配變臺區精益線損載波抄讀方法研究

田 豐，羅 輝，李 耀，周亞明

（威勝信息技術股份有限公司，湖南 長沙 410205）

0 引言

低壓配變臺區的供電線路多，走線復雜，分布面積廣，用戶用電行為多變且難以預測，線損動態變化范圍大[1]，長期以來基于用電信息采集系統的臺區總表-用戶電表模型僅能計算臺區總線損，臺區內部或局部更多的線損信息無法給出。

精益線損分析[2-3]給消除盲區提供了解決方案，在已有臺區總表和用戶電表的基礎上，通過在線路關鍵節點加裝硬件感知設備以采集臺區內部和局部的電量，進而為計算粒度更細的線損數據提供渠道。一種可行方案是在臺區變壓器側加裝智能融合終端[4]，在分支箱加裝分支感知終端，在表箱加裝末端感知終端，各感知終端和用戶電表以載波（PLC）或高速寬帶載波（HPLC）方式與智能融合終端交互通信，智能融合終端作為“臺區大腦”，匯總各下行設備的凍結電量進而計算線損與線損率。

從應用效果來看，無論是PLC還是HPLC，都存在不穩定、可靠性差、階段性時好時壞的固有缺點[5][6]，凍結電量的一次抄讀成功率很難達到100%甚至相差甚遠。精益化的分時和分相線損分別要求具備15分鐘級線損分析和總、A、B、C線損分析的能力，這種抄讀間隔很短、設備數量和數據類目龐大的場景給線損分析帶來新的考驗，本文根據多個試點項目的實施經驗總結精益線損方案設計存在的誤區，而智能融合終端如何以載波方式完整準確抄到凍結電量以支撐分時、分段、分線和分相等多維度線損分析是本文要探討解決的問題。

1 設計方案誤區

1.1 整點整刻抄讀

早期方案采用整點或整刻抄讀方式，即融合終端在整點或整刻啟動抄讀下行設備凍結電量，該方案遇到了計算線損率與理論線損率偏差較大的問題。究其原因是大量下行設備的對時并未與融合終端完全同步，下行設備之間的對時也未完全一致，當下行設備時間滯后于融合終端時，該方案的弊端會顯現。例如，融合終端的裝置時間已到12點時某臺下行設備的裝置時間尚在11點59分，此時抄讀返回的整點凍結電量必然是該設備11點的，使用時間斷面不一致的凍結電量進行計算分析必然帶來較大誤差。

考慮到正常的對時誤差無法完全消除，一般集中在0～1分鐘范圍內，融合終端應在整點或整刻后經一定延時再啟動抄讀，為冗余計，延時可設為5分鐘，避免帶來凍結時間斷面不一致問題。若下行設備支持凍結時間上報，融合終端應一并抄讀凍結時間，以判斷對時是否同步，不同步的凍結電量不應采用。

1.2 定時計算

早期方案采用定時計算方式，首先根據經驗值預設一個固定時刻，融合終端在該時刻計算線損之后對外輸出結果。例如，經驗判斷輪抄一遍下行設備的總耗時在10分鐘內，融合終端則在啟動抄讀的10分鐘后計算線損和線損率。在實際應用中，發現載波不通時有發生且抄不通的設備個數隨機變化，考慮到超時等待時間一般為1～2分鐘，超時設備較多時，10分鐘內就無法輪抄完，源數據不完整將造成線損計算不準確。

為避免該問題，可增加“線損數據有效標志”“設備可算率”“線損率置信度”等指標，作為輔助數據與線損率一同輸出，讓用戶更全面掌握情況。此外，定時計算方案應當改成適時計算，只在源數據抄讀完全或者經過長時間嘗試仍不完全才計算。

1.3 消除負值

早期方案規定對于負線損率強制賦0，這契合線損率只為正數不為負數的常規認識。但試點發現線損率為負值的情況普遍存在，究其原因是試點臺區負荷一般較小，各下行設備以二次值上送凍結電量，微小電量變化無法體現出來，又因為下行設備存在計量誤差，綜合作用之下造成最終誤差較大，偶爾會出現負值情況。又考慮到部分臺區存在用戶自發電的場景，設計方案應允許負值出現。

1.4 總-分相等

早期方案基于總電量等于分相電量之和的思路對源數據做二次補全和校正，分析試點項目的源數據經常發現總電量不等于分相電量之和甚至相差很大，這是因為下行設備總電量不是直接取用的三相電量之和，而是獨立計量。此外，四者也存在出廠基數不一致的情況。鑒于此，總線損和各相線損應該單獨計算，不應該建立關聯。

1.5 立即計算

線損的計算基礎是各節點的電量增量，應該認識到，電量增量的計算依賴相鄰兩個時刻的凍結電量，如果要實現智能融合終端一上電就計算出線損這一需求，上電伊始便要抄讀相鄰兩個凍結點的電量，無疑會增大載波網絡通信壓力，可能影響其他功能。而DL/T645規約只規定了整點凍結和日凍結，下行設備通常不具備月凍結電量和15分鐘級凍結電量，即使不考慮載波通信壓力，上電伊始也無法得到15分鐘線損和月線損。

