基于DDC的电能计量装置现场检验方法

李铭凯， 张缘， 李蕊， 张艳研， 段大鹏

(国网北京电力科学研究院， 北京 100162)

0 引言

电能计量受装置的计量性能、环境温度、电磁场干扰等因素影响[1]，容易对电能计量装置运行的稳定性造成影响。电能计量装置运行的稳定性是保证计量正确的关键，因此需对电能计量装置进行定期的现场检验维护，才能保证电能计量表所计量数值的正确性和可靠性[2]。冯凌等[3]设计了高压电能计量装置现场校验系统，该系统基于射频同步技术，实现了现场校验误差测量。MANASAKI等[4]通过现场研究和模型模拟选择最佳技术，但是由于电能计量装置中智能电表数据种类繁多、数量庞大，而且随着用电信息采集系统中收集到的相关信息逐渐增多，导致数据增长速度过快，增加检验难度。

针对计量装置大数据的特殊性，采用以Hadoop框架为代表的现场检验方法，对数据进行分布式存储和计算，但是由于这些数据的时效性要求较高，无法实现精准检验。因此，提出基于DDC的电能计量装置现场检验方法。

1 电能计量装置现场数据处理

随着社会经济和科技技术的快速发展，社会各行各业用电量不断增大，各种智能家居产品和智能交通工具也增加了用电量，使电量数据快速增长[5]。为有效管理和计量电量数据，采用智能电表和传感器的先进技术，利用电网通信、数据采集等技术，作为电能计量装置的采集系统，进行电量数据的计量[6]。通过计量装置相关数据增长的速度，进行分析研究[7]。

电能计量装置相关特点如表1所示。

表1 电能计量装置相关特点

根据数据形成的特点，电能计量装置在现场处理过程中应采取的处理流程如图1所示。

图1 电能计量装置现场数据处理流程

现场数据检验过程中，应对电能装置的数据信息进行分析，根据近期数据和历史数据之间的特点进行分析判断[8]。当发现数据存在异常情况时，应对计量装置的通信、电压、电流等各个方面的数据信息，进行数据异常特征值的计算，确定数据是否正常[9]。如果电压数据、电流数据的计算结果超出标准范围，就可以判断计量装置出现异常，需对异常情况进行定义或记录，为处理电能计量装置异常工作提供依据[10]。

2 基于DDC的电能计量装置现场检验

DDC即采用直接数字控制技术，将电能计量装置现场的各种信号，通过输入装置输入传输设备，按照预先编制好的程序进行运算处理，而后将处理后的信号通过装置输出再传递到控制执行器。

现场检验电能计量装置主要针对装置的配变关口、互感器负荷和计量箱进行检验，依据DDC对电能计量存在的误差，装置的运行状态是否稳定等进行检验，以便更好地掌握和管理电能计量装置的工作状态[11]。DDC实现过程如图2所示。

图2 DDC实现过程

2.1 配变关口现场检验

在配变关口现场检验数据取证过程中，可根据表1所示数据特点，辅助现场检验做出合理合法判断。配变关口现场检验数据取证过程如图3所示。

图3 配变关口现场检验数据取证过程

通过配变关口现场检验数据取证过程，对配变关口进行现场检验。

(1) 现场检验的前期准备工作

在DDC的支持下，对电能计量装置现场检验工作开始之前，应提前对测量仪器进行检查，以保证检测仪器能够进行正常的检测工作[12]。在配变关口现场检验过程中，电能计量装置必须处于负载的状态下才能进行检验工作。如果电能计量装置因特殊条件或其他因素造成无法正常启动，可以采用便携式发生器生成虚拟负载后作为替代负载的检验方法[13]。

(2) 现场检测时误差值确定

电能计量装置配变关口的现场检验过程中采用的是综合检测法。通过现场检验仪器接收到的电流互感器的变比、电压、电流的综合数据，进行一次功率的检测[14]。为防止互感器装置与二次接线过程中出现误差值，还需进行一次功率的二次折算，避免造成电能表产生误差。当检测结果误差值合格时，表示该电能计量装置配变关口符合使用范围，如果检测误差值超出合格标准，则表示该电能计量装置配变关口发生异常[15]。

