實時補償下的智能電能表日計時誤差修正方法分析

劉興龍 代盛國 艾 淵 楊 茗 楊 昊

（云南電網有限責任公司）

0 引言

目前，我國電力網絡中智能電表基本普及，用電信息采集系統逐步完善，基本實現“全覆蓋、全采集、全費控”的目標，同時上行通信網絡建設日趨完善，電力系統整體呈現智能化發展趨勢。但就當前的現狀來看，電力系統在面向臺側區細粒度設備感知、精細化管理以及非計量功能深化應用等方面尚待進一步發展，其中比較突出的問題之一就是智能電能表時鐘異常。智能電能表時鐘異常，不僅影響到用電信息采集成功率、線損率的有效管控，還容易造成分時費率計量錯誤，引發客戶投訴。其中，以單相智能電能表時鐘異常現象尤為突出，主要是因為其安裝數量大，經常出現大批量的時鐘異常，這對居民客戶分時電價執行造成了不穩定因素，時鐘異常導致的智能電能表報警燈亮、白屏一直以來都是用戶反映的熱點問題，作為供電企業必須及時、有效解決智能電能表時鐘異常問題。

1 智能電能表日計時誤差造成的影響分析

根據智能電能表計量檢定相關規程規定，電能表時段投切誤差不大于5min，后續檢定時，多費率電能表的時鐘誤差應低于10min［1］。但是，近年來隨著用電信息采集系統建設的不斷完善以及電力優質服務工作的不斷深入，對電能表時鐘異常的治理工作越來越重視，同時也提出了更高要求，將采集系統時鐘異常的預警提高到3min。若智能電能表日計時誤差過大，則會產生多方面影響，下面進行具體分析。

1.1 影響電費計量

為保障電力資源的持續供應，近年來我國開始實施分時電價以及階梯電價政策，以引導用戶錯峰用電，達到削峰填谷的目的。分時用電政策主要是根據用戶的用電情況，分為用電高峰期和用電低谷期，高峰期電價較高，低谷期電價則較低；階梯電價政策指的是隨著用戶用電量的增加，階梯式提高電價，這兩項政策都是為了節約電力資源，確保居民用電、農業用電以及工商業用電正常［2］。若智能電能表日計時誤差超出允許范圍，則可能出現如下情況：當執行高峰期電價時，受時鐘誤差的影響，雖然實際時間已經處于非用電高峰期，但智能電能表仍處于高峰期時段，這就意味著用戶在高峰期時段消耗的電量增加，相應的電費也會增加。

1.2 影響日線損考核指標準確性

用電信息系統采集用戶用電數據時統計的是智能電能表當日0：00時的凍結用電量，但是若因時鐘電路故障、時鐘芯片故障以及時鐘電池欠壓等問題導致時鐘異常，日計時誤差偏大，則智能電能表正常日凍結動作的周期時間就會被打亂，根據集中器采集的上一次日凍結用電數據，就不能準確地計算出上一日0點至24點區間的用電量，從而影響到日線損考核指標的準確性［3］。

1.3 影響企業形象

企業形象是企業的無形資產之一，對于企業長遠發展至關重要，智能電能表日計時誤差過大，不僅會直接影響到電費計量以及日線損考核指標的準確性，同時也會對電力企業的企業形象產生負面影響。若出現大范圍智能電能表時鐘異常，則用戶不僅會對智能電能表的質量產生質疑，同時對電力企業的服務能力、技術水平也會提出質疑，這會直接影響用戶對電力企業的整體評價。

2 導致智能電能表日計時誤差的因素分析

導致智能電能表日計時誤差的因素較多，根據以往智能電能表檢定經驗來看，比較常見的因素主要包括以下幾方面。

1）智能電能表內部的3.6V時鐘電池欠壓，造成此問題的原因主要包括兩方面，一是智能電能表本身存在質量問題，時鐘電池達不到設計標準；二是智能電能表運行時間過長，未適時更換時鐘電池［4］。當出現時鐘電池欠壓的情況后，智能電能表時鐘會喪失計時功能，進而導致日計時出現較大誤差。

2）用電信息采集系統終端自動對時功能異常，具體表現用戶的電能表重復出現時鐘異常的情況，或者同個計量箱內所有電能表日計時誤差一致。出現這種情況時可以通過調節用電信息采集終端的參數F33或者糾正自動校時功能解決此問題。

3）受智能電能表所處環境的影響，導致日計時誤差。智能電能表在出廠前的檢測中，所處環境為實驗室環境，各種條件相對理想，智能電能表各項功能運行正常［5］。但是在實際運行環境中，受磁場等相關因素的影響，可能會對智能電能表部分功能產生一定影響，進而導致出現日計時誤差。

4）掌機抄表時造成智能電能表日計時誤差。在掌機抄表過程中，會對相應的智能電能表自動對時，此時若掌機時間存在誤差，則必然導致智能電能表的時鐘也會受到影響，從而出現日計時誤差［6］。

5）用電信息采集系統主站出現誤報。信息采集主站和智能電能表間的通信存在一定延遲，尤其是在任務比較集中時，會出現較大延遲，而此時延遲時間會被計入時鐘誤差當中，實際上智能電能表日計時不一定存在誤差，因此這種情況多為信息采集系統主站誤報。

3 實時補償下的智能電能表日計時誤差修正方案

3.1 設計目標

本修正方案的設計目標是：通過設計一款具備自動校時功能的物聯網模塊，實現周期性修正智能電能表日計時誤差的功能，從而有效避免因時鐘差異導致的數據采集同期偏差問題；最大限度減少智能電能表因時鐘異常問題造成的設備更換費用［7］；通過有效的時鐘異常治理方案，糾正存在日計時誤差的智能電能表，保證臺區內所有智能電能表真實時間與實際時間保持一致，滿足數據采集精益化管理要求，實現臺區智能電能表時鐘的有效治理。

