电能计量装置状态评估系统开发及实现

国网青海省电力公司西宁供电公司 蔡耀年 刘 加 米晓霞 柳 荟

电能计量装置状态评估系统开发及实现

国网青海省电力公司西宁供电公司 蔡耀年 刘 加 米晓霞 柳 荟

电能计量装置运行状态直接关系到用户电能交易的准确性，对电能计量装置的运行状态评估显得尤为重要。本文针对现行计量装置状态评估指标的不确定性和各评估方法结果的不一致性，提出基于数据集成技术、可视化技术、组件技术、Web Service技术和面向对象的SOA架构的综合集成技术，将电能计量装置状态评估的各类数据、评估指标体系及评估方法组件化，分别形成数据组件库、指标组件库和方法组件库，在综合集成平台环境下，动态搭建电能计量装置状态评估系统，根据不同需求改变评估指标和评估方法，实现动态评估，从而应对计量装置状态评估过程中的不确定性和结果的不一致性。

电能计量；装置；状态评估；综合集成技术；系统

0 引言

随着智能电网建设的推进，电网规模的持续扩大，用户对电能的需求不断提高，电能计量的准确性已经成为保障电网安全、维护合法权益、提高优质服务的重要内容［1］。电能计量工作是国家电网“三集五大”体系中的重要环节，电能计量装置状态评估是电能计量管理工作的重点，计量装置运行状态良好与否，不仅关系到电能交易双方的经济效益，更体现了电网公司的管理水平。

目前，电能计量装置自身技术的进步提升很快，一些设备已经实现智能化，但由于一些主客观的技术与管理原因，现场电能计量装置的运行状态评估几乎处于原始与空白。国外对电能计量的研究主要在计量数据处理分析和智能电网建设中，没有一套成熟的计量装置评估方法。国内的电能计量研究主要集中在计量数据的通信传输和处理，对计量装置的运行状态关注较少，计量装置的状态检验主要由人工现场周期性检验实现，没有针对电能计量装置运行状况的评估方法与系统。由于电能计量装置运行的正常与否直接影响着用户电量结算的准确性，对电能计量装置运行状态的评估显得及其重要［2］［3］。当前，电能计量装置状态评估存在着如下问题：

（1）电能计量装置现场校验受外界环境因素的影响较大，同时检验时负荷处于不断波动中，不能据此作为计量装置的常态运行状态来进行判断；周期性检验无法及时监测计量装置的运行工况，对一些故障问题不能及时发现和处理；现场检验会给电网和检验人员带来一些安全风险，耗费大量的资源及精力，检修成本较高［4］。

（2）状态评估方法众多，不同的方法有不同的适用性及优缺点，且各方法的结论具有非一致性；各类评估方法机理不同，不能适用于同一评价对象，在评估方法选择时没有一个权威的标准可供参考；评估方法本身作为一种模型，方法本身难以改变、适应性较差［5］。

通过上述分析可知，电能计量装置状态评估方式急需由人工检验转向智能信息化，评估方法要有较强的适应性，能准确有效的实现计量装置的状态评估。基于此，本文结合目前国内正大力推广的状态检修概念，提出一种用于实现电能计量装置状态评估的方法，基于综合集成技术，建立模型评估的指标组件库、方法组件库，通过综合集成平台，实现电能计量装置状态评估系统的动态搭建，将传统的“死”评估变为“活”评估，使电能计量装置状态评估系统有很强的适应性有助于电力企业创新管理手段，提升管理水平。

1 电能计量装置状态评估技术

状态评估以影响计量装置老化因素为核心，通过搭建相应的状态评价指标，对计量装置的健康状态、运行可靠性及其计量精度进行评估，实现电能计量装置状态参数的量化，为优化电能校验周期提供科学的依据，进而缓解电能计量装置校验及检测人员的压力，更加合理的分配检人力、物力资源。

1.1 状态评估指标体系

电能计量装置包括各类电能表、计量电流互感器、计量电压互感器及二次回路等设备［6］。因此，本文根据电能计量装置的运行特点，从计量装置历史运行记录、实时运行性能、部件配置和工况环境整体影响四个方面入手，建立了涵盖计量装置寿命周期内各类设备的状态评估指标体系，如图1所示。

