關口電能表在線更換電量損失補償方法

朱夢夢，李仕林， 翟少磊，鐘堯，于輝，林聰，朱全聰

(1.云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217；2.南方電網公司電能計量重點實驗室，昆明 650217)

關口電能表在線更換電量損失補償方法

朱夢夢1，2，李仕林1，2， 翟少磊1，2，鐘堯1，2，于輝1，2，林聰1，2，朱全聰1，2

(1.云南電網有限責任公司電力科學研究院，昆明 650217；2.南方電網公司電能計量重點實驗室，昆明 650217)

介紹在線方式下現場更換電能表方案，著重分析了關口表在線更換過程中電量精確補償存在的難點和現有方法的不足之處，針對關口表更換過程中的負荷變化的特點，利用記錄瞬時功率離散點進行曲線擬合進而提出合理電量損失補優化償的方法，保證電力交易的公平公正。

關口電能表；在線更換；電量損失；優化補償方法

0 前言

規程對運行中的關口電能表的輪換周期規定為三至四年[1]。為不影響正常電力生產，現場一般帶負荷更換關口電能表，將接線盒內的每相電流連接片閉合，電壓連接片斷開，待更換電能表無電流和電壓后，就可進行換表工作。由于在閉合接線盒內的電流連接片，斷開電壓連接片后，直到裝上新表后恢復正常這段時間內，電能計量裝置是不計量的，這樣拆裝關口電能表這段時間內會產生電量損失，換表結束后，要對這段時間內的損失電量進行補償。但是在實際工作中，通常換表過程中采用的補償方案是在拆下舊關口電能表前記錄關口電能表的瞬時電壓、電流、功率及功率因數，同時用秒表記錄從二次電流回路短接至恢復的準確時間，以換表前的瞬時功率作為換表期間的平均功率來估算換表期間的電量損失，并在當月結算電量中增加此部分換表期間的補償電量。

上述的方案在負荷變化較大時會有較大誤差，根本無法做到準確計量這段時間的電量，只能通過人工進行測量和計算，很多用電客戶對計算出的追補電量并不認可。本文利用通過研究關口表更換過程中的電壓電流及功率因素的特征，利用最小二乘法法擬合功率曲線提出合理電量損失補優化償的方法，提供簡便快捷的計算方法、同時提高工作效率。

1 電子式電能表在線更換方案

1.1 電子式電能表的計量原理

電子式電能表是在數字功率表的基礎上發展起來的，采用乘法器實現對電功率的測量，其工作原理框圖如圖1所示[2-3]。

一般電子式電能表的工作原理是：被測量的高電壓u、大電流i經電壓變換器和電流變換器轉換后送至乘法器，乘法器完成電壓和電流瞬時值相乘，輸出一個與一段時間內的平均功率成正比的直流電壓U，然后再利用電壓/頻率轉換器，U被轉換成相應的脈沖頻率f，將該頻率分頻，并通過一段時間內計數器的計數，顯示出相應的電能。為了更為直觀的描述電量計算，電壓、電流以及功率曲線如圖2所示。

圖1 電子式電能表工作原理框圖

圖2 電壓、電流及功率曲線圖

其中P(t)=u(t)×i(t)為功率曲線，而有功電能W(t)為功率曲線與橫軸t所包圍的面積 (陰影部分)之和。

1.2 電量精確追補方法的不足

一般情況下，換表過程中采用的補償方案是在拆下舊關口電能表前記錄關口電能表的瞬時電壓、電流、功率及功率因數，同時用秒表記錄從二次電流回路短接至其恢復的準確時間，以換表前的瞬時功率作為換表期間的平均功率來估算換表期間的電量損失，所計算出的補償電量在當月結算電量中增加此部分換表期間的補償電量。

在現場關口表更換中發現，換表過程中由于負荷不同導致的功率也會隨時發生變化，因此采用換表前的瞬時功率及換表所需時間計算補償電量就不能如實反映出換表過程中的損失電量。藉此，尋求改進和完善關口電能表在線更換中電量補償方法是非常有必要的。

2 在線更換電量損失優化補償法

2.1 基于最小二乘法擬合曲線方法

在建模過程中最常用到的數據處理方法就是進行數據的曲線擬合。曲線擬合技術測試數據的處理等領域中的應用越來越廣泛。所謂曲線擬合是指設法找出某條光滑的曲線最佳地擬合數據。其思想是使它能反映這些離散數據的變化趨勢使數據點的誤差平方和最小。而在進行曲線擬合時，并不要求擬合曲線一定要經過每一個數據點，但要盡量避免出現局部波動。

最小二乘法的曲線擬合是指：已知n個數據點 (xi，yi)，i=1，2，......，n，其中xi不全相同，尋求函數y=s( x；a1，a2，...am)的待定參數a1，a2，...am(n ＜m)的一組值，使得在這組取值下，函數y=s( x；a1，a2，...am)與已知n個數據點整體上最為逼近。最小二乘曲線擬合方法根據已知數據，首先構造出能夠反映含有待定參數的函數y=s( x；a1，a2，...am)與n個數據點 (xi，yi)，i=1，2，......，n偏離程度的函數為：