3.2 適用范圍

本修正方案提出的智能電能表日計時誤差修正，主要是通過設計一款具備自動校時功能的物聯網模塊，針對現場運行的智能電能表日計時偏差在5～30min（包含30min）的問題進行修正，實現周期性校正智能電能表日計時誤差的功能，可有效解決因電表長期運行電池欠壓、時鐘芯片故障、時鐘電路故障等因素造成的智能電能表日計時誤差，避免影響臺區整體電表數據采集的問題，有效延長了智能電能表的輪換周期，增加了智能電能表的使用壽命，可為電力公司節省一筆設備輪換費用。

3.3 設計原理

DL／T 645—2007《中華人民共和國電力行業標準多功能電能表通信協議》內對電表時鐘偏差校時有明確定義：廣播校時功能：強制從站與主站時間同步；控制碼：C＝08H；數據域長度L＝06H。數據域：YYMMDDhhmmss（年.月.日.時.分.秒）；幀格式，如表所示。

表 幀格式

協議中明確規定“僅當從站的日期和時鐘與主站的時差在±5min以內時執行廣播校時命令，即將從站的日期時鐘調整到與命令下達的日期時鐘一致”且“每天只允許校時一次”［8］。考慮到現場存量智能電能表多數運行時間較長，電池欠壓問題較為常見，此類型電表偏差值普遍在5min以上，依靠已有的廣播校時功能無法有效解決誤差。

本方案計劃設計一種具備時間存儲功能的物聯網模塊，集中器每周進行一次全網廣播校時，智能電能表端通信單元收到校時命令后，解析出時間并存儲。模塊每天獲取電表時間進行判斷，若電表時間相對于模塊時間偏差5～30min，則模塊每天主動校準電表時間使電表時間偏差減小，直到把電表時間校準到偏差小于5min（電表只響應偏差5min以內校準時間）。通信單元與表在進行其他業務交互時，通信單元不進行對時操作。

3.4 軟件運行流程

軟件運行流程如下：①通信單元首次接收到校時時間；②通信單元解析出時間并存儲時間t；③通信單元利用廣播校時功能對智能電能表進行校時；④系統讀取智能電能表日期D（04000101）與T（04000102）；⑤若T與t的誤差值不在30min以內，則不需要進行二次校時，若誤差值在30min以內，則執行下一步，判斷誤差值是否處于5min以內；⑥若T與t的誤差值在5min以內，則不需要進行二次校時；若誤差值不在5min以內，則通過通信模塊用T－5min對智能電能表進行校時。⑦若二次校時完成后，T與t的誤差值仍不在5min內，則重復執行④～⑥，直至誤差值處于5min以內。軟件運行流程如圖所示。

圖 軟件運行流程圖

3.5 軟件測試

為驗證本修正方案的可靠性與可行性，設計如下測試來評估本方案修正效果。首先是環境搭建。由于集中器不支持精準治理，現在通過電源托班＋路由進行報文下發，增加一個智能電能表，表號為001901129939。其次是精準時間治理。該智能電能表時鐘時間與實際時間相差15min，電能表每次僅支持1次時間校準，經過4d的校準可以將電能表時鐘時間與實際時間調整一致。時間校準過程如下：①下發coo（68 17 00 00 5F 00 00 01 05 02 0B 39 99 12 01 19 00 01 01 b3 16）開始時間精準治理開關，coo回復確認幀（68 15 00 83 00 00 00 00 00 01 00 01 00 FF FF FF FF 00 00 81 16）；②下發后STA獲取智能電能表真實時間rtc：21－11－09 12：04：11，此時實際時間應當為12：19：11，開始下發時鐘校準報文；③12：08開啟進行報文下發，監控STA報文如下：［67_gw］＃settg＝6；mac to app！；Recv data：01 22 01 00 3A 3E 9B 68 99 99 99 99 99 99 68 08 06 33 3B 45 3C 44 54 FB 16；rtc：21－11－09 12：08：00；Send tometer：68 99 99 99 99 99 99 68 08 06 33 3B 3C 44 54 FB 16；④報文下發后，智能電能表的真實時間會被校準5min，即與實際時間的誤差還有10min，此后系統每天對該智能電能表的真實時間校準1次，經過4d即可將智能電能表真實時間與實際時間調整一致。

3.6 效果評估

根據測試結果來看，本文提出的實時補償下的智能電能表日計時誤差修正方案可靠性高且具有可行性，這款具備自動校時功能的物聯網模塊，具備周期內對智能電能表日計時誤差進行校準的功能，有效解決了智能電能表因各種因素導致的日計時誤差。對于電力企業而言，這在很大程度上延長了智能電能表使用壽命，節省了一筆設備更換費用，提高了設備使用效率；有效解決了用電信息采集系統數據采集以及日線損考核指標不準確的問題；維護了用戶的利益，顯著提升了電力服務質量，有助于電力企業建立良好的企業形象。

4 結束語

綜上所述，隨著我國分時電價、階梯電價政策的大范圍推廣以及日線損考核準確性要求提升，對于智能電能表時鐘功能提出了更高的要求，無論是從電力自身而言，還是從用戶的角度而言，都需要有效解決智能電能表日計時誤差的問題，以確保用戶用電信息采集準確性高，日線損率得到有效管控，一方面可以進一步提升電力服務質量，優化用戶體驗；另一方面也能創造更高的社會效益與經濟效益。