電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)概論

在“多家辦電，國家管網(wǎng)”的總方針指導(dǎo)下，電力系統(tǒng)各方面發(fā)生了深刻的變化，供需矛盾明顯緩和，多元化利益主體的局面已經(jīng)形成。電力公司已經(jīng)從行業(yè)管理部門變?yōu)橐粋€(gè)真正的企業(yè)經(jīng)營者。電廠已分解為所轄電廠和上網(wǎng)電廠：一種純粹的經(jīng)濟(jì)合同關(guān)系。省電力公司最終將成為電網(wǎng)的經(jīng)營者。

多家辦電的政策，刺激了投資熱情。電力系統(tǒng)由過去的缺電局面慢慢變成相對(duì)富余。電力調(diào)度由切負(fù)荷變?yōu)榻档桶l(fā)電機(jī)出力或停機(jī)，為真正的電網(wǎng)調(diào)度、優(yōu)質(zhì)供電提供了可能性。

利益主體的多元化必然要求公開，公平，公正的電能計(jì)量原則。電能計(jì)量從來沒有象今天這樣斤斤計(jì)較，珠瑙必糾。先是提高PT和電能表的精度，其次是對(duì)自動(dòng)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)從觀望變成渴望，因?yàn)樵俑叩碾姳砭纫矡o法抵消人工抄表所帶來的非同時(shí)性及其它人為因素所造成的誤差。

電能的相對(duì)富余呼喚公正的市場原則，于是提出競價(jià)上網(wǎng)、實(shí)時(shí)電價(jià)等標(biāo)準(zhǔn)極高的要求。但是，電力市場畢竟要從計(jì)劃經(jīng)濟(jì)體制過渡過來，無法一步到位地運(yùn)用市場原則。

國家管網(wǎng)，到目前為止省級(jí)電網(wǎng)基本上是國資。調(diào)度中心則是它的前臺(tái)操作，故調(diào)度中心重新回到省電力公司的懷抱，成為它的一個(gè)職能機(jī)構(gòu)僅是一個(gè)時(shí)日問題。公司制定政策，調(diào)度中心執(zhí)行之。在多元利益主體面前，如何端平這碗水，也是對(duì)各電力公司建立市場機(jī)制信心的考驗(yàn)。

調(diào)度的權(quán)威性使電廠絕對(duì)不敢亂動(dòng)，否則可能會(huì)收到一張措辭強(qiáng)硬的罰單。筆者曾多次在電廠的計(jì)算機(jī)屏上看到，一條綠色的實(shí)際負(fù)荷曲線如何緊貼著調(diào)度中心下達(dá)的紅色計(jì)劃曲線移動(dòng)，須臾不敢擅離半步。

競價(jià)上網(wǎng)必須以實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)為技術(shù)支撐，原理完全正確。不過基于大電網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)性，負(fù)荷的相對(duì)平穩(wěn)變化以及電廠開停機(jī)的固有惰性，實(shí)際的電網(wǎng)平均電價(jià)也會(huì)是一條相對(duì)平穩(wěn)的曲線。因而競價(jià)上網(wǎng)的可能模式，是在經(jīng)過一段規(guī)范準(zhǔn)確的計(jì)費(fèi)之后，電廠和電網(wǎng)雙方都形成了自己的經(jīng)驗(yàn)。在某個(gè)季節(jié)，峰谷平電價(jià)的時(shí)序都心中有數(shù)，從而在調(diào)度中心與電廠之間形成一種默契。在電廠看來，調(diào)度返回來的電價(jià)只是一種手續(xù)，實(shí)際上你不說我也知道是這個(gè)數(shù)(當(dāng)然，緊急電價(jià)除外)。從而實(shí)時(shí)電價(jià)調(diào)度從整體上來說，不是依靠計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)信息，而主要依靠前一日負(fù)荷曲線。

一. 對(duì)電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的要求

電能計(jì)費(fèi)系統(tǒng)(TMS---TeleMetering System)直接關(guān)系到供需雙方的經(jīng)濟(jì)利益。電度值直接對(duì)應(yīng)的是錢，因而已經(jīng)引起供需雙方的高度重視。正是這一點(diǎn)，決定了人們對(duì)TMS系統(tǒng)高標(biāo)準(zhǔn)的要求。

