电网末端电压合格率和供电可靠率在线监测实现方法

余 涛，黄申茂，李 铭

（国网常州供电公司，江苏 常州 213003）

电网末端电压合格率和供电可靠率在线监测实现方法

余 涛，黄申茂，李 铭

（国网常州供电公司，江苏 常州 213003）

探讨一种基于智能电能表完成电压合格率和供电可靠率的在线监测技术。该技术实现了电网末端电压合格率和供电可靠率的采集与分析，弥补了现有技术中对电网末端电压合格率和供电可靠率监测统计的不足，为供电部门改善电网末端供电质量提供有效的信息支撑，提高电能质量管理的信息化与智能化水平，以更好地满足客户用电需求。

智能电能表；电压合格率；供电可靠率；在线监测

随着能源互联网概念的提出与相关技术的应用，能源的供应和需求将越来越呈现智能化、互动化趋势。能源互联网将实时匹配供需关系，在能源消费侧如何保证合格的电能质量是基本要求与核心问题。特别是随着光伏、风电等分布式能源的大量接入，如何监测与控制入网端的电能质量十分关键［1］，同时用户作为电网的最末端，对于用户侧电压合格率、供电可靠率等运行参数的在线监测是建设发展能源互联网的现实需要与技术难点。

本文研究了一种电网末端电压合格率和供电可靠率在线监测技术，即通过对智能电能表进行软件升级改造，利用智能电能表原有的硬件电路，在保持智能电能表原有计量、测量功能不变的基础上，增加“电压合格率、供电可靠率”（以下简称“两率”）统计功能，通过用电信息采集系统，实现电网末端用户侧“两率”的在线监测与分析，弥补现有技术中对电网末端“两率”监测统计的不足。该技术应用经济简便，基本无需增加投资，可以实现电网末端“两率”的在线监测与统计分析，为有效提高供电质量提供技术支撑，为实现电网状态可感知、可计算的能源互联网提供有效手段。

1 现状分析

“两率”指标是电力公司关注的重点［2—3］，同时用户对电能质量的要求也越来越高。目前电力公司对电压合格率的监测往往只是在电网中一些重要节点上采用专用的电压监测仪器进行电压合格率统计；供电可靠率则主要采取事后统计。这种方式存在明显的局限性:一是监测的是“点”而不是“面”，覆盖范围小，如:《配电网规划设计技术导则》中D类用户电压监测仅为小比例抽样，供电可靠率只统计到高压配变；二是监测的数据实时性差，无法实现对电网末端电压合格率和供电可靠率全时段动态采集与分析［4—5］。

目前智能电能表已大量普及、基本覆盖到各类用户，部分高端三相智能电能表已具有电压合格率统计功能，但对于电网末端的单相居民用户，还无法利用上述三相智能电能表进行“两率”监测。本文通过改进、扩展单相智能电能表的采集功能，实现电网末端用户的电压合格率和供电可靠率的自动统计与在线监测，技术简便、成本低廉。通过现有的用电信息采集系统，开展差异化电能监测与分

析关键技术研究，进一步提高电能质量管理的信息化与智能化水平，满足客户用电需求。

2“两率”在线监测方法

2.1 供电“两率”定义

供电“两率”是指电压合格率和供电可靠率。电压合格率是指在电网运行中，一个月内，监测点电压在合格范围内的时间总和与月电压监测总时间的百分比。供电可靠率指在统计期间内，扣除系统电源不足限电影响，对用户有效供电时间总小时数与统计期小时数的比值。这2个指标对于电能质量意义重大［6］，因此国家能源局最新发布的《配电网规划设计技术导则》规定，C类城区用户电压合格率不低于99.79%，供电可靠率不低于99.863%；D类农村用户电压合格率不低于97%，供电可靠率不低于99.726%。

2.2 电压合格率在线监测实现方法

智能电能表能根据电能表设置的电压上限值、电压下限值，电压考核上限值以及电压考核下限值判断当前各相电压的状态，并记录各相电压的合格率、超限率等数据。单相电压合格率统计图如图1所示。

