電能計費系統(tǒng)概論

在“多家辦電，國家管網”的總方針指導下，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形成。電力公司已經從行業(yè)管理部門變?yōu)橐粋€真正的企業(yè)經營者。電廠已分解為所轄電廠和上網電廠：一種純粹的經濟合同關系。省電力公司最終將成為電網的經營者。

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富余。電力調度由切負荷變?yōu)榻档桶l(fā)電機出力或停機，為真正的電網調度、優(yōu)質供電提供了可能性。

利益主體的多元化必然要求公開，公平，公正的電能計量原則。電能計量從來沒有象今天這樣斤斤計較，珠瑙必糾。先是提高PT和電能表的精度，其次是對自動計費系統(tǒng)從觀望變成渴望，因為再高的電表精度也無法抵消人工抄表所帶來的非同時性及其它人為因素所造成的誤差。

電能的相對富余呼喚公正的市場原則，于是提出競價上網、實時電價等標準極高的要求。但是，電力市場畢竟要從計劃經濟體制過渡過來，無法一步到位地運用市場原則。

國家管網，到目前為止省級電網基本上是國資。調度中心則是它的前臺操作，故調度中心重新回到省電力公司的懷抱，成為它的一個職能機構僅是一個時日問題。公司制定政策，調度中心執(zhí)行之。在多元利益主體面前，如何端平這碗水，也是對各電力公司建立市場機制信心的考驗。

調度的權威性使電廠絕對不敢亂動，否則可能會收到一張措辭強硬的罰單。筆者曾多次在電廠的計算機屏上看到，一條綠色的實際負荷曲線如何緊貼著調度中心下達的紅色計劃曲線移動，須臾不敢擅離半步。

競價上網必須以實時計費系統(tǒng)為技術支撐，原理完全正確。不過基于大電網的統(tǒng)計性，負荷的相對平穩(wěn)變化以及電廠開停機的固有惰性，實際的電網平均電價也會是一條相對平穩(wěn)的曲線。因而競價上網的可能模式，是在經過一段規(guī)范準確的計費之后，電廠和電網雙方都形成了自己的經驗。在某個季節(jié)，峰谷平電價的時序都心中有數(shù)，從而在調度中心與電廠之間形成一種默契。在電廠看來，調度返回來的電價只是一種手續(xù)，實際上你不說我也知道是這個數(shù)(當然，緊急電價除外)。從而實時電價調度從整體上來說，不是依靠計費系統(tǒng)的實時信息，而主要依靠前一日負荷曲線。

一. 對電能計費系統(tǒng)的要求

電能計費系統(tǒng)(TMS---TeleMetering System)直接關系到供需雙方的經濟利益。電度值直接對應的是錢，因而已經引起供需雙方的高度重視。正是這一點，決定了人們對TMS系統(tǒng)高標準的要求。

首先，數(shù)據(jù)必須準確，完整，不重復，不丟失，并且在確定的時間段內，這就要求有可靠的安全措施，準確的時鐘，并且時鐘必須全網統(tǒng)一。TMS以歷史數(shù)據(jù)為處理對象，存儲數(shù)據(jù)是它的重要概念。由于要帶時標存儲，各層次設備(TMS主站，RTU，表計)必須統(tǒng)一時鐘，解決的辦法是周期性對時，一系列對時措施的實施，就必須考慮對時(實際上就是要改變時鐘)對數(shù)據(jù)的影響，以及表計停電，RTU停電，GPS 時鐘失敗可能帶來的一系列問題。

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

TMS與SCADA 比較

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

2.存儲帶來一系列的時鐘問題，SCADA主站與RTU對時是為了統(tǒng)一SOE(Sequence Of Events)時間，其余實時數(shù)據(jù)時標是以主站采集時間為準，TMS則以RTU的時間為數(shù)據(jù)的時標。

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

4.TMS系統(tǒng)由于存儲，通訊分若干組完成，因而掃描周期較長。

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

6.若不考慮SOE，SCADA系統(tǒng)可以不對時，但TMS系統(tǒng)必須對時。廠站RTU的時鐘偏差會帶來嚴重的后果，重新設定時間會清除數(shù)據(jù)，RTU時鐘不正確會使主站對采來的數(shù)據(jù)構成錯誤的疊加(不是該時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，時標由采集命令的發(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, 某個時段內形成一個電能數(shù)據(jù)，這個時段被稱為積分周期。對于帶負荷曲線(load profile)的電能表，這一過程在表計內完成;對于用脈沖輸出來計算電能的表計，這一過程是在RTU中完成的。積分周期的長短對費率分辨率和系統(tǒng)實時性產生影響，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形成了4個數(shù)據(jù)，每次能采到4個數(shù)據(jù)。至于主站掃描周期定多少合適，取決于電力系統(tǒng)對實時性的要求。本人建議：對網，省調系統(tǒng)，掃描周期以一小時為宜;對地區(qū)及負荷調配基本無關的系統(tǒng)，以一天為宜。以一小時到一天這樣的周期，通訊才可以考慮用撥號方式，這將大大降低通訊的投資。短于1小時的掃描周期，就必須考慮用專線方式通訊。當然，由于電力系統(tǒng)通訊網自成體系，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備則是確鑿的。由于現(xiàn)在考慮競價上網，一些系統(tǒng)已經在以5分鐘的掃描周期運行，以及時了解供需狀況。不過因為幾乎所有電力系統(tǒng)在TMS上馬之前，早就有EMS系統(tǒng)運行多年，而且它確實是一個實時系統(tǒng)，何不從那里了解負荷動態(tài)呢?供需現(xiàn)狀，從本質上講是從功率的角度去看。而電能是功率在時間上的累積，本質上它是滯后的、歷史的而非當前的。如果要用TMS去彌補EMS系統(tǒng)的不足，這從概念上就不對。應該倒過來，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，當我們定義日費率時段時，相鄰兩時段的間隔，最小只能是15分鐘，短于15分鐘是分不開的。縱觀國內對費率分辨率的要求，到目前為止還沒有短于30分鐘的。單就這一點看，積分周期定為30分鐘也沒有任何影響。

其實，積分周期的最大影響還是整個系統(tǒng)所處理的數(shù)據(jù)總量。15分鐘對30分鐘，無論廠站存儲，通訊報文，主站存儲，都增加一倍的數(shù)據(jù)量。我們不妨以15分鐘的積分周期，來看看它對主站存儲容量的要求。設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.

每小時形成4個數(shù)據(jù)，每天形成4*24=96個數(shù)據(jù).

每年則形成96*365=35040個數(shù)據(jù).

若全系統(tǒng)有500個測點，不考慮主/校表設計，每個點以正、反向有功、無功采集。即每塊表產生正向有功，正向無功，反向有功，反向無功4個量。這樣全系統(tǒng)有2000個量。

全年產生總數(shù)據(jù)個數(shù)=35040*2000=70,080,000個.

因為每個數(shù)據(jù)要帶年，月，日，時，分，秒標記，還要帶數(shù)據(jù)狀態(tài)位，設備狀態(tài)位等，光這些數(shù)據(jù)本身就需以64個字節(jié)(bytes)來表示。實際存入數(shù)據(jù)庫時，要考慮到方便操作、查詢、識別、提取等，其存儲位將占到128個字節(jié)。