电能计费系统概论

在“多家办电，国家管网”的总方针指导下，电力系统各方面发生了深刻的变化，供需矛盾明显缓和，多元化利益主体的局面已经形成。电力公司已经从行业管理部门变为一个真正的企业经营者。电厂已分解为所辖电厂和上网电厂：一种纯粹的经济合同关系。省电力公司最终将成为电网的经营者。

多家办电的政策，刺激了投资热情。电力系统由过去的缺电局面慢慢变成相对富余。电力调度由切负荷变为降低发电机出力或停机，为真正的电网调度、优质供电提供了可能性。

利益主体的多元化必然要求公开，公平，公正的电能计量原则。电能计量从来没有象今天这样斤斤计较，珠瑙必纠。先是提高PT和电能表的精度，其次是对自动计费系统从观望变成渴望，因为再高的电表精度也无法抵消人工抄表所带来的非同时性及其它人为因素所造成的误差。

电能的相对富余呼唤公正的市场原则，于是提出竞价上网、实时电价等标准极高的要求。但是，电力市场毕竟要从计划经济体制过渡过来，无法一步到位地运用市场原则。

国家管网，到目前为止省级电网基本上是国资。调度中心则是它的前台操作，故调度中心重新回到省电力公司的怀抱，成为它的一个职能机构仅是一个时日问题。公司制定政策，调度中心执行之。在多元利益主体面前，如何端平这碗水，也是对各电力公司建立市场机制信心的考验。

调度的权威性使电厂绝对不敢乱动，否则可能会收到一张措辞强硬的罚单。笔者曾多次在电厂的计算机屏上看到，一条绿色的实际负荷曲线如何紧贴着调度中心下达的红色计划曲线移动，须臾不敢擅离半步。

竞价上网必须以实时计费系统为技术支撑，原理完全正确。不过基于大电网的统计性，负荷的相对平稳变化以及电厂开停机的固有惰性，实际的电网平均电价也会是一条相对平稳的曲线。因而竞价上网的可能模式，是在经过一段规范准确的计费之后，电厂和电网双方都形成了自己的经验。在某个季节，峰谷平电价的时序都心中有数，从而在调度中心与电厂之间形成一种默契。在电厂看来，调度返回来的电价只是一种手续，实际上你不说我也知道是这个数(当然，紧急电价除外)。从而实时电价调度从整体上来说，不是依靠计费系统的实时信息，而主要依靠前一日负荷曲线。

一. 对电能计费系统的要求

电能计费系统(TMS---TeleMetering System)直接关系到供需双方的经济利益。电度值直接对应的是钱，因而已经引起供需双方的高度重视。正是这一点，决定了人们对TMS系统高标准的要求。

首先，数据必须准确，完整，不重复，不丢失，并且在确定的时间段内，这就要求有可靠的安全措施，准确的时钟，并且时钟必须全网统一。TMS以历史数据为处理对象，存储数据是它的重要概念。由于要带时标存储，各层次设备(TMS主站，RTU，表计)必须统一时钟，解决的办法是周期性对时，一系列对时措施的实施，就必须考虑对时(实际上就是要改变时钟)对数据的影响，以及表计停电，RTU停电，GPS 时钟失败可能带来的一系列问题。

把TMS系统与EMS(SCADA)系统作个比较，能够更具体地了解TMS系统的特点。下面是这方面简单的比较：

TMS与SCADA 比较

1.SCADA系统以实时数据为处理对象，TMS则以历史数据为处理对象，因而在系统的各个层次上，存贮是TMS的重要功能，而SCADA在厂站端(RTU中)一般不需要存储。

2.存储带来一系列的时钟问题，SCADA主站与RTU对时是为了统一SOE(Sequence Of Events)时间，其余实时数据时标是以主站采集时间为准，TMS则以RTU的时间为数据的时标。

3.SCADA的历史数据在主站形成，而TMS历史数据在表计和RTU中形成。

4.TMS系统由于存储，通讯分若干组完成，因而扫描周期较长。

5.SCADA是实时系统，TMS是及时系统，后者访问周期可以很长，比如一天一次，甚至一个月一次。

6.若不考虑SOE，SCADA系统可以不对时，但TMS系统必须对时。厂站RTU的时钟偏差会带来严重的后果，重新设定时间会清除数据，RTU时钟不正确会使主站对采来的数据构成错误的叠加(不是该时段的电能值加在了一起)。

7.SCADA系统主站采集RTU正如TMS系统中RTU采集表计，时标由采集命令的发出者决定。

图2.1是TMS和SCADA功能的比较示意：

图2.1 TMS和SCADA功能的比较

Fig2.1 A comparison of TMS and SCADA function

在TMS系统中, 某个时段内形成一个电能数据，这个时段被称为积分周期。对于带负荷曲线(load profile)的电能表，这一过程在表计内完成;对于用脉冲输出来计算电能的表计，这一过程是在RTU中完成的。积分周期的长短对费率分辨率和系统实时性产生影响，它是主站周期性扫描厂站的上限。假如积分周期为15分钟，则厂站端每15分钟形成一个数据。如果主站扫描周期短于15分钟，则采来的是同一个数据，这是没有意义的。如果定义主站扫描周期为60分钟，则在此期间厂站端已经形成了4个数据，每次能采到4个数据。至于主站扫描周期定多少合适，取决于电力系统对实时性的要求。本人建议：对网，省调系统，扫描周期以一小时为宜;对地区及负荷调配基本无关的系统，以一天为宜。以一小时到一天这样的周期，通讯才可以考虑用拨号方式，这将大大降低通讯的投资。短于1小时的扫描周期，就必须考虑用专线方式通讯。当然，由于电力系统通讯网自成体系，信道充足，利用起来并不觉得增加了投资，但增加了主站端通讯设备则是确凿的。由于现在考虑竞价上网，一些系统已经在以5分钟的扫描周期运行，以及时了解供需状况。不过因为几乎所有电力系统在TMS上马之前，早就有EMS系统运行多年，而且它确实是一个实时系统，何不从那里了解负荷动态呢?供需现状，从本质上讲是从功率的角度去看。而电能是功率在时间上的累积，本质上它是滞后的、历史的而非当前的。如果要用TMS去弥补EMS系统的不足，这从概念上就不对。应该倒过来，让EMS系统提供执行电能政策的辅助手段。

积分周期的长短还影响电能费率的分辨率，它也是这一分辨率的上限。仍以积分周期15分钟为例，当我们定义日费率时段时，相邻两时段的间隔，最小只能是15分钟，短于15分钟是分不开的。纵观国内对费率分辨率的要求，到目前为止还没有短于30分钟的。单就这一点看，积分周期定为30分钟也没有任何影响。

其实，积分周期的最大影响还是整个系统所处理的数据总量。15分钟对30分钟，无论厂站存储，通讯报文，主站存储，都增加一倍的数据量。我们不妨以15分钟的积分周期，来看看它对主站存储容量的要求。设硬盘至少需要保存一年的数据。

如果积分周期为15分钟.

每小时形成4个数据，每天形成4*24=96个数据.

每年则形成96*365=35040个数据.

若全系统有500个测点，不考虑主/校表设计，每个点以正、反向有功、无功采集。即每块表产生正向有功，正向无功，反向有功，反向无功4个量。这样全系统有2000个量。

全年产生总数据个数=35040*2000=70,080,000个.

因为每个数据要带年，月，日，时，分，秒标记，还要带数据状态位，设备状态位等，光这些数据本身就需以64个字节(bytes)来表示。实际存入数据库时，要考虑到方便操作、查询、识别、提取等，其存储位将占到128个字节。