同期線損系統中電廠電能量采集成功率的分析與提升

王博文，董大偉，陳 峰，陸海清，徐瑋韡

（1.國網浙江省電力有限公司電力科學研究院，杭州 310014；2.國網杭州市余杭區供電公司，杭州 311100）

0 引言

隨著電網的智能化、自動化、信息化發展，供電企業線損管理水平逐步提升，建設一體化電量與線損管理系統（以下簡稱“同期線損系統”），推廣高效節能的線損管理體系，已成為必然趨勢[1-4]。浙江電網的同期線損系統采用“一級部署、兩級應用”的建設模式，橫向覆蓋全省集中部署，縱向貫穿市縣兩級應用，實現電能量（以下簡稱“電量”）數據源頭采集、線損自動生成、指標實時監控，依據“分區、分壓、分線路、分臺區”的“四分”管理模式，實現對線損的標準化、智能化、精細化管理，最終目標是實現每日“四分”線損計算與異常分析檢測。同期線損系統的建設推廣是推動線損管理工作向信息化、自動化、精細化管理發展的重要途徑。同期線損系統作為電量采集、線損計算、異常分析的全過程一體化管理平臺，以采集電量數據為基礎，通過跨系統數據對比與融合，及時發現故障改造遺漏缺陷、系統檔案錯誤信息等隱性問題。在用電信息采集系統相對獨立的數據環境下[5]，同期線損系統建設的支持力度受電量采集覆蓋率、采集成功率與對應數據完整率影響。因此，如何提高浙江電網的電廠電量采集成功率是目前亟待解決的關鍵問題之一[6]。本文針對造成電廠電量數據采集失敗的原因，從采集終端本體故障、供電電源問題、通信通道故障、采集覆蓋問題、主站系統檔案問題5個方面進行分析與探討。

1 電廠電量采集現狀

基于大數據的電能計量采集成功率與數據準確率不僅體現了企業的技術水平，也體現了企業的線損管理水平[4，7]。電量的采集管理是線損管理的首要基礎環節，地方電廠的電能計量也與同期線損系統的推廣建設密切相關。

在用電信息采集系統集成方案（圖1）中，電量信息采集主要由用電采集系統使用智能電表通過各關口計量點進行電能的采集和計量，再通過遠程通信網絡將電量數據從采集終端上送至主站軟件，具體支持RS-485通信、紅外通信、載波通信和公網通信等方式[5，7]。通過信息系統實現大數據的實時采集，然后將電能計量結果推送至營銷業務管理系統與營銷基礎數據平臺。營銷業務管理系統包含用戶檔案、接入點、表箱、計量點等臺賬信息。營銷基礎數據平臺是數據存儲與挖掘的云端數據平臺，同期線損系統依托該大數據平臺，根據電能計量數據信息進行同期供售電量的線損計算，為企業的生產與管理工作提供數據支撐。

在線損管理中，非統調地方水電廠供電關口的采集具有一定的特殊性。首先，地方水電廠為用戶資產，用戶的使用、配合度與私自拉電情況對電廠電量采集管理造成一定影響；其次，浙江地區地方水電廠多建設于偏遠山區，分布點多面廣，環境惡劣潮濕，雷擊情況嚴重，而且設備陳舊，在設備運維、采集管理和人工抄表補錄方面缺乏有效管理和維護；另外，偏遠山區公網通信信號差，存在信號盲區，信號通道相對不穩定，對采集終端至主站的實時電能計量數據傳送有較大影響。目前，部分地區的電能計量裝置性能與管理水平較低，導致電量數據獲取困難，不利于同期線損系統的推廣與建設。同期線損系統能夠通過智能計量系統來實現對電量信息的智能采集，并將電量推送至營銷基礎數據平臺，從而服務于系統的推廣建設。

圖1 用電信息采集系統集成方案

同期線損率ε是指同一時期內供電量Esu與售電量Esa之差所占供電量的比率[3]，即：

電量采集完整率較低的現狀是制約同期線損管理水平提升的關鍵因素，電量數據的不準確與缺失將直接影響同期線損系統中線損計算的準確性與可靠性。現階段地方水電廠采集成功率普遍較低，用戶私自拉停電、水庫水量不足、機組維修導致水電站采集終端無電，計量通信通道信號弱，采集終端故障等是造成電量數據未能及時從采集終端傳輸至用電信息采集系統的主要原因。截至2017年年初，浙江各地區非統調電廠電量采集成功率為85%～95%，其中一半以上采集缺失是由于電站停電導致采集設備無法向主站傳輸數據造成。電量采集數據的缺失與遺漏直接導致月度線損統計數據不全，由于計量問題造成的管理線損則直接影響同期線損率的準確可信度。

