基于DDC的電能計量裝置現(xiàn)場檢驗方法

李銘凱， 張緣， 李蕊， 張艷研， 段大鵬

(國網(wǎng)北京電力科學研究院， 北京 100162)

0 引言

電能計量受裝置的計量性能、環(huán)境溫度、電磁場干擾等因素影響[1]，容易對電能計量裝置運行的穩(wěn)定性造成影響。電能計量裝置運行的穩(wěn)定性是保證計量正確的關鍵，因此需對電能計量裝置進行定期的現(xiàn)場檢驗維護，才能保證電能計量表所計量數(shù)值的正確性和可靠性[2]。馮凌等[3]設計了高壓電能計量裝置現(xiàn)場校驗系統(tǒng)，該系統(tǒng)基于射頻同步技術，實現(xiàn)了現(xiàn)場校驗誤差測量。MANASAKI等[4]通過現(xiàn)場研究和模型模擬選擇最佳技術，但是由于電能計量裝置中智能電表數(shù)據(jù)種類繁多、數(shù)量龐大，而且隨著用電信息采集系統(tǒng)中收集到的相關信息逐漸增多，導致數(shù)據(jù)增長速度過快，增加檢驗難度。

針對計量裝置大數(shù)據(jù)的特殊性，采用以Hadoop框架為代表的現(xiàn)場檢驗方法，對數(shù)據(jù)進行分布式存儲和計算，但是由于這些數(shù)據(jù)的時效性要求較高，無法實現(xiàn)精準檢驗。因此，提出基于DDC的電能計量裝置現(xiàn)場檢驗方法。

1 電能計量裝置現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理

隨著社會經(jīng)濟和科技技術的快速發(fā)展，社會各行各業(yè)用電量不斷增大，各種智能家居產(chǎn)品和智能交通工具也增加了用電量，使電量數(shù)據(jù)快速增長[5]。為有效管理和計量電量數(shù)據(jù)，采用智能電表和傳感器的先進技術，利用電網(wǎng)通信、數(shù)據(jù)采集等技術，作為電能計量裝置的采集系統(tǒng)，進行電量數(shù)據(jù)的計量[6]。通過計量裝置相關數(shù)據(jù)增長的速度，進行分析研究[7]。

電能計量裝置相關特點如表1所示。

表1 電能計量裝置相關特點

根據(jù)數(shù)據(jù)形成的特點，電能計量裝置在現(xiàn)場處理過程中應采取的處理流程如圖1所示。

圖1 電能計量裝置現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理流程

現(xiàn)場數(shù)據(jù)檢驗過程中，應對電能裝置的數(shù)據(jù)信息進行分析，根據(jù)近期數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)之間的特點進行分析判斷[8]。當發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)存在異常情況時，應對計量裝置的通信、電壓、電流等各個方面的數(shù)據(jù)信息，進行數(shù)據(jù)異常特征值的計算，確定數(shù)據(jù)是否正常[9]。如果電壓數(shù)據(jù)、電流數(shù)據(jù)的計算結果超出標準范圍，就可以判斷計量裝置出現(xiàn)異常，需對異常情況進行定義或記錄，為處理電能計量裝置異常工作提供依據(jù)[10]。

2 基于DDC的電能計量裝置現(xiàn)場檢驗

DDC即采用直接數(shù)字控制技術，將電能計量裝置現(xiàn)場的各種信號，通過輸入裝置輸入傳輸設備，按照預先編制好的程序進行運算處理，而后將處理后的信號通過裝置輸出再傳遞到控制執(zhí)行器。

現(xiàn)場檢驗電能計量裝置主要針對裝置的配變關口、互感器負荷和計量箱進行檢驗，依據(jù)DDC對電能計量存在的誤差，裝置的運行狀態(tài)是否穩(wěn)定等進行檢驗，以便更好地掌握和管理電能計量裝置的工作狀態(tài)[11]。DDC實現(xiàn)過程如圖2所示。

圖2 DDC實現(xiàn)過程

2.1 配變關口現(xiàn)場檢驗

在配變關口現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程中，可根據(jù)表1所示數(shù)據(jù)特點，輔助現(xiàn)場檢驗做出合理合法判斷。配變關口現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程如圖3所示。

圖3 配變關口現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程

通過配變關口現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程，對配變關口進行現(xiàn)場檢驗。

(1) 現(xiàn)場檢驗的前期準備工作

在DDC的支持下，對電能計量裝置現(xiàn)場檢驗工作開始之前，應提前對測量儀器進行檢查，以保證檢測儀器能夠進行正常的檢測工作[12]。在配變關口現(xiàn)場檢驗過程中，電能計量裝置必須處于負載的狀態(tài)下才能進行檢驗工作。如果電能計量裝置因特殊條件或其他因素造成無法正常啟動，可以采用便攜式發(fā)生器生成虛擬負載后作為替代負載的檢驗方法[13]。

(2) 現(xiàn)場檢測時誤差值確定

電能計量裝置配變關口的現(xiàn)場檢驗過程中采用的是綜合檢測法。通過現(xiàn)場檢驗儀器接收到的電流互感器的變比、電壓、電流的綜合數(shù)據(jù)，進行一次功率的檢測[14]。為防止互感器裝置與二次接線過程中出現(xiàn)誤差值，還需進行一次功率的二次折算，避免造成電能表產(chǎn)生誤差。當檢測結果誤差值合格時，表示該電能計量裝置配變關口符合使用范圍，如果檢測誤差值超出合格標準，則表示該電能計量裝置配變關口發(fā)生異常[15]。