首先，數(shù)據(jù)必須準(zhǔn)確，完整，不重復(fù)，不丟失，并且在確定的時(shí)間段內(nèi)，這就要求有可靠的安全措施，準(zhǔn)確的時(shí)鐘，并且時(shí)鐘必須全網(wǎng)統(tǒng)一。TMS以歷史數(shù)據(jù)為處理對(duì)象，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)是它的重要概念。由于要帶時(shí)標(biāo)存儲(chǔ)，各層次設(shè)備(TMS主站，RTU，表計(jì))必須統(tǒng)一時(shí)鐘，解決的辦法是周期性對(duì)時(shí)，一系列對(duì)時(shí)措施的實(shí)施，就必須考慮對(duì)時(shí)(實(shí)際上就是要改變時(shí)鐘)對(duì)數(shù)據(jù)的影響，以及表計(jì)停電，RTU停電，GPS 時(shí)鐘失敗可能帶來的一系列問題。

把TMS系統(tǒng)與EMS(SCADA)系統(tǒng)作個(gè)比較，能夠更具體地了解TMS系統(tǒng)的特點(diǎn)。下面是這方面簡單的比較：

TMS與SCADA 比較

1.SCADA系統(tǒng)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為處理對(duì)象，TMS則以歷史數(shù)據(jù)為處理對(duì)象，因而在系統(tǒng)的各個(gè)層次上，存貯是TMS的重要功能，而SCADA在廠站端(RTU中)一般不需要存儲(chǔ)。

2.存儲(chǔ)帶來一系列的時(shí)鐘問題，SCADA主站與RTU對(duì)時(shí)是為了統(tǒng)一SOE(Sequence Of Events)時(shí)間，其余實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)是以主站采集時(shí)間為準(zhǔn)，TMS則以RTU的時(shí)間為數(shù)據(jù)的時(shí)標(biāo)。

3.SCADA的歷史數(shù)據(jù)在主站形成，而TMS歷史數(shù)據(jù)在表計(jì)和RTU中形成。

4.TMS系統(tǒng)由于存儲(chǔ)，通訊分若干組完成，因而掃描周期較長。

5.SCADA是實(shí)時(shí)系統(tǒng)，TMS是及時(shí)系統(tǒng)，后者訪問周期可以很長，比如一天一次，甚至一個(gè)月一次。

6.若不考慮SOE，SCADA系統(tǒng)可以不對(duì)時(shí)，但TMS系統(tǒng)必須對(duì)時(shí)。廠站RTU的時(shí)鐘偏差會(huì)帶來嚴(yán)重的后果，重新設(shè)定時(shí)間會(huì)清除數(shù)據(jù)，RTU時(shí)鐘不正確會(huì)使主站對(duì)采來的數(shù)據(jù)構(gòu)成錯(cuò)誤的疊加(不是該時(shí)段的電能值加在了一起)。