2 采集數據缺失常見原因分析

2.1 采集成功率統計

采集成功率是指信息采集系統主站于每日零點時刻統計數據的一次采集成功率，即一次采集成功電能表數量占應采集電能表數量的比重。對于未采集成功的電能表，信息采集系統主站分別于設定的幾個固定時刻自動補采缺失的電量數據，并統計當日采集成功率與前一工作日的上網電量。根據前述分析，智能電表應用了先進的測量、傳輸和通信技術，雖已實現實時、準確地記錄電網供售電量信息，但仍存在部分計量關口電量采集缺失或數據異常的現象，電量信息采集成功率有待進一步提升。

2.2 非統調電廠電量采集存在的主要問題

非統調電廠電量采集的缺失直接影響同期線損系統中分區、分壓、分線線損及母線平衡率等計算指標，現階段采集表底缺失主要存在采集覆蓋問題、通信通道故障、終端本體故障、供電電源問題以及主站系統檔案問題等5類典型原因[8]：

（1）采集覆蓋問題。非統調電廠電量信息采集未實現100%全覆蓋。浙江地區信息采集系統遠程通道以無線公網為主，部分偏遠山區存在信號盲區，無線信號覆蓋率低，無線傳輸數據穩定性較差，暫時未實現全覆蓋。

（2）通信通道故障。采集現場無信號或信號弱、不穩定導致采集裝置無法將數據傳輸至主站系統。對于加裝載波通信裝置但載波信號弱的情況，需檢查并消除信號干擾源，對載波裝置進行維護處理。

（3）終端本體故障。小水電站大多分布在偏遠山區，環境潮濕，雷擊情況嚴重，設備陳舊，處理采集終端問題往往需要較長時間，終端故障需現場復位，同時硬件設備的更新更換缺乏有效的管理與維護。

（4）供電電源問題。一是部分小水電站在枯水時期、水庫維修、機組故障等情況下不發電，或用戶自主斷開計量設備電源，導致采集裝置無電，無法將數據推送至用電信息采集系統。二是部分小水電站僅白天發電，晚上不發電時用戶自主斷開主變壓器開關，導致采集裝置無電，造成零點時刻電量數據無法上傳至主站。

（5）主站系統檔案問題。系統電廠用戶檔案信息不準確、檔案維護管理不完善。在系統中存在部分電廠沒有對應用戶、部分用戶沒有對應電廠等一系列冗余檔案數據。同時存在部分不愿銷戶但又常年不發電的小水電廠用戶，造成長時間表底采集失敗的現象。

3 解決采集問題的管理方案與技術措施

針對2.2節所分析的問題，需要提升系統數據維護與改善運維管理模式，形成高效閉環管理機制，依靠用電信息采集系統電量采集成功率的提升來穩固源端采集系統的信息集成保障。電量采集故障分析流程如圖2所示。

圖2 電量采集故障分析流程

提高采集成功率、優化同期線損系統建設的管理方案與技術措施如下：

（1）實現地方電廠電量信息采集全覆蓋。梳理未采集覆蓋的地方電廠，科學制訂采集終端與主站通信方案，確保實現地方電廠采集全覆蓋。

（2）加強采集信號覆蓋與提升。對于公網信號弱的偏遠區域，優先采用改善信號的方案，加強與移動運營商的溝通，解決信號盲區的問題；其次，嘗試通過擴展天線、加裝信號增強設備（無線信號放大器）、轉用北斗衛星通信、更換終端通信模塊（如中壓載波通信）以及使用有線網絡等手段（見圖3、圖4），實現無線公網信號弱區域的采集覆蓋。

圖3 無線放大裝置的應用

圖4 中壓載波裝置的應用

（3）核查營銷業務管理系統的電廠檔案。完善地方電廠管理規定，在系統中增設長期停電標簽應用；確保地方電廠檔案信息的準確性，確保所有電廠準確建檔，確保用電戶與發電戶對應關系的準確性。

（4）加強地方電廠電量信息采集的運行維護監管力度。實現采集與運行維護閉環管理，定期檢查電能表和終端485接口等是否正常、采集終端配置參數是否正確，有序開展采集異常問題的監控、遠程處理、派工、數據補錄、疑難問題處理等維護工作。

（5）實現電量數據的補采功能應用。將采集失敗、數據缺失的情況反饋至信息采集系統進行補采和核對，并實時更新至數據中心和同期線損系統，以實現同期線損系統與源端業務應用系統的數據融合與對接。

（6）增設計量點或計量點位置改造前移。據統計分析，浙江非統調電廠電量采集失敗原因中，水電廠停電造成終端無法向主站傳輸數據占采集失敗總量的一半以上，具體包括水量不足、水庫機組維修改造、用戶斷開計量設備電源等原因，而由通信通道或終端故障造成的采集失敗情況占剩余比例的大部分。針對信號不穩定、用戶斷開終端電源且計量點在開關后側導致采集裝置無電的情況，可以將計量點前移至用戶操作開關之前，或在其他信號覆蓋較強的地方（如主變壓器高壓側、線路T接聯絡處、線路對側）增設計量關口，配置相應表計采集裝置，采用以近似關口或對側關口電量數據來替代的方式解決此類問題。

