电能计量计费系统计量误差自适应检测技术

杨晶

国网江苏省电力有限公司扬州供电分公司 江苏 扬州 225000

引言

本文首先对电能计量误差产生的原因进行挖掘，然后简要介绍了电能计费系统的主体结构与主要流程，最后通过实验探究的方式，将计量误差自适应检测技术下的新型计费系统与传统计费系统进行对比。实验结果显示，新型系统与传统相比在成本投入与准确率方面存在较大优势，具有更大的应用价值。

1 电能计量计费系统概述

电能计量计费系统是由卡斯特公司根据电力企业中的一些标准，并参考国际最新技术研发而成的一款自动定能计量、抄表的一种计费系统。电能计量计费系统运行过程中具有较高的准确性、安全性以及可靠性，主要以跨平台运行与分布式处理技术为主，并在此基础上对数据信息以统计与计算为主，以此对系统考核功能与深层拓展，以此在电厂、小区中有较好的应用效果[1]。

2 电能计量计费系统特点

电能计量计费系统在运行的过程中，具有自身特点，主要表现在以下几个方面：①采用面向应用开放的EMSAPICIM国际标准；②在中间件技术的基础之上，进行系统集成的有效提供，具有较高缩放性能；③系统具有可靠性特点与安全性特点；④电能计量计费系统采用了一体化设计、具有高维护性与高扩充性特点；⑤直接电表应用层协议，实现并发数据采集与通信；⑥自动路由监视、信道流量控制、路由自动切换；⑦支持多种硬件平台，多种操作系统平台。

3 电能计量计费系统自适应检测技术基本结构

电能计量计费系统主要工作是完成对电能数据的采集、传输、处理和储存等工作，再根据其相对应统计结算模型，对不同用户、时段、费率实现对电能统计和电费结算。这需要利用多种计算机技术来提升该系统数据处理和辅助决策功能。电能计量计费系统包括计量表计、数据传输网络、主站系统。在用户层中，主要用于数据采集。在电力系统中，对电力使用情况统计和能源消耗情况一般通过电表实现。本文采用丹麦西科比科技有限公司生产的YU164型智能电表，在电表中嵌入网卡芯片和单片机系统，以完成对峰期、谷期、平期不同分时计能，然后将采集到的数据进行加工处理、分类存储，电表通过网络接口接入Internet网络，通过互联网将数据传送至电力公司系统主站，并接受从主站发布的控制命令。当功率因数出现过低或过高现象时，电表会启动其报警系统，则可以及时派人在现场检查电表情况。智能电表中使用的网卡芯片是由丹麦以利亚有限公司生产的JR5021型网卡芯片，该接口为USB接口，具有兼容性和稳定性。电能计量计费系统主站数据处理子系统，主站具有很强的电量分类、统计、处理功能。将智能电表采集的电能数据通过远传编码器进行编码外传后，由外部接口传递至主站，在主站中，通过调制解码器将数据进行解码，传递至主机。主机是主站数据处理子系统核心，其中主要包括数据库服务器、数据备份设备和通讯工作站3个部分。

4 电能计量计费系统工作流程设计

稳态和暂态是电力系统运行时常见两种状态，当电力系统处于稳态时，它的运行参数保持不变或者是变化很小，而当电力系统处于暂态时，运行参数受到外界干扰，发生很大变化，目前暂态过程主要有电磁暂态和机电暂态两种。以电压为例，图4是电力系统暂态状况对电压影响，当电力系统运行出现暂态状态时，电压会发生骤降现象，电压波动较大时可能会导致电网出现大规模过电流、过电压等问题，这不仅损害用户利益，还会对整个电力系统安全造成较大威胁。将自适应检测技术应用于电能计量计费系统中的软件设计。电能计量计费系统软件工作是一个较为复杂的过程。首先，系统接收到采集命令后，智能电表里的网卡芯片开始采集电能数据，随后单片机系统将数据进行预处理，计算相关的功率因数α、β、γ，当智能电表正常工作时，功率因数数值会在0.6～1之间，当功率因数数值不符合要求时，报警系统将自动启动。当功率因数数值符合要求时，再根据已知的电流、电压和功率值来判断电力系统是否处于稳定状态，只有当系统处于稳态时，系统才能正常工作，否则报警系统将会自动启动。

5 电能计量误差产生的原因

5.1 电能表自身误差

现阶段，城镇居民采用的电表已经升级为1.0级，企业结算用表已经达到0.2级，以往采用的机械表在长期运行下设备磨损严重，影响机械转盘的灵敏度，无法对较低的负荷进行精准记录，增加计量误差，目前已经被电子表替换，可对最小电流进行准确检测，使电表的灵敏度得到显著提升。

5.2 互感器误差

该误差与电能计量之间存在紧密联系，互感器可将较大的电流、电压压缩，使其符合电能表的检测范围，计算电能时将表中显示的数字与压缩倍数相乘，即可得到实际电能。目前，电能表准确度不断提升，互感器的误差也得到了有效控制，准确度方面优于电能表，目前使用的1.0级电能表与0.2级的互感器匹配即可。