图1 电能计量装置状态评估指标库

表1 电能计量装置状态评估方法库

1.2 状态评估方法库

评估方法是融合社会科学、自然科学等交叉学科而产生的边缘性综合学科，数学理论是评估方法的基础，其他相关领域的知识不断渗入促进了评估方法体系的发展［7］。目前，综合评估方法大体可分为以下四类：

（1）经验评价方法，如专家打分评价法。

（2）基于运筹学的数学方法，如数据包络分析法、层次分析法、模糊评价法。

（3）新型智能评价方法，如支持向量机评价法、人工神经网络评价法。

（4）混合方法，如模糊层次分析综合评价、模糊神经网络评价法。

能够评估电能计量装置状态的方法非常多，但要实现所有方法几乎是不可能的，因此我们通过建立方法库来收纳尽可能多的评估方法，将评估方法模块化分类存储于评估方法库中，以方便后期动态、多维度评估的实现。本文将目前最常用的及其改进模型作为模型库，后期可随时加入新的模型到模型库中。电能计量装置状态评估方法库如表1所示。

1.3 电能计量装置状态评估流程

本文所建立的电能计量装置状态评估流程如图2所示。

图2 电能计量装置状态评估流程

电能计量装置在定期评估、同类装置故障、表计异常、现场校验及日常检修后需进行状态评估，分别从评估指标库和评估方法库中选取评估指标与评估方法，计算得到待评估装置的运行状态，并按表2检修策略制定检修方案。

表2 电能计量装置状态评估检修策略

2 基于综合集成平台的评估系统搭建

综合集成技术［8］是我国著名科学家钱学森提出来的，本文根据该技术的理论，实现了在电能计量装置状态评估方面应用。本文的集成技术涉及数据整合技术、组件技术、Web Service技术、可视化技术、面向服务的结构体系（SOA）及综合集成平台。基于综合集成技术的评估系统搭建架构如图3所示。

基于综合集成集成技术的主要实施方法是，建立电能计量装置状态评估的基础数据库，主要包括在线抄表数据、离线保存数据、家族历史数据等，建立电能计量装置状态评估的指标库和方法库，然后采用组件技术、Web Service技术和SOA架构对反映计量装置状态的数据、指标和方法进行封装，并分类形成组件库，最后在综合集成平台之上绘制业务流程知识图，将组件库对应的组件添加至知识图，搭建成电能计量装置状态评估系统。

图3 基于综合集成技术的电能计量装置状态评估系统搭建架构

2.1 综合集成关键技术

（1）数据集成技术

数据集成是一种数据共享技术，可以将不同特点的异源数据按照逻辑或物理形式分类并有效的结合，通过映射工具及中间件，完成集成环境及编码方案的建立，将不同特点、多种格式的异源信息整合成一个完整的数据平台，并提供统一的数据访问接口，阻止数据源之间串行访问，为业务数据的访问提供完整标准的数据视图，通过业务数据集成技术，可以实现电能计量装置状态评估业务对数据的要求。

（2）可视化技术

可视化技术是利用计算机网格技术和图像优化技术，将业务信息转换成图形等直观信息，方便交流沟通的方法。可视化技术的核心是知识图技术，是一种以图表方式表达信息、实现知识的显性可视化方法，通常以信息和信息之间的组织关系网表现，将结构化和半结构化的信息转换为结构化信息。通过知识图表达的评估模型更加透明，同时知识图还可移植发布，便于信息的积累、复用及集成。

（3）组件技术

将数据和方法进行封装后即可形成组件，组件对外仅提供访问接口，是分布式计算和Web服务的基础。组件的设计和创建工作（即组件编写）十分复杂，需要专业的程序员完成，但运用组件来进行系统集成却非常简单，普通用户就可以很快完成。实现组件功能的计算任务可以在服务器端进行，客户端只需要进行数据的传输和结果的解析展示，这在很大程度上减轻了客户端的压力，用户不需要用高性能的设备就能完成复杂的计算任务。另外，采用网格计算技术，使得这些应用组件可以分布在不同的服务器上，从而综合利用多服务器端的计算能力，实现任务的快速处理。