（7）UPS（不間斷電源）系統技術方案。 UPS是一種以逆變器為主要元件、利用蓄電池作為后備電源的電源保護設備，一般分為后備式、在線式和在線互動式，在建筑、電氣等行業領域得到了廣泛應用[9-12]。

UPS功率和電池容量的選擇直接由負載大小決定，即：

式中：SUPS為UPS電池容量；PUPS為UPS有功功率；Pload為負載；F為功率因數，考慮UPS的裕量，可按0.8計；效率η按70%計[11]。

蓄電池供電時間主要受負載大小、電池容量、電源啟動電壓等因素影響[9]，即：

式中：A為蓄電池安時數；UUPS為UPS電源啟動電壓；Td為延時時間。

UPS配置計時器等智能模塊，根據實際時間節點的需要來控制蓄電池組充放電，不僅能為蓄電池提供過充保護，延長蓄電池使用壽命，還能設置放電時段，以滿足特定時間節點的電量采集需求。

智能化、網絡化是UPS發展的必然方向，新一代UPS運用微機處理器控制，對UPS的運行實現網絡遠程監控。文獻[13]提出一種智能化UPS系統嵌入式設計方案，其系統采用后備式方式，能夠通過ADC（模擬數字轉換模塊）監測、智能判斷、中斷保護等應用實現UPS持續可靠供電和智能化異常監控。市電失電后UPS通過控制模塊持續給負載設備供電，并且具有自保護功能以及電源的智能化預警管理功能。

針對采集時間節點采集裝置無電的情況，加裝UPS系統與計時器模塊，在需要采集表底數據的時刻專門為采集裝置持續供電。當水電廠因水量不足、機組故障或用戶斷開計量設備電源時，UPS能夠在采集時間節點為采集裝置提供電源，從而保證電量信息實時上傳。

（8）推算采集失敗的電量數據的估計參考值。通過理論線損率以及電壓、電流、功率、對側電量、線路參數等參數變量來推算出缺失的表計電量，為缺失的電量數據提供參考值[7，14]。

增設停電標簽。在用電信息采集系統中增設停電標簽，將用戶停電前的歷史表底數據標記為靜態數值，作為枯水時期長期停電水電廠在采集系統中的表底數值，停電周期內則默認上網電量計為0。

采用對側電量或冗余數據替代缺失電量。若采集失敗的供電關口對側電量能夠有效采集，供電關口缺失的數據可以近似用對側電量來替代，若該關口存在主副表或者多塊電表測量，則可以通過冗余數據替代。

利用專家經驗或理論線損推算。可利用已有數據，通過一定的換算得出所需電量。例如對該段時間內的負荷曲線進行積分來近似推算該時段內的電量，或根據上一周期的電量按照一定的比例換算來近似推算。另一方面，可根據理論線損率以及相關電量參數推算出缺失的表計電量。通過仿真、模擬技術手段，對電量采集缺失的區域或線路進行線損分析，依據歷史、理論線損率來推算出采集失敗的供電關口的電量數據。通過推算出缺失的表底數或參考值[14]，來替代人工抄表、追補電量，從而優化同期線損系統建設，提高供電關口電量采集成功率。

4 實施成效

浙江某地區對水電廠開展計量點增設或前移、通信通道信號增強、加裝無線信號放大器、更換采集終端等改造工程，有針對性地消除電廠電量信息采集失敗的問題，有效提升整體采集水平，完善管理方案。同時，為避免因互感器故障需停運線路進行消缺的問題，在高壓計量箱前同步安裝跌落式熔斷器或負荷開關，實現線路不停電對互感器和采集器進行故障消缺工作。

通過對地方電廠采集覆蓋率、采集成功率的監測分析與整改提升，試點地區非統調地方電廠采集成功率如表1所示。截止至2017年年初，改造42個電廠計量點，該地區地方電廠采集成功率較2016年同期提升近18%，顯著提升了同期線損系統建設的信息集成保障。

表1 浙江某地市地方電廠電量信息采集情況

5 結語

電量的采集缺失將導致由于計量問題造成的管理線損，影響線損計算的準確率。本文對同期線損系統中電量采集現狀進行了詳細分析，根據浙江電網與地區特性提出了改進措施，建立了故障分析處理機制，提高了浙江地區地方電廠電量采集成功率。

隨著我國電網信息化建設的大力推進，基于電能采集的一體化電量線損管理是智能電網發展的重要過程，提高線損精細化管理水平、促進電能計量智能化發展的工作仍任重道遠。