雙層校驗(yàn)的智能表事件采集判別方法及應(yīng)用

李付存，季 豐，郭紅霞，郭 亮，王兆軍

（1.國網(wǎng)山東省電力公司電力科學(xué)研究院，濟(jì)南 250002；2.華能濟(jì)南黃臺發(fā)電有限公司，濟(jì)南 250100；3.國網(wǎng)山東省電力公司，濟(jì)南 250001）

0 引言

隨著“智能電網(wǎng)”和“高級量測體系（Advanced Metering Infrastructure，AMI）”的建設(shè)，智能電能表作為其基礎(chǔ)和核心設(shè)備，在大部分網(wǎng)省電力公司的大型專變用戶、三相一般工商用戶、普通居民用戶等各類計(jì)量點(diǎn)中的覆蓋率已達(dá)到98.50%以上。事件記錄功能是智能表的重要功能之一，它主要實(shí)時(shí)記錄、保存和上傳智能表在運(yùn)行過程中發(fā)生的異常或故障時(shí)的相關(guān)信息，如事件發(fā)生時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、發(fā)生次數(shù)及發(fā)生和結(jié)束時(shí)刻的電能量等數(shù)據(jù)信息，常見的事件有失壓、失流、斷相、電壓（流）逆相序、開表蓋、開端鈕蓋、遠(yuǎn)程拉合閘等40余種，這些眾多事件對加強(qiáng)智能表運(yùn)行工況遠(yuǎn)程監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)計(jì)量表計(jì)精益化管理具有重要作用。

然而智能表中的除了事件記錄、還有很多其他的計(jì)量、費(fèi)控、采集等多種功能，這些事件采集、存儲、尋址、判斷需要大量空間，在多種事件存儲、判別、上報(bào)等指針尋址處發(fā)生串?dāng)_，造成數(shù)據(jù)誤判、誤報(bào)，造成事件采集上報(bào)準(zhǔn)確性降低，如果對此大量的數(shù)據(jù)不加以校驗(yàn)、甄別，則上報(bào)的數(shù)據(jù)可用性降低，依此數(shù)據(jù)進(jìn)行現(xiàn)場核查則費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，為此需對現(xiàn)行的智能表事件采集上報(bào)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析、改進(jìn)，提高事件上報(bào)準(zhǔn)確率。

1 計(jì)量在線監(jiān)測組成

根據(jù)國家電網(wǎng)公司用電信息采集典型設(shè)計(jì)方案，用電信息采集系統(tǒng)設(shè)置有一定的采集上報(bào)周期，計(jì)量在線檢測的采集設(shè)備按照設(shè)定的周期對智能表事件進(jìn)行采集，根據(jù)采集到事件信息進(jìn)行判斷，并決定是否上報(bào)給采集主站，即計(jì)量在線檢測在硬件構(gòu)成涉及到智能表，采集設(shè)備，采集主站三部分，在通訊方式包括本地通訊層和遠(yuǎn)程通訊層等兩部分組成，具體計(jì)量在線監(jiān)測結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

根據(jù)圖1計(jì)量在線監(jiān)測事件采集上報(bào)結(jié)構(gòu)圖可知，上報(bào)事件的準(zhǔn)確性既受智能表、采集設(shè)備、采集主站等硬件設(shè)置影響，也受到通訊方式、通訊線路等影響，還有可能是以上兩種或三種原因的組合，是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。圖2為某地區(qū)2016年8月1日智能表開表蓋事件上報(bào)截圖，從圖2顯示數(shù)據(jù)可以看出，此智能表開表蓋事件發(fā)生多達(dá)3830次，本次事件發(fā)生持續(xù)時(shí)間3秒，事件發(fā)生前后各象限有功電量、無功電能均無變化，基本可以判定為誤報(bào)。

圖2 某地區(qū)智能表開表蓋事件上報(bào)截圖

2 事件采集上報(bào)結(jié)構(gòu)分析

根據(jù)本文第1節(jié)計(jì)量在線監(jiān)測組成可知，事件誤報(bào)產(chǎn)生的原因很多，既有硬件原因，又有軟件判別規(guī)則導(dǎo)致。根據(jù)國網(wǎng)公司完善的《電能表質(zhì)量監(jiān)督管理辦法》和《用電信息采集設(shè)備質(zhì)量監(jiān)督管理辦法》，對安裝運(yùn)行前的智能表和采集設(shè)備都會進(jìn)行層層硬件檢測，硬件質(zhì)量都會取得質(zhì)量檢測報(bào)告，硬件質(zhì)量導(dǎo)致事件誤報(bào)基本排除。目前原因聚焦在軟件判決流程上。