2.2 互感器負荷現(xiàn)場檢驗

互感器的二次負荷大于實際負荷，就會導致互感器出現(xiàn)大概率的超差狀態(tài)。電能計量裝置在現(xiàn)場檢測過程中，會經(jīng)常發(fā)生輕負荷狀態(tài)，造成互感器異常。隨著電力系統(tǒng)的創(chuàng)新發(fā)展，采用微機技術的保護手段，提高二次負載的穩(wěn)定性，有效避免互感器存在的二次負荷較輕的問題。

互感器負荷現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程如圖4所示。

圖4 互感器負荷現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程

二次負載出現(xiàn)頻率較高，主要是由于互感器的二次截面較大造成的。為避免互感器在二次負載檢測過程中出現(xiàn)超差狀態(tài)，應對設備的實際情況、負載性能進行考量，并對二次導線距離長短、截面大小進行科學合理的設計，防止互感器在二次負載檢測過程中出現(xiàn)輕負荷的現(xiàn)象。在進行現(xiàn)場互感器負荷狀態(tài)的檢驗過程中，對實際的負載與額定負荷差進行檢測：如果檢驗結果不存在明顯差值，表示符合負載條件；如果檢測結果差值較為明顯，則需進行模擬實驗的方式進一步確定，確保互感器超差狀態(tài)檢測的正確性。

2.3 計量箱現(xiàn)場檢驗

考慮到計量箱結構特點，檢驗過程中不僅要對其內部各計量設備進行測量，同時還應檢查計量箱的安裝是否牢固，確保計量箱的穩(wěn)定運行。在電能計量的綜合檢測過程中，不僅可以保證數(shù)據(jù)測量的準確性，還對數(shù)據(jù)信息的安全采取相應的保護措施。信息隱藏模型如圖5所示。

圖5 信息隱藏模型

在DDC支持下，信息隱藏技術保證了信息傳輸?shù)陌踩Ｓ捎谛畔⒅写嬖谠S多秘密信息，為防止信息在傳輸過程中出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，采取對秘密信息進行隱藏，并利用載體信息的傳輸方式，把秘密信息隱藏在公開的信息中進行傳輸。這種具有強化保護的信息隱藏技術，不僅提高了信息傳輸?shù)陌踩裕€增加了信息傳輸?shù)目煽啃院透咝浴?/p>

3 實驗

對于基于DDC的電能計量裝置現(xiàn)場檢驗方法的驗證，選擇在多維度數(shù)據(jù)平臺上進行實驗驗證分析。

3.1 實驗平臺搭建

在實驗平臺上搭建一個由5臺計算機組成的集群，進行電能計量裝置信息分析。實驗平臺搭建如圖6所示。

圖6 實驗平臺

由圖6實驗平臺可知，此次實驗選擇兩臺主機；其中：一臺處于主節(jié)點狀態(tài)，負責文件系統(tǒng)元數(shù)據(jù)任務調度；另一臺處于從節(jié)點狀態(tài)，保證更加可靠。

3.2 實驗結果與分析

設置2種實驗環(huán)境，分別是電能計量表在使用過程中出現(xiàn)故障和無故障兩種情況[3]，將基于Pauli算符和比特旋轉的單量子門簽名方案與基于DDC檢驗方法的檢驗精準度進行對比分析。

(1) 無故障

無故障情況下，將兩種方法檢驗精準度進行對比分析，結果如圖7所示。

圖7 無故障情況下兩種方法檢驗精準度

由圖7可知：隨著檢驗時間不斷增加，2種方法檢驗精準度都隨之降低，但基于DDC檢驗方法的檢驗精準度始終高于85%，而文獻[3]方法檢驗精準度始終低于50%。因此，在無故障情況下，基于DDC檢驗方法檢驗精準度比文獻[3]方法要高，其主要原因是本文方法在檢驗時，結合DDC技術，模擬現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程，提高現(xiàn)場檢驗精度。

(2) 有故障

有故障情況下，將2種方法檢驗精準度進行對比分析，結果如表2所示。

表2 有故障情況下2種方法檢驗精準度

由表2可知：采用文獻[3]方法在電度表故障情況下，檢驗精準度最高為41%；基于DDC檢驗方法在互感器故障情況下，檢驗精準度達到最高為88%。采用文獻[3]方法在電能計量柜、電壓計量器故障情況下，檢驗精準度最低為32%；基于DDC檢驗方法在電能計量柜故障情況下，檢驗精準度達到最低為80%。因此，在上述故障情況下，基于DDC檢驗方法檢驗精準度比文獻[3]方法要高，其主要原因是本文方法設計互感器負荷現(xiàn)場檢驗數(shù)據(jù)取證過程，在DDC支持下，實現(xiàn)現(xiàn)場檢驗，將干擾信息進行隱藏，降低了電子計量裝置現(xiàn)場檢驗誤差。

4 總結

在DDC支持下，電能計量裝置現(xiàn)場檢驗采取誤差測試方式，提高了檢測的精準性和高效率。對電能計量裝置應加強管理，做好定期檢查、維護和防竊等一系列保護措施，避免外界環(huán)境對計量裝置造成破壞，確保電能計量裝置運行的穩(wěn)定性和安全性。在現(xiàn)場檢測過程中，由于設備類型和運行狀態(tài)等存在的不確定因素，因此，在實際檢測中，應根據(jù)要檢測的計量裝置的具體類型和運行環(huán)境，采取相應的檢查儀器和檢測方法，以提高檢測效率和準確率。