7.SCADA系統(tǒng)主站采集RTU正如TMS系統(tǒng)中RTU采集表計(jì)，時(shí)標(biāo)由采集命令的發(fā)出者決定。

圖2.1是TMS和SCADA功能的比較示意：

圖2.1 TMS和SCADA功能的比較

Fig2.1 A comparison of TMS and SCADA function

在TMS系統(tǒng)中, 某個(gè)時(shí)段內(nèi)形成一個(gè)電能數(shù)據(jù)，這個(gè)時(shí)段被稱為積分周期。對(duì)于帶負(fù)荷曲線(load profile)的電能表，這一過程在表計(jì)內(nèi)完成;對(duì)于用脈沖輸出來計(jì)算電能的表計(jì)，這一過程是在RTU中完成的。積分周期的長短對(duì)費(fèi)率分辨率和系統(tǒng)實(shí)時(shí)性產(chǎn)生影響，它是主站周期性掃描廠站的上限。假如積分周期為15分鐘，則廠站端每15分鐘形成一個(gè)數(shù)據(jù)。如果主站掃描周期短于15分鐘，則采來的是同一個(gè)數(shù)據(jù)，這是沒有意義的。如果定義主站掃描周期為60分鐘，則在此期間廠站端已經(jīng)形成了4個(gè)數(shù)據(jù)，每次能采到4個(gè)數(shù)據(jù)。至于主站掃描周期定多少合適，取決于電力系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求。本人建議：對(duì)網(wǎng)，省調(diào)系統(tǒng)，掃描周期以一小時(shí)為宜;對(duì)地區(qū)及負(fù)荷調(diào)配基本無關(guān)的系統(tǒng)，以一天為宜。以一小時(shí)到一天這樣的周期，通訊才可以考慮用撥號(hào)方式，這將大大降低通訊的投資。短于1小時(shí)的掃描周期，就必須考慮用專線方式通訊。當(dāng)然，由于電力系統(tǒng)通訊網(wǎng)自成體系，信道充足，利用起來并不覺得增加了投資，但增加了主站端通訊設(shè)備則是確鑿的。由于現(xiàn)在考慮競價(jià)上網(wǎng)，一些系統(tǒng)已經(jīng)在以5分鐘的掃描周期運(yùn)行，以及時(shí)了解供需狀況。不過因?yàn)閹缀跛须娏ο到y(tǒng)在TMS上馬之前，早就有EMS系統(tǒng)運(yùn)行多年，而且它確實(shí)是一個(gè)實(shí)時(shí)系統(tǒng)，何不從那里了解負(fù)荷動(dòng)態(tài)呢?供需現(xiàn)狀，從本質(zhì)上講是從功率的角度去看。而電能是功率在時(shí)間上的累積，本質(zhì)上它是滯后的、歷史的而非當(dāng)前的。如果要用TMS去彌補(bǔ)EMS系統(tǒng)的不足，這從概念上就不對(duì)。應(yīng)該倒過來，讓EMS系統(tǒng)提供執(zhí)行電能政策的輔助手段。

積分周期的長短還影響電能費(fèi)率的分辨率，它也是這一分辨率的上限。仍以積分周期15分鐘為例，當(dāng)我們定義日費(fèi)率時(shí)段時(shí)，相鄰兩時(shí)段的間隔，最小只能是15分鐘，短于15分鐘是分不開的。縱觀國內(nèi)對(duì)費(fèi)率分辨率的要求，到目前為止還沒有短于30分鐘的。單就這一點(diǎn)看，積分周期定為30分鐘也沒有任何影響。

其實(shí)，積分周期的最大影響還是整個(gè)系統(tǒng)所處理的數(shù)據(jù)總量。15分鐘對(duì)30分鐘，無論廠站存儲(chǔ)，通訊報(bào)文，主站存儲(chǔ)，都增加一倍的數(shù)據(jù)量。我們不妨以15分鐘的積分周期，來看看它對(duì)主站存儲(chǔ)容量的要求。設(shè)硬盤至少需要保存一年的數(shù)據(jù)。

如果積分周期為15分鐘.

每小時(shí)形成4個(gè)數(shù)據(jù)，每天形成4*24=96個(gè)數(shù)據(jù).

每年則形成96*365=35040個(gè)數(shù)據(jù).

若全系統(tǒng)有500個(gè)測點(diǎn)，不考慮主/校表設(shè)計(jì)，每個(gè)點(diǎn)以正、反向有功、無功采集。即每塊表產(chǎn)生正向有功，正向無功，反向有功，反向無功4個(gè)量。這樣全系統(tǒng)有2000個(gè)量。

全年產(chǎn)生總數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)=35040*2000=70,080,000個(gè).

因?yàn)槊總€(gè)數(shù)據(jù)要帶年，月，日，時(shí)，分，秒標(biāo)記，還要帶數(shù)據(jù)狀態(tài)位，設(shè)備狀態(tài)位等，光這些數(shù)據(jù)本身就需以64個(gè)字節(jié)(bytes)來表示。實(shí)際存入數(shù)據(jù)庫時(shí)，要考慮到方便操作、查詢、識(shí)別、提取等，其存儲(chǔ)位將占到128個(gè)字節(jié)。