標(biāo)簽：電能計(jì)量 智能電網(wǎng)

1電能計(jì)量系統(tǒng)的歷史

1.1電能表功能發(fā)展

電能表的主要功能是用來(lái)計(jì)量用戶消費(fèi)的電能。到目前為止，大多數(shù)家用電能表仍然是單相單費(fèi)率的。但從電網(wǎng)的要求來(lái)看，有兩個(gè)原因，促使電能計(jì)量向多表一體化和分時(shí)多費(fèi)率的方向發(fā)展。

第一個(gè)原因，不同時(shí)段的電能，其供電成本是不同的。例如深夜用電比白天高峰時(shí)期用電便宜很多，目前美國(guó)的尖峰電價(jià)是低谷電價(jià)的25倍。這一需求也推動(dòng)電能表向分時(shí)計(jì)量功能方向發(fā)展。

第二個(gè)原因，電能計(jì)量覆蓋了整個(gè)電網(wǎng)。雖然家庭用戶較多，但重要性不如發(fā)電廠上網(wǎng)計(jì)量和電網(wǎng)關(guān)口計(jì)量。電網(wǎng)的電能計(jì)量要求無(wú)論正向、反向、有功、無(wú)功的電能量都要計(jì)，因?yàn)槌绷麟S時(shí)可能變化，并且一定地點(diǎn)的無(wú)功消耗影響著網(wǎng)損。因此，電網(wǎng)的關(guān)口電能表最起碼的功能，正向、反向，有功、無(wú)功都要計(jì)量。在磁電式感應(yīng)電表的時(shí)代，要用四塊單方向的電能表來(lái)完成這一功能，而電子式電能表把這四個(gè)功能輕松地集于一身，因?yàn)閮H僅靠增加幾個(gè)寄存器而已。

1.2計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的產(chǎn)生

同樣是兩種現(xiàn)實(shí)的需求催生了計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。

第一個(gè)原因，要實(shí)現(xiàn)分時(shí)計(jì)費(fèi)，先要做到分時(shí)計(jì)量。當(dāng)電網(wǎng)覆蓋的時(shí)間區(qū)域不是跨越多個(gè)時(shí)區(qū)時(shí)，電費(fèi)價(jià)格對(duì)于區(qū)域負(fù)荷可以是統(tǒng)一的。當(dāng)電網(wǎng)覆蓋的時(shí)間區(qū)域跨越多個(gè)時(shí)區(qū)時(shí)，準(zhǔn)確的分時(shí)計(jì)量就成為電網(wǎng)公司統(tǒng)一處理電價(jià)的基礎(chǔ)。這時(shí)電網(wǎng)內(nèi)電能表的時(shí)鐘必須是全網(wǎng)統(tǒng)一的。

第二個(gè)原因，對(duì)于成千上萬(wàn)戶單表用戶來(lái)說(shuō)，抄表結(jié)算的工作量和成本會(huì)非常大。應(yīng)用計(jì)算機(jī)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)成為了大數(shù)據(jù)量處理的必然選擇。

1.3國(guó)內(nèi)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展

我國(guó)在上世紀(jì)90年代初引進(jìn)了瑞士蘭吉爾公司的電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)DGC500，最早的兩個(gè)用戶是華中網(wǎng)調(diào)和華北網(wǎng)調(diào)。經(jīng)過(guò)15年的發(fā)展后，全國(guó)大部分省份的調(diào)度中心都有了自己的省網(wǎng)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)。

區(qū)域性計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的建立，依賴于兩個(gè)重要的基礎(chǔ)：一是靜態(tài)固體電子式電能表的普遍使用;二是計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò)的高度發(fā)展。

目前，電網(wǎng)電能計(jì)量的普遍情況是，電能表四世同堂，各個(gè)年代安裝的電能表都在運(yùn)轉(zhuǎn)，但帶時(shí)鐘復(fù)費(fèi)率電能計(jì)量的要求，將無(wú)一例外地迫使電能表向靜態(tài)全電子式的方向發(fā)展，因?yàn)閷?duì)于以負(fù)荷曲線為計(jì)價(jià)依據(jù)的最終目標(biāo)來(lái)說(shuō)，電網(wǎng)一定會(huì)對(duì)電表供應(yīng)商提出這一要求。

在電網(wǎng)計(jì)費(fèi)中，除了要求分時(shí)計(jì)費(fèi)外，還要強(qiáng)烈要求電網(wǎng)運(yùn)行成本的核算，即是對(duì)于網(wǎng)損計(jì)算的重視。在計(jì)費(fèi)系統(tǒng)建立之前，網(wǎng)損率是根據(jù)電網(wǎng)所傳輸功率這一數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的一種估算，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的出現(xiàn)，使這種估算精確地建立在真實(shí)的計(jì)量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上。在電網(wǎng)所有主要的關(guān)口和樞紐點(diǎn)安裝了統(tǒng)一時(shí)鐘的復(fù)費(fèi)率電能表以后，網(wǎng)損率計(jì)算對(duì)于計(jì)費(fèi)主站來(lái)說(shuō)，只是一種例行的標(biāo)準(zhǔn)程序而已。