（4）Web Service技术

Web Service技术是一种新型的系统开发模式，具有业务模块化和功能松耦合性的优点，可通过网络发布并调用，支持业务的复用和组合，是现代电子商务的有效实现手段。传统的网络访问技术也可完成数据的远程访问调用，但容易被防火墙阻挡，不能实现Internet共享，另外它们由不同机构提出，编制规范不一致，不能实现统一应用，而Web Service技术是在服务请求者、注册中心和服务提供者之间交互访问传递。三者的关系如图4所示。

图4 基于综合集成技术的电能计量装置状态评估系统搭建架构

（5）SOA架构

面向服务体系架构（Service Oriented Architecture，SOA）是一个特殊的模型，通过不同功能的接口和契约将业务应用的功能单元联系在一起并形成一个整体。接口以友善中立的方式完成，独立于硬件平台、操作系统和编程语言，从而使不同系统的服务可以以通用的方式进行交互，实现系统的集成，从应用开发分工来看，组件在应用开发中往往扮演服务组装与实现角色的功能，而SOA则是表现层的软件组件化。

2.2 基于综合集成平台的系统搭建

综合集成平台业务系统和用户之间的纽带，搭建平台的目的是满足电能计量装置状态评估业务的需求，使计量装置状态评估系统具有灵活性和适应性，以应对外界条件的随机性和不确定性，同时能使得系统具有可操作和适应动态变化的能力。因此，平台在设计和实现时应能够实现资源整合、信息共享、提供系统开发环境、个性化服务及提高系统开发效率。

综合集成平台采用面向服务的信息化整合技术，对信息服务、决策评估进行有机集成；在计算服务的支撑下搭建而成，为应用系统提供一体化的服务模型和操作接口；能够实现远程及分布式的服务框架，为多方面、多层次的决策与管理操作提供便捷途径。综合集成平台的技术模型如图5所示。

图5 综合集成平台技术模型

图6 电能计量装置状态评估系统开发流程

基于综合平台的电能计量装置状态评估系统开发流程如图6所示，可分为以下几个步骤：

Step1：数据结构分析设计，计量装置各类结构化和非结构化数据分析，建立计量评估数据库；

Step2：组件划分开发，业务组件库按照组件的基本类型，将组件库划分多个子组件库，如评估指标库、方法库等，采用汇编语言进行开发；

Step3：组件封装发布，采用组件封装技术将各类业务封装成组件，存入组件库并发布，形成计量装置状态评估组件库；

Step4：系统搭建，在综合集成平台环境下，绘制业务流程知识图，定制业务组件并添加至知识图，从而实现电能计量装置状态评估系统。

2.3 基于综合集成平台的系统搭建优势

电能计量装置状态评估系统是以综合集成平台为基础，建立电能计量装置评估数据库，为计量装置状态评估业务提供数据支持，确定评估主题，分析状态评估的业务流程，构建可视化知识图主界面，根据电能计量装置状态评估各模块相互逻辑关系，概化、绘制评估流程知识图，根据知识图在电能计量装置评估数据库中定制相关计算组件，通过单向数据流的方式完成状态指标计算、评估方法建模及评估结果分析等业务，这样便完成了电能计量装置状态评估系统的构建，实现系统的可视化应用，该模式具有以下几方面的优势：

（1）快速搭建系统。能够在短时间无需编程实现系统搭建。（2）可移植、可扩展、可复制。能够实现同类系统之间的相互移植、修改及扩充，也可复制原有系统实现应用。

（3）综合集成。能够集成其他应用系统及各种信息文档，如图片、视频、音频、GIS数据等。

（4）能够实现数据和系统的共享。能够实现数据、组件、知识图、系统等各层次的工共享。

（5）实时细节透明。系统采用数据流的方式连接组件，每个组件的输入和输出都是透明的。

（6）模块化的应用。能效支撑平台类似于安卓系统，能够快速加载和卸载应用模块。

3 应用实例

基于综合集成平台，本文构建了电能计量装置状态评估系统，对指标库中的14个指标分别采用专家打分评估、模糊综合评估、层次分析法进行了状态评估，各方法评估结果如图6所示。

