高源晴

摘 要：在當(dāng)前智能電網(wǎng)發(fā)展的大背景下，采用分布式計(jì)算模式具有一定現(xiàn)實(shí)意義。本文結(jié)合分布式電能量計(jì)量系統(tǒng)的整體架構(gòu)，對(duì)分布式計(jì)算在電能計(jì)量系統(tǒng)中的作用及具體應(yīng)用進(jìn)行分析與討論。

關(guān)鍵詞：分布式計(jì)算 電能量計(jì)量系統(tǒng) 電能量采集 負(fù)載均衡應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TM73 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2013）03（c）-0008-02

以當(dāng)前我國(guó)電能量計(jì)量系統(tǒng)裝備來(lái)看，主要為單相有功電度表或三相有功電度表，負(fù)控、集抄終端等，但人工抄表現(xiàn)象仍然存在，既浪費(fèi)時(shí)間、人力，又容易出錯(cuò)；另外，由于普通電度表的線損問(wèn)題、人為竊電問(wèn)題，造成個(gè)別地區(qū)電價(jià)持續(xù)上升，給用戶帶來(lái)了諸多不便。因此，如何改進(jìn)電能計(jì)量和計(jì)費(fèi)方法，已成為當(dāng)前供電發(fā)展必須思考的話題，分布式計(jì)算在電能計(jì)量系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用具有重要意義。

1 分布式電能量計(jì)量系統(tǒng)概述

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，在用電管理方面也起到積極作用。計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的應(yīng)用便捷、查詢簡(jiǎn)單，可節(jié)約較大的時(shí)間和人力，提高了工作效率與工作質(zhì)量。目前，企業(yè)級(jí)別的電力負(fù)荷監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、電力負(fù)荷控制系統(tǒng)已經(jīng)在一些地區(qū)應(yīng)用，效果相對(duì)較好。但是我國(guó)普通的低壓電力用戶數(shù)量龐大、分布在不同區(qū)域，不能采取企業(yè)級(jí)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的抄表方法，其傳輸信道、設(shè)備數(shù)量等都將受到限制。結(jié)合這一實(shí)際情況，該系統(tǒng)中考慮將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)街饔?jì)算機(jī)中，通過(guò)主計(jì)算機(jī)再發(fā)布到管理中心，全程實(shí)施分布式控制方法[1]。

為了支持電力系統(tǒng)自動(dòng)計(jì)量和自動(dòng)計(jì)費(fèi)，設(shè)計(jì)應(yīng)用了分布式電能計(jì)量與計(jì)費(fèi)系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要分為四大系統(tǒng)：（1）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。（2）應(yīng)用服務(wù)器及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。（3）電能量計(jì)量平臺(tái)支撐軟件。（4）電能量計(jì)量終端。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在該系統(tǒng)中，以負(fù)載均衡的服務(wù)器作為中央控制機(jī)，在整個(gè)系統(tǒng)中承擔(dān)管理的重任；通過(guò)冗余以太網(wǎng)的雙網(wǎng)結(jié)構(gòu)，將系統(tǒng)中所有的中央控制機(jī)與網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。另外，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)安裝到二次側(cè)中，管理電網(wǎng)運(yùn)行中的各項(xiàng)參數(shù)，最終將這些參數(shù)傳輸?shù)街醒肟刂茩C(jī)即可。在用戶終端，包括了電子電度表、計(jì)算機(jī)控制兩大部分，為全電子構(gòu)造模式[2]。另外，該方案的實(shí)現(xiàn)還有一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，就是利用以太網(wǎng)、PSTN、專線等多種通信形式來(lái)傳輸信號(hào)，已滿足各終端設(shè)備不同的接入需求。

2 分布式電能量計(jì)量系統(tǒng)的應(yīng)用特征

在分布式電能量計(jì)量系統(tǒng)中，具有清潔、環(huán)保、便捷等優(yōu)勢(shì)，可增強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行的安全性、可靠性，降低成本。另外，針對(duì)電能計(jì)量及控制技術(shù)，還具備如下特征。

（1）負(fù)荷波動(dòng)范圍相對(duì)寬泛，如太陽(yáng)能、風(fēng)電等應(yīng)用，會(huì)受到地域、環(huán)境等影響，輸出負(fù)荷可能不穩(wěn)定；加強(qiáng)對(duì)電能質(zhì)量監(jiān)控的重視，如果不能符合標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)停止并網(wǎng)運(yùn)行，確保電網(wǎng)電能的清潔度、優(yōu)質(zhì)性。

（2）負(fù)荷潮流實(shí)行雙向流動(dòng)形式，換向過(guò)程較為頻繁；在分布式能源應(yīng)用的架構(gòu)中，客戶作為受電端的同時(shí)，也可能成為發(fā)電端，需要確保雙向、公平性、精準(zhǔn)性計(jì)量；由于客戶采取自發(fā)式并網(wǎng)的頻率比較高，因此由于并網(wǎng)拉合閘而造成的沖擊問(wèn)題，將會(huì)影響表計(jì)的運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性[3]。

（3）該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)供用電信息數(shù)據(jù)的雙向傳輸和控制，同時(shí)支持若干通信方式的兼容與并存。