以上所有這一切的實(shí)現(xiàn)，完全有賴于計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)的實(shí)用化，因?yàn)?，?jì)費(fèi)系統(tǒng)事實(shí)上是一個(gè)真實(shí)的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。事實(shí)證明，在電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)(EMS/SCADA)發(fā)展起來(lái)的基礎(chǔ)上，就通信來(lái)說(shuō)，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)只是搭了個(gè)低成本的順風(fēng)車。

雖然應(yīng)用目標(biāo)不同，計(jì)費(fèi)系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成卻是基本相同的，真正的差別在于通信規(guī)約的不同。

2為什么需要規(guī)約檢測(cè)

早先的SCADA機(jī)房的前端，都有一個(gè)通道測(cè)試柜，在測(cè)試柜上面示波器電平表連接電纜一應(yīng)俱全。很顯然，測(cè)試柜的功能，其實(shí)是針對(duì)信道的物理障礙的。但規(guī)約通信完全不同，它并非物理層的問(wèn)題。

在一個(gè)信道上，信號(hào)電平、調(diào)制波形、中心頻率和頻偏都正常的情況下，通信卻不通。無(wú)論從信號(hào)電平的發(fā)送接收到握手成功，都查不出問(wèn)題，很明顯，音頻鏈路已經(jīng)建立，但卻不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和命令的交流，因?yàn)槲覀冇龅降牟皇俏锢韰?shù)問(wèn)題，而是結(jié)構(gòu)化的有特定含義的數(shù)據(jù)文本。

隨著信道條件的大幅度改善，通信的物理問(wèn)題現(xiàn)在幾乎不存在，通道測(cè)試柜的功能也不再那么重要。但自動(dòng)化系統(tǒng)的管理人員卻不能解決數(shù)據(jù)通信的深層問(wèn)題，這并非人的能力問(wèn)題，而是工具的缺乏。必須要有一種針對(duì)性的軟件工具，能夠順暢地連續(xù)顯示數(shù)據(jù)流信息，方便地存儲(chǔ)，可以無(wú)論在線、離線都能分析其差異，并且可以精確到一個(gè)比特位。因?yàn)橹灰幸粋€(gè)比特位有誤，通信就是失敗的。

那么上述這種情況的嚴(yán)重程度如何呢?

在電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)中，至此使用著十幾種規(guī)約的上百個(gè)版本，而各廠家因用戶的不同要求加減修改的不同版本、接口、數(shù)據(jù)順序等等，更是一個(gè)龐大的數(shù)量。

以南京一個(gè)廠家的測(cè)控單元數(shù)據(jù)訪問(wèn)規(guī)約為例，目前它的規(guī)約庫(kù)已經(jīng)突破300個(gè)規(guī)約。就是說(shuō)，廠家供給客戶使用的全套規(guī)約版本在300個(gè)以上。這樣一種局面，就是有了這套規(guī)約，現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)人員要從規(guī)約庫(kù)中選擇哪種規(guī)約，都不是一件輕松的事，更何況這種情況還在隨著設(shè)備類型的增加而繼續(xù)。

解決這方面的問(wèn)題，要從兩個(gè)方面去努力：

1. 國(guó)家電力通信標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)應(yīng)該牽頭成立一個(gè)有關(guān)分會(huì)，用行政的力量來(lái)統(tǒng)一規(guī)約。2003年，國(guó)電公司就曾為統(tǒng)一IEC-870-5-101規(guī)約而作過(guò)巨大的努力，曾經(jīng)邀請(qǐng)各大廠家匯聚北京共同探討。因此101規(guī)約在這方面的問(wèn)題的確也有了很大的改善。

2. 由于設(shè)備歷史的路徑遺傳，若想一刀切地解決現(xiàn)場(chǎng)所有的規(guī)約問(wèn)題并非易事。然而可以從解決當(dāng)前的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題入手，那就是技術(shù)人員手中必須要有報(bào)文分析的得力武器，這就是規(guī)約分析軟件。

規(guī)約測(cè)試軟件還具有另外一個(gè)重要功能，仿真能力。它可以在主站正常掃描的情況下，針對(duì)某一個(gè)廠站，模仿主站的采集功能，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)進(jìn)行查驗(yàn)，從而避免了因修改主站工況引起大事情。對(duì)于某些新建廠站或者擴(kuò)充的間隔，在設(shè)備未到之前可以進(jìn)行預(yù)調(diào)試，也是它的RTU仿真功能的重要應(yīng)用。

3電能計(jì)費(fèi)之102規(guī)約入網(wǎng)檢測(cè)

