电能计量的无线采集与监视系统性能分析

张新

（浙江科力车辆控制系统有限公司，浙江 江山 324100）

随着电子技术发展和现代电力管理要求的提高，多功能电子式电能表有逐步取代传统的感应式电能表的趋势。因此，对于电能计量的无线采集与监视系统性能分析有其必要性。

一、电能计量的无线采集

该系统主要由电能表(全电子式)、现场单元、GPRS网络、控制终端(手机)和管理中心等五个部分组成。在进行无线采集，会通过数据网络接口，结合设备驱动程序，进行系统操作，在进行处理时，还要利用电缆的物理接口，接着由网络层负责寻址，寻找数据，通过路由器，完成在网终中的活动。

电能计量的无线采集系统设计，其主要的功能体现在三个方面：一方面，编辑记录，定位要修改的记录使之成为当前记录，调用Edit方法，给各字段赋值，调用Update方法，确定所做的修改。另一方面，可以增加记录，即调用Add New方法，调用Up date方法，给各字段赋值，确定所做的添加，将缓冲区内的数据写入数据库。第三方面，主要是删除记录，在经过系统定位的条件下，将已经被删除记录，变为当前记录，调用Delete方法；移动记录指针。

在采集系统运行时，其通过电能计量，将由发电厂、输电线、配电系统及负荷组成的数据信息，由变压器、电力线路等变换、输送、分配电能设备，传送到操作系统。

在电力网络中电压分布中，取用电设备的额定电压为线路额定电压，使所有设备能在接近它们的额定电压下运行，线路始端电压为额定电压的105%；发电机的额定电压为线路额定电压的105%，通过变压器分升压变和降压变一次侧电源，进行二次侧接负荷，所得到的数据取二次侧额定电压等于线路额定电压。另外，系统将用电设备的额定电压，直接和发电机相联的变压器一次侧额定电压，连接线路始端，向负荷供电，应比线路的额定电压高5%，加上变压器内耗5%，然后通过线路末端，向负荷供电的数据，就可以通过系统传输过来。

二、电能计量的监视系统性能分析

电能计量是现代社会中最重要、最庞杂的工程系统之一。如何保证正常、稳态运行时的电能质量和经济性问题，是我们考虑的重点问题之一。其主要优点是能够深入研究系统状态，失稳距离和机理低CPU适合于多事件/状态的研究。

大量的规划和运行研究，并且可以进行在线分析；但是其存在的缺点就是没有时间轨迹，需对模型进行假设或简化，注意保证模型的基本特性，有时难以预测失稳的特性(快速的控制和非线性环节的影响)，因此，就需要电能计量的监视系统来完成。

首先，对于多电压级网络监视系统，其主要是应用等值电路模型时，所有参数和变量都要作电压级归算，并且通过等值变压器模型时，进行所有参数和变量可的归算。在系统中，还需要电力网络特性计算所需的原始数据，结合用户变电所的负荷功率及其容量，将电源的供电电压和枢纽变电所的母线电压以及绘制等值电路所需的各元件参数进行处理，从中通过监视系统，发现相互之间的关联、关系等。

其次，要根据网络接线图以及各元件参数计算等值电路，并将等值电路简化，以采集系统中所已知的负荷功率和网络额定电压，从受电端推算到送电端，逐一近似计算各元件的功率损耗，求出各节点的注入和流出的功率，从而得到电力网络的功率分布。但是在这个过程中，要注意的一点通过监视系统，由于只计算功率分布和电压分布，因此，若要计算结果达到精度要求，可反复上列步骤，形成一种迭代算法，直到精度满足要求为止，只是在迭代计算中，第二步不再用额定电压，而用在上次计算中得到的各点电压近似值进行计算。

第三，对于报警时间，其主要有两组16位报警时间，频率事件设置寄存器，用于设置报警时间或频率事件，它们由INT-x-AE与INT-x- FE控制。设定的标志位24小时对应。因为，对于电能计量本身而言，其必须要经济调度，而在经济调度时，第一个问题就是研究用户的需求，即进行电力负荷预测，按照调度计划的周期，可分为日负荷预测，周负荷预测和年负荷预测。不同的周期的负荷有不同的变化规律：

第一种变动幅度很小，周期又很短，这种负荷变动有很大的偶然性。

第二种变动幅度较大，周期也较长，属于这种负荷的主要有：电炉、压延机械、电气机车等带有冲击性的负荷变动。

第三种变动基本上可以预计，其变动幅度最大，周期也最长，是由于生产、生活、气象等变化引起的负荷变动。

其中，负荷预测的精度直接影响经济调度的效益，提高预测的精度就可以降低备用容量，减少临时出力调整和避免计划外开停机组，以利于电网运行的经济性和安全性。负荷预测，在安全监视过程中的超短期负荷预测，要通过操作系统，完成日调度计划、周负荷预测、年负荷预测以及规划电源和网络发展时需要用1-20年的负荷预测值。

第四，在监视系统中，系统会根据负荷变化，将电能计量的有功功率和频率调整大体上也可分为：一次调频：由发电机调速器进行；二次调频：由发电机调频器进行；三次调频：由调度部门根据负荷曲线进行最优分配。前两种是事后的，第三种是事前的。一次调频是所有运行中的发电机组都可参加的，取决于发电机组是否已经满负荷发电。这类称为负荷监视。二次调频是由平衡节点来承担，对于非故障处电流，如果电压一般不满足边界条件，需要由监视系统进行计算：一、计算参数，作出正、负、零序网，二、由复合序网及序电压方程求得故障处的各序电流、电压；三、在各序网中求非故障处的序电流、序电压；

三、合成得到非故障处的各相电流、电压。

第五，在电能计量中，稳定性和安全性的判断依据，其中，对于稳定的判断依据，是以不同的事故可以有不同要求，也可以结合三者确定安全运行极限，而安全性判断，则是根据所有事件的稳定裕度大于某些无功源的储备在一定的范围内，对于电压判据和对电压的控制策略，主要是通过监视，结合电能计量的动态问题，在时间和区域上进行划分，在区域上，一般划分为：模型合理性和参数的合理性，合理的稳定指标，主要是通过线性物理量来确定，结合参数灵敏度作好进一步分析。

结语

本系统具有成本低、体积小、操作方便、无需建网和网络维护、通信费用少

等优点，基本上能满足电力部门抄表的要求。随着综合自动化技术的不断提

高，自动抄表的功能不断更新和增强，相信通过实践使用，系统不断发展完善，

能够更好的适应今后的发展，在生产中发挥更大作用。今后的研究工作还可以从

以下几个方面展开：

1不断增强系统的功能，对通讯协议的兼容性和可扩充性进行充分考虑。现场单元和管理中心软件设计上还需进一步优化，提高可操作性，为用户提供简便、易操作的界面。例如，参数设置界面还要完善。

2系统的可扩展性需增强。目前在软硬件设计中只对电能表应用，对水表、气表和其它类型的计量工具尚未提供接口。下一步的开发中应对系统的扩展性做进一步研究，使系统的适用范围更广。

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