電力采集系統(tǒng)故障時(shí)刻精度的提高方法

白建海，弓俊才

（國(guó)網(wǎng)山西省電力公司計(jì)量中心 山西 太原 030032）

1 引言

隨著信息化水平的穩(wěn)步提升，使得電力系統(tǒng)也更加的完善，在電力信息采集方面也在不斷地更新?lián)Q代，現(xiàn)階段電力系統(tǒng)中運(yùn)用最為廣泛的就是自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。隨著人們用電量需求的增加，使得電力系統(tǒng)壓力劇增，加之電力能源應(yīng)用范圍的擴(kuò)大，致使電力自動(dòng)化信息在采集過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)各種問(wèn)題，其中最為明顯、表現(xiàn)最多的便是精度、準(zhǔn)確度方面的問(wèn)題，所以為了提升電力信息采集水平，對(duì)其采集精度進(jìn)行探究是十分必要的。此外，還有一部分素質(zhì)底下的人會(huì)進(jìn)行偷電等不法行為，因此提升電力采集時(shí)刻精度是十分必要的。

2 電力采集系統(tǒng)概述

用電信息采集系統(tǒng)可以節(jié)約用電成本，通過(guò)對(duì)終端用戶(hù)用電情況分析、變壓器變化情況了解線(xiàn)路受損情況、電路負(fù)荷情況、用電量實(shí)時(shí)監(jiān)控情況，然后根據(jù)采集的信息進(jìn)行自動(dòng)智能抄表、用電高峰交叉用電、用電檢查、負(fù)荷情況預(yù)測(cè)，從而達(dá)到節(jié)約用電成本等目的。

通常情況下，電力系統(tǒng)被分為四部分，即發(fā)電系統(tǒng)、輸電系統(tǒng)、變電系統(tǒng)以及配電系統(tǒng)。電力采集系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)用戶(hù)自身用電信息采集的系統(tǒng)，采集完成以后經(jīng)處理與實(shí)施監(jiān)控達(dá)到對(duì)用戶(hù)信息的采集，對(duì)計(jì)量異常、電能質(zhì)量、用電分析等進(jìn)行監(jiān)測(cè)與管理。這一系統(tǒng)是由電能表、采集裝置、集中裝置以及負(fù)控終端裝置等構(gòu)成。

第一，電能表。電能通常是一般是經(jīng)過(guò)485口上傳到采集器，或者是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)讲杉行模蟼骱蟮臄?shù)據(jù)可以被有效凍結(jié)，相關(guān)人員可以進(jìn)行集中抄表。

第二，采集器。該設(shè)備不僅是集抄系統(tǒng)中的主要設(shè)備，還充當(dāng)了職能設(shè)備在微處理器中應(yīng)用，在實(shí)際工作中，采集器可以對(duì)不同表計(jì)產(chǎn)生的脈沖信號(hào)進(jìn)行采集，之后將其轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行記錄保存，因此數(shù)據(jù)采集器被簡(jiǎn)稱(chēng)為采集器。在采集系統(tǒng)中，采集器是通過(guò)通信電纜或者是220v電力載波來(lái)實(shí)現(xiàn)與集中器的通信，通信開(kāi)始后會(huì)接收集中器發(fā)出的不同指令，并在此基礎(chǔ)上傳送表計(jì)數(shù)據(jù)以及用戶(hù)的實(shí)際狀態(tài)信息。采集器工作狀態(tài)下，可應(yīng)用紅外通訊接口以及手抄設(shè)備等實(shí)現(xiàn)通信需求，接收設(shè)備發(fā)射的指令，并對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。例如，通常情況下，采集器中的芯片會(huì)應(yīng)用最新型的時(shí)鐘芯片，采用EEPROM存儲(chǔ)單元來(lái)完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。同時(shí)它還具備閏年校正、自動(dòng)調(diào)整不足31天的月份和千年蟲(chóng)問(wèn)題。同時(shí)這種采集器在掉電狀態(tài)下，有效保證實(shí)時(shí)時(shí)鐘時(shí)長(zhǎng)在10年以上，相應(yīng)的數(shù)據(jù)保存之間在40年以上。此外，采集器還可以根據(jù)不同的時(shí)間段，用電高峰等進(jìn)行費(fèi)率計(jì)算。

