分布式计算在电能量计量系统中的研究与应用

高源晴

摘 要：在当前智能电网发展的大背景下，采用分布式计算模式具有一定现实意义。本文结合分布式电能量计量系统的整体架构，对分布式计算在电能计量系统中的作用及具体应用进行分析与讨论。

关键词：分布式计算 电能量计量系统 电能量采集 负载均衡应用

中图分类号：TM73 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）03（c）-0008-02

以当前我国电能量计量系统装备来看，主要为单相有功电度表或三相有功电度表，负控、集抄终端等，但人工抄表现象仍然存在，既浪费时间、人力，又容易出错；另外，由于普通电度表的线损问题、人为窃电问题，造成个别地区电价持续上升，给用户带来了诸多不便。因此，如何改进电能计量和计费方法，已成为当前供电发展必须思考的话题，分布式计算在电能计量系统中的研究与应用具有重要意义。

1 分布式电能量计量系统概述

随着计算机技术的广泛应用，在用电管理方面也起到积极作用。计算机管理系统的应用便捷、查询简单，可节约较大的时间和人力，提高了工作效率与工作质量。目前，企业级别的电力负荷监测系统、电力负荷控制系统已经在一些地区应用，效果相对较好。但是我国普通的低压电力用户数量庞大、分布在不同区域，不能采取企业级点对点的抄表方法，其传输信道、设备数量等都将受到限制。结合这一实际情况，该系统中考虑将数据直接传输到主计算机中，通过主计算机再发布到管理中心，全程实施分布式控制方法[1]。

为了支持电力系统自动计量和自动计费，设计应用了分布式电能计量与计费系统，该系统主要分为四大系统：（1）数据采集系统。（2）应用服务器及数据库管理系统。（3）电能量计量平台支撑软件。（4）电能量计量终端。该系统结构如图1所示。

在该系统中，以负载均衡的服务器作为中央控制机，在整个系统中承担管理的重任；通过冗余以太网的双网结构，将系统中所有的中央控制机与网络连接，实现数据共享。另外，将数据采集系统安装到二次侧中，管理电网运行中的各项参数，最终将这些参数传输到中央控制机即可。在用户终端，包括了电子电度表、计算机控制两大部分，为全电子构造模式[2]。另外，该方案的实现还有一个关键环节，就是利用以太网、PSTN、专线等多种通信形式来传输信号，已满足各终端设备不同的接入需求。

2 分布式电能量计量系统的应用特征

在分布式电能量计量系统中，具有清洁、环保、便捷等优势，可增强电网运行的安全性、可靠性，降低成本。另外，针对电能计量及控制技术，还具备如下特征。

（1）负荷波动范围相对宽泛，如太阳能、风电等应用，会受到地域、环境等影响，输出负荷可能不稳定；加强对电能质量监控的重视，如果不能符合标准要求应停止并网运行，确保电网电能的清洁度、优质性。

（2）负荷潮流实行双向流动形式，换向过程较为频繁；在分布式能源应用的架构中，客户作为受电端的同时，也可能成为发电端，需要确保双向、公平性、精准性计量；由于客户采取自发式并网的频率比较高，因此由于并网拉合闸而造成的冲击问题，将会影响表计的运行稳定性、安全性[3]。

（3）该系统可以实现供用电信息数据的双向传输和控制，同时支持若干通信方式的兼容与并存。

（4）实现总体正反向有功电能计量和分相有功电能计量，其计量精度可达到0.5S级；同时分相和总体四象限无功电能计量，其计量精度达到0.5S级。

（5）可对电流、电压、有功功率、无功功率及频率、滤波等参数进行测量，其中电流测量精度与电压测量精度均可达到0.2级，谐波测量的精度为A级。在终端可以保存系统的电流、电压、电能计量、谐波、功率等曲线数据。

（6）在系统外设置了以太网通信接口，便于将数据接入到电能量采集系统中；在集中管理单元，图形用户界面相对完善，可利用表格、曲线等查看系统中的终端数据，做好终端配置、参数等日常维护与管理。

3 分布式电能量计量系统的应用

对于电能量计量系统运行来说，其后台应用服务器涉及到数据的采集、处理、统计、计算、检验等诸多业务量，包含了各种数据的采集入库、统计、数据状态校验和计算公式嵌套等，具有并发量大、海量数据多、处理要求高等特征。在电能量计量系统的后台计算过程中，配备了两台HA的高性能小机集群进行处理，但是运行效果仍不理想，尤其处于每日零点阶段时，采集的任务大量并发，处于统计计算的高峰期，可能发生拥堵现象，造成结果的滞后性；同时，如果前置的数据发生了变化，还可能引起统计计算重算问题，增大系统运行的负荷量。通过采取分布式电能量计量方法，完成如下运行过程。

（1）分时电能计量。

在不同时间段，电能应用的负荷有所不同，因此在电能表或者计量系统的终端可以实现电能量的分时段累计和存储，一般周期约为5～30 min，也可以调节为最小周期1 min，只要与调度计划下发的周期相符即可。

（2）系统的数据采集。

为了确保正常读取电量，应该保证和电能表或者计量终端的同步性，能够与GPS时钟进行对时，将其误差控制在1 s/d之内；同时系统可以支持自动化的重发功能，即使发生通道中断，仍然能够保存当时的数据，确保系统恢复使用后数据的完整性、可用性。

（3）系统的数据处理。

如果发生数据遗失或者数据无效等问题，用户可以通过人工输入的方法取代原始数据，在数据库的替代值中，输入不可以擦除的标志之后，可以用于统计及分析。由于电能量计量系统的结果非常重要，系统应该实现数据的校对与处理。

（4）系统的数据管理。

电能量计量系统的应用直接面向用户，支持基于WEB浏览技术的网络查询；同时，WEB服务器的应用，可以实现数据的安全隔离，从系统传输到WEB服务器机制，实现数据库的安全管理；当用户访问数据库系统之前，需要对数据库接口提供的页面进行访问，确认用户身份、权限之后，方可进入相应的页面。

由上可见，基于分布式计算模式的电能计量系统应用，实现了集中管理单元与计量终端的有效通信，通过以太网将电能量计量系統连接到电能量采集系统中，可以随时掌握各线路的线损状况、负荷状况等，及时发现盗窃电行为并采取相应措施，可有效实现经济效益与社会效益，协助电力公司提高供电系统的维护与管理能力。

参考文献

[1]夏永翔.电能量计量计费系统的建设和运行管理[J].科技信息，2010（33）.

[2]严勇，康琦，吴启迪.分布式智能电网中电源失效时的电能优化分配[J].同济大学学报（自然科学版），2012（7）.

[3]袁松贵，张军，徐珮.基于虚拟仪器的分布式电能质量监测网络系统[J].高电压技术，2007（5）.

[4]王玲，康健，邹宏亮，等.实时电能质量监测系统的构建及应用[J].电力系统保护与控制，2011（2）.

[5]王勇，杨劲锋，申妍华.大型供电企业电能计量自动化系统设计与应用[J].电测与仪表，2011（11）.

[6]胡君军，李林霞，郑可.分布式能源模式下电能计量装置需求探讨[J].广东技术师范学院学报，2010（3）.