CN114167341B - 基于用户负荷特征变化的电能表精度失准在线监测跟踪方法 - Google Patents

Abstract

基于用户负荷特征变化的电能表精度失准在线监测跟踪方法，在集中表箱进线端安装高精度计量装置，基于高精度计量功能对集中表箱进线端的负荷变化特征进行实时监测，通过RS485通信功能，高频采集各电能表的负荷数据，进行实时监测；研判各电能表负荷数据的正确性，初步识别电能表的计量精度是否失准；基于集中表箱进线端及各电能表的负荷数据曲线，提取出有且仅有一只电能表的负荷变化满足要求的时间点，并计算该满足要求的电能表的精度失准率；基于HPLC通信功能，将集中表箱内的各电能表的精度失准率数据上传，实现对集中表箱内电能表精度失准的在线监测。

Description

基于用户负荷特征变化的电能表精度失准在线监测跟踪方法

技术领域

本发明属于电力监测技术领域，涉及电能计量技术，具体为一种基于用户负荷特征变化的电能表精度失准在线监测跟踪方法。

背景技术

近年来，在电力行业随着用电信息采集成熟发展，智能电能表得到了广泛应用，尤其是在国内东部沿海经济发达的省市，已基本实现了智能电能表的全面覆盖。然而，随着智能电能表的投入至今已有十多年，将有大批智能电能表迈入准确度检定周期行列。影响智能电能表的计量准确度的因素诸多，尤其与运行环境有着紧密关系，因此，按批次大量的拆换电能表，势必造成国家资源的极大浪费，同时，拆换电能表需要停电，给用户带来诸多不便。

智能电能表通常安装于低压台区的电网末端，用户的不规范用电也时有发生，甚至有人利用非常规用电手段影响智能电能表的计量准确度而从中获利，不仅给国家电网来带了巨额的经济损失，也严重危害了用电安全。

发明内容

本发明要解决的问题是：智能电能表的计量准确度问题与电能表拆换、异常用电的检测等具有直接影响，需要对智能电能表的计量准确度进行实时监测。

本发明的技术方案为：基于用户负荷特征变化的电能表精度失准在线监测跟踪方法，包括以下步骤：

步骤1，在集中表箱进线端安装电能计量装置，所述电能计量装置的计量精度等级高于所监测的电能表精度等级，并具备RS485通信功能和HPLC通信功能；

步骤2，电能计量装置对集中表箱进线端的负荷数据变化进行实时监测，并基于RS485通信功能，周期性采集集中表箱中各电能表的负荷数据，对电能表进行实时监测；

步骤3，研判各电能表负荷数据的正确性，初步识别电能表的计量精度是否失准；

步骤4，基于集中表箱进线端以及各电能表的负荷数据，提取计算电能表的精度失准率：

步骤4.1，基于集中表箱进线端的总负荷变化特征，提取满足要求的时间点，形成时间表1，时间表1中的时间点满足如下条件公式：

其中，ΔP_B为集中表箱进线有功功率曲线数据中连续两个时间点的变化量，P_Be表示集中器表箱各电能表中的计量额定功率的最大值，E_B表示集中表箱内各电能表的允许误差最大值，ε表示计算精度失准率的允许误差值；

步骤4.2，基于各电能表的负荷曲线数据，提取出仅有一只电能表负荷变化满足要求的时间点，形成时间表2，时间表2中的时间点满足如下条件：

其中，ΔP_D为该电能表的有功功率曲线数据中连续两个时间点的变化量，P_De表示该电能表的计量额定功率，E_D表示该电能表的允许误差，ε表示计算精度失准率的允许误差值；

