的線損問題、人為竊電問題，造成個別地區電價持續上升，給用戶帶來了諸多不便。因此，如何改進電能計量和計費方法，已成為當前供電發展必須思考的話題，分布式計算在電能計量系統中的研究與應用具有重要意義。

1 分布式電能量計量系統概述

隨著計算機技術的廣泛應用，在用電管理方面也起到積極作用。計算機管理系統的應用便捷、查詢簡單，可節約較大的時間和人力，提高了工作效率與工作質量。目前，企業級別的電力負荷監測系統、電力負荷控制系統已經在一些地區應用，效果相對較好。但是我國普通的低壓電力用戶數量龐大、分布在不同區域，不能采取企業級點對點的抄表方法，其傳輸信道、設備數量等都將受到限制。結合這一實際情況，該系統中考慮將數據直接傳輸到主計算機中，通過主計算機再發布到管理中心，全程實施分布式控制方法[1]。

為了支持電力系統自動計量和自動計費，設計應用了分布式電能計量與計費系統，該系統主要分為四大系統：（1）數據采集系統。（2）應用服務器及數據庫管理系統。（3）電能量計量平臺支撐軟件。（4）電能量計量終端。該系統結構如圖1所示。

在該系統中，以負載均衡的服務器作為中央控制機，在整個系統中承擔管理的重任；通過冗余以太網的雙網結構，將系統中所有的中央控制機與網絡連接，實現數據共享。另外，將數據采集系統安裝到二次側中，管理電網運行中的各項參數，最終將這些參數傳輸到中央控制機即可。在用戶終端，包括了電子電度表、計算機控制兩大部分，為全電子構造模式[2]。另外，該方案的實現還有一個關鍵環節，就是利用以太網、PSTN、專線等多種通信形式來傳輸信號，已滿足各終端設備不同的接入需求。

2 分布式電能量計量系統的應用特征

在分布式電能量計量系統中，具有清潔、環保、便捷等優勢，可增強電網運行的安全性、可靠性，降低成本。另外，針對電能計量及控制技術，還具備如下特征。

（1）負荷波動范圍相對寬泛，如太陽能、風電等應用，會受到地域、環境等影響，輸出負荷可能不穩定；加強對電能質量監控的重視，如果不能符合標準要求應停止并網運行，確保電網電能的清潔度、優質性。

（2）負荷潮流實行雙向流動形式，換向過程較為頻繁；在分布式能源應用的架構中，客戶作為受電端的同時，也可能成為發電端，需要確保雙向、公平性、精準性計量；由于客戶采取自發式并網的頻率比較高，因此由于并網拉合閘而造成的沖擊問題，將會影響表計的運行穩定性、安全性[3]。

（3）該系統可以實現供用電信息數據的雙向傳輸和控制，同時支持若干通信方式的兼容與并存。

（4）實現總體正反向有功電能計量和分相有功電能計量，其計量精度可達到0.5S級；同時分相和總體四象限無功電能計量，其計量精度達到0.5S級。

（5）可對電流、電壓、有功功率、無功功率及頻率、濾波等參數進行測量，其中電流測量精度與電壓測量精度均可達到0.2級，諧波測量的精度為A級。在終端可以保存系統的電流、電壓、電能計量、諧波、功率等曲線數據。

（6）在系統外設置了以太網通信接口，便于將數據接入到電能量采集系統中；在集中管理單元，圖形用戶界面相對完善，可利用表格、曲線等查看系統中的終端數據，做好終端配置、參數等日常維護與管理。

3 分布式電能量計量系統的應用

對于電能量計量系統運行來說，其后臺應用服務器涉及到數據的采集、處理、統計、計算、檢驗等諸多業務量，包含了各種數據的采集入庫、統計、數據狀態校驗和計算公式嵌套等，具有并發量大、海量數據多、處理要求高等特征。在電能量計量系統的后臺計算過程中，配備了兩臺HA的高性能小機集群進行處理，但是運行效果仍不理想，尤其處于每日零點階段時，采集的任務大量并發，處于統計計算的高峰期，可能發生擁堵現象，造成結果的滯后性；同時，如果前置的數據發生了變化，還可能引起統計計算重算問題，增大系統運行的負荷量。通過采取分布式電能量計量方法，完成如下運行過程。

（1）分時電能計量。

在不同時間段，電能應用的負荷有所不同，因此在電能表或者計量系統的終端可以實現電能量的分時段累計和存儲，一般周期約為5～30 min，也可以調節為最小周期1 min，只要與調度計劃下發的周期相符即可。

（2）系統的數據采集。

為了確保正常讀取電量，應該保證和電能表或者計量終端的同步性，能夠與GPS時鐘進行對時，將其誤差控制在1 s/d之內；同時系統可以支持自動化的重發功能，即使發生通道中斷，仍然能夠保存當時的數據，確保系統恢復使用后數據的完整性、可用性。

（3）系統的數據處理。

如果發生數據遺失或者數據無效等問題，用戶可以通過人工輸入的方法取代原始數據，在數據庫的替代值中，輸入不可以擦除的標志之后，可以用于統計及分析。由于電能量計量系統的結果非常重要，系統應該實現數據的校對與處理。

（4）系統的數據管理。

電能量計量系統的應用直接面向用戶，支持基于WEB瀏覽技術的網絡查詢；同時，WEB服務器的應用，可以實現數據的安全隔離，從系統傳輸到WEB服務器機制，實現數據庫的安全管理；當用戶訪問數據庫系統之前，需要對數據庫接口提供的頁面進行訪問，確認用戶身份、權限之后，方可進入相應的頁面。

由上可見，基于分布式計算模式的電能計量系統應用，實現了集中管理單元與計量終端的有效通信，通過以太網將電能量計量系統連接到電能量采集系統中，可以隨時掌握各線路的線損狀況、負荷狀況等，及時發現盜竊電行為并采取相應措施，可有效實現經濟效益與社會效益，協助電力公司提高供電系統的維護與管理能力。

參考文獻

[1]夏永翔.電能量計量計費系統的建設和運行管理[J].科技信息，2010（33）.

[2]嚴勇，康琦，吳啟迪.分布式智能電網中電源失效時的電能優化分配[J].同濟大學學報（自然科學版），2012（7）.

[3]袁松貴，張軍，徐珮.基于虛擬儀器的分布式電能質量監測網絡系統[J].高電壓技術，2007（5）.

[4]王玲，康健，鄒宏亮，等.實時電能質量監測系統的構建及應用[J].電力系統保護與控制，2011（2）.

[5]王勇，楊勁鋒，申妍華.大型供電企業電能計量自動化系統設計與應用[J].電測與儀表，2011（11）.

[6]胡君軍，李林霞，鄭可.分布式能源模式下電能計量裝置需求探討[J].廣東技術師范學院學報，2010（3）.