張波， 唐亮， 張靖， 唐軼軒， 梁曉偉， 張良

(1. 國網(wǎng)安徽省電力公司，安徽 合肥 230022；2. 國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院，安徽 合肥 230022；3. 國電南瑞科技股份有限公司，江蘇 南京 211106)

0 引 言

在發(fā)用電系統(tǒng)中，為保障發(fā)電企業(yè)的利益，根據(jù)電力法規(guī)的要求，一般在電廠線路側(cè)設(shè)置結(jié)算關(guān)口計(jì)量點(diǎn)[1-3]。當(dāng)電廠不發(fā)電或其出力較小時(shí)，電廠的出線中會存在既從電網(wǎng)受電，同時(shí)又向電網(wǎng)送電的情況，而這部分電量并沒有進(jìn)入到電廠站用電系統(tǒng)中去，只是在電廠母線穿越后，又回到了電網(wǎng)，稱之為穿越電量[4]。此時(shí)，通過出線側(cè)的關(guān)口計(jì)量表無法區(qū)分穿越電量和上下網(wǎng)電量，而由于上下網(wǎng)電價(jià)性質(zhì)不同，電價(jià)存在較大差異，需要分別計(jì)量。

當(dāng)前，常采用改變計(jì)量點(diǎn)位置、改變運(yùn)行方式和公式計(jì)算的方法計(jì)算上下網(wǎng)電量。一種將計(jì)量點(diǎn)位置由出線開關(guān)處移至電廠主變高壓側(cè)電流互感器處的方案[5]，從原理著手解決了穿越電量經(jīng)過電廠計(jì)量點(diǎn)的問題，但主變低壓側(cè)母線需分段運(yùn)行，以防發(fā)電量經(jīng)其中一臺主變返送至廠用電被誤計(jì)為電廠下網(wǎng)電量。改變運(yùn)行方式的方法一般是將雙回路母線改成單回路[6]，安全性不能得到保證。一種將斷路器輔助接點(diǎn)接入繼電器回路，根據(jù)運(yùn)行工況對電壓回路進(jìn)行自動投切來實(shí)現(xiàn)邏輯判斷的方法[7]，從底層開關(guān)狀態(tài)著手，較全面地分析了整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，但參與邏輯組態(tài)的斷路器較多，分析過程較繁瑣。對出線側(cè)計(jì)量表采集到瞬時(shí)有功功率方向進(jìn)行判斷的公式計(jì)算方法，可實(shí)現(xiàn)對機(jī)組運(yùn)行工況的判斷[8]，但缺乏具體的判斷邏輯，有電量凍結(jié)功能的計(jì)量表計(jì)[9]能很好解決這一問題。

本文方案包含基于電量凍結(jié)的計(jì)量點(diǎn)改進(jìn)及集中式就地計(jì)量兩種：前者根據(jù)關(guān)口雙向凍結(jié)計(jì)量表的瞬時(shí)功率提取凍結(jié)指令特征判斷值，給出了6種用電模式及電量計(jì)算方法；后者增加電廠發(fā)用電線路計(jì)量表，通過發(fā)用電電量計(jì)算上下網(wǎng)電量，結(jié)合出線側(cè)凍結(jié)電量數(shù)據(jù)得到穿越電量。最后，經(jīng)過爐橋電廠的實(shí)例應(yīng)用，驗(yàn)證了方案的有效性。

1 穿越電量及其現(xiàn)有計(jì)量方式分析

1.1 上下網(wǎng)穿越電量

典型電廠組網(wǎng)如圖1所示。圖1所示的系統(tǒng)主要由兩臺發(fā)電機(jī)、兩臺主變、四臺降壓變和兩條出線組成。

正常情況下，電廠開機(jī)并網(wǎng)通過L1、L2線向電網(wǎng)送電。而當(dāng)電廠不發(fā)電或出力較小，滿足不了出線側(cè)的負(fù)荷需求時(shí)，會出現(xiàn)以下三種工況：