鑒于此，融合終端初次上電要經過相應周期的等待方可計算出線損，但在融合終端運行期間可將歷史凍結電量保存至Flash永久存儲介質，不影響投運期間短時停電再復電后的立即計算。

1.6 準確率

線損率的計算依據眾多下行設備的凍結電量，電能表和其他各類感知設備不免存在計量誤差，電量的一二次轉換也會丟失精度，而各設備不完全同步，其凍結時刻不會完全重合，這些因素都會影響線損率精度。應該認識到，線損計算只能追求相對準確，其意義更多在于反映線損率的趨勢變化。

2 不定時不定次抄讀方法

2.1 基本原理

載波通信時好時壞，抄讀時間窗與載波暢通時間窗的重合度隨機波動，在載波不通的時間窗內發出抄讀命令得不到響應，進而造成抄讀失敗，接續若干次重復抄讀的改善效果并不明顯，若重抄達到一定次數仍未抄到，融合終端便放棄該下行設備，繼而造成該次凍結電量永久缺失。

本文提出一種不定時不定次的循環抄讀方法，基本原理是提高載波暢通時間窗的利用率進而提高抄通率。本文以小時線損為例，整合當前整點及過去23個整點的抄讀任務存入隊列，融合終端對每一臺下行設備每一個整點的凍結電量都不限次數反復抄讀，直至抄讀成功或者經過24個小時反復抄讀仍未抄到為止，這與載波穩定性的波動周期一般為1天相吻合。

2.2 已抄標志的設置

線損計算依據所有下行設備的凍結電量，缺一不可，設置一組已抄標志hfin表征凍結電量抄讀情況，hfin為True表示第i臺下行設備的上n次整點凍結電量已經成功抄到，為False表示尚未抄到。i的最大值取下行設備個數m，n的最大值依線損類型而定，對于小時線損取24，表示融合終端的小時線損最長追溯過去24小時的凍結數據。hfin的初始值全部為False。

上n次是一個相對概念，其意義會隨時間推移發生變化，下行設備某小時段的上1次凍結電量在下1小時段會被稱作上2次凍結電量，基于此，融合終端上電運行期間在每個整點時刻都對hfin按照hfi24=hfi23, …,hfi2=hfi1依次進行覆蓋刷新，最后對hfi1賦False，這是因為新整點的凍結電量還沒有抄讀。

2.3 遍歷規則

因為載波采用的串行通信方式，決定了同一時刻只能抄讀一臺下行設備的一個整點凍結電量，這引出了融合終端按照何種先后順序遍歷hfin的問題，若某一臺下行設備某個整點的凍結電量因設備自身載波不通無法被抄到，則短時間內該設備其他整點電量被抄到的概率較低，此時有必要嘗試切換到下一臺下行設備，因此本文中推薦整點n在外，設備序號i在內的雙循環遍歷方式，循環展開后如圖1所示。

圖1 循環展開后的示意圖

2.4 hfin的應用

對于任一臺下行設備任一次凍結電量的抄讀，首先判斷其hfin，若為True則跳過，若為False，就通過載波下發抄讀該臺下行設備該次凍結電量的命令，若在超時等待時間內收到了數據報文，置hfin為True，否則不做處理，抄讀程序流程如圖2所示。

圖2 小時線損凍結電量抄讀程序流程圖

3 試點應用

新方法在陜西某試點臺區進行驗證，載波抄讀情況可從融合終端的日志文件導出。應用新方法前，某一臺下行設備在某一個自然日的整點凍結電量被抄讀情況見表1，從表1可看出，只有12個整點被抄到，未被抄到的凍結電量大部分集中在晝間。

表1 某下行設備凍結電量被抄讀情況

應用新方法后，同臺下行設備在另一個自然日的整點凍結電量全部被抄通，抄讀次數見表2。

表2 某下行設備凍結電量被抄讀次數

4 結束語

低壓配變臺區精益線損分析的應用價值凸顯，方案設計應對載波通信的特性做了充分考慮，提高了線損計算的及時性、準確性和完整性。對于小時線損的每一個整點凍結電量，新方法將其抄讀時間窗擴大到未來24小時，被抄到的概率可達到或無限接近100%，這在不犧牲及時性的前提下保證了數據的完整性，因為每個新整點到來后，最先抄讀的是上1次凍結電量，任一凍結電量只要被抄到就不會被再次抄讀，避免了載波資源的浪費。本文所述載波抄讀方法同樣適用于15分鐘級、日級、周級和月級線損分析。隨著通信技術的發展，通信速率更快、可靠性更高且成本相當乃至更低的通信方案有望出現，將支撐配變臺區高頻次海量數據的采集，推動數據的二次開發利用。■