現(xiàn)在大部分采集設(shè)備判斷事件是否發(fā)生，主要通過比較連續(xù)兩次讀取到的電能表內(nèi)的同一事件次數(shù)值，如果數(shù)據(jù)不一致則產(chǎn)生事件上報(bào)，下面以開表蓋事件為例，做具體說明：在采集設(shè)備內(nèi)開辟兩塊存儲區(qū)域，一塊用來記錄“上一次記錄的開蓋次數(shù)”，另一塊用來記錄“當(dāng)前記錄的開蓋次數(shù)”（若本次獲取開蓋次數(shù)失敗，則該存儲區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)值被置為無效值，同時(shí)，在系統(tǒng)初始上電時(shí)，這兩個數(shù)據(jù)值也被置為無效值0xEEEEEEEE，因?yàn)殡娔鼙硭苡涗浀淖畲箝_蓋次數(shù)值為0xFFFFFF），當(dāng)發(fā)起一輪新的抄表任務(wù)時(shí)，若能夠成功獲取到該電能表的“上1次開蓋次數(shù)”，則把該數(shù)據(jù)值存入到“當(dāng)前記錄的開蓋次數(shù)”中，若獲取失敗，則把采集設(shè)備內(nèi)記錄當(dāng)前電能表的“當(dāng)前記錄的開蓋次數(shù)”值置為無效值“0xEEEEEEEE”，當(dāng)本電能表的所有待抄的事項(xiàng)相關(guān)數(shù)據(jù)項(xiàng)抄取完畢后，系統(tǒng)進(jìn)入事項(xiàng)對比判斷階段，即當(dāng)前的數(shù)據(jù)值和上一次獲取到的數(shù)據(jù)值進(jìn)行比較、判斷，進(jìn)而判定出該電能表是否產(chǎn)生新的事項(xiàng)，事件上報(bào)判斷流程圖如圖3所示。

如圖3所示，采集設(shè)備會對前后兩次獲取到的數(shù)據(jù)值的合法性進(jìn)行判斷，若任有一方的數(shù)據(jù)值不合法，則退出當(dāng)前的事項(xiàng)判斷，認(rèn)為當(dāng)前事項(xiàng)正常，其中當(dāng)“上一次”獲取的數(shù)據(jù)值非法，而“當(dāng)前”獲取的數(shù)值正常時(shí)，要把當(dāng)前合法的數(shù)據(jù)值重新賦值給“上一次”獲取的數(shù)據(jù)值。

圖3 事件上報(bào)判斷流程圖

其次，對前后兩次獲取到的數(shù)據(jù)值的比較。對于前后兩次獲得的數(shù)據(jù)值都合法的情況下，比較二者的數(shù)據(jù)值大小，若二者完全一致，則認(rèn)為該電表的此事項(xiàng)正常；若二者數(shù)據(jù)值不一致，則認(rèn)為電表的該事項(xiàng)已經(jīng)產(chǎn)生，根據(jù)Q/GDW376.1規(guī)約規(guī)定的相關(guān)事項(xiàng)的數(shù)據(jù)格式，組織事項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行存儲并上報(bào)（根據(jù)實(shí)際的設(shè)置情況決定是否直接上報(bào)主站），同時(shí)把本次新獲取到的相關(guān)事項(xiàng)的數(shù)據(jù)值賦值給“上一次”獲取的數(shù)據(jù)值。

針對圖2所示的事件多少上報(bào)情況，我們在對數(shù)據(jù)讀取是發(fā)現(xiàn)，實(shí)際執(zhí)行的過程中，由于采集設(shè)備在與電能表進(jìn)行連續(xù)的通信獲取數(shù)據(jù)的過程中，在對某些數(shù)據(jù)項(xiàng)進(jìn)行重復(fù)抄取時(shí)，沒有及時(shí)釋放內(nèi)存，造成采集設(shè)備的內(nèi)存越界，對記錄的“上一次記錄的開蓋次數(shù)”和“當(dāng)前記錄的開蓋次數(shù)”的數(shù)據(jù)區(qū)進(jìn)行了誤修改。因此在進(jìn)行事項(xiàng)判斷階段，當(dāng)比較這兩個數(shù)據(jù)值時(shí)，數(shù)據(jù)值每次合法且都不一致，系統(tǒng)誤認(rèn)為電表產(chǎn)生開蓋事項(xiàng)，導(dǎo)致事件誤報(bào)。

