淺談電能計量系統(tǒng)102規(guī)約入網(wǎng)檢測

標簽：電能計量 智能電網(wǎng)

1電能計量系統(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計量用戶消費的電能。到目前為止，大多數(shù)家用電能表仍然是單相單費率的。但從電網(wǎng)的要求來看，有兩個原因，促使電能計量向多表一體化和分時多費率的方向發(fā)展。

第一個原因，不同時段的電能，其供電成本是不同的。例如深夜用電比白天高峰時期用電便宜很多，目前美國的尖峰電價是低谷電價的25倍。這一需求也推動電能表向分時計量功能方向發(fā)展。

第二個原因，電能計量覆蓋了整個電網(wǎng)。雖然家庭用戶較多，但重要性不如發(fā)電廠上網(wǎng)計量和電網(wǎng)關(guān)口計量。電網(wǎng)的電能計量要求無論正向、反向、有功、無功的電能量都要計，因為潮流隨時可能變化，并且一定地點的無功消耗影響著網(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、無功都要計量。在磁電式感應(yīng)電表的時代，要用四塊單方向的電能表來完成這一功能，而電子式電能表把這四個功能輕松地集于一身，因為僅僅靠增加幾個寄存器而已。

1.2計費系統(tǒng)的產(chǎn)生

同樣是兩種現(xiàn)實的需求催生了計費系統(tǒng)。

第一個原因，要實現(xiàn)分時計費，先要做到分時計量。當電網(wǎng)覆蓋的時間區(qū)域不是跨越多個時區(qū)時，電費價格對于區(qū)域負荷可以是統(tǒng)一的。當電網(wǎng)覆蓋的時間區(qū)域跨越多個時區(qū)時，準確的分時計量就成為電網(wǎng)公司統(tǒng)一處理電價的基礎(chǔ)。這時電網(wǎng)內(nèi)電能表的時鐘必須是全網(wǎng)統(tǒng)一的。

第二個原因，對于成千上萬戶單表用戶來說，抄表結(jié)算的工作量和成本會非常大。應(yīng)用計算機計費系統(tǒng)成為了大數(shù)據(jù)量處理的必然選擇。

1.3國內(nèi)計費系統(tǒng)的發(fā)展

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

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

目前，電網(wǎng)電能計量的普遍情況是，電能表四世同堂，各個年代安裝的電能表都在運轉(zhuǎn)，但帶時鐘復(fù)費率電能計量的要求，將無一例外地迫使電能表向靜態(tài)全電子式的方向發(fā)展，因為對于以負荷曲線為計價依據(jù)的最終目標來說，電網(wǎng)一定會對電表供應(yīng)商提出這一要求。

在電網(wǎng)計費中，除了要求分時計費外，還要強烈要求電網(wǎng)運行成本的核算，即是對于網(wǎng)損計算的重視。在計費系統(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，計費系統(tǒng)的出現(xiàn)，使這種估算精確地建立在真實的計量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)之上。在電網(wǎng)所有主要的關(guān)口和樞紐點安裝了統(tǒng)一時鐘的復(fù)費率電能表以后，網(wǎng)損率計算對于計費主站來說，只是一種例行的標準程序而已。

以上所有這一切的實現(xiàn)，完全有賴于計算機通信網(wǎng)絡(luò)的實用化，因為，計費系統(tǒng)事實上是一個真實的計算機遠程網(wǎng)絡(luò)。事實證明，在電網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)(EMS/SCADA)發(fā)展起來的基礎(chǔ)上，就通信來說，計費系統(tǒng)只是搭了個低成本的順風(fēng)車。

雖然應(yīng)用目標不同，計費系統(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

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

在一個信道上，信號電平、調(diào)制波形、中心頻率和頻偏都正常的情況下，通信卻不通。無論從信號電平的發(fā)送接收到握手成功，都查不出問題，很明顯，音頻鏈路已經(jīng)建立，但卻不能實現(xiàn)數(shù)據(jù)和命令的交流，因為我們遇到的不是物理參數(shù)問題，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，通信的物理問題現(xiàn)在幾乎不存在，通道測試柜的功能也不再那么重要。但自動化系統(tǒng)的管理人員卻不能解決數(shù)據(jù)通信的深層問題，這并非人的能力問題，而是工具的缺乏。必須要有一種針對性的軟件工具，能夠順暢地連續(xù)顯示數(shù)據(jù)流信息，方便地存儲，可以無論在線、離線都能分析其差異，并且可以精確到一個比特位。因為只要有一個比特位有誤，通信就是失敗的。

那么上述這種情況的嚴重程度如何呢?

