計量自動化系統的功能拓展設計

李洪乾

(貴州電網公司凱里供電局，貴州 凱里 556000)

隨著計量自動化系統的投入使用及不斷開發，海量的電力數據被采集上傳。這些不同類型的電力數據在智能負荷控制、電費結算、用電檢查、配電網運行監測以及線損精益分析等多個方面，發揮了重要的支撐作用，并已成為電網公司經營決策分析的重要數據來源[1]。但與此同時，計量自動化系統采集回來的數據存在多源、異構、高維、分布以及非確定性[2]，這對數據本身價值的使用和提取提出了挑戰。因此，為了更有效地挖掘電力大數據的價值以及提升電網智能化水平，對計量自動化系統的應用方法進行研究與設計具有重要的意義。

1 計量自動化系統

計量自動化系統作為營銷系統最為重要的輔助系統，承擔著電能計量、遠程費控、實時電價以及用電檢查等業務功能。此外，該系統為實現營銷信息資源、配電應用資源和服務資源統一優化調配創造了先決條件。其功能及當前存在的不足介紹如下。

1.1 計量自動化系統功能簡介

計量自動化系統當前共有6個主要功能模塊，分別為采集管理、數據管理、運維管理、業務應用、現貨交易以及系統管理。其中，在每一個主模塊下，又分別有對應的二級菜單和三級子功能選項。目前，共能實現43個功能，并且隨著應用的不斷深入，其子功能還在不斷增加。如圖1所示。

圖1 計量自動化系統功能模塊圖

采集管理主要完成相應電能表和終端的檔案維護及采集維護，該模塊是計量自動化系統的核心部分，是開展數據分析和應用的基礎。而數據管理主要對計量自動化系統所采集的數據進行歷史查詢，這對電量退補計算工作具有重要意義。因而該模塊是業務應用的基礎，對客戶開展電量應用及負荷監測起到了至關重要的作用，而運維管理主要實現對工單的維護及指標的管控。此外，其中的知識社區模塊，方便使用人員與開發人員進行溝通與交流，以實現對計量系統的逐步完善。業務應用主要實現線損管理和費控管理，對臺區的治理意義重大。而現貨交易模塊包括采集管理、檔案信息、應用查詢、指標管理、數據管理、數據發布、運維管理、綜合分析8個二級菜單。最后，系統管理主要實現對計量系統使用者權限的維護，以及在對應權限下，可以重新定義指標的計算規則和告警規則。

1.2 計量自動化系統存在的不足

通過使用計量自動化系統6個主要功能模塊，已能滿足絕大部分工作上的應用需求。但是，由于在前期開發時難以統籌兼顧，使得后期進行完善時，出現了開發難度大等問題，使得該系統無法完全滿足一些特定工作上的應用。

目前，計量系統主要存在以下不足：

第一，數據難以整合。為了不影響大數據的查詢效率。一方面，在下載不同時間維度的數據后，由于沒有硬性規定的排序方式，使得對不同時間維度的上千個節點數據進行分析時，其每一個節點的數據均不是按照時間維度逐一排序，導致還須進行額外的排列處理。另一方面，下載不同空間維度的數據后，對不同指標頁面下數據的排序方式也不做硬性規定，導致在統計分析這些數據時，也須額外進行排列查找處理。例如：一個頁面能夠下載該地區的臺區負荷數據，另一個頁面能夠下載該地區變壓器負載率數據，但若想在一張表格里同時體現該地區所有臺區的負荷數據及變壓器負載率數據，還須分別對下載的數據進行額外篩選排列處理。

第二，對于一些異常指標，由于無法按照自己的需求制定篩選規則，因此難以直接查看自己需要的數據。

第三，部分功能并未完全開發，例如對疑似竊電用戶進行初步排查等。

雖然對以上的不足可以通過報工單的方式解決，但由于流程煩瑣，會花費大量的人力與時間成本。因此，為了提升計量工作人員的工作質量及工作效率，對計量自動化系統的應用方法進行優化拓展設計具有重要的意義。

2 計量自動化系統的拓展設計思路

2.1 數據說明及提取

在計量自動化系統中，不同子功能頁面下能夠得到不同類型的功能數據，而這些數據具有一些共同特點。首先，都有序號、組織機構、用戶編號、用戶名稱、資產編號、數據采集時間以及用戶狀態等類型的標簽數據。其次，由于受到計量系統的限制，一次能導出的數據均只有20000條。若想導出更多的數據，一方面可進行分批導出，另一方面可通過報工單的方式，由后臺批量導出。此外，計量系統將導出的數據，以Excel表格的形式進行文本保存。因此，在對數值型數據進行分析時，還須轉換這些數據的類型。

