具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

相反，本发明涵盖任何由权利要求定义的在本发明的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本发明有更好的了解，在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。

如图1-4所示，一种中低压直流输电系统的计量方法，包括以下步骤：

第一步，采集系统运行信息，并对电能进行计量；

第二步，读取采集到的计量数据以及设备报警信息，并对数据进行存储；

第三步，把采集得到的数据进行处理，分析系统的运行状态以及计算电费；

数据处理包括但不限于：闪变分析，纹波分析，尖、峰、谷、平分析，系统直流潮流分析；根据数据处理结果下达系统运行指令，指令通过服务器传输给控制站，从而实现电能管理；

第四步，对系统运行状态进行仿真，给定关键计量点计量结果参考范围，作为计量结果校验标准；若仿真结果与参考范围相差较大，且此时无报警信息，则向所在计量点负责人员发送信息，通知其前往计量点所在位置排查故障。

本发明经过不断探索以及试验，通过采集系统实际运行信息，对电能进行计量；同时能够根据采集信息，对电能进行有效管理和计量结果校对，方案科学、合理、准确；能够满足电网公司以及用户对中低压直流输电系统科学计量的要求。

本发明应用上述的一种中低压直流输电系统的计量方法的实施例：

一种中低压直流输电系统的计量系统，其包括：采集层、数据管理层、电能管理层；实现电能管理和计量结果校对和安全报警；

采集层，用于采集系统运行信息，检测系统运行状况，其包括电能采集模块和通信模块；

电能采集模块，用于采集电能信息，并通过通信模块建立物理实体和网络的连接；

其中，电能采集模块在计量到越限的电压、电流信息时，会触发报警；

数据管理层，用于完成数据的传递、存储和类型处理，其分为两个模组，网络服务模组和存储模组；

所述网络服务模组，用于读取采集层传输的计量数据，并读取电能采集模块报警信息；

存储模组，用于对网络服务模组读取的数据进行存储；

电能管理层，用于读取操作人员给出的指令，读取电能采集模块计量得到的电能，进而分析直流配网系统运行状况，以及计费情况；

所述电能管理层集成一个仿真系统，用于通过读取操作人员给出的指令(如环境天气，负荷状态等)，对计量结果进行仿真，进而与电能管理层接收的采集系统得到的电能进行对比，保证系统计量准确性。

本发明通过直流计量、无线通信技术和实时仿真技术，设计了一种针对中低压直流输电系统的计量方案，可以实现电能管理与计量结果校对，以及电压、电流越限报警，方案简单、实用、科学、合理；能够满足电网公司以及用户对中低压直流输电系统科学计量的要求。

本发明采集层的一种具体实施例：

采集层中的采集设备，其电能采集模块由三部分组成，分压、分流器，合并模块和电能计量模块。其中，电能计量模块符合国家标准GB/T 33708-2017和行业标准DL/T 1484-2015、DL/T 448-2016。分压器将待测中压直流电压转化为100V，精度0.2级；分流器将待测直流电流转化为20A，精度0.2级。其中，设置电压、电流越限报警器。其中，采集层设备设置通信模块。通信模块选用ESP8266模块，通过Wi-Fi网络将报警事件上传云端。

可选的，采集层中对直流功率计算有三种方案，有效值法，平均值法和瞬时值法，其中，设采样时间为T，采样起始时间为t₀，电压采样瞬时值为u(t)，电流采样瞬时值为i(t)，则三种计算方案表达式分别为：

采集层和数据管理层通过无线通信模块进行连接。无线通信模块可选但不限于基于红外射频，基于蓝牙，基于ZigBee等通信方式。

本发明数据管理层的一种具体实施例：

一个数据管理层中设备，可以对应一个或多个采集层设备。数据管理层设备分为两部分，网络服务部分和数据存储部分。网络服务部分为一个服务器，可选的，本发明选用RESTFul服务器。该服务器读取采集层设备传输的计量数据。同时读取采集层设备报警信息。数据存储部分用于实现较长事件存储采集得到数据的功能。数据库采用开放形式，可支持拓展、添加新设备。网络服务部分和数据存储部分均采用java语言编写，使用https协议与JSON或XML形式进行数据传递。

本发明电能管理层的一种具体实施例：

电能管理层设备为处理终端，包括服务器，计算机。每个电能管理层设备可对应多个数据管理层设备。服务器通过TCP/IP协议从数据管理层或采集层读取数据。采集得到的数据传递给计算机中数据处理程序，进行对计量系统计费计算与运行状态分析。数据处理程序可包括，但不限于：闪变分析，纹波分析，尖、峰、谷、平分析，系统直流潮流分析。终端操作人员可通过分析结果下达系统运行指令，指令通过服务器传输给控制站，从而实现电能管理。

此外，计算机上包括仿真程序，该仿真程序可对系统运行状态进行仿真，进而给定关键计量点计量结果参考范围，作为计量结果校验标准。

其具体操作过程为，终端管理人员登录系统。登录后，终端管理人员向系统内输入天气预报情况、负荷预测情况、直流换流站控制模式、系统直流母线电压标准值、系统直流母线功率标准值。数据录入后，仿真软件运行仿真，仿真结果为关键计量点给定值。若计量结果的参考范围与仿真结果相差较大，且此时无报警信息，则电能管理层通过服务器向所在计量点负责人员发送信息，通知其前往计量点所在位置排查故障。

对闪变分析和纹波分析，本实施例采样建模拟合方法。以电压信号分析为例，设采集得到电压瞬时值为u(t)，在T时间内，电压闪变幅值为Δu，纹波幅值U_m，纹波频率ω，纹波相位为则T时间内电压表达式为：

拟合目标为在T时间内，估测参数使估测表达式(4)与采样电压之差的绝对值尽量小，则拟合目标可以表示为：

在给定估测参数搜索范围下，可选的，可选用模拟退火算法、遗传算法、粒子群算法等启发式算法进行搜索。

以模拟退火算法为例，其搜索步骤如下：

步骤1：初始化迭代次数k，温度参数C_p，精确度ε，降温系数α，随机生成一组估测参数p_i。

步骤2：初始可行解＝当前解p_i，计算拟合目标函数值J(p_i)。

步骤3：判断平衡条件J(p_i)＜ε，若为真则转到步骤6，否则转步骤4-5。

步骤4：在当前解的邻域随机生成一组估测参数p_j，计算其拟合目标函数值J(p_j)。

步骤5：执行接受准则，若J(p_j)≤J(p_i)，则接受p_j为可行解，转回步骤2；否则，判断接受概率若为真则接受p_j为可行解，转回步骤2，否则直接转回步骤2。

步骤6：若达到迭代次数，则停止迭代。降低温度，C'_p＝αC_p，转回步骤2。

在采集层电能计量设备选型和选址上，应遵循以下原则：

1)本发明涉及到的中压直流计量点，10kV以下的电能计量装置，故均为Ⅳ类计量点。20kV母线，属于