第三，抄表集中裝置位于管理中心中。集中器會(huì)有控制中心系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)設(shè)備進(jìn)行連接，或者是與系統(tǒng)中的調(diào)至解碼器進(jìn)行連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)目的，同時(shí)使用總線(xiàn)連接分方式來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)集中器與抄表采集器間的有效連接。電力集抄過(guò)程中，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表的設(shè)備分為兩類(lèi)，一種是集中器，另外一種是終端，這兩種方式都可以對(duì)大用戶(hù)和變電站進(jìn)行集抄。如果系統(tǒng)中么沒(méi)有集中器這一設(shè)備，雖能進(jìn)行抄表工作，但抄表效率、實(shí)際費(fèi)用、數(shù)據(jù)自身完整性、數(shù)據(jù)共享等就會(huì)受到干擾以及影響，所以為了解決此種問(wèn)題發(fā)生，都會(huì)選用集中器或者是負(fù)控終端設(shè)備。

第四，負(fù)控終端。這一設(shè)備時(shí)運(yùn)用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與主站之間進(jìn)行有效聯(lián)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)數(shù)據(jù)的已經(jīng)監(jiān)控監(jiān)控。供電企業(yè)在與用戶(hù)簽訂合同以后，會(huì)在合同中表明用電最大負(fù)荷的限額，這一限額等同于報(bào)表變壓器的容量，或者是稍小于變壓器的容量。一旦用戶(hù)實(shí)際用電，超出負(fù)荷限額，供電企業(yè)就會(huì)采取與相應(yīng)的措施來(lái)降低負(fù)荷水平，而當(dāng)某地區(qū)電力負(fù)荷供應(yīng)出現(xiàn)緊張狀態(tài)時(shí)，在政府部分進(jìn)行授權(quán)以后，就會(huì)對(duì)該區(qū)域?qū)嵤┬袠I(yè)性的符合調(diào)控，保證咋用電高峰期周期群眾生活用電等關(guān)鍵性需求。同時(shí)，負(fù)控終端要結(jié)合多功能表一起使用，進(jìn)而保證這兩種裝置都能對(duì)電能表信息進(jìn)行采集。

3 提升電力采集系統(tǒng)時(shí)刻精度的有效方法

3.1 電力采集系統(tǒng)故障分析

采集系統(tǒng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄使，故障數(shù)據(jù)就采用暫態(tài)數(shù)據(jù)的方式來(lái)對(duì)交換通用的格式進(jìn)行記錄，所以該故障時(shí)刻數(shù)據(jù)被叫做穩(wěn)定數(shù)據(jù)，故障以后的數(shù)據(jù)被叫做暫態(tài)數(shù)據(jù)。致使采集系統(tǒng)出現(xiàn)故障的眾多原因中，主要由電氣傳輸特性引入相移、采樣頻率等多導(dǎo)致，而故障類(lèi)型對(duì)系統(tǒng)采樣特性與GPS同步的影響，則可以忽略不計(jì)。

電力系統(tǒng)故障或是短路時(shí)，會(huì)讓系統(tǒng)電壓和系統(tǒng)頻率出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，通常是由穩(wěn)定轉(zhuǎn)向激烈通常情況，一般定力系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)都要?dú)v經(jīng)過(guò)度狀態(tài)，也就是兩個(gè)穩(wěn)態(tài)之間的過(guò)度被叫做暫態(tài)過(guò)程。電力系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，其故障信號(hào)十分繁雜，而在真正保護(hù)故障信號(hào)中，所采用的信號(hào)時(shí)間區(qū)段都不會(huì)很長(zhǎng)。

一旦發(fā)生短路就會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，首先，短路會(huì)引發(fā)電力系統(tǒng)運(yùn)行、電力設(shè)備損害等嚴(yán)重情況，這是由于電源供電的回路所受到的阻抗降低，以及突發(fā)短路時(shí)的暫態(tài)，因此致使電路中的電流值瞬間增加，甚至是其額定電流的數(shù)倍或數(shù)十倍。短路處是靠近發(fā)電機(jī)，阻抗越小，電路電流越大的地方。譬如，如果在發(fā)電機(jī)端出現(xiàn)電路情況時(shí)，通過(guò)電機(jī)定子回路時(shí)的瞬間電流會(huì)達(dá)到幾萬(wàn)者是幾十萬(wàn)A，一旦短路出就會(huì)對(duì)電氣設(shè)備造成影響，嚴(yán)重時(shí)會(huì)損壞設(shè)備，這是由于短路時(shí)的瞬間熱效應(yīng)會(huì)讓設(shè)備中的絕緣部分損壞。而導(dǎo)體在受到點(diǎn)動(dòng)力沖擊以后，會(huì)出現(xiàn)形變，進(jìn)而增加損耗，因此電氣設(shè)備自身要具有良好的熱穩(wěn)定性以及機(jī)械穩(wěn)定性，才能保證短路電流進(jìn)過(guò)時(shí)不會(huì)損壞電氣。其次，短路還能導(dǎo)致電力網(wǎng)絡(luò)中電壓的下降，尤其是貼近短路處位置的電壓會(huì)下降的十分明顯，嚴(yán)重時(shí)還可能會(huì)導(dǎo)致部分日常用電受到破壞。