工況一，電網(wǎng)由L1經(jīng)過電廠母線后由L2給負(fù)荷送電，有少部分電供給電廠使用，而大部分電被送至出線側(cè)的負(fù)荷，此部分電量只是在該電廠110 kV母線上發(fā)生了潮流穿越現(xiàn)象，這部分電量被稱為穿越電量，圖1中虛線所示僅為由L1經(jīng)電廠母線穿越至L2的現(xiàn)象；工況二，由L2經(jīng)電廠母線向L1的潮流穿越，同理工況一情形，方向與虛線方向相反；工況三為工況一二的組合情形，即在一段結(jié)算周期內(nèi)同時(shí)出現(xiàn)這兩種狀況。

1.2 現(xiàn)有計(jì)量方式分析

一般，結(jié)算關(guān)口計(jì)量點(diǎn)設(shè)置在發(fā)電企業(yè)出線側(cè)，如圖1所示計(jì)量點(diǎn)1、2所在位置。當(dāng)不存在穿越電量時(shí)，采用雙向計(jì)量電表，可以實(shí)現(xiàn)正反向電量的計(jì)量，規(guī)定：由出線流向電網(wǎng)母線的方向?yàn)檎较颍?A表示；反之，用-A表示。在一個(gè)結(jié)算周期內(nèi)，存在穿越電量時(shí)，+A包含上網(wǎng)電量、上網(wǎng)穿越電量兩部分；-A包含下網(wǎng)電量、下網(wǎng)穿越電量兩部分。此時(shí)，上下網(wǎng)電量不能被直接區(qū)分，故此，需要將上下網(wǎng)電量進(jìn)行區(qū)分計(jì)量。

2 電廠計(jì)量方案研究

2.1 基于電量凍結(jié)的改進(jìn)計(jì)量方案

以雙進(jìn)線的電廠為例，基于電量凍結(jié)的改進(jìn)計(jì)量方案系統(tǒng)架構(gòu)，如圖2所示。本方案僅通過在電廠高壓側(cè)增加一個(gè)采集控制器，而不用在廠內(nèi)增加計(jì)量設(shè)備，采集控制器具備凍結(jié)邏輯判斷、凍結(jié)事件觸發(fā)和穿越潮流計(jì)算功能。

圖2中，采集控制器采集到1、2計(jì)量點(diǎn)的信息，計(jì)算生成電廠1、2出線的瞬時(shí)功率P1和P2。高壓計(jì)量表計(jì)算得到A1+和A1-，分別為出線1正、反向潮流累計(jì)電量值；A2+和A2-分別為出線2正、反向潮流累計(jì)電量值。

基于采集到的出線瞬時(shí)功率P1和P2，以P1的狀態(tài)，及它們之間求和、乘積的組合狀態(tài)為依據(jù)，提取特征值εx，其中，狀態(tài)x=1,2,3。具體的，凍結(jié)邏輯判斷特征量可表示為：①ε1=P1+P2；②ε2=P1×P2；③ε3=P1。它們能全面地反映出線側(cè)功率大小及方向，對照表1的特征量狀態(tài)判別用電模式。

表1 凍結(jié)邏輯判斷

當(dāng)凍結(jié)邏輯判別的用電模式發(fā)生變化時(shí)進(jìn)行凍結(jié)事件觸發(fā)，發(fā)送凍結(jié)指令，并獲取兩個(gè)高壓側(cè)計(jì)量表的雙向電度值，針對不同用電模式進(jìn)一步計(jì)算上網(wǎng)、下網(wǎng)及穿越電量。

2.2 集中式就地計(jì)量方案

集中式就地計(jì)量系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示，該方案中，集中器作為中心連接點(diǎn)設(shè)備，將終端、主站和通信設(shè)備連接在一起。

集中式就地計(jì)量系統(tǒng)主要的配置有：

(1)通信通道的選擇：遠(yuǎn)程傳輸通道，指集中器到電廠主站的通信方式[10]，由集中器主動上傳信號給主站；本地?cái)?shù)據(jù)采集通道，即集中器到采集器或電能表的通信方式。

