实时补偿下的智能电能表日计时误差修正方法分析
时间：2022-12-08 16:05:03 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
刘兴龙 代盛国 艾 渊 杨 茗 杨 昊
（云南电网有限责任公司）
目前，我国电力网络中智能电表基本普及，用电信息采集系统逐步完善，基本实现“全覆盖、全采集、全费控”的目标，同时上行通信网络建设日趋完善，电力系统整体呈现智能化发展趋势。但就当前的现状来看，电力系统在面向台侧区细粒度设备感知、精细化管理以及非计量功能深化应用等方面尚待进一步发展，其中比较突出的问题之一就是智能电能表时钟异常。智能电能表时钟异常，不仅影响到用电信息采集成功率、线损率的有效管控，还容易造成分时费率计量错误，引发客户投诉。其中，以单相智能电能表时钟异常现象尤为突出，主要是因为其安装数量大，经常出现大批量的时钟异常，这对居民客户分时电价执行造成了不稳定因素，时钟异常导致的智能电能表报警灯亮、白屏一直以来都是用户反映的热点问题，作为供电企业必须及时、有效解决智能电能表时钟异常问题。
根据智能电能表计量检定相关规程规定，电能表时段投切误差不大于5min，后续检定时，多费率电能表的时钟误差应低于10min［1］。但是，近年来随着用电信息采集系统建设的不断完善以及电力优质服务工作的不断深入，对电能表时钟异常的治理工作越来越重视，同时也提出了更高要求，将采集系统时钟异常的预警提高到3min。若智能电能表日计时误差过大，则会产生多方面影响，下面进行具体分析。
1.1 影响电费计量
为保障电力资源的持续供应，近年来我国开始实施分时电价以及阶梯电价政策，以引导用户错峰用电，达到削峰填谷的目的。分时用电政策主要是根据用户的用电情况，分为用电高峰期和用电低谷期，高峰期电价较高，低谷期电价则较低；
阶梯电价政策指的是随着用户用电量的增加，阶梯式提高电价，这两项政策都是为了节约电力资源，确保居民用电、农业用电以及工商业用电正常［2］。若智能电能表日计时误差超出允许范围，则可能出现如下情况：当执行高峰期电价时，受时钟误差的影响，虽然实际时间已经处于非用电高峰期，但智能电能表仍处于高峰期时段，这就意味着用户在高峰期时段消耗的电量增加，相应的电费也会增加。
1.2 影响日线损考核指标准确性
用电信息系统采集用户用电数据时统计的是智能电能表当日0：00时的冻结用电量，但是若因时钟电路故障、时钟芯片故障以及时钟电池欠压等问题导致时钟异常，日计时误差偏大，则智能电能表正常日冻结动作的周期时间就会被打乱，根据集中器采集的上一次日冻结用电数据，就不能准确地计算出上一日0点至24点区间的用电量，从而影响到日线损考核指标的准确性［3］。
1.3 影响企业形象
企业形象是企业的无形资产之一，对于企业长远发展至关重要，智能电能表日计时误差过大，不仅会直接影响到电费计量以及日线损考核指标的准确性，同时也会对电力企业的企业形象产生负面影响。若出现大范围智能电能表时钟异常，则用户不仅会对智能电能表的质量产生质疑，同时对电力企业的服务能力、技术水平也会提出质疑，这会直接影响用户对电力企业的整体评价。
导致智能电能表日计时误差的因素较多，根据以往智能电能表检定经验来看，比较常见的因素主要包括以下几方面。
1）智能电能表内部的3.6V时钟电池欠压，造成此问题的原因主要包括两方面，一是智能电能表本身存在质量问题，时钟电池达不到设计标准；
二是智能电能表运行时间过长，未适时更换时钟电池［4］。当出现时钟电池欠压的情况后，智能电能表时钟会丧失计时功能，进而导致日计时出现较大误差。
2）用电信息采集系统终端自动对时功能异常，具体表现用户的电能表重复出现时钟异常的情况，或者同个计量箱内所有电能表日计时误差一致。出现这种情况时可以通过调节用电信息采集终端的参数F33或者纠正自动校时功能解决此问题。
3）受智能电能表所处环境的影响，导致日计时误差。智能电能表在出厂前的检测中，所处环境为实验室环境，各种条件相对理想，智能电能表各项功能运行正常［5］。但是在实际运行环境中，受磁场等相关因素的影响，可能会对智能电能表部分功能产生一定影响，进而导致出现日计时误差。
4）掌机抄表时造成智能电能表日计时误差。在掌机抄表过程中，会对相应的智能电能表自动对时，此时若掌机时间存在误差，则必然导致智能电能表的时钟也会受到影响，从而出现日计时误差［6］。
5）用电信息采集系统主站出现误报。信息采集主站和智能电能表间的通信存在一定延迟，尤其是在任务比较集中时，会出现较大延迟，而此时延迟时间会被计入时钟误差当中，实际上智能电能表日计时不一定存在误差，因此这种情况多为信息采集系统主站误报。
3.1 设计目标
本修正方案的设计目标是：通过设计一款具备自动校时功能的物联网模块，实现周期性修正智能电能表日计时误差的功能，从而有效避免因时钟差异导致的数据采集同期偏差问题；
最大限度减少智能电能表因时钟异常问题造成的设备更换费用［7］；
通过有效的时钟异常治理方案，纠正存在日计时误差的智能电能表，保证台区内所有智能电能表真实时间与实际时间保持一致，满足数据采集精益化管理要求，实现台区智能电能表时钟的有效治理。
3.2 适用范围
