介紹電力采集終端判斷電流驟降告警的機(jī)制

隨著我國電力行業(yè)的發(fā)展，電力技術(shù)與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合越來越緊密，智能電力采集系統(tǒng)也得到了廣泛應(yīng)用。鑒于此，介紹了一種能自動(dòng)檢測電網(wǎng)電流是否存在異常，主動(dòng)向主站上報(bào)異常告警信號(hào)，并且可以存貯異常信息、使用液晶界面查閱告警信息記錄的機(jī)制，大幅提高了智能電力采集終端運(yùn)行的實(shí)用性和可維護(hù)性。

引言

當(dāng)前，隨著電力行業(yè)的迅速發(fā)展，電力采集設(shè)備的廣泛應(yīng)用，電力采集系統(tǒng)能通過電力采集終端采集臺(tái)區(qū)電能表數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)對居民用戶電量的每日監(jiān)控，進(jìn)而把控臺(tái)區(qū)供電情況[1]。

電力網(wǎng)絡(luò)分布復(fù)雜，不同的臺(tái)區(qū)所處的環(huán)境各不相同，因此會(huì)出現(xiàn)很多突發(fā)狀況。目前采集終端也有很多告警事件上報(bào)機(jī)制，如電壓斷相、電流斷流、電壓逆相序、表蓋門開啟等，能夠滿足主站對所在臺(tái)區(qū)電能質(zhì)量監(jiān)控的基本要求[2]，但仍缺乏對電網(wǎng)中電流瞬時(shí)波動(dòng)的監(jiān)測，當(dāng)瞬時(shí)電流波動(dòng)過大時(shí)可能會(huì)損壞用電設(shè)備。因此，本文從設(shè)計(jì)角度出發(fā)，提出一種在電力采集終端運(yùn)行過程中能實(shí)時(shí)采集電流數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析的機(jī)制，如果存在電流下降異常情況，終端將存儲(chǔ)這條異常信息，并通過無線公網(wǎng)或以太網(wǎng)把這條信息上報(bào)給用電管理主站系統(tǒng)，以便供電局人員實(shí)時(shí)監(jiān)測異常，發(fā)現(xiàn)異常能立即派遣現(xiàn)場維護(hù)人員進(jìn)行處理，維護(hù)電網(wǎng)的穩(wěn)定性。

1 電流驟降告警實(shí)現(xiàn)原理

1.1 基本框圖

圖1為電力采集系統(tǒng)運(yùn)作的基本框圖，電力采集系統(tǒng)異常告警的判斷、產(chǎn)生、上報(bào)主要依托以下幾個(gè)方面：

（1）終端下行通信：采集終端下行主要通過RS485方式或載波通信方式與電表進(jìn)行數(shù)據(jù)交換[3]，根據(jù)任務(wù)的內(nèi)容定時(shí)分階段地采集電能表數(shù)據(jù)。采集到數(shù)據(jù)后直接轉(zhuǎn)發(fā)給主站，或?qū)?shù)據(jù)存儲(chǔ)在采集終端中并進(jìn)行分析。

（2）采集終端：終端能對采集的電表數(shù)據(jù)和自己本身的交采數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析，判斷是否有漏采數(shù)據(jù)或采集到異常告警事件等，若有異常產(chǎn)生則終端存儲(chǔ)該條異常告警信息，并準(zhǔn)備通過上行通信上報(bào)給主站。

（3）終端上行通信：終端上行通信主要是與用電管理系統(tǒng)主站進(jìn)行交互，終端可以接收主站下發(fā)的報(bào)文，解析報(bào)文后執(zhí)行主站要求的一系列動(dòng)作命令或參數(shù)設(shè)置。終端也可以主動(dòng)向主站上報(bào)數(shù)據(jù)，尤其是當(dāng)采集終端或電表異常時(shí)，終端本身會(huì)產(chǎn)生告警，并立即將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行組包然后上報(bào)主站。

1.2 軟件實(shí)現(xiàn)

1.2.1電流驟降的定義

電力智能采集終端按周期進(jìn)行判斷，當(dāng)電壓正常（當(dāng)前電壓大于額定電壓60%即為正常電壓）時(shí)，如果在上一周期的平均電流大于閾值的情況下檢測到電流發(fā)生驟降（驟降比例超過了閾值），并且持續(xù)時(shí)間長達(dá)6 s以上，表示系統(tǒng)發(fā)生了電流驟降，則記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，主動(dòng)上報(bào)給用電管理主站。

1.2.2電流驟降的參數(shù)

為了讓智能終端電流驟降告警上報(bào)功能可以適應(yīng)不同的場景，智能終端在flash中開辟了一塊內(nèi)存用于存儲(chǔ)終端電流驟降判斷過程中涉及的各類參數(shù)，首先將參數(shù)寫入內(nèi)存（開始有初始值），代碼運(yùn)行過程中用到該參數(shù)時(shí)再從內(nèi)存中讀取參數(shù)的值，也可以在運(yùn)行過程中根據(jù)需求變動(dòng)對參數(shù)進(jìn)行修改[4]。智能終端修改參數(shù)的方法主要有3種：通過液晶屏手動(dòng)直接修改，通過用電管理主站下發(fā)參數(shù)設(shè)置報(bào)文修改，通過U盤插入終端進(jìn)行修改。