(2)集中式電能計(jì)量終端：綜合信號最優(yōu)傳輸線路長度及廠站實(shí)際區(qū)域間隔，以就近原則通過通信管理機(jī)對通信數(shù)據(jù)進(jìn)行整理匯總，將數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至集中器。由主站向雙向電表下發(fā)凍結(jié)命令，完成正反向電量保存命令，配置和選擇采集通道的通道號、通信方式，配置相應(yīng)通信參數(shù)，并在通信協(xié)議配置中，完成驅(qū)動程序名稱的選擇。

(3)通信方式：上行通信選擇GPRS方式；下行通信完成現(xiàn)場終端與電能表的數(shù)據(jù)通信，采用RS-485標(biāo)準(zhǔn)串型通信接口，用于組網(wǎng)構(gòu)建集中抄表網(wǎng)絡(luò)。

2.3 基于電量凍結(jié)的集中式就地計(jì)量方案

本節(jié)提及兩種計(jì)量方案，兩方案可獨(dú)立存在，也可互為主導(dǎo)方案，主導(dǎo)方案與輔助方案結(jié)合可以為計(jì)量問題的排查提供依據(jù)，或是為各自方案提供電量細(xì)化計(jì)算依據(jù)。

3 數(shù)據(jù)處理流程

電廠發(fā)用電情況描述為兩種情形：情形一，發(fā)電電量供給廠站負(fù)荷用電外有盈余，此時(shí)電廠向電網(wǎng)供電，含穿越電量的上網(wǎng)電量大于含穿越電量的下網(wǎng)電量；情形二，發(fā)電量滿足不了廠站負(fù)荷，此時(shí)電網(wǎng)向電廠供電，含穿越電量的上網(wǎng)電量小于等于含穿越電量的下網(wǎng)電量。以上標(biāo)s1、s2分別表示兩種情形，穿越電量可表示為：

(1)

(2)

式中:Athr為某一時(shí)段內(nèi)穿越電量之和；Ai+、Ai-分別為某一時(shí)段內(nèi)第i個(gè)表計(jì)的正、反向凍結(jié)電量；Aup、Adown分別為在某一時(shí)段內(nèi)上網(wǎng)、下網(wǎng)總電量。

3.1 電量凍結(jié)主導(dǎo)方案數(shù)據(jù)處理

圖4為電量凍結(jié)主導(dǎo)方案數(shù)據(jù)處理流程，經(jīng)凍結(jié)邏輯判斷后觸發(fā)凍結(jié)事件，對照凍結(jié)邏輯的不同用電模式即可實(shí)現(xiàn)對廠站用電、發(fā)電和穿越電量的計(jì)算。進(jìn)一步，通過式(1)、式(2)計(jì)算得到上下網(wǎng)電量，計(jì)量數(shù)據(jù)按時(shí)段上傳至省調(diào)計(jì)量系統(tǒng)。

凍結(jié)事件觸發(fā)后首先參照表2，計(jì)算上一模式執(zhí)行期間對應(yīng)的增加電度，即模式結(jié)束時(shí)凍結(jié)時(shí)刻兩高壓側(cè)表計(jì)對應(yīng)累計(jì)電度值減去模式開始時(shí)凍結(jié)時(shí)刻對應(yīng)累計(jì)電度值。

表2 凍結(jié)事件觸發(fā)后用電模式對照

3.2 集中式就地計(jì)量主導(dǎo)方案數(shù)據(jù)處理

集中式計(jì)量方式，在電廠進(jìn)線側(cè)發(fā)、用電線路上增加計(jì)量點(diǎn)，結(jié)合出線側(cè)凍結(jié)計(jì)量數(shù)據(jù)，進(jìn)行就地?cái)?shù)據(jù)集中處理。圖5所示為集中式就地計(jì)量主導(dǎo)方案數(shù)據(jù)處理流程。

圖5中，首先將各路計(jì)量表數(shù)據(jù)上傳至廠站主站，經(jīng)過廠站發(fā)用電量的不同情形判斷，選擇不同的上下網(wǎng)電量計(jì)算方式，當(dāng)廠站想要進(jìn)一步得到穿越電量時(shí)，具有雙向電量凍結(jié)功能的表計(jì)提供正反向電量數(shù)據(jù)以輔助計(jì)算，具體計(jì)算見式(3)～式(6)。