本修正方案提出的智能电能表日计时误差修正，主要是通过设计一款具备自动校时功能的物联网模块，针对现场运行的智能电能表日计时偏差在5～30min（包含30min）的问题进行修正，实现周期性校正智能电能表日计时误差的功能，可有效解决因电表长期运行电池欠压、时钟芯片故障、时钟电路故障等因素造成的智能电能表日计时误差，避免影响台区整体电表数据采集的问题，有效延长了智能电能表的轮换周期，增加了智能电能表的使用寿命，可为电力公司节省一笔设备轮换费用。
3.3 设计原理
DL／T 645—2007《中华人民共和国电力行业标准多功能电能表通信协议》内对电表时钟偏差校时有明确定义：广播校时功能：强制从站与主站时间同步；
控制码：C＝08H；
数据域长度L＝06H。数据域：YYMMDDhhmmss（年.月.日.时.分.秒）；
帧格式，如表所示。
表 帧格式
协议中明确规定“仅当从站的日期和时钟与主站的时差在±5min以内时执行广播校时命令，即将从站的日期时钟调整到与命令下达的日期时钟一致”且“每天只允许校时一次”［8］。考虑到现场存量智能电能表多数运行时间较长，电池欠压问题较为常见，此类型电表偏差值普遍在5min以上，依靠已有的广播校时功能无法有效解决误差。
本方案计划设计一种具备时间存储功能的物联网模块，集中器每周进行一次全网广播校时，智能电能表端通信单元收到校时命令后，解析出时间并存储。模块每天获取电表时间进行判断，若电表时间相对于模块时间偏差5～30min，则模块每天主动校准电表时间使电表时间偏差减小，直到把电表时间校准到偏差小于5min（电表只响应偏差5min以内校准时间）。通信单元与表在进行其他业务交互时，通信单元不进行对时操作。
3.4 软件运行流程
软件运行流程如下：①通信单元首次接收到校时时间；
②通信单元解析出时间并存储时间t；
③通信单元利用广播校时功能对智能电能表进行校时；
④系统读取智能电能表日期D（04000101）与T（04000102）；
⑤若T与t的误差值不在30min以内，则不需要进行二次校时，若误差值在30min以内，则执行下一步，判断误差值是否处于5min以内；
⑥若T与t的误差值在5min以内，则不需要进行二次校时；
若误差值不在5min以内，则通过通信模块用T－5min对智能电能表进行校时。⑦若二次校时完成后，T与t的误差值仍不在5min内，则重复执行④～⑥，直至误差值处于5min以内。软件运行流程如图所示。
图 软件运行流程图
3.5 软件测试
为验证本修正方案的可靠性与可行性，设计如下测试来评估本方案修正效果。首先是环境搭建。由于集中器不支持精准治理，现在通过电源托班＋路由进行报文下发，增加一个智能电能表，表号为001901129939。其次是精准时间治理。该智能电能表时钟时间与实际时间相差15min，电能表每次仅支持1次时间校准，经过4d的校准可以将电能表时钟时间与实际时间调整一致。时间校准过程如下：①下发coo（68 17 00 00 5F 00 00 01 05 02 0B 39 99 12 01 19 00 01 01 b3 16）开始时间精准治理开关，coo回复确认帧（68 15 00 83 00 00 00 00 00 01 00 01 00 FF FF FF FF 00 00 81 16）；
②下发后STA获取智能电能表真实时间rtc：21－11－09 12：04：11，此时实际时间应当为12：19：11，开始下发时钟校准报文；
③12：08开启进行报文下发，监控STA报文如下：［67_gw］＃settg＝6；
mac to app！；
Recv data：01 22 01 00 3A 3E 9B 68 99 99 99 99 99 99 68 08 06 33 3B 45 3C 44 54 FB 16；
rtc：21－11－09 12：08：00；
Send tometer：68 99 99 99 99 99 99 68 08 06 33 3B 3C 44 54 FB 16；
④报文下发后，智能电能表的真实时间会被校准5min，即与实际时间的误差还有10min，此后系统每天对该智能电能表的真实时间校准1次，经过4d即可将智能电能表真实时间与实际时间调整一致。
3.6 效果评估
根据测试结果来看，本文提出的实时补偿下的智能电能表日计时误差修正方案可靠性高且具有可行性，这款具备自动校时功能的物联网模块，具备周期内对智能电能表日计时误差进行校准的功能，有效解决了智能电能表因各种因素导致的日计时误差。对于电力企业而言，这在很大程度上延长了智能电能表使用寿命，节省了一笔设备更换费用，提高了设备使用效率；
有效解决了用电信息采集系统数据采集以及日线损考核指标不准确的问题；
维护了用户的利益，显著提升了电力服务质量，有助于电力企业建立良好的企业形象。
综上所述，随着我国分时电价、阶梯电价政策的大范围推广以及日线损考核准确性要求提升，对于智能电能表时钟功能提出了更高的要求，无论是从电力自身而言，还是从用户的角度而言，都需要有效解决智能电能表日计时误差的问题，以确保用户用电信息采集准确性高，日线损率得到有效管控，一方面可以进一步提升电力服务质量，优化用户体验；
另一方面也能创造更高的社会效益与经济效益。