電流驟降功能主要涉及以下各項(xiàng)參數(shù)：

（1）電流驟降告警判斷閾值（閾值為0時(shí)則表示關(guān)閉驟降判斷功能）：能夠適應(yīng)不同的用電環(huán)境，對于用電環(huán)境穩(wěn)定性要求高的電氣設(shè)備可以提高閾值，反之則可以降低閾值。

（2）電流驟降告警判斷間隔時(shí)間（默認(rèn)時(shí)間為1 min）：根據(jù)用戶的需求能夠自由修改電流驟降判斷的周期。

（3）電流驟降告警判斷電流最小值：如果上一周期的電流小于此值，則此輪判斷無意義，直接結(jié)束判斷。

1.2.3電流驟降的判斷

電流驟降的判斷過程主要分為獲取當(dāng)前瞬時(shí)電壓/電流、計(jì)算平均值、進(jìn)行閾值判斷等。圖2為電流驟降判斷的主流程圖。

（1）終端首先獲取當(dāng)前的三相瞬時(shí)IA、IB、IC、UA、UB、UC。為了能夠精準(zhǔn)有效地獲取以上數(shù)據(jù)，將電流驟降判斷條件平均值的獲取和電流驟降判斷過程放在不同的線程中，獲取到的數(shù)據(jù)存入專門的結(jié)構(gòu)體中。

（2）這里將上周期的時(shí)間定義為1 min。當(dāng)終端上電后，為了保證每一秒鐘都能獲取到上一周期的平均值，可以采用數(shù)組的方法記錄。以三相中IA為例：在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)體中可以定義一個(gè)長度為61的數(shù)組，每秒鐘刷新數(shù)組中每一個(gè)元素的值（使數(shù)組中每一個(gè)元素的值等于后面一個(gè)元素的值，最后一個(gè)元素等于當(dāng)前的瞬時(shí)IA值），累加前60位元素的和再求平均值，該平均值則為第61個(gè)元素（瞬時(shí)IA值）上一周期的平均值A(chǔ)VE_IA。剩下IB、IC、UA、UB、UC的處理方式與IA相同。

（3）電流驟降是否發(fā)生的判斷主體每分鐘進(jìn)入一次，每次進(jìn)入判斷，首先從內(nèi)存中讀取各項(xiàng)參數(shù)：電流驟降告警判斷閾值、電流驟降告警判斷間隔時(shí)間、電流驟降告警判斷電流最小值。

（4）參數(shù)獲取成功，進(jìn)入電流驟降告警判斷閾值條件判斷，當(dāng)閾值為0時(shí)直接結(jié)束判斷。當(dāng)閾值大于0時(shí)，進(jìn)入電流驟降告警時(shí)間間隔條件判斷，時(shí)間間隔默認(rèn)為1 min，當(dāng)時(shí)間間隔參數(shù)取值為n時(shí)，電流驟降判斷的時(shí)間間隔為nmin。如果當(dāng)前時(shí)間-上次判斷時(shí)間＜時(shí)間間隔，則直接結(jié)束判斷。

（5）電流驟降電壓是否正常的判斷和電流驟降比例是否超過閾值的判斷需要對A、B、C三相分別獨(dú)立進(jìn)行。以A相為例：首先A相驟降標(biāo)志A_FLAG初始為0值，當(dāng)A相電壓大于額定電壓的60%時(shí)，將A_FLAG的值置為1，反之則A相驟降標(biāo)志A_FLAG的值置為0；如果當(dāng)前瞬時(shí)電流IA＜上一周期平均電流AVE_IA與電流驟降告警判斷閾值的乘積，將A_FLAG的值置為1，反之則A相驟降標(biāo)志A_FLAG的值置為0。A_FLAG最終值獲取的情況如表1所示。

（6）當(dāng)A_FLAG的最終取值是1時(shí)，需以報(bào)文的形式給用電主站上報(bào)驟降發(fā)生時(shí)的一些數(shù)據(jù)：該告警發(fā)生的時(shí)間（6個(gè)字節(jié)）；驟降發(fā)生前一周期A、B、C三相的平均電壓（各為2個(gè)字節(jié)，單位為V）；驟降發(fā)生前一周期A、B、C三相的平均電流（各為3個(gè)字節(jié)，單位為A）；驟降發(fā)生時(shí)刻A、B、C三相的瞬時(shí)電壓（各為2個(gè)字節(jié)，單位為V）；驟降發(fā)生時(shí)刻A、B、C三相的瞬時(shí)電流（各為3個(gè)字節(jié)，單位為A）；驟降發(fā)生的相位（1個(gè)字節(jié)），該字節(jié)的高五位無效，全部為0，低三位有效，分別代表A、B、C三相中某一相，某一相發(fā)生驟降則代表該相位的某一位置1。