情形一，總發(fā)電量與總用電量差值為實(shí)際上網(wǎng)電量：

(3)

(4)

情形二，總用電量與總發(fā)電量差值為實(shí)際下網(wǎng)電量：

(5)

(6)

式中:Agi為發(fā)電線路所安裝表計(jì)的計(jì)量數(shù)據(jù)；A1dj為廠站內(nèi)用電線路安裝的表計(jì)；M、N分別為電廠發(fā)、用電線路安裝表計(jì)數(shù)。

4 算例分析

此前，爐橋電廠采用傳統(tǒng)出線側(cè)安裝關(guān)口計(jì)量表方式結(jié)算電費(fèi)，爐橋電廠組網(wǎng)接線如圖6所示，虛線部分代表了其可能出現(xiàn)的潮流穿越現(xiàn)象之一。

圖6中各線路標(biāo)出位置，在原有出線out1、out2側(cè)表計(jì)基礎(chǔ)上，共增加了8處表計(jì)。結(jié)合通信管理機(jī)，按就近原則及實(shí)際廠站內(nèi)間隔布置，爐橋電廠將劃分為out1、g1-1、g1-2、ld1、out2；ld2、g2-1、g2-2、ld3、ld4兩組，配置兩臺通信管理機(jī)對各類線路信號進(jìn)行整理、匯總，實(shí)時(shí)上傳至主站系統(tǒng)。

取爐橋電廠在發(fā)生穿越潮流現(xiàn)象時(shí)四個(gè)月的電量計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例分析，以電量凍結(jié)方案主導(dǎo)模式下上傳至省調(diào)計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)為依據(jù)，對比原有方案、本文所提方案的電量計(jì)量相對誤差，各計(jì)量方案下上下網(wǎng)電量數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 各計(jì)量方案下上下網(wǎng)電量數(shù)據(jù)

對上下網(wǎng)電量分別進(jìn)行分析，得到圖7、圖8所示的2018年8月～11月原有方案、本文方案分別與省調(diào)計(jì)量系統(tǒng)得到的電量數(shù)據(jù)的相對誤差。

圖7中，上網(wǎng)電量與省調(diào)計(jì)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對比，原方案相對誤差變化Lup1在5%至12%之間，本文方案相對誤差變化Lup2基本保持在1%的波動內(nèi)，與省調(diào)計(jì)量系統(tǒng)結(jié)果基本一致。圖8中，對于下網(wǎng)電量，原方案相對誤差變化Ldown1在5%至14%之間，本文方案相對誤差變化Ldown2基本保持在1%的波動內(nèi)，與省調(diào)計(jì)量系統(tǒng)的計(jì)量結(jié)果基本一致?？偟膩碇v，原方案計(jì)量誤差較大，本文所提方案對于上下網(wǎng)電量的計(jì)量精度顯著提高。不難看出，此方案投運(yùn)后，廠站對于自身的能效管理更為便捷和全面，爐橋電廠的經(jīng)濟(jì)效益得到顯著提高。

5 結(jié)束語

本文研究了雙母線接線形式下，存在穿越潮流現(xiàn)象的電廠上下網(wǎng)電量的計(jì)量方法?；趯?shí)時(shí)電量凍結(jié)的關(guān)口計(jì)量表改進(jìn)方案，該方案僅在電網(wǎng)公司的產(chǎn)權(quán)范圍內(nèi)增加一個(gè)采集控制器，無需在電廠產(chǎn)權(quán)范圍內(nèi)增加計(jì)量設(shè)備，投入小，權(quán)利范圍明確，更具經(jīng)濟(jì)性。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了包含通信通道、集中式電能計(jì)量終端、通信方式在內(nèi)的集中式就地計(jì)量方案，兩方案綜合作用，有效提高了電廠上下網(wǎng)電量計(jì)量的精確性以及電廠對于自身產(chǎn)能耗能的管理力度，使得電廠信息處理更為便捷化。