步骤4.3，根据时间表1与时间表2，再次提取既在时间表1出现，又在时间表2内出现的时间点，形成时间表3；

步骤4.4，基于时间表3的各时间点及其对应的ΔP_B和ΔP_D，改时间点所对应的唯一满足变化要求的电能表的精度失准率计算如下：

同时判断集中表箱中其它电能表有功功率变化的总和是否满足如下公式：

其中，n表示其它电能表的数量，ΔP_i为电能表i的有功功率曲线数据中连续两个时间点的变化量，表示电能表i中的计量额定功率，E_i表示电能表i的允许误差；如其它电能表有功功率变化的总和不满足公式要求，则丢弃此时唯一满足变化要求的电能表的精度失准率计算结果；

步骤5，基于HPLC通信，将步骤3的初步识别结果和对时间表3各时间点计算得到的各电能表计量精度失准率上传至上行设备，实现对集中表箱内电能表的精度失准在线监测。

本发明根据用户负荷变化可以实现对集中表箱中电能表的在线监测，不影响用户正常用电，能够及时发现异常用电，避免批量拆换电能表而造成资源浪费，降低因电能表准确度超差得不到及时拆换而造成大量的经济损失，本发明提出的基于用户负荷特征变化的电能表精度失准在线监测跟踪方法，可有效实时的监测计量准确度失准的电能表，避免盲目批量更换电能表，及时制止异常用电行为，减小经济损失，保障电网安全。

附图说明

图1为本发明方法的步骤流程图。

图2为本发明方法中集中表箱进线端安装高精度宽量程计量设备的接线示意图。

图3为本发明方法中负荷变化数据曲线形成的流程图。

图4为本发明方法中初步识别电能表计量准确度的流程图。

图5为本发明方法中电能表精度失准率计算的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请做进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本申请的保护范围。

如图1，一种基于用户负荷特征变化的电能表精度失准在线监测跟踪方法的步骤如下：

步骤1，如图2，在集中表箱进线端安装电能计量装置，所述电能计量装置的计量精度等级高于所监测的电能表精度等级，并具备RS485通信功能和HPLC通信功能；；

本实施例中，电能计量装置对表箱进线端的电压、电流进行同步采集，该装置需具备高精度宽量程的计量能力，一般0.5S级的有功准确度即可，结合表箱内被监测电能表的精度等级来配置，例如被监测电能表的精度等级是0.5S级，那么此处配置的电能计量装置的精度就需要提高，例如0.2S级。电能计量装置下行具备RS4854通信功能，与集中表箱内部的所有电能表的RS485相互连接，装置上行具备HPLC通信功能，可与上行设备进行数据交互。

步骤2，电能计量装置对集中表箱进线端的负荷数据变化进行实时监测，并基于RS485通信功能，周期性采集集中表箱中各电能表的负荷数据，对电能表进行实时监测；

步骤2.1，基于电能计量装置对集中表箱的进线端高精度计量能力，监测集中表箱进线端负荷的特征变化，形成集中表箱进线端电压、电流、功率因数、有功功率、有功电能的分钟冻结曲线；

步骤2.2，基于RS485的通信功能，周期性采集集中表箱内各电能表的电压、电流、功率因数、有功功率、有功电能等数据，形成电能表的负荷数据分钟冻结曲线。这里周期性采集的采集周期最短周期为1分钟。

进一步地，在步骤2.2中，需确保采集的各电能表负荷数据冻结曲线与集中表箱进线的负荷数据冻结曲线为同一时刻点，即采集同步，具体实现为：

(1)形成集中表箱进线的负荷数据冻结曲线的时刻，同时通过RS485广播发送瞬时冻结命令；

(2)各电能表收到瞬时冻结命令时，立即保存电压、电流、功率因数、有功功率、有功电能等数据；

(3)电能计量装置启动周期性采集任务，抄读各电能表的瞬时冻结数据，包括电压、电流、功率因数、有功功率、有功电能等数据。

本实施例中，如图3，装置实时监测集中表箱进线端的负荷数据，其中负荷数据包括电压、电流、功率因数、有功功率、有功电能量，并将其每分钟的0秒时刻发起冻结存储一次，并在此时通过下行RS485发送广播冻结命令，集中表箱内部各电能表接收到冻结命令后，将会立即冻结一次数据，其中数据包括电压、电流、功率因数、有功功率、有功电能量等数据，装置需等待5秒钟，留给电表充足的处理事件，而后立即启动抄读各电能表最近一次的瞬时冻结数据，并保存入库，形成分钟负荷曲线数据。