最后，短路故障還會(huì)導(dǎo)致彎路結(jié)構(gòu)的改變，引起系統(tǒng)功率分布變化，因此發(fā)電機(jī)的實(shí)際輸入功率會(huì)比較大。

因?yàn)殡娏ο到y(tǒng)出現(xiàn)故障，就會(huì)導(dǎo)致采集時(shí)刻精度出現(xiàn)誤差，所以有少數(shù)人會(huì)利用這一情況，做出偷電等違法行為，因此要有針對(duì)性的提升電力采集系統(tǒng)故障時(shí)刻精度，進(jìn)而使電力管理水平得到完善。

3.2 提升故障時(shí)刻的有效方法

電量的數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)電力自動(dòng)化的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因此對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行良好采集是十分必要的。而交流采樣法憑借自身特點(diǎn)，被越來(lái)越廣泛的應(yīng)用在采集系統(tǒng)中，能夠提升采樣準(zhǔn)確性，因此這種方法應(yīng)用范圍在不斷擴(kuò)大。此外想要提高故障時(shí)刻精準(zhǔn)度，還可以采用下面幾種方法。首先，要提升電力系統(tǒng)運(yùn)行順暢水平，需要確保實(shí)際發(fā)行量與系統(tǒng)負(fù)荷變化之間相符合，也就是發(fā)電站發(fā)送電能與平衡電路負(fù)荷相吻合，并且要提前做好預(yù)測(cè)電荷的工作，因?yàn)橐坏╊A(yù)測(cè)負(fù)荷存在誤差，就會(huì)出現(xiàn)電能浪費(fèi)。精準(zhǔn)預(yù)測(cè)負(fù)荷可以確定系統(tǒng)的運(yùn)行方式，健全機(jī)組組合、實(shí)現(xiàn)區(qū)間功率輸送與負(fù)荷調(diào)度符合要求。因此要想提高采集系統(tǒng)故障時(shí)刻的精度，就要先提升測(cè)量?jī)x器的精準(zhǔn)性，良好且精準(zhǔn)的儀器可以提高數(shù)據(jù)測(cè)量準(zhǔn)確性。采用高精準(zhǔn)度設(shè)備的最終目的是保證測(cè)得數(shù)據(jù)值更加接近真實(shí)值。其次，可以應(yīng)用小波變化基，來(lái)對(duì)故障時(shí)刻的相位精度進(jìn)行分析，通過(guò)多次測(cè)量來(lái)獲得相應(yīng)的定位誤差，要保證采樣頻率的不同，并且最大和最小故障時(shí)刻進(jìn)行取值，同時(shí)還要充分對(duì)電氣傳輸引入相移進(jìn)行校正，從而提升故障時(shí)刻定位的精度。應(yīng)用小波變換所提取的故障時(shí)刻一般在0.5ms左右，而電氣傳輸引入誤差經(jīng)過(guò)相應(yīng)的補(bǔ)償后可以降低為原來(lái)的1/5左右。如果短時(shí)間的采樣頻率可以提升到20kHz，相對(duì)誤差可以降低1ms左右。而配置短路時(shí)采集頻率越高，就越能保證故障時(shí)刻的精度水平，更好的保證采集數(shù)據(jù)質(zhì)量。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，人們的生活，城市的建設(shè)、科技的進(jìn)步、國(guó)家的發(fā)展，都離不開(kāi)電力系統(tǒng)的平穩(wěn)運(yùn)行。電力系統(tǒng)的穩(wěn)定是保障人們?nèi)粘Ｉ畹幕A(chǔ)，改善電力采集系統(tǒng)，降低其故障發(fā)生對(duì)電力企業(yè)的發(fā)展起到至關(guān)重要的作用。強(qiáng)化現(xiàn)有的電力自動(dòng)化信息采集系統(tǒng)，為促進(jìn)電力企業(yè)的發(fā)展，提高、改善人們的生活水平夯實(shí)基礎(chǔ)。

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