配变台区精益线损载波抄读方法研究

田 丰，罗 辉，李 耀，周亚明

（威胜信息技术股份有限公司，湖南 长沙 410205）

0 引言

低压配变台区的供电线路多，走线复杂，分布面积广，用户用电行为多变且难以预测，线损动态变化范围大[1]，长期以来基于用电信息采集系统的台区总表-用户电表模型仅能计算台区总线损，台区内部或局部更多的线损信息无法给出。

精益线损分析[2-3]给消除盲区提供了解决方案，在已有台区总表和用户电表的基础上，通过在线路关键节点加装硬件感知设备以采集台区内部和局部的电量，进而为计算粒度更细的线损数据提供渠道。一种可行方案是在台区变压器侧加装智能融合终端[4]，在分支箱加装分支感知终端，在表箱加装末端感知终端，各感知终端和用户电表以载波（PLC）或高速宽带载波（HPLC）方式与智能融合终端交互通信，智能融合终端作为“台区大脑”，汇总各下行设备的冻结电量进而计算线损与线损率。

从应用效果来看，无论是PLC还是HPLC，都存在不稳定、可靠性差、阶段性时好时坏的固有缺点[5][6]，冻结电量的一次抄读成功率很难达到100%甚至相差甚远。精益化的分时和分相线损分别要求具备15分钟级线损分析和总、A、B、C线损分析的能力，这种抄读间隔很短、设备数量和数据类目庞大的场景给线损分析带来新的考验，本文根据多个试点项目的实施经验总结精益线损方案设计存在的误区，而智能融合终端如何以载波方式完整准确抄到冻结电量以支撑分时、分段、分线和分相等多维度线损分析是本文要探讨解决的问题。

1 设计方案误区

1.1 整点整刻抄读

早期方案采用整点或整刻抄读方式，即融合终端在整点或整刻启动抄读下行设备冻结电量，该方案遇到了计算线损率与理论线损率偏差较大的问题。究其原因是大量下行设备的对时并未与融合终端完全同步，下行设备之间的对时也未完全一致，当下行设备时间滞后于融合终端时，该方案的弊端会显现。例如，融合终端的装置时间已到12点时某台下行设备的装置时间尚在11点59分，此时抄读返回的整点冻结电量必然是该设备11点的，使用时间断面不一致的冻结电量进行计算分析必然带来较大误差。

考虑到正常的对时误差无法完全消除，一般集中在0～1分钟范围内，融合终端应在整点或整刻后经一定延时再启动抄读，为冗余计，延时可设为5分钟，避免带来冻结时间断面不一致问题。若下行设备支持冻结时间上报，融合终端应一并抄读冻结时间，以判断对时是否同步，不同步的冻结电量不应采用。

1.2 定时计算

早期方案采用定时计算方式，首先根据经验值预设一个固定时刻，融合终端在该时刻计算线损之后对外输出结果。例如，经验判断轮抄一遍下行设备的总耗时在10分钟内，融合终端则在启动抄读的10分钟后计算线损和线损率。在实际应用中，发现载波不通时有发生且抄不通的设备个数随机变化，考虑到超时等待时间一般为1～2分钟，超时设备较多时，10分钟内就无法轮抄完，源数据不完整将造成线损计算不准确。

为避免该问题，可增加“线损数据有效标志”“设备可算率”“线损率置信度”等指标，作为辅助数据与线损率一同输出，让用户更全面掌握情况。此外，定时计算方案应当改成适时计算，只在源数据抄读完全或者经过长时间尝试仍不完全才计算。

1.3 消除负值

早期方案规定对于负线损率强制赋0，这契合线损率只为正数不为负数的常规认识。但试点发现线损率为负值的情况普遍存在，究其原因是试点台区负荷一般较小，各下行设备以二次值上送冻结电量，微小电量变化无法体现出来，又因为下行设备存在计量误差，综合作用之下造成最终误差较大，偶尔会出现负值情况。又考虑到部分台区存在用户自发电的场景，设计方案应允许负值出现。

1.4 总-分相等

早期方案基于总电量等于分相电量之和的思路对源数据做二次补全和校正，分析试点项目的源数据经常发现总电量不等于分相电量之和甚至相差很大，这是因为下行设备总电量不是直接取用的三相电量之和，而是独立计量。此外，四者也存在出厂基数不一致的情况。鉴于此，总线损和各相线损应该单独计算，不应该建立关联。

1.5 立即计算

线损的计算基础是各节点的电量增量，应该认识到，电量增量的计算依赖相邻两个时刻的冻结电量，如果要实现智能融合终端一上电就计算出线损这一需求，上电伊始便要抄读相邻两个冻结点的电量，无疑会增大载波网络通信压力，可能影响其他功能。而DL/T645规约只规定了整点冻结和日冻结，下行设备通常不具备月冻结电量和15分钟级冻结电量，即使不考虑载波通信压力，上电伊始也无法得到15分钟线损和月线损。