步骤3，研判各电能表负荷数据的正确性，初步识别电能表的计量精度是否失准，排除一些电能表异常故障，例如，根据负荷数据，电能表的电压与电流与功率因数的乘积不等于有功功率，则明显电能表存在异常了；

作为优选方式，步骤3的实施为：

步骤3.1，研判各电能表负荷数据的正确性，各电能表负荷数据包括电压、电流、功率因数、有功功率、有功电能等数据，需满足如下公式(1)：

式中，ΔT表示高频采集周期，最短周期为1分钟，Δ有功电能量表示高频采集周期内的有功电能增量，t表示数据采集时刻；进一步的，现有技术中电能表的示数是两位小数，即最小电能为0.01kWh，以最小周期为1分钟为例，较少有家用设备功率能够在1分钟内能走0.01kWh的电能量，因此根据用户情况及设定的采集周期，若用户负荷较小，周期内累计的有功电能量比较小，在研判有功功率与有功电能量的关系时，可连续累计多个周期再进行判断，以消去其中的误差。

步骤3.2，初步识别电能表的计量精度是否失准，若电能表的负荷数据不能满足步骤3.1的要求，可识别该电能表的计量精度存在失准现象。

本发明在线监测，不影响用户正常用电，本实施例中，如图4，可以设置在每日的过零点启动对所有电能表过去1日的1440分钟负荷曲线数据展开分析：

①提取某一只电能表的1440分钟负荷曲线数据；

②根据数据计算每个时间点的理论有功功率，与曲线数据中抄读的有功功率对比是否相符，若不相符累计有功功率不相符的次数；

③根据理论有功功率累计1440分钟的有功电能量，根据曲线数据中最后一个时间点的有功电能量与第一个时间点有功电能量计算电能表的实际电能量，比较理论计算的电能量与实际的电能量是否相符；

④结合功率不相符次数与电能量是否相符的比较结果，判断电能表是否存在内部计算失准问题；

⑤按照上述①到④流程轮询所有电能表并输出结果，如出现电压与电流与功率因数与有功功率之间的关系不正确，有功功率与电能之间的关系差异较大，可以说明电能表存在失准故障。

上述1440分钟是设置的计算周期，也可以是60分钟，10分钟或5分钟，根据监测需求配置。

步骤4，基于集中表箱进线端以及各电能表的负荷数据，提取计算电能表的精度失准率：

步骤4.1，基于集中表箱进线端的总负荷变化特征，提取满足要求的时间点，形成时间表1，时间表1中的时间点满足如下条件公式：

其中，ΔP_B为集中表箱进线有功功率曲线数据中连续两个时间点的变化量，P_Be表示集中器表箱各电能表中的计量额定功率的最大值，E_B表示集中表箱内各电能表的允许误差最大值，ε表示计算精度失准率的允许误差值；时间表中存储的是连续的时间点，例如根据分钟冻结曲线，每分钟有功功率P1、P2、P3……PN，则ΔP1＝P2-P1，ΔP2＝P3-P2，……。

步骤4.2，基于各电能表的负荷曲线数据，提取出仅有一只电能表负荷变化满足要求的时间点，形成时间表2，时间表2中的时间点满足如下条件：

其中，ΔP_D为该电能表的有功功率曲线数据中连续两个时间点的变化量，P_De表示该电能表的计量额定功率，E_D表示该电能表的允许误差，ε表示计算精度失准率的允许误差值；

