電網末端電壓合格率和供電可靠率在線監測實現方法

余 濤，黃申茂，李 銘

（國網常州供電公司，江蘇 常州 213003）

電網末端電壓合格率和供電可靠率在線監測實現方法

余 濤，黃申茂，李 銘

（國網常州供電公司，江蘇 常州 213003）

探討一種基于智能電能表完成電壓合格率和供電可靠率的在線監測技術。該技術實現了電網末端電壓合格率和供電可靠率的采集與分析，彌補了現有技術中對電網末端電壓合格率和供電可靠率監測統計的不足，為供電部門改善電網末端供電質量提供有效的信息支撐，提高電能質量管理的信息化與智能化水平，以更好地滿足客戶用電需求。

智能電能表；電壓合格率；供電可靠率；在線監測

隨著能源互聯網概念的提出與相關技術的應用，能源的供應和需求將越來越呈現智能化、互動化趨勢。能源互聯網將實時匹配供需關系，在能源消費側如何保證合格的電能質量是基本要求與核心問題。特別是隨著光伏、風電等分布式能源的大量接入，如何監測與控制入網端的電能質量十分關鍵［1］，同時用戶作為電網的最末端，對于用戶側電壓合格率、供電可靠率等運行參數的在線監測是建設發展能源互聯網的現實需要與技術難點。

本文研究了一種電網末端電壓合格率和供電可靠率在線監測技術，即通過對智能電能表進行軟件升級改造，利用智能電能表原有的硬件電路，在保持智能電能表原有計量、測量功能不變的基礎上，增加“電壓合格率、供電可靠率”（以下簡稱“兩率”）統計功能，通過用電信息采集系統，實現電網末端用戶側“兩率”的在線監測與分析，彌補現有技術中對電網末端“兩率”監測統計的不足。該技術應用經濟簡便，基本無需增加投資，可以實現電網末端“兩率”的在線監測與統計分析，為有效提高供電質量提供技術支撐，為實現電網狀態可感知、可計算的能源互聯網提供有效手段。

1 現狀分析

“兩率”指標是電力公司關注的重點［2—3］，同時用戶對電能質量的要求也越來越高。目前電力公司對電壓合格率的監測往往只是在電網中一些重要節點上采用專用的電壓監測儀器進行電壓合格率統計；供電可靠率則主要采取事后統計。這種方式存在明顯的局限性:一是監測的是“點”而不是“面”，覆蓋范圍小，如:《配電網規劃設計技術導則》中D類用戶電壓監測僅為小比例抽樣，供電可靠率只統計到高壓配變；二是監測的數據實時性差，無法實現對電網末端電壓合格率和供電可靠率全時段動態采集與分析［4—5］。

目前智能電能表已大量普及、基本覆蓋到各類用戶，部分高端三相智能電能表已具有電壓合格率統計功能，但對于電網末端的單相居民用戶，還無法利用上述三相智能電能表進行“兩率”監測。本文通過改進、擴展單相智能電能表的采集功能，實現電網末端用戶的電壓合格率和供電可靠率的自動統計與在線監測，技術簡便、成本低廉。通過現有的用電信息采集系統，開展差異化電能監測與分

析關鍵技術研究，進一步提高電能質量管理的信息化與智能化水平，滿足客戶用電需求。

2“兩率”在線監測方法

2.1 供電“兩率”定義

供電“兩率”是指電壓合格率和供電可靠率。電壓合格率是指在電網運行中，一個月內，監測點電壓在合格范圍內的時間總和與月電壓監測總時間的百分比。供電可靠率指在統計期間內，扣除系統電源不足限電影響，對用戶有效供電時間總小時數與統計期小時數的比值。這2個指標對于電能質量意義重大［6］，因此國家能源局最新發布的《配電網規劃設計技術導則》規定，C類城區用戶電壓合格率不低于99.79%，供電可靠率不低于99.863%；D類農村用戶電壓合格率不低于97%，供電可靠率不低于99.726%。

2.2 電壓合格率在線監測實現方法

智能電能表能根據電能表設置的電壓上限值、電壓下限值，電壓考核上限值以及電壓考核下限值判斷當前各相電壓的狀態，并記錄各相電壓的合格率、超限率等數據。單相電壓合格率統計圖如圖1所示。