图6中，每个节点表示一个业务组件，具体表现为几何图形或结构化图；连接线表示组件之间的联系，具体表现为节点间的连线方向；文字标注是对节点组件的详细阐述，同时也可以用来表达不同组件间的关系说明。将电能计量装置状态评估过程用知识图的形式表达，把数据的获取和处理概化为节点，把数据在节点间的传输概化为线，通过线的连接和节点信息将评估过程知识化，使计量装置的基础信息获取、运行状态评估、评估方法的处理过程和评估结果等可视可信；通过改变连线，就可以改变模型或者指标，能够适应电能计量装置状态评估多变的要求，能实现不同模型评估的要求，且系统具有可移植性和可扩展性，减少系统的重复性开发。

4 结语

本文以现阶段电能计量装置状态评估方面存在的问题为出发点，建立电能计量装置状态评估指标库、评估方法模型库，完善计量装置状态评估流程，采用数据集成技术、可视化技术、组件技术、Web Service和面向服务的SOA体系架构对计量装置相关数据、评估指标和方法进行封装开发，分别形成数据库、指标库和方法库，最后基于综合集成平台，定制相关业务组件，根据计量装置状态评估流程，搭建了电能计量装置状态评估系统，实现计量装置状态评估应用。应用结果表明，本文提出的评估指标体系、评估流程、评估方法真实有效、易操作；评估系统具有可移植性、可扩展性、可复制性、模块化应用及易维护性等优势，为解决多种评估方法的评估结果不一致问题提供了一种新的思路。

图6 电能计量装置状态评估系统

［1］程瑛颖，吴昊，杨华潇等.电能计量装置状态模糊综合评估及检验策略研究［J］.电测与仪表，2012，49（12）：1-6.

［2］王春庆，赵玉富，周琪等.电能计量装置运行现状浅析［J］.电测与仪表，2010，47（Z1）：26-28.

［3］张林清.电能计量装置异常实时监控解析［J］.中国电业（技术版），2012，（4）：37-39.

［4］程瑛颖，杨华潇，肖冀等.电能计量装置运行误差分析及状态评价方法研究［J］.电工电能新技术，2014（5）：76-80.

［5］龚丹.电能表标准装置性能评估系统的研究［D］.华北电力大学（北京），2013.

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［7］何永秀.电力综合评价方法及应用［M］.北京.中国电力出版社.

［8］顾基发，唐锡晋.综合集成方法的理论及应用［J］.系统辩证学学报，2005，13（4）：1-7，22.

Development and implement of state evaluation system for electric energy metering devices

CAI Yao-nian，LIU Jia，MI Xiao-xia，LIU Hui
（State Grid Qinghai power company，Xining power supply company，Xining Qinghai 810000）

the operation state of electric energy device directly affects the accuracy of the power balance，and it is very important to evaluate the operation state of the electric energy metering device. According to the evaluation index of current electric energy metering device running status and the uncertainty of the results of the evaluation method of inconsistency，proposed integrated techniques for data integration technology，visualization technology，component technology，Web Service technology and object oriented based on SOA architecture，the electric energy metering device condition assessment data，evaluation index system components and the evaluation method，the formation of data index of component ，library，component library and component library method respectively，in the integrated environment of dynamic construction of electric energy metering device condition assessment system，according to the different needs to change the evaluation indexes and evaluation methods，to achieve dynamic assessment， so as to deal with state metering device of the uncertainty assessment process and results the inconsistency.

electric energy measurement；equipment；condition assessment；integrated technology；system

蔡耀年（1964—），男，高级技师、高级企业培训师，主要研究方向：电能计量技术、智能控制技术在电能计量技术中的应用方向、先进控制及应用。

刘加（1982—），男，工程师，主要研究方向：智能控制技术、网络应用技术。

米晓霞（1970—），女，工程师，主要研究方向：电能计量技术、互感器检验等。

柳荟（1990—），女，助理工程师，主要研究方向：电力工程管理、线损分析与管理。