基于迭代算法的用电信息采集系统精确对时技术研究

基于迭代算法的用电信息采集系统精确对时技术研究

1 高磊 1 廖忠青 1 郭尚佳 1 林金山 2 宋若瑜

1 海南电网有限责任公司海口供电局计量中心， 570100

2海南电网有限责任公司计财部，570203
摘 要：为进一步提高用电信号采集系统中电能表时钟的准确性程度，本章将主要针对于集中器和电能表，通过一种可以迭代计量的新技术对其所采集到信息进行增强其准确度。通过利用NTP协议，将系统集中器主动地向主站发起请求对时指令后，再通过在信息传输的过程中对错误时刻与正确时刻之间的时间误差实现多次迭代校正，从而达到了系统主站之间对集中器的错误时刻精确校正。同时，通过对台区下电能表时间进行等级分类，对不同等级的电能计量指示仪表时间分级校正，从而实现了系统主站对电能表的错误时间精确校对。

关键词：迭代算法；用电信息；采集系统；精确对时；技术研究；

1. 我国目前用电信息采集情况

海南电网海口供电局用电信息采集系统从2014年起开始实施采用，在5年的时间内完成了当地全覆盖式、全采集式的用电信息采集系统，并完成了当地用户的用电信息每日远程自动化采集，每日远程采集用电信息成功率高达99.9%，为海口市电力贸易提供了强有力的数据支撑。伴随着电表不断科技化的今天，智能化电表在我市全面普及，其安全可靠的性能作为电表工作运行的关键，关乎到电力公司的公众信赖程度与用电客户的自身利益。集中器与智能电表的时钟精准度作为用电信息统计安全可靠的运行基础，对于统计装置的精准程度、时钟更新的控制有着决定性作用。安置在电网尾部客户用电处的集中器与电能表，此乃用电信息采集的必要基础产品，有利于协助用电信息采集系统更有效地对客户用电电压、时段中的用电功率等用电信息展开统计记录。通过智能电表运作维修与故障表记录的数据发现，我市每年由于时钟不精准而引发的不合格电表几千只左右，巨大的故障数目电表所消耗的人工资源与时间成本巨大。总而言之，对于智能电表时钟校对问题的修正，可尽可能地降低更换时钟差电表的频率，确保用电信息采集系统的稳定工作，同时也会对用户用电管理、信息采集、日线损等工作进而完善，对推动我市电力发展具有重要意义。

2. 电采集系统

用电信息采集系统是智能电网中不可缺少的组件，通过远程采集与智能处理的系统对客户的用电量信息实时监控管理。用电信息采集系统主要由集中设备、主站电网、信息采集设备、电表等硬件设备，在与软件资源的相互配合中完成用电信息采集工作。

目前有部分用户的用电信息及隐私被泄露，信息保护技术受到电力公司及政府的关注，因此基于网络安全与用电信息的泄露问题，将采取不同格式、可扩展标记语言的常用信息隐藏技术作为切入点，不断改善电力信息系统的安全程度。近年来，我国电力行业与企业的机密数据信息量在不断增加的同时，云计算与大数据的发展进步对于隐私泄露的问题逐步改善。由上可知，电力信息系统的数据保护作为网络安全管理中最为重要的任务之一。

3. 网络时间协议 NTP

电力检测管理系统作为一种复杂的分布式系统，根据不同区域或当地用电情况对时钟同步的精准度具有不同的需求。以网络时间协议（NTP）原理为根本，通过服务器定期地向主站请求时间信息，服务器相对比与客户机更方便，客户机的使用原理过于传统，他的主要功能是解决电网设备时钟的同步问题。NTP协议在分散的时间中心与客户端之间的时钟校对改善，但由于信息传输的过程中难免会遇到网络延迟的现象，将NTP协议运用在客户端的信息传递过程中采取数字签名技术的概念，在客户端服务器中使用相互交流的方式处理信息船体中存在的网络延迟问题。

4. 主站和集中器对时

在电力公司的用电信息采集系统中，主站的布置由电力公司决定设置，集中器一般安装在变压器的供电范围端口处，主站与集中器安置的位置距离相对较远，所以主站与集中器的通信方式一般采取公共网络进行交流。主站与远程集中抄表系统的中心管理设备和控制设备进行对时中，在以GPRS为通信链接路径时产生时钟误差现象，通信链接路径所造成的网络延时是不可避免的，为降低对时误差文章将采取一种以NTP为基本的二次迭代算法的技术，从而提升远程集中抄表系统的中心管理设备和控制设备的对时精准度，主站与集中器的对时周期如图1所示。

图1 主站和集中器的一个对时周期

通过图1发现当利用集中抄表系统的中心管理设备和控制设备每天向主站发出请求时，t1指远程集中抄表系统的中心管理设备和控制设备向主站发出请求的时间线，T1指主站收到请求信息的时间线；t2指远程集中抄表系统的中心管理设备和控制设备收到返回信息的时间线，T2即远程集中抄表系统的中心管理设备与控制设备之间接收或返回消息的最大时线。根据NTP对时规定，主站与远程集中抄表系统的中心管理设备与控制设备之间消息发送或收到的最大延时为，其时间误差如下式（1）所示。其中，θ为主站和远程集中抄表系统的中间管理装置与测控设施之间的时钟误差有关。式（1）中θ与系统主站所回应的时钟信号没有关系，只与主站电表系统间传递信息的延迟δ1、δ2相关。

式（1）

五、集中器和电能表对时

在同一集中器下连接多个级别的单相电力线通信调制解调器模块，单相电力线通信调制解调器模块下再连接多种电能表，载波通信模块接收中心管理设备和控制设备的对时命令时，可通过多种接收方式（直接接收、中继接受、二级中继接受）等。在中继接受命令信息的单相电力线通信调制解调器模块需等待1- n级中继的载波板块接收到对时信号后，所有中继级别载波板块同时展开对时操作。载波板块接收到电表系统发出的对时信号后，根据信息数据长度结束等待时间计算。到达等待时间单相电力线通信调制解调器模块同时执行命令并对电表进行时钟矫正。

六、系统调试

采取主站远程集中抄表系统的中心管理设备和控制设备的迭代对时算法与智能电表及时同步算法，在经历多次现场测试后，测试结果如表1所示，智能电表瞬时同步测试结果如表2所示。从表1数据中可得知，主站与6个电表分别对时，时钟之间的误差皆在1秒以内；从表2数据中得知，集中器对6快电表分开对时后时钟之间的误差皆在10秒以内。

7. 结论

总而言之，从上文对基于迭代算法的用电信息采集系统，与以载波板块分级的集中器电表共同对时技术精确对时的技术研究。安置在电网尾部用户用电处的智能电表与集中器，是最基础的用电信息采集设备。通过NTP构建的分层式同步对时技术，能够有效推动用电信息采集系统的正常工作，同时也满足与电表同步对时的要求。因此，通过对电能表台区下进行级别划分，对各个级别的电测量指示仪表时间分级校正，还可以实现电测量指示仪表台区下的各种电测量指示仪表时间准确同步，迭代算法的用电信息采集系统具有一定的价值。

参考文献

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[2] 王鸿玺,李飞,高波,等.智能电能表时钟精准对时方法研究及应用[J].河北电力技术.2020,(2).22~25.

[3]彭瑶.电力无线专网高速自适应用电信息采集系统研究及运用[J].电气技术与经济.2019,(6).1-3.