5.3 选型不当误差

5.3.1 量程选择过大，无论对于电能表还是互感器来说，实际电流与额定电流之间的差距越远，产生的误差便越大。例如，0.5级的互感器实际电流额定的情况下，最大允许误差在±0.5%左右，部分用户为了后续扩建便利，通常选择变比较大的电流互感器，使测量误差增加。

5.3.2 检测对象不匹配，部分人员用三相三线电能表检测三相四线电能，由于缺少电流B消耗的功率，从而产生检测误差。

5.3.3 二次负荷选择不当，互感器的二次负荷应与额定范围相一致，一旦超过或者低于均会产生测量误差，影响互感器准确性，最佳负荷范围是控制在额定值的25%～100%之间[2]。

6 电能计量计费系统分析

6.1 主体结构

电能计费系统能够完成对电能数据的采集、处理与存储等工作，在此基础上构建结算模型，对不同用户的电能消耗进行计算。该系统需要在计算机技术的支持下实现，系统的主体结构为主站、数据传输网络、计量表计、基本结构等。

其中用户层主要是数据采集，对用户用电情况、能耗等进行分析，将网卡芯片、单片机系统嵌入电表，完成峰谷时段能耗的计算，再将加工处理后的数据分类存储，通过接口与因特网连接，将数据传送到电力系统，接受主站发出的指令。在电源数值过高或过低时，仪表上的报警系统就会打开，可在此时间派人到现场查看。主站数据处理系统具有电量分类、处理、统计等功能，主站数据采集后传送到编码器，编码器通过接口传送到主站，编码器由主站内的解码器解码，最后传送到主机，主机处理和存储主站数据，包括数据备份、服务器和通讯站三部分。

6.2 主要流程

首先，系统响应采集命令，电表中的网卡芯片开始对电能数据进行采集；然后，单片机系统对数据进行预处理，对相关公路因数α、β等进行计算，当电表处于正常工作状态时，功率数值范围在0.6～1之间，当数值与要求不相符合时，报警系统将自动开启；当数值与要求相符合时，根据已知电流、电压、功率的大小对系统的运行状态进行判断，只有系统处于稳态情况下，才可正常工作，否则将会发出警报。

7 计量误差自适应检测技术的对比实验

7.1 实验参数

本实验的主要参数有：智能电表类型为YU164型，USB接口，硬盘存储器为160GB，显卡采用ATI独立显卡，三级缓存，电流为交流电，数据以DSP处理信号的形式显示，网卡采用JR5021型，单片机为TY1158型，TUV无线电频信号模式。

7.2 开展流程

在上述参数基础上展开实验，对传统电能计费系统与本文设计的误差自适应检测技术计费系统进行对比，主要包括系统成本投入、系统运行准确性两个方面，通过对两种系统实验结果的对比，体现两种系统的工作效果。

7.3 实验结果对比分析

7.3.1 系统成本投入实验。当电能计费系统覆盖面积逐渐增加时，用于系统建设的投入成本也将随之增加，当系统覆盖面达到10km2时，传统计量系统的成本投入为1.50万元，而本文研究的新型系统成本投入为1.33万元；当系统覆盖面达到30km2时，传统计量系统的成本投入为1.65万元，而本文研究的新型系统成本投入为1.45万元；当系统覆盖面达到50km2时，传统计量系统的成本投入为1.90万元，而本文研究的新型系统成本投入为1.58万元；当系统覆盖面达到70km2时，传统计量系统的成本投入为2.09万元，而本文研究的新型系统成本投入为1.71万元[3]。

7.3.2 系统准确性实验。从实验结果可知，电能计费系统的使用时间越长，对系统的损害越大，系统准确性也会受到不良影响而降低。当电能计费系统使用4个月时，传统计费系统的准确性为96%，本文研究的新型系统准确为99%；当电能计费系统使用12个月时，传统计费系统的准确性为93%，本文研究的新型系统准确为96%；当电能计费系统使用20个月时，传统计费系统的准确性为86%，本文研究的新型系统准确为93%；当电能计费系统使用28个月时，传统计费系统的准确性为76%，本文研究的新型系统准确为89.5%。

由此可见，本文在误差自适应检测技术基础上建立的系统与传统计费系统相比，在成本投入、准确率等方面具有较大优势，新型系统的使用可实现数据实时更新，具有效率高、动态更新、准确性强等特征，可为电力企业节省更多的能源与材料消耗，减少人力成本的投入，提高员工的工作效率，具有十分广阔的发展空间。

8 结束语

总而言之，在误差自适应检测技术基础上构建的电能计费系统作用较大，可缩短数据采集时间、保障采集点数，计量结果更为精准可靠。因此，在后续的研究中应对该系统进一步优化，使其在电能计量领域得到广泛应用。