鉴于此，融合终端初次上电要经过相应周期的等待方可计算出线损，但在融合终端运行期间可将历史冻结电量保存至Flash永久存储介质，不影响投运期间短时停电再复电后的立即计算。

1.6 准确率

线损率的计算依据众多下行设备的冻结电量，电能表和其他各类感知设备不免存在计量误差，电量的一二次转换也会丢失精度，而各设备不完全同步，其冻结时刻不会完全重合，这些因素都会影响线损率精度。应该认识到，线损计算只能追求相对准确，其意义更多在于反映线损率的趋势变化。

2 不定时不定次抄读方法

2.1 基本原理

载波通信时好时坏，抄读时间窗与载波畅通时间窗的重合度随机波动，在载波不通的时间窗内发出抄读命令得不到响应，进而造成抄读失败，接续若干次重复抄读的改善效果并不明显，若重抄达到一定次数仍未抄到，融合终端便放弃该下行设备，继而造成该次冻结电量永久缺失。

本文提出一种不定时不定次的循环抄读方法，基本原理是提高载波畅通时间窗的利用率进而提高抄通率。本文以小时线损为例，整合当前整点及过去23个整点的抄读任务存入队列，融合终端对每一台下行设备每一个整点的冻结电量都不限次数反复抄读，直至抄读成功或者经过24个小时反复抄读仍未抄到为止，这与载波稳定性的波动周期一般为1天相吻合。

2.2 已抄标志的设置

线损计算依据所有下行设备的冻结电量，缺一不可，设置一组已抄标志hfin表征冻结电量抄读情况，hfin为True表示第i台下行设备的上n次整点冻结电量已经成功抄到，为False表示尚未抄到。i的最大值取下行设备个数m，n的最大值依线损类型而定，对于小时线损取24，表示融合终端的小时线损最长追溯过去24小时的冻结数据。hfin的初始值全部为False。

上n次是一个相对概念，其意义会随时间推移发生变化，下行设备某小时段的上1次冻结电量在下1小时段会被称作上2次冻结电量，基于此，融合终端上电运行期间在每个整点时刻都对hfin按照hfi24=hfi23, …,hfi2=hfi1依次进行覆盖刷新，最后对hfi1赋False，这是因为新整点的冻结电量还没有抄读。

2.3 遍历规则

因为载波采用的串行通信方式，决定了同一时刻只能抄读一台下行设备的一个整点冻结电量，这引出了融合终端按照何种先后顺序遍历hfin的问题，若某一台下行设备某个整点的冻结电量因设备自身载波不通无法被抄到，则短时间内该设备其他整点电量被抄到的概率较低，此时有必要尝试切换到下一台下行设备，因此本文中推荐整点n在外，设备序号i在内的双循环遍历方式，循环展开后如图1所示。

图1 循环展开后的示意图

2.4 hfin的应用

对于任一台下行设备任一次冻结电量的抄读，首先判断其hfin，若为True则跳过，若为False，就通过载波下发抄读该台下行设备该次冻结电量的命令，若在超时等待时间内收到了数据报文，置hfin为True，否则不做处理，抄读程序流程如图2所示。

图2 小时线损冻结电量抄读程序流程图

3 试点应用

新方法在陕西某试点台区进行验证，载波抄读情况可从融合终端的日志文件导出。应用新方法前，某一台下行设备在某一个自然日的整点冻结电量被抄读情况见表1，从表1可看出，只有12个整点被抄到，未被抄到的冻结电量大部分集中在昼间。

表1 某下行设备冻结电量被抄读情况

应用新方法后，同台下行设备在另一个自然日的整点冻结电量全部被抄通，抄读次数见表2。

表2 某下行设备冻结电量被抄读次数

4 结束语

低压配变台区精益线损分析的应用价值凸显，方案设计应对载波通信的特性做了充分考虑，提高了线损计算的及时性、准确性和完整性。对于小时线损的每一个整点冻结电量，新方法将其抄读时间窗扩大到未来24小时，被抄到的概率可达到或无限接近100%，这在不牺牲及时性的前提下保证了数据的完整性，因为每个新整点到来后，最先抄读的是上1次冻结电量，任一冻结电量只要被抄到就不会被再次抄读，避免了载波资源的浪费。本文所述载波抄读方法同样适用于15分钟级、日级、周级和月级线损分析。随着通信技术的发展，通信速率更快、可靠性更高且成本相当乃至更低的通信方案有望出现，将支撑配变台区高频次海量数据的采集，推动数据的二次开发利用。■