图1 单相电压合格率计算统计图

从图1可以看出，电压的监测时间为t4—t1和

t7—t5，电压的监测合格时间为t3—t2和t7—t6，电压超上限时间为t4—t3和t6—t5，电压超下限时间为

t2—t1。那么，单相电压合格率的计算公式如下

电压合格率=1-电压超限率=

为了实现单相智能电表对电压合格率的采集与统计，以1 min为窗口时间，1 min内采集到的电压值与电压超限阈值比较决定此窗口时间归属电压超限时间或电压合格时间，对一日或一月内的窗口时间进行统计，运用式（1）即可获得日电压合格率或月电压合格率。窗口时间统计的流程图如图2所示。

图2 窗口时间统计流程图

从图2可以看出，智能电能表采集策略为每分钟读取智能电能表计量芯片采集的电压值，判断当前电压是否在电压上限值和电压下限值之间。如果在两者之间，则电压监测累计时间加1 min，如果不在两者之间，则直接退出流程。当监测到的电压值大于电压上限，则电压上限累计时间加1 min，当监测到的电压值小于电压下限，则电压下限累计时间加1 min。若当前日期时间符合转存条件，则电能表冻结本日或本月的电压合格率数据。电压合格率冻结部分流程图如图3所示。

电能表读取电压值的周期为1 min，即每隔1 min读取一次电压，当出现跨天或跨月时，需要将当前的日或月电压合格率转化为上一日或上一个月的电压合格率记录，并初始化当前的电压合格率记录。

一条完整的电压合格率记录包括:电压监测时间、电压合格率、电压超限率、电压超上限时间、电压超下限时间、最高电压、最高电压发生时刻、最低电压、最低电压发生时刻。通过上述流程图能够得到电压监测时间、电压超上限时间、电压超下限时间，最高电压、最高电压发生时刻、最低电压、最低电压发生时刻。电压合格率、电压超限率则可由式（1）计算得到。

2.3 供电可靠率在线监测实现方法

本文对智能电能表增加了供电可靠率的采集、统计功能，具体方法是:采用对智能电能表上电、掉电时间进行记录统计，当电能表初始化完成后，主控单片机从时钟模块中读取当前上电时间并存储，当主控单片机检测到掉电后，从时钟模块中读取当前掉电时间，并将掉电时间存储。

图3 电压合格率冻结流程图

停电时间统计

用户停电时间（h）=上电时间-掉电时间

供电可靠率统计

统计时间可以按照年、月、日进行统计，也可以按照用户需求进行特定时间段统计。统计方法流程图如图4所示。

图4 供电可靠率统计实现流程图

3 通信规约及程序设计

为了实现电能表采集到的供电“两率”的数据能上传到主站，需要对目前现有的电能表通信规约进行相应的修改。定义了电压监测时间、电压合格率、电压超限率、电压超上限时间、电压超下限时间、最高电压、最高电压发生时刻、最低电压、最低电压发生时刻、电压合格率统计数据。

本方案所采用的软件开发环境是IAR Embedded Workbench IDE，该开发环境具有最大量代码继承能力，以及对大多数和特殊目标的支持，能有效提高用户的工作效率，大大节省开发时间。

在WORKSPACE窗口中可以方便的管理多个项目及项目文件目录，在Disassembly窗口中可以观察反汇编代码，以实现代码深度调试和检查工作。

4 供电“两率”监测界面设计

在用采系统中设计电压监测界面，对电压合格率和供电可靠率进行在线监测，在高级应用—监测装置调试—低压末端—电压合格率路径中进行统计分析，具体的供电“两率”监测界面如下图5所示，可以实现日电压合格率、月电压合格率、日供电可靠率、月供电可靠率统计。