圖1 單相電壓合格率計算統計圖

從圖1可以看出，電壓的監測時間為t4—t1和

t7—t5，電壓的監測合格時間為t3—t2和t7—t6，電壓超上限時間為t4—t3和t6—t5，電壓超下限時間為

t2—t1。那么，單相電壓合格率的計算公式如下

電壓合格率=1-電壓超限率=

為了實現單相智能電表對電壓合格率的采集與統計，以1 min為窗口時間，1 min內采集到的電壓值與電壓超限閾值比較決定此窗口時間歸屬電壓超限時間或電壓合格時間，對一日或一月內的窗口時間進行統計，運用式（1）即可獲得日電壓合格率或月電壓合格率。窗口時間統計的流程圖如圖2所示。

圖2 窗口時間統計流程圖

從圖2可以看出，智能電能表采集策略為每分鐘讀取智能電能表計量芯片采集的電壓值，判斷當前電壓是否在電壓上限值和電壓下限值之間。如果在兩者之間，則電壓監測累計時間加1 min，如果不在兩者之間，則直接退出流程。當監測到的電壓值大于電壓上限，則電壓上限累計時間加1 min，當監測到的電壓值小于電壓下限，則電壓下限累計時間加1 min。若當前日期時間符合轉存條件，則電能表凍結本日或本月的電壓合格率數據。電壓合格率凍結部分流程圖如圖3所示。

電能表讀取電壓值的周期為1 min，即每隔1 min讀取一次電壓，當出現跨天或跨月時，需要將當前的日或月電壓合格率轉化為上一日或上一個月的電壓合格率記錄，并初始化當前的電壓合格率記錄。

一條完整的電壓合格率記錄包括:電壓監測時間、電壓合格率、電壓超限率、電壓超上限時間、電壓超下限時間、最高電壓、最高電壓發生時刻、最低電壓、最低電壓發生時刻。通過上述流程圖能夠得到電壓監測時間、電壓超上限時間、電壓超下限時間，最高電壓、最高電壓發生時刻、最低電壓、最低電壓發生時刻。電壓合格率、電壓超限率則可由式（1）計算得到。

2.3 供電可靠率在線監測實現方法

本文對智能電能表增加了供電可靠率的采集、統計功能，具體方法是:采用對智能電能表上電、掉電時間進行記錄統計，當電能表初始化完成后，主控單片機從時鐘模塊中讀取當前上電時間并存儲，當主控單片機檢測到掉電后，從時鐘模塊中讀取當前掉電時間，并將掉電時間存儲。

圖3 電壓合格率凍結流程圖

停電時間統計

用戶停電時間（h）=上電時間-掉電時間

供電可靠率統計

統計時間可以按照年、月、日進行統計，也可以按照用戶需求進行特定時間段統計。統計方法流程圖如圖4所示。

圖4 供電可靠率統計實現流程圖

3 通信規約及程序設計

為了實現電能表采集到的供電“兩率”的數據能上傳到主站，需要對目前現有的電能表通信規約進行相應的修改。定義了電壓監測時間、電壓合格率、電壓超限率、電壓超上限時間、電壓超下限時間、最高電壓、最高電壓發生時刻、最低電壓、最低電壓發生時刻、電壓合格率統計數據。

本方案所采用的軟件開發環境是IAR Embedded Workbench IDE，該開發環境具有最大量代碼繼承能力，以及對大多數和特殊目標的支持，能有效提高用戶的工作效率，大大節省開發時間。

在WORKSPACE窗口中可以方便的管理多個項目及項目文件目錄，在Disassembly窗口中可以觀察反匯編代碼，以實現代碼深度調試和檢查工作。

4 供電“兩率”監測界面設計

在用采系統中設計電壓監測界面，對電壓合格率和供電可靠率進行在線監測，在高級應用—監測裝置調試—低壓末端—電壓合格率路徑中進行統計分析，具體的供電“兩率”監測界面如下圖5所示，可以實現日電壓合格率、月電壓合格率、日供電可靠率、月供電可靠率統計。