（4）實(shí)現(xiàn)總體正反向有功電能計(jì)量和分相有功電能計(jì)量，其計(jì)量精度可達(dá)到0.5S級(jí)；同時(shí)分相和總體四象限無(wú)功電能計(jì)量，其計(jì)量精度達(dá)到0.5S級(jí)。

（5）可對(duì)電流、電壓、有功功率、無(wú)功功率及頻率、濾波等參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，其中電流測(cè)量精度與電壓測(cè)量精度均可達(dá)到0.2級(jí)，諧波測(cè)量的精度為A級(jí)。在終端可以保存系統(tǒng)的電流、電壓、電能計(jì)量、諧波、功率等曲線數(shù)據(jù)。

（6）在系統(tǒng)外設(shè)置了以太網(wǎng)通信接口，便于將數(shù)據(jù)接入到電能量采集系統(tǒng)中；在集中管理單元，圖形用戶界面相對(duì)完善，可利用表格、曲線等查看系統(tǒng)中的終端數(shù)據(jù)，做好終端配置、參數(shù)等日常維護(hù)與管理。

3 分布式電能量計(jì)量系統(tǒng)的應(yīng)用

對(duì)于電能量計(jì)量系統(tǒng)運(yùn)行來(lái)說(shuō)，其后臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器涉及到數(shù)據(jù)的采集、處理、統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、檢驗(yàn)等諸多業(yè)務(wù)量，包含了各種數(shù)據(jù)的采集入庫(kù)、統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)狀態(tài)校驗(yàn)和計(jì)算公式嵌套等，具有并發(fā)量大、海量數(shù)據(jù)多、處理要求高等特征。在電能量計(jì)量系統(tǒng)的后臺(tái)計(jì)算過(guò)程中，配備了兩臺(tái)HA的高性能小機(jī)集群進(jìn)行處理，但是運(yùn)行效果仍不理想，尤其處于每日零點(diǎn)階段時(shí)，采集的任務(wù)大量并發(fā)，處于統(tǒng)計(jì)計(jì)算的高峰期，可能發(fā)生擁堵現(xiàn)象，造成結(jié)果的滯后性；同時(shí)，如果前置的數(shù)據(jù)發(fā)生了變化，還可能引起統(tǒng)計(jì)計(jì)算重算問(wèn)題，增大系統(tǒng)運(yùn)行的負(fù)荷量。通過(guò)采取分布式電能量計(jì)量方法，完成如下運(yùn)行過(guò)程。

（1）分時(shí)電能計(jì)量。

在不同時(shí)間段，電能應(yīng)用的負(fù)荷有所不同，因此在電能表或者計(jì)量系統(tǒng)的終端可以實(shí)現(xiàn)電能量的分時(shí)段累計(jì)和存儲(chǔ)，一般周期約為5～30 min，也可以調(diào)節(jié)為最小周期1 min，只要與調(diào)度計(jì)劃下發(fā)的周期相符即可。

（2）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集。

為了確保正常讀取電量，應(yīng)該保證和電能表或者計(jì)量終端的同步性，能夠與GPS時(shí)鐘進(jìn)行對(duì)時(shí)，將其誤差控制在1 s/d之內(nèi)；同時(shí)系統(tǒng)可以支持自動(dòng)化的重發(fā)功能，即使發(fā)生通道中斷，仍然能夠保存當(dāng)時(shí)的數(shù)據(jù)，確保系統(tǒng)恢復(fù)使用后數(shù)據(jù)的完整性、可用性。

（3）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理。

如果發(fā)生數(shù)據(jù)遺失或者數(shù)據(jù)無(wú)效等問(wèn)題，用戶可以通過(guò)人工輸入的方法取代原始數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)庫(kù)的替代值中，輸入不可以擦除的標(biāo)志之后，可以用于統(tǒng)計(jì)及分析。由于電能量計(jì)量系統(tǒng)的結(jié)果非常重要，系統(tǒng)應(yīng)該實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的校對(duì)與處理。

（4）系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理。

電能量計(jì)量系統(tǒng)的應(yīng)用直接面向用戶，支持基于WEB瀏覽技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)查詢；同時(shí)，WEB服務(wù)器的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的安全隔離，從系統(tǒng)傳輸?shù)絎EB服務(wù)器機(jī)制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全管理；當(dāng)用戶訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)之前，需要對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)接口提供的頁(yè)面進(jìn)行訪問(wèn)，確認(rèn)用戶身份、權(quán)限之后，方可進(jìn)入相應(yīng)的頁(yè)面。

由上可見(jiàn)，基于分布式計(jì)算模式的電能計(jì)量系統(tǒng)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了集中管理單元與計(jì)量終端的有效通信，通過(guò)以太網(wǎng)將電能量計(jì)量系統(tǒng)連接到電能量采集系統(tǒng)中，可以隨時(shí)掌握各線路的線損狀況、負(fù)荷狀況等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)盜竊電行為并采取相應(yīng)措施，可有效實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益，協(xié)助電力公司提高供電系統(tǒng)的維護(hù)與管理能力。

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