图5 供电“两率”监测界面图

通过在用采系统中分别随机抽取了城网用户和农网用户各10户居民用户的全年电压合格率的数据进行了统计分析，具体抽样展示数据如图6、图7所示。通过分析可知，城网用户电压合格率明显好于农网用户，同时7、8月份的农网用户电压合格率明显偏低，最低时低至180 V，电压质量偏差。对电压合格率的在线监测与统计分析，可以为城农网改造提供具体指导，进而采取优化网络结构、增加配变布点、调整供电半径等措施，持续提高电压质量。

图6 城网用户全年电压合格率抽样展示图

图7 农网用户全年电压合格率抽样展示图

5 结束语

本文研究了基于智能电能表实现电网末端电压合格率和供电可靠率的在线监测技术，扩展了通信规约，实现不同采集模式下（尤其是载波用户）的供电可靠率、电压合格率指标的全口径自动统计与分析功能。本文研究成果可以实现电网末端供电“两率”的在线采集、统计分析和辅助决策，提升了电能质量管理的实时性、针对性和有效性，为电网建设改造提供具体指导，持续提高供电可靠性与电能质量，更好地满足客户需求。D

［1］ 马钊，周孝信，尚宇炜，等.未来配电系统形态及发展趋势［J］.中国电机工程学报，2015（6）:1 289-1 298.

［2］ 杨玉琴，刘国贤，邱吉福，等.基于广域网的电压合格率管理信息系统［J］.继电器，2006（6）:57-59.

［3］ 王剑，黄吾康，杨慧，等.有效提高配电网电压合格率的措施［J］.陕西电力，2010，38（7）:69-71.

［4］ 丁虹，刘岩.提高10 kV馈线电压合格率的综合措施［J］.华北电力技术，2009（12）:49-50.

［5］ 唐寅生，段振国，李先怀，等.对电压合格率定义的商榷［J］.供用电，2010（3）:64-65.

［6］ 吴春芳.提高居民端电压合格率的措施［J］.农村电气化，2010（8）:21.

国网陕西电力实现智能表全覆盖

截至2016年9月5日，国网陕西省电力公司已运行电能表528.78万只，全部为智能电能表，提前4个月全面实现了智能电能表全覆盖任务，为分时电价、阶梯电价、全面电费控制、线损管理、电压质量监测等业务策略的实施提供了技术支撑。

智能电能表应用是坚强智能电网建设的重要内容，是电力用户负荷、电量、计量状态等重要信息实时采集的基础。按照国家电网公司统一部署，国网陕西电力从2011年开始在公司城网、农网改造、客户工程及电网建设中全面应用智能表，按照“先城市、后农村，先三相、后单相”的原则大力推进智能表应用工作。

在为期5年半的智能电能表及配套设施更换工作中，国网陕西电力建立了完善的智能表全性能试验和检定能力，建立了完善的检测体系和业务流程，为智能表应用奠定了坚实的基础。期间，该公司根据情况，每一年给各供电单位下达智能表应用任务，加强各单位里程碑计划的刚性管控；组织、督促各单位开展项目物资、施工招标申报；组织协调国网集中采购中标电能表供货、检定、配送及安装调试工作，确保了智能电能表全覆盖任务的提前完成。

摘自国家电网公司网站

Study on the on⁃line monitoring technology of power network terminal voltage qualification rate and power supply reliability

YU Tao,HUANG Shen⁃mao,LI Ming

（State Grid Changzhou Power Supply Company,Changzhou 213003,China）

In this paper,the on⁃line monitoring technology based on intelligent electric energy meter is studied to monitor the voltage qualification rate and the reliability of power supply,and realize the collection and analysis of the terminal voltage qualification rate and the power supply reliability.The research results of this paper make up the shortage of monitoring statistics on the two rates to monitor the end of the power supply in the prior art.The technology provides an effective information support for the power supply de⁃partment to improve the quality of the end of the power grid.The technology improves in formation and smart level of energy quantity inordertosatisfythecustomers’powerrequirement.

intelligent electric energy meter;voltage qualifi⁃cationrate;power supply reliability;on⁃line monitoring

10.3969/j.issn.1009-1831.2016.05.011

TM764.1；TM933.4

B

2016-04-13；

2016-06-14