在電網(wǎng)自動化系統(tǒng)中，至此使用著十幾種規(guī)約的上百個版本，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，更是一個龐大的數(shù)量。

以南京一個廠家的測控單元數(shù)據(jù)訪問規(guī)約為例，目前它的規(guī)約庫已經(jīng)突破300個規(guī)約。就是說，廠家供給客戶使用的全套規(guī)約版本在300個以上。這樣一種局面，就是有了這套規(guī)約，現(xiàn)場維護人員要從規(guī)約庫中選擇哪種規(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)。

解決這方面的問題，要從兩個方面去努力：

1. 國家電力通信標準化委員會應(yīng)該牽頭成立一個有關(guān)分會，用行政的力量來統(tǒng)一規(guī)約。2003年，國電公司就曾為統(tǒng)一IEC-870-5-101規(guī)約而作過巨大的努力，曾經(jīng)邀請各大廠家匯聚北京共同探討。因此101規(guī)約在這方面的問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)場所有的規(guī)約問題并非易事。然而可以從解決當前的實際應(yīng)用問題入手，那就是技術(shù)人員手中必須要有報文分析的得力武器，這就是規(guī)約分析軟件。

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

3電能計費之102規(guī)約入網(wǎng)檢測

IEC-870-5-102規(guī)約是專門應(yīng)用于計費系統(tǒng)的IEC規(guī)約。國網(wǎng)公司沒有進行過這個標準的統(tǒng)一工作，不過其版本眾多的嚴重性不如101規(guī)約。原因是計費系統(tǒng)遲于SCADA系統(tǒng)的引進。當我國開始引進計費系統(tǒng)時，世界已經(jīng)以歐洲為核心統(tǒng)一了國際標準。我們從電能表、采集器，到計費主站，大體都遵循著歐洲的標準。目前雖然也有好幾個大區(qū)擁有自己的102版本，但最后都被技術(shù)性地擠到了DL-719的軌道上。DL-719基本上是以IEC-102為基礎(chǔ)，只是擴充了國內(nèi)用戶視為重要的幾項內(nèi)容而已。

盡管如此，希望要有102規(guī)約檢測手段的用戶仍然很多。其原因，最主要是廠家對于規(guī)約的工程化處理造成的。舉個例子，關(guān)口表最初只被要求能計±A和 ±R就行了，在中國的收費政策尚未精細化之前，這四個量已經(jīng)足夠。于是采集器廠家就針對這種情況設(shè)計規(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)計從電表設(shè)置到采集器到主站數(shù)據(jù)庫，取得了統(tǒng)一。這在當時是滿足用戶要求的，而且廠家用戶之間相安無事。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，這一變動則需要更大的改動。主站的數(shù)據(jù)庫沒有問題，有足夠的空間;采集器的內(nèi)存勉強夠用，然而規(guī)約的擴充卻是最難解決的問題，因命令比較固化，要多采類型多采量，程序要有較大的變動。因為要從采4個量改為采24個量，兩頭的水池容量足夠，但發(fā)送數(shù)據(jù)的驅(qū)動泵是以前的標準，這時要更換驅(qū)動程序。

而電網(wǎng)公司的采購政策是，必須各大商家的產(chǎn)品都用一些，然而，這個政策對系統(tǒng)維護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)問題，是結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)文本。這時可以考慮入網(wǎng)前先對產(chǎn)品規(guī)約進行預(yù)測試，不能通過的不用，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)場去錄制報文，再送廠家分析)。

以上只是一些原則性的分析。實際問題往往會復(fù)雜很多。

因為產(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。而新老設(shè)備之間，往往會出現(xiàn)物理上的不適應(yīng)，太新的接口標準老設(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：確定一個主站標準，通過入網(wǎng)測試手段，讓所有廠家的設(shè)備通過這個測試標準。

在現(xiàn)在的情況下，雖然電網(wǎng)自動化系統(tǒng)成就巨大，但多廠家多時代的產(chǎn)品要構(gòu)成一個系統(tǒng)正常運行，在工程上達到這一點很難。所以不少維護人員都有一個共識：正在運行的系統(tǒng)，最好不要去修改它，若一修改，問題不是少了而是多了，會有很多地方不合適，牽一發(fā)而動全身，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，國際上已經(jīng)提出來“一個廠站，一種標準，一個協(xié)議”的無接縫訪問理想方案，這就是61850標準。

對于電網(wǎng)公司來說，保證計費系統(tǒng)安全、穩(wěn)定地運行比什么都重要。與其事后去彌補種種因規(guī)約差異而起的問題，不如在產(chǎn)品入網(wǎng)之前先通過規(guī)約的檢測，留下記錄，存入檔案，做到對各廠家產(chǎn)品心中有數(shù)，也可避免因人員流動而起的信息缺失。