3 判別結(jié)構(gòu)改進(jìn)及實(shí)驗(yàn)

3.1 判別結(jié)構(gòu)改進(jìn)

如本文第2節(jié)所示：在采集設(shè)備內(nèi)開辟兩塊存儲區(qū)域，一塊用來記錄“上次事件次數(shù)”，另一塊用來記錄“本次事件次數(shù)”，通過比較連續(xù)兩次讀取到的電能表內(nèi)的同一事件次數(shù)值，來判別是否有新事件產(chǎn)生，具體構(gòu)成如圖4所示。

圖4 誤報(bào)現(xiàn)象產(chǎn)生結(jié)構(gòu)圖

為解決誤報(bào)產(chǎn)生的原因，我們在“上次全部事件次數(shù)記錄區(qū)”和“數(shù)據(jù)緩沖區(qū)”之間加入了“冗余隔離區(qū)”；在“冗余隔離區(qū)”之中包含“指針越界檢測區(qū)”，在隔離區(qū)和越界檢測區(qū)中包均含特殊序列，若指針指向了該序列，則程序即可判斷發(fā)生了越界，相應(yīng)程序會去處理越界事件，此種事件雙層校驗(yàn)判別方法，避免了內(nèi)存越界的風(fēng)險(xiǎn)。具體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

通過在上次事件存儲區(qū)和索引指針緩沖區(qū)中分別增加事件校驗(yàn)和越界檢測雙層校驗(yàn)結(jié)構(gòu)使智能表的多個事件獨(dú)立且不受外部索引指針串?dāng)_，對不符合校驗(yàn)的數(shù)據(jù)值及時(shí)剔除，避免事件誤判、誤報(bào)、漏判和漏報(bào)的發(fā)生，有效的保護(hù)了采集上報(bào)事件的準(zhǔn)確性。

圖5 事件雙層校驗(yàn)判別結(jié)構(gòu)

3.2 實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證

根據(jù)圖5所示雙層校驗(yàn)結(jié)構(gòu)，對原采集設(shè)備進(jìn)行升級，并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，搭建的實(shí)驗(yàn)平臺如圖6所示。

圖6 搭建的實(shí)驗(yàn)臺體

圖6為192只智能表表蓋完全閉合，通電正常運(yùn)行一天，采集系統(tǒng)召測均無一例上報(bào)，得知改進(jìn)后的采集設(shè)備無誤判、誤報(bào)情況。

同時(shí)為避免少報(bào)、漏報(bào)，我們對其中的兩只智能表也進(jìn)行了人為打開，打開后進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖7所示，從圖示結(jié)果可以看出，將表蓋打開1次時(shí)，開表蓋次數(shù)由0變?yōu)?，開蓋開始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、事件開始前電能表凍結(jié)的有功電量、正向有功總電能、反向有功總電能、各象限中各象限的無功總電能，發(fā)生事件之后凍結(jié)的有功電量、正向有功總電能、反向有功總電能以及四象限中各象限的無功總電能均與電能表實(shí)際顯示相同。

開表蓋事件結(jié)束后，再次將表蓋打開，召測結(jié)果如圖8所示。

圖7 打開表蓋1次時(shí)的召測結(jié)果

圖8 打開表蓋2次時(shí)的召測結(jié)果

根據(jù)圖8所示，打開表蓋2次時(shí)的召測結(jié)果，事件記錄數(shù)由1增加至2，發(fā)生事件時(shí)其他計(jì)量信息也可準(zhǔn)確記錄、顯示，這里不再詳述。

4 結(jié)束語

為解決前期某地區(qū)智能表事件誤判誤報(bào)的問題，提高智能表事件的上報(bào)準(zhǔn)確性，本文對計(jì)量在線監(jiān)測組成結(jié)構(gòu)及事件判別方法進(jìn)行了詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上提出了雙層校驗(yàn)結(jié)構(gòu)及方法，并對采集設(shè)備進(jìn)行升級，搭建了驗(yàn)證測試平臺，實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證的了方法的可行性。論文的研究提升了計(jì)量在線監(jiān)測智能表事件上報(bào)的準(zhǔn)確性，對提升智能電網(wǎng)和AMI建設(shè)，提高計(jì)量資產(chǎn)精益化管理水平及防竊電排查效率都具有重要意義。

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