2.2 數據預處理

數據導出到Excel表格中后，將所須轉換的數值型數據由文本類型轉換為數值類型，可通過Excel軟件直接進行轉換。然后根據應用需求，對這些數據按照時間或空間維度進行排列。在排列過程中，由于用戶編號與用戶名稱等數據不具備唯一性，例如，一個用戶編號下可能存在兩塊及以上終端的情況，因此常采用資產編號作為查找對象。

2.3 數據應用

預處理后的數據，根據不同的應用需求，可分別用作電網竊電排查、數據篩選與整合、反向走字檢測和電壓電流異常監測等。雖然計量自動化系統對電網異常數據也有告警，但有時所得到的告警數據無法完全滿足當地異常排查及治理的需求。因此，根據不同臺區負荷水平，迫切需要實現具有一定特殊性的功能。

計量自動化系統的優化設計流程圖如圖2所示。

圖2 優化設計流程圖

3 實例運用

3.1 數據整合應用

數據整合是指通過整合不同類型或不同來源的數據，使用語義技術將它們合并為有意義或有價值的信息。在計量自動化系統中，為了應對不同業務的需求，在各功能模塊下，能得到不同類型的數據。但由于這些數據間具有一定的獨立性，從而導致無法充分挖掘其使用價值。因此，對數據進行初步整合是十分有必要的，這也為進一步的數據價值提取奠定了基礎。

以一個配電網技改項目為例，其需要提供在本年內該地區所有臺區的最大線損率和對應變壓器的最大值和最小值的負荷情況，而在計量系統中，臺區線損率與變壓器最大值和最小值負荷情況按不同的排列順序分別存儲在兩個功能頁面下，并且這些數據還分別按照不同月份來進行存儲，因此這兩類數據均較為繁多。

按照圖2流程圖中的思路，對這兩類數據進行整合。首先以臺區線損率為參考，篩選出對應臺區變壓器在對應月份下的最大值負荷、最小值負荷；然后，按照月份對每一個臺區進行排列；最后，把每一個臺區的最大線損率及最大值負荷、最小值負荷篩選出來，從而得到所需數據。

3.2 電壓電流異常監測應用

為保障電力系統能更加安全穩定地運行，對電能質量指標的要求越來越高，尤其是電壓指標。根據DL/T 1208—2013《電能質量評估技術導則供電電壓偏差》，可得配電網正常供電時電壓范圍，如表1示。

表1 正常供電電壓范圍

由表1可知，一方面，當線路末端某相電流較大時，末端電壓會稍低于正常供電電壓范圍，首端線路電壓有時卻略高于表1電壓范圍。另一方面，為保證一些用戶能正常用電，在某些時刻用戶用電電壓也不在表1供電范圍內，而當前計量系統對不同負荷暫未給予不同告警指標。因此，根據實際情況應對其設定不同的告警指標，例如，對于末端線路，可增加持續低電壓時間來進行告警，從而提高對異常電流電壓判斷的準確性。

3.3 竊電排查應用

在“碳達峰、碳中和”的國家戰略背景下，各企業節能降耗已成為必然趨勢。其中，降低竊電造成的非技術性電能損失，對電網公司有非常重要的意義，但是，當前計量自動化系統并未提供竊電排查功能。而一些不法分子采用分壓、分流的方式來進行間歇性的遠程遙控竊電，這給電網公司造成了不小的損失。因此，為提高竊電排查效率，通過計量自動化系統對高損臺區進行疑似竊電排查具有實用價值。

根據功率計算公式（1）可知，有功功率等于三相電壓電流與功率因數乘積之和。

對于現場直接采用分壓、分流方式來進行竊電的，可通過直接測量現場電壓電流是否與表計一致來進行排查。而對于篡改電能表程序來進行分壓、分流竊電的，可通過對計量自動化系統以15 min一個點采集回來的海量數據進行排查。當存在竊電時，電能表傳回來的功率數值將小于直接采用公式（1）計算出來的數值，從而可初步判斷該用戶是否存在竊電嫌疑。

對貴州某供電局7個高損臺區進行疑似竊電排查，以15 min一個采樣時刻，可得圖3。

圖3 疑似竊電排查圖

觀察圖3可知，在0～300采樣時刻，臺區1的功率比值相較于臺區2～7，其長時間遠大于1，因此可初步判斷臺區1有竊電嫌疑。通過現場排查該表計，發現臺區1電能表確實存在不明編程記錄，更換電能表后，在301～600采樣時刻，臺區1功率比值恢復正常。

4 結論

為提高計量人員工作效率，本文對計量自動化系統拓展應用方法進行了設計與研究，其主要工作如下：

一是給出了清晰的設計流程，為進一步對各應用功能開發及優化奠定了基礎。

二是實現了對數據整合、電壓電流異常監測以及竊電排查的初步應用，其結果表明該設計方法是有效的，并且相對于人工排查方法也更高效。