1.2.4 電流驟降持續(xù)時(shí)間判斷和上報(bào)主站

當(dāng)X_FLAG的最終取值是1時(shí)，也就是當(dāng)某一相的電流發(fā)生驟降時(shí)，還需要判斷此狀態(tài)是否持續(xù)了6 s以上，并且需要組包報(bào)文上報(bào)主站、清除標(biāo)志等。圖3為該過程的流程圖。

（1）電力采集終端首先獲取A、B、C三相每一相的X_FLAG，如果獲取到的值為0，則結(jié)束這一相的判斷，反之則進(jìn)入下一步判斷。

（2）此處再次進(jìn)行當(dāng)前瞬時(shí)電流IX是否小于上一周期平均電流AVE_IX與電流驟降告警判斷閾值乘積的判斷，如果條件不成立，那么結(jié)束判斷，將該相的X_FLAG置0，并將累計(jì)的時(shí)間time_sum清零。

（3）當(dāng)累計(jì)持續(xù)時(shí)間大于6 s，即time_sum的值大于等于6時(shí)，表示條件達(dá)成，終端把這條電流驟降告警的發(fā)生時(shí)間、日期以及3個(gè)相位中哪幾相發(fā)生驟降的信息存入終端內(nèi)存之中，并能使用操作液晶屏的方式查看每一條告警發(fā)生的時(shí)間和具體發(fā)生的相位等信息，能詳細(xì)顯示哪幾相發(fā)生驟降并將是否需要上報(bào)主站的標(biāo)志位標(biāo)記為true。具體發(fā)生驟降的情況有以下幾種：A相電流發(fā)生驟降、B相電流發(fā)生驟降、C相電流發(fā)生驟降、AB相電流發(fā)生驟降、AC相電流發(fā)生驟降、BC相電流發(fā)生驟降、ABC相電流發(fā)生驟降。

（4）若主站與終端通信正常，并且有需要上報(bào)主站的事件即上報(bào)主站的標(biāo)志為true，則上報(bào)該條告警記錄，具體包括：該告警發(fā)生的時(shí)間；驟降發(fā)生前一周期A、B、C三相的平均電壓；驟降發(fā)生前一周期A、B、C三相的平均電流；驟降發(fā)生時(shí)刻A、B、C三相的瞬時(shí)電壓；驟降發(fā)生時(shí)刻A、B、C三相的瞬時(shí)電流驟降發(fā)生的相位等數(shù)據(jù)。對獲取到的數(shù)據(jù)按照終端與主站的通信規(guī)約進(jìn)行特殊的格式處理，并進(jìn)行報(bào)文組包，報(bào)文組包成功，則通知UTM模塊發(fā)送該條報(bào)文至主站。上報(bào)成功后，將是否需要上報(bào)主站的標(biāo)志位標(biāo)記為false，表明該條記錄已經(jīng)上報(bào)過主站，避免發(fā)生重復(fù)上報(bào)。

（5）上報(bào)主站完成之后，清除A、B、C三相的驟降標(biāo)志X_FLAG，將判斷是否持續(xù)驟降狀態(tài)6 s累計(jì)的時(shí)間值time_sum清零，然后結(jié)束此次判斷。

2 存在的不足

電力采集終端采用電流驟降告警事件存儲(chǔ)及主動(dòng)上報(bào)機(jī)制，能監(jiān)測現(xiàn)場的電流波動(dòng)情況，但仍具有一些不足之處：目前只能對智能終端本身電流驟降情況進(jìn)行監(jiān)測，對于被終端采集的電表的電流驟降情況還無法進(jìn)行監(jiān)測[5]。這主要是由于電力載波線或RS485線的傳輸速率有限，終端24 h還需要執(zhí)行很多不同的采集任務(wù)去抄讀電表的其他各項(xiàng)數(shù)據(jù)，不能每時(shí)每刻采集電壓/電流情況，因此無法進(jìn)行終端下所接電表電流驟降的實(shí)時(shí)判斷。

解決方法：可以給電表增加一個(gè)采集上一周期平均電流/電壓的功能，類似終端記錄上一周期每一相電流/電壓平均值的功能并能被終端采集。終端僅需在達(dá)到驟降判斷的時(shí)間間隔時(shí)，采集電表上一周期的電流/電壓平均值以及瞬時(shí)電壓/電流等數(shù)據(jù)，即可進(jìn)行同終端相同流程的電流驟降判斷。

3 結(jié)語

本文介紹了電力采集終端判斷電流驟降告警的機(jī)制，并且對此提出了更加完善的策略，能夠根據(jù)不同的用電場景，設(shè)置不同的閾值等參數(shù)，提高用電設(shè)備的安全性。當(dāng)電流波動(dòng)較大時(shí)，終端能夠通過主動(dòng)上報(bào)方式立馬通知主站用電管理系統(tǒng)，用電管理系統(tǒng)能通過上報(bào)的一系列數(shù)據(jù)，快速再現(xiàn)終端告警發(fā)生時(shí)現(xiàn)場的具體情況，從而快速定位問題所在。另外，該機(jī)制提供了液晶接口，便于現(xiàn)場的管理維護(hù)。

審核編輯：劉清