IEC-870-5-102規(guī)約是專門應(yīng)用于計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的IEC規(guī)約。國(guó)網(wǎng)公司沒(méi)有進(jìn)行過(guò)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一工作，不過(guò)其版本眾多的嚴(yán)重性不如101規(guī)約。原因是計(jì)費(fèi)系統(tǒng)遲于SCADA系統(tǒng)的引進(jìn)。當(dāng)我國(guó)開(kāi)始引進(jìn)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)時(shí)，世界已經(jīng)以歐洲為核心統(tǒng)一了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。我們從電能表、采集器，到計(jì)費(fèi)主站，大體都遵循著歐洲的標(biāo)準(zhǔn)。目前雖然也有好幾個(gè)大區(qū)擁有自己的102版本，但最后都被技術(shù)性地?cái)D到了DL-719的軌道上。DL-719基本上是以IEC-102為基礎(chǔ)，只是擴(kuò)充了國(guó)內(nèi)用戶視為重要的幾項(xiàng)內(nèi)容而已。

盡管如此，希望要有102規(guī)約檢測(cè)手段的用戶仍然很多。其原因，最主要是廠家對(duì)于規(guī)約的工程化處理造成的。舉個(gè)例子，關(guān)口表最初只被要求能計(jì)±A和 ±R就行了，在中國(guó)的收費(fèi)政策尚未精細(xì)化之前，這四個(gè)量已經(jīng)足夠。于是采集器廠家就針對(duì)這種情況設(shè)計(jì)規(guī)約。為了減小工作量，多余的類和多余的量是不予考慮的。于是這種設(shè)計(jì)從電表設(shè)置到采集器到主站數(shù)據(jù)庫(kù)，取得了統(tǒng)一。這在當(dāng)時(shí)是滿足用戶要求的，而且廠家用戶之間相安無(wú)事。但是若干年以后，用戶要增加新的數(shù)據(jù)類型，要采集更多的數(shù)據(jù)量，這一變動(dòng)則需要更大的改動(dòng)。主站的數(shù)據(jù)庫(kù)沒(méi)有問(wèn)題，有足夠的空間;采集器的內(nèi)存勉強(qiáng)夠用，然而規(guī)約的擴(kuò)充卻是最難解決的問(wèn)題，因命令比較固化，要多采類型多采量，程序要有較大的變動(dòng)。因?yàn)橐獜牟?個(gè)量改為采24個(gè)量，兩頭的水池容量足夠，但發(fā)送數(shù)據(jù)的驅(qū)動(dòng)泵是以前的標(biāo)準(zhǔn)，這時(shí)要更換驅(qū)動(dòng)程序。

而電網(wǎng)公司的采購(gòu)政策是，必須各大商家的產(chǎn)品都用一些，然而，這個(gè)政策對(duì)系統(tǒng)維護(hù)人員提出了更高的要求，廠家一多，產(chǎn)品類型就多，規(guī)約就雜，版本也多。而這些都不是物理參數(shù)問(wèn)題，是結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)文本。這時(shí)可以考慮入網(wǎng)前先對(duì)產(chǎn)品規(guī)約進(jìn)行預(yù)測(cè)試，不能通過(guò)的不用，這樣既節(jié)省成本又提高效率(前提是，要有一款規(guī)約分析軟件，而不是到現(xiàn)場(chǎng)去錄制報(bào)文，再送廠家分析)。

以上只是一些原則性的分析。實(shí)際問(wèn)題往往會(huì)復(fù)雜很多。

因?yàn)楫a(chǎn)品在更新，新的廠站設(shè)備要與老的主站取得匹配，通信才能連得起來(lái)。而新老設(shè)備之間，往往會(huì)出現(xiàn)物理上的不適應(yīng)，太新的接口標(biāo)準(zhǔn)老設(shè)備插不上。

主站要覆蓋全網(wǎng)，就只有廠站設(shè)備跟著主站走。因此，清晰的思路就是：確定一個(gè)主站標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)入網(wǎng)測(cè)試手段，讓所有廠家的設(shè)備通過(guò)這個(gè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。

在現(xiàn)在的情況下，雖然電網(wǎng)自動(dòng)化系統(tǒng)成就巨大，但多廠家多時(shí)代的產(chǎn)品要構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)正常運(yùn)行，在工程上達(dá)到這一點(diǎn)很難。所以不少維護(hù)人員都有一個(gè)共識(shí)：正在運(yùn)行的系統(tǒng)，最好不要去修改它，若一修改，問(wèn)題不是少了而是多了，會(huì)有很多地方不合適，牽一發(fā)而動(dòng)全身，把好不容易能夠協(xié)調(diào)一致地連到一起工作的東西給搞散了。

有鑒于此，國(guó)際上已經(jīng)提出來(lái)“一個(gè)廠站，一種標(biāo)準(zhǔn)，一個(gè)協(xié)議”的無(wú)接縫訪問(wèn)理想方案，這就是61850標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于電網(wǎng)公司來(lái)說(shuō)，保證計(jì)費(fèi)系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運(yùn)行比什么都重要。與其事后去彌補(bǔ)種種因規(guī)約差異而起的問(wèn)題，不如在產(chǎn)品入網(wǎng)之前先通過(guò)規(guī)約的檢測(cè)，留下記錄，存入檔案，做到對(duì)各廠家產(chǎn)品心中有數(shù)，也可避免因人員流動(dòng)而起的信息缺失。