摘 要：

隨著我國電力行業的發展，電力技術與物聯網結合越來越緊密，智能電力采集系統也得到了廣泛應用。鑒于此，介紹了一種能自動檢測電網電流是否存在異常，主動向主站上報異常告警信號，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制，大幅提高了智能電力采集終端運行的實用性和可維護性。

0 引言

當前，隨著電力行業的迅速發展，電力采集設備的廣泛應用，電力采集系統能通過電力采集終端采集臺區電能表數據，從而實現對居民用戶電量的每日監控，進而把控臺區供電情況[1]。

電力網絡分布復雜，不同的臺區所處的環境各不相同，因此會出現很多突發狀況。目前采集終端也有很多告警事件上報機制，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區電能質量監控的基本要求[2]，但仍缺乏對電網中電流瞬時波動的監測，當瞬時電流波動過大時可能會損壞用電設備。因此，本文從設計角度出發，提出一種在電力采集終端運行過程中能實時采集電流數據進行處理分析的機制，如果存在電流下降異常情況，終端將存儲這條異常信息，并通過無線公網或以太網把這條信息上報給用電管理主站系統，以便供電局人員實時監測異常，發現異常能立即派遣現場維護人員進行處理，維護電網的穩定性。

1 電流驟降告警實現原理

1.1 基本框圖

圖1為電力采集系統運作的基本框圖，電力采集系統異常告警的判斷、產生、上報主要依托以下幾個方面：

（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行數據交換[3]，根據任務的內容定時分階段地采集電能表數據。采集到數據后直接轉發給主站，或將數據存儲在采集終端中并進行分析。

（2）采集終端：終端能對采集的電表數據和自己本身的交采數據進行處理分析，判斷是否有漏采數據或采集到異常告警事件等，若有異常產生則終端存儲該條異常告警信息，并準備通過上行通信上報給主站。

（3）終端上行通信：終端上行通信主要是與用電管理系統主站進行交互，終端可以接收主站下發的報文，解析報文后執行主站要求的一系列動作命令或參數設置。終端也可以主動向主站上報數據，尤其是當采集終端或電表異常時，終端本身會產生告警，并立即將采集的數據進行組包然后上報主站。

1.2 軟件實現

1.2.1電流驟降的定義

電力智能采集終端按周期進行判斷，當電壓正常（當前電壓大于額定電壓60%即為正常電壓）時，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生驟降（驟降比例超過了閾值），并且持續時間長達6 s以上，表示系統發生了電流驟降，則記錄相關數據，主動上報給用電管理主站。

1.2.2電流驟降的參數

為了讓智能終端電流驟降告警上報功能可以適應不同的場景，智能終端在flash中開辟了一塊內存用于存儲終端電流驟降判斷過程中涉及的各類參數，首先將參數寫入內存（開始有初始值），代碼運行過程中用到該參數時再從內存中讀取參數的值，也可以在運行過程中根據需求變動對參數進行修改[4]。智能終端修改參數的方法主要有3種：通過液晶屏手動直接修改，通過用電管理主站下發參數設置報文修改，通過U盤插入終端進行修改。

電流驟降功能主要涉及以下各項參數：

（1）電流驟降告警判斷閾值（閾值為0時則表示關閉驟降判斷功能）：能夠適應不同的用電環境，對于用電環境穩定性要求高的電氣設備可以提高閾值，反之則可以降低閾值。

（2）電流驟降告警判斷間隔時間（默認時間為1 min）：根據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前瞬時電壓/電流、計算平均值、進行閾值判斷等。圖2為電流驟降判斷的主流程圖。

（1）終端首先獲取當前的三相瞬時IA、IB、IC、UA、UB、UC。為了能夠精準有效地獲取以上數據，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，獲取到的數據存入專門的結構體中。

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

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

（4）參數獲取成功，進入電流驟降告警判斷閾值條件判斷，當閾值為0時直接結束判斷。當閾值大于0時，進入電流驟降告警時間間隔條件判斷，時間間隔默認為1 min，當時間間隔參數取值為n時，電流驟降判斷的時間間隔為nmin。如果當前時間-上次判斷時間＜時間間隔，則直接結束判斷。

（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三相分別獨立進行。以A相為例：首先A相驟降標志A_FLAG初始為0值，當A相電壓大于額定電壓的60%時，將A_FLAG的值置為1，反之則A相驟降標志A_FLAG的值置為0；如果當前瞬時電流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A_FLAG的最終取值是1時，需以報文的形式給用電主站上報驟降發生時的一些數據：該告警發生的時間（6個字節）；驟降發生前一周期A、B、C三相的平均電壓（各為2個字節，單位為V）；驟降發生前一周期A、B、C三相的平均電流（各為3個字節，單位為A）；驟降發生時刻A、B、C三相的瞬時電壓（各為2個字節，單位為V）；驟降發生時刻A、B、C三相的瞬時電流（各為3個字節，單位為A）；驟降發生的相位（1個字節），該字節的高五位無效，全部為0，低三位有效，分別代表A、B、C三相中某一相，某一相發生驟降則代表該相位的某一位置1。

1.2.4 電流驟降持續時間判斷和上報主站

當X_FLAG的最終取值是1時，也就是當某一相的電流發生驟降時，還需要判斷此狀態是否持續了6 s以上，并且需要組包報文上報主站、清除標志等。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，則結束這一相的判斷，反之則進入下一步判斷。

（2）此處再次進行當前瞬時電流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，那么結束判斷，將該相的X_FLAG置0，并將累計的時間time_sum清零。

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

（4）若主站與終端通信正常，并且有需要上報主站的事件即上報主站的標志為true，則上報該條告警記錄，具體包括：該告警發生的時間；驟降發生前一周期A、B、C三相的平均電壓；驟降發生前一周期A、B、C三相的平均電流；驟降發生時刻A、B、C三相的瞬時電壓；驟降發生時刻A、B、C三相的瞬時電流驟降發生的相位等數據。對獲取到的數據按照終端與主站的通信規約進行特殊的格式處理，并進行報文組包，報文組包成功，則通知UTM模塊發送該條報文至主站。上報成功后，將是否需要上報主站的標志位標記為false，表明該條記錄已經上報過主站，避免發生重復上報。

（5）上報主站完成之后，清除A、B、C三相的驟降標志X_FLAG，將判斷是否持續驟降狀態6 s累計的時間值time_sum清零，然后結束此次判斷。

2 存在的不足

電力采集終端采用電流驟降告警事件存儲及主動上報機制，能監測現場的電流波動情況，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行監測，對于被終端采集的電表的電流驟降情況還無法進行監測[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還需要執行很多不同的采集任務去抄讀電表的其他各項數據，不能每時每刻采集電壓/電流情況，因此無法進行終端下所接電表電流驟降的實時判斷。

解決方法：可以給電表增加一個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。終端僅需在達到驟降判斷的時間間隔時，采集電表上一周期的電流/電壓平均值以及瞬時電壓/電流等數據，即可進行同終端相同流程的電流驟降判斷。

3 結語

本文介紹了電力采集終端判斷電流驟降告警的機制，并且對此提出了更加完善的策略，能夠根據不同的用電場景，設置不同的閾值等參數，提高用電設備的安全性。當電流波動較大時，終端能夠通過主動上報方式立馬通知主站用電管理系統，用電管理系統能通過上報的一系列數據，快速再現終端告警發生時現場的具體情況，從而快速定位問題所在。另外，該機制提供了液晶接口，便于現場的管理維護。

END

審核編輯 ：李倩