步骤4.3，根据时间表1与时间表2，再次提取既在时间表1出现，又在时间表2内出现的时间点，形成时间表3；

步骤4.4，基于时间表3的各时间点及其对应的ΔP_B和ΔP_D，改时间点所对应的唯一满足变化要求的电能表的精度失准率计算如下：

同时判断集中表箱中其它电能表有功功率变化的总和是否满足如下公式：

其中，n表示其它电能表的数量，ΔP_i为电能表i的有功功率曲线数据中连续两个时间点的变化量，表示电能表i中的计量额定功率，E_i表示电能表i的允许误差；如其它电能表有功功率变化的总和不满足公式要求，则丢弃此时唯一满足变化要求的电能表的精度失准率计算结果；满足这个公式，目的是为了降低其它电能表的计算干扰，保证失准率的精度，不满足公式(5)，表示虽然此时仅有一只电能表有负荷变化，其它的电能表单独看的时候虽然没有负荷变化，但是它们的累加和很大，这种情况会影响计算结果，所以丢弃该时间点。

时间表3综合了时间表1和时间表2，每一个时间点都对应仅有一只电能表负荷变化满足要求，也即一个时间点对应了集中表箱中的一个电能表，例如这个时刻刘某某家开了空调，功率增加了，其他人家没有负荷变化，这就可以满足计算条件了，下一个时刻，王某某家开了洗衣机，功率增加了，其他人家没有负荷变化，这也可以满足计算条件，经过一段时间监测，每一户人家的电能表都会能监测到。

本实施例中，如图5，在每日的过零点启动对所有电能表过去1日的1440分钟负荷曲线数据展开分析流程：

①提取集中表箱开关进线端计量的1440分钟负荷曲线数据；

②找出集中表箱进线分钟冻结曲线所有有功功率变化量符合公式(2)要求的时间点，形成时间表1；

③提取集中表箱中某一只电能表的1440分钟负荷曲线数据；

④找出电能表负荷曲线数据中所有有功功率变化量符合公式(3)要求的时间点，形成时间表2_n；

⑤轮询所有电能表，循环执行流程④，形成时间表2₁、2₂……2_N，n＝1,2，…，N，N为集中表箱中电能表总数；

⑥按1440个时间点，轮询时间表2₁、2₂……2_N，保留仅出现一次的时间点，形成时间表2，这里提取出仅有一只电能表负荷变化满足要求的时间点，是本发明的在线跟踪原理，提取某一时刻集中表箱中负荷唯一有变化的电能表，此时集中表箱进线监测的功率，就可以等效为该电能表的实际变化功率，进而用于判断电能表的进度是否失准；

⑦依据时间表1与时间表2，选取同时出现的时间点，形成时间表3；

⑧按照时间表3，取其中一个时间点，加载该时间点的电能表与集中表箱进线计量的负荷数据；

⑨将除去此时间点对应的电能表以外其它电能表的有功功率变化量累加，判断是否满足公式(5)，满足则可进入流程⑩，否则回到流程⑧；

⑩按照公式(4)计算该时间点对应的电能表的计量精度失准率；

循环执行⑧、⑨、⑩，直至时间表3中的所有时间点全部完成。时间表3中可能并不是每个时间点都可以得到结果，例如不满足公式(5)的情况，但是一个集中表箱的电能表是有限个数的，在一段时间内只要有一次能满足条件即可计算出结果，通过根据电能表数量、采集周期和计算周期的配置，可以有效实现对所有电能表的在线监测跟踪。

步骤5，基于HPLC通信，将步骤3的初步识别结果和对时间表3各时间点计算得到的各电能表计量精度失准率上传至上行设备，实现对各集中表箱内电能表的精度失准在线监测。

Claims (5)

1.基于用户负荷特征变化的电能表精度失准在线监测跟踪方法，其特征是包括以下步骤：

步骤1，在集中表箱进线端安装电能计量装置，所述电能计量装置的计量精度等级高于所监测的电能表精度等级，并具备RS485通信功能和HPLC通信功能；

步骤2，电能计量装置对集中表箱进线端的负荷数据变化进行实时监测，并基于RS485通信功能，周期性采集集中表箱中各电能表的负荷数据，对电能表进行实时监测；

步骤3，研判各电能表负荷数据的正确性，初步识别电能表的计量精度是否失准；

步骤4，基于集中表箱进线端以及各电能表的负荷数据，提取计算电能表的精度失准率：

步骤4.1，基于集中表箱进线端的总负荷变化特征，提取满足要求的时间点，形成时间表1，时间表1中的时间点满足如下条件公式：

其中，ΔP_B为集中表箱进线有功功率曲线数据中连续两个时间点的变化量，P_Be表示集中器表箱各电能表中的计量额定功率的最大值，E_B表示集中表箱内各电能表的允许误差最大值，ε表示计算精度失准率的允许误差值；