圖5 供電“兩率”監測界面圖

通過在用采系統中分別隨機抽取了城網用戶和農網用戶各10戶居民用戶的全年電壓合格率的數據進行了統計分析，具體抽樣展示數據如圖6、圖7所示。通過分析可知，城網用戶電壓合格率明顯好于農網用戶，同時7、8月份的農網用戶電壓合格率明顯偏低，最低時低至180 V，電壓質量偏差。對電壓合格率的在線監測與統計分析，可以為城農網改造提供具體指導，進而采取優化網絡結構、增加配變布點、調整供電半徑等措施，持續提高電壓質量。

圖6 城網用戶全年電壓合格率抽樣展示圖

圖7 農網用戶全年電壓合格率抽樣展示圖

5 結束語

本文研究了基于智能電能表實現電網末端電壓合格率和供電可靠率的在線監測技術，擴展了通信規約，實現不同采集模式下（尤其是載波用戶）的供電可靠率、電壓合格率指標的全口徑自動統計與分析功能。本文研究成果可以實現電網末端供電“兩率”的在線采集、統計分析和輔助決策，提升了電能質量管理的實時性、針對性和有效性，為電網建設改造提供具體指導，持續提高供電可靠性與電能質量，更好地滿足客戶需求。D

［1］ 馬釗，周孝信，尚宇煒，等.未來配電系統形態及發展趨勢［J］.中國電機工程學報，2015（6）:1 289-1 298.

［2］ 楊玉琴，劉國賢，邱吉福，等.基于廣域網的電壓合格率管理信息系統［J］.繼電器，2006（6）:57-59.

［3］ 王劍，黃吾康，楊慧，等.有效提高配電網電壓合格率的措施［J］.陜西電力，2010，38（7）:69-71.

［4］ 丁虹，劉巖.提高10 kV饋線電壓合格率的綜合措施［J］.華北電力技術，2009（12）:49-50.

［5］ 唐寅生，段振國，李先懷，等.對電壓合格率定義的商榷［J］.供用電，2010（3）:64-65.

［6］ 吳春芳.提高居民端電壓合格率的措施［J］.農村電氣化，2010（8）:21.

國網陜西電力實現智能表全覆蓋

截至2016年9月5日，國網陜西省電力公司已運行電能表528.78萬只，全部為智能電能表，提前4個月全面實現了智能電能表全覆蓋任務，為分時電價、階梯電價、全面電費控制、線損管理、電壓質量監測等業務策略的實施提供了技術支撐。

智能電能表應用是堅強智能電網建設的重要內容，是電力用戶負荷、電量、計量狀態等重要信息實時采集的基礎。按照國家電網公司統一部署，國網陜西電力從2011年開始在公司城網、農網改造、客戶工程及電網建設中全面應用智能表，按照“先城市、后農村，先三相、后單相”的原則大力推進智能表應用工作。

在為期5年半的智能電能表及配套設施更換工作中，國網陜西電力建立了完善的智能表全性能試驗和檢定能力，建立了完善的檢測體系和業務流程，為智能表應用奠定了堅實的基礎。期間，該公司根據情況，每一年給各供電單位下達智能表應用任務，加強各單位里程碑計劃的剛性管控；組織、督促各單位開展項目物資、施工招標申報；組織協調國網集中采購中標電能表供貨、檢定、配送及安裝調試工作，確保了智能電能表全覆蓋任務的提前完成。

摘自國家電網公司網站

Study on the on?line monitoring technology of power network terminal voltage qualification rate and power supply reliability

YU Tao,HUANG Shen?mao,LI Ming

（State Grid Changzhou Power Supply Company,Changzhou 213003,China）

In this paper,the on?line monitoring technology based on intelligent electric energy meter is studied to monitor the voltage qualification rate and the reliability of power supply,and realize the collection and analysis of the terminal voltage qualification rate and the power supply reliability.The research results of this paper make up the shortage of monitoring statistics on the two rates to monitor the end of the power supply in the prior art.The technology provides an effective information support for the power supply de?partment to improve the quality of the end of the power grid.The technology improves in formation and smart level of energy quantity inordertosatisfythecustomers’powerrequirement.

intelligent electric energy meter;voltage qualifi?cationrate;power supply reliability;on?line monitoring

10.3969/j.issn.1009-1831.2016.05.011

TM764.1；TM933.4

B

2016-04-13；

2016-06-14