然后，利用數學方法求函數Q( a1，a2，...am)的最小值此時a1，a2，...am的取值就是所求的帶定值。這樣一組取值使得函數y=s( x；a1，a2，...am)與n個數據點在二次平方和意義下最為逼近[4-6]。

2.2 在線更換電量優化補償方法

最小二乘法反應所有數據點總的趨勢，消除其局部波動，對于雜亂無章的無序離散點擬合比較適用，而關口電能表在線更換方式下負荷波動不定，一般呈現無序的離散點，因此最小二乘法適合用于功率曲線的擬合。

在現場關口電能表檢測中，適用三相電能表校驗儀裝置對其進行檢測，其中利用三相電能表現場校驗儀獲取t1到t2時間段的有功功率離散點為p(tn)，然后根據其離散點采樣值利用最小二乘曲線擬合方法分別構建立有功功率曲線的多項式函數p(t)，進而可知換表過程中損失總有功電量計算公式為：

式2中，W為有功電量，t1為換表的初始時間，t2為換表的結束時間。p(t)為瞬時有功功率。因此由式2可以算出在線更換電能表中損失電量。為了方便進行曲線擬合，本文采用matlab中polyfi函數的方法進行擬合，其界面操作簡單，曲線擬合效果良好。

3 電量補償優化計算方法應用示例

為了進一步的說明此種優化補償方法，表1給出了一組離散的功率數據，其中列出了每個時間點的功率因素。

表1 試驗數據

針對上述實驗數據，然后利用最小二乘法擬合函數去擬合瞬時有功功率數據。可得到三相電能現場表校驗儀瞬時功率曲線擬合情況如圖3所示。

圖3 功率擬合曲線圖

從而算出擬合函數的系數為

由此可以得出功率擬合的曲線函數為：

上述函數為換表過程中瞬時功率與時間關系，由上述分析可知，電量既是功率與時間t軸所包圍的面積，然后可以計算出有功電量為0.011 6 kW·h。

倘若換表過程中記錄瞬時功率的次數越多，功率曲線就越接近實際，因此在現場中盡可能的記錄多次瞬時功率，若三相電能表現場校驗儀具有通訊功能和瞬時電參量記錄功能，可利用計算機進行多次瞬時值的記錄，達到提高計量精度。

4 結束語

本文詳細介紹了關口電能表在線更換方式下操作流程，同時著重闡述了關口電能表帶電更換中電量損失的現有補償方法的不足之處，在此基礎之上提出了基于最小二乘擬合功率曲線的補償優化方法，使得現場工作中提高帶電更換關口電能表電量補償的準確性。

[1] 國家技術監督局.DLT 448-2000，電能計量裝置技術管理規程 [S].2000(6).

[2] JJG596-2012.電子式電能表檢定規程 [S].

[3] DL/T 614-2007.多功能電能表 [S].

[4] 束洪春.電力工程信號處理應用 [M].北京：科學出版社，2009.

[5] 楊云升.Matlab曲線擬合及其在試驗數據處理中的應用[J].電腦與信息技術，2009，17(2)：34-36.

[6] 歐陽明松，徐連民.基于最小二乘法的曲線擬合研究 [J] .南昌工程學院學報，2010，29(4)：24-28.

Study on Optimization Compensation Method for the Loss of Electric Quantity in Online Replacement Mode of Gateway

ZHU Mengmeng1，2，LI Shilin1，2，ZHAI Shaolei1，2，ZHONG Yao1，2，YU Hui1，2，LIN Cong1，2，ZHU Quancong1，2
(1.Yunnan electric power research institute，Yunnan Power Grid co.Ltd，Kunming 650217，China；2.Key Laboratory of CSG for Electric Power Measurement，Kunming 650217，China)

This paper introduces the scheme of the replacement of the electric energy meter in the online mode，and analyzes the difficulties and shortcomings of the existing difficulty and the existing methods for the accurate compensation of the electric quantity during the on-line replacement of the gateway meter.In this paper，mark table to replace the characteristics in the process of load change，by recording instantaneous power discrete point curve fitting and puts forward the reasonable power loss compensation optimization compensation method，in order to ensure fair and equitable trading electricity.

gateway energy meter；online to replace；loss of electric quantity；optimization method to compensate

TM93

B

1006-7345(2015)06-0056-03

2015-07-02

朱夢夢 (1986)，男，碩士，助理工程師，云南電網有限責任公司電力科學研究院，從事電能計量、高電壓大電流計量測試技術及配網自動化及其故障檢測等方面的研究工作 (e-mail) zhumengmeng061＠163.com。

李仕林 (1972)，男，碩士，高級工程師，云南電網有限責任公司電力科學研究院，從事計量管理等方面的工作；

翟少磊 (1984)，男，碩士，工程師，云南電網有限責任公司電力科學研究院，從事高電壓大電流計量測試技術等方面的研究工作。