步骤4.2，基于各电能表的负荷曲线数据，提取出仅有一只电能表负荷变化满足要求的时间点，形成时间表2，时间表2中的时间点满足如下条件：

其中，ΔP_D为该电能表的有功功率曲线数据中连续两个时间点的变化量，P_De表示该电能表的计量额定功率，E_D表示该电能表的允许误差，ε表示计算精度失准率的允许误差值；

步骤4.3，根据时间表1与时间表2，再次提取既在时间表1出现，又在时间表2内出现的时间点，形成时间表3；

步骤4.4，基于时间表3的各时间点及其对应的ΔP_B和ΔP_D，改时间点所对应的唯一满足变化要求的电能表的精度失准率计算如下：

同时判断集中表箱中其它电能表有功功率变化的总和是否满足如下公式：

其中，n表示其它电能表的数量，ΔP_i为电能表i的有功功率曲线数据中连续两个时间点的变化量，P_ei表示电能表i中的计量额定功率，E_i表示电能表i的允许误差；如其它电能表有功功率变化的总和不满足公式要求，则丢弃此时唯一满足变化要求的电能表的精度失准率计算结果；

步骤5，基于HPLC通信，将步骤3的初步识别结果和对时间表3各时间点计算得到的各电能表计量精度失准率上传至上行设备，实现对集中表箱内电能表的精度失准在线监测。

2.根据权利要求1所述的基于用户负荷特征变化的电能表精度失准在线监测跟踪方法，其特征是步骤2中包括：

电能计量装置监测集中表箱进线端的负荷特征变化，包括电压、电流、功率因数、有功功率和有功电能，形成集中表箱进线负荷数据分钟冻结曲线；

电能计量装置基于RS485的通信功能，周期性采集集中表箱内各电能表的电压、电流、功率因数、有功功率和有功电能数据，形成电能表负荷数据分钟冻结曲线，采集周期最短周期为1分钟。

3.根据权利要求2所述的基于用户负荷特征变化的电能表精度失准在线监测跟踪方法，其特征是电能表负荷数据分钟冻结曲线与集中表箱进线负荷数据分钟冻结曲线的采集时刻同步，具体为：

(1)形成集中表箱进线负荷数据分钟冻结曲线的时刻，同时通过RS485通信功能向各电能表广播发送瞬时冻结命令；

(2)各电能表收到瞬时冻结命令时，立即保存电压、电流、功率因数、有功功率和有功电能数据；

(3)电能计量装置启动采集任务，抄读各电能表的瞬时冻结数据，包括电压、电流、功率因数、有功功率和有功电能数据。

4.根据权利要求1所述的基于用户负荷特征变化的电能表精度失准在线监测跟踪方法，其特征是步骤3具体为：

步骤3.1，研判各电能表负荷数据的正确性，各电能表负荷数据包括电压、电流、功率因数、有功功率和有功电能数据，判别公式如下：

式中，ΔT表示电能表符合数据的采集周期，Δ有功电能量表示采集周期内的有功电能增量，t表示数据采集时刻；

步骤3.2，初步识别电能表的计量精度是否失准，若电能表的负荷数据不能满足步骤3.1的判别公式，则识别该电能表的计量精度存在失准问题。

5.根据权利要求4所述的基于用户负荷特征变化的电能表精度失准在线监测跟踪方法，其特征是在研判有功功率与有功电能量的关系时，连续累计多个周期，以消去其中的误差。