2.2 互感器负荷现场检验

互感器的二次负荷大于实际负荷，就会导致互感器出现大概率的超差状态。电能计量装置在现场检测过程中，会经常发生轻负荷状态，造成互感器异常。随着电力系统的创新发展，采用微机技术的保护手段，提高二次负载的稳定性，有效避免互感器存在的二次负荷较轻的问题。

互感器负荷现场检验数据取证过程如图4所示。

图4 互感器负荷现场检验数据取证过程

二次负载出现频率较高，主要是由于互感器的二次截面较大造成的。为避免互感器在二次负载检测过程中出现超差状态，应对设备的实际情况、负载性能进行考量，并对二次导线距离长短、截面大小进行科学合理的设计，防止互感器在二次负载检测过程中出现轻负荷的现象。在进行现场互感器负荷状态的检验过程中，对实际的负载与额定负荷差进行检测：如果检验结果不存在明显差值，表示符合负载条件；如果检测结果差值较为明显，则需进行模拟实验的方式进一步确定，确保互感器超差状态检测的正确性。

2.3 计量箱现场检验

考虑到计量箱结构特点，检验过程中不仅要对其内部各计量设备进行测量，同时还应检查计量箱的安装是否牢固，确保计量箱的稳定运行。在电能计量的综合检测过程中，不仅可以保证数据测量的准确性，还对数据信息的安全采取相应的保护措施。信息隐藏模型如图5所示。

图5 信息隐藏模型

在DDC支持下，信息隐藏技术保证了信息传输的安全。由于信息中存在许多秘密信息，为防止信息在传输过程中出现泄露现象，采取对秘密信息进行隐藏，并利用载体信息的传输方式，把秘密信息隐藏在公开的信息中进行传输。这种具有强化保护的信息隐藏技术，不仅提高了信息传输的安全性，还增加了信息传输的可靠性和高效性。

3 实验

对于基于DDC的电能计量装置现场检验方法的验证，选择在多维度数据平台上进行实验验证分析。

3.1 实验平台搭建

在实验平台上搭建一个由5台计算机组成的集群，进行电能计量装置信息分析。实验平台搭建如图6所示。

图6 实验平台

由图6实验平台可知，此次实验选择两台主机；其中：一台处于主节点状态，负责文件系统元数据任务调度；另一台处于从节点状态，保证更加可靠。

3.2 实验结果与分析

设置2种实验环境，分别是电能计量表在使用过程中出现故障和无故障两种情况[3]，将基于Pauli算符和比特旋转的单量子门签名方案与基于DDC检验方法的检验精准度进行对比分析。

(1) 无故障

无故障情况下，将两种方法检验精准度进行对比分析，结果如图7所示。

图7 无故障情况下两种方法检验精准度

由图7可知：随着检验时间不断增加，2种方法检验精准度都随之降低，但基于DDC检验方法的检验精准度始终高于85%，而文献[3]方法检验精准度始终低于50%。因此，在无故障情况下，基于DDC检验方法检验精准度比文献[3]方法要高，其主要原因是本文方法在检验时，结合DDC技术，模拟现场检验数据取证过程，提高现场检验精度。

(2) 有故障

有故障情况下，将2种方法检验精准度进行对比分析，结果如表2所示。

表2 有故障情况下2种方法检验精准度

由表2可知：采用文献[3]方法在电度表故障情况下，检验精准度最高为41%；基于DDC检验方法在互感器故障情况下，检验精准度达到最高为88%。采用文献[3]方法在电能计量柜、电压计量器故障情况下，检验精准度最低为32%；基于DDC检验方法在电能计量柜故障情况下，检验精准度达到最低为80%。因此，在上述故障情况下，基于DDC检验方法检验精准度比文献[3]方法要高，其主要原因是本文方法设计互感器负荷现场检验数据取证过程，在DDC支持下，实现现场检验，将干扰信息进行隐藏，降低了电子计量装置现场检验误差。

4 总结

在DDC支持下，电能计量装置现场检验采取误差测试方式，提高了检测的精准性和高效率。对电能计量装置应加强管理，做好定期检查、维护和防窃等一系列保护措施，避免外界环境对计量装置造成破坏，确保电能计量装置运行的稳定性和安全性。在现场检测过程中，由于设备类型和运行状态等存在的不确定因素，因此，在实际检测中，应根据要检测的计量装置的具体类型和运行环境，采取相应的检查仪器和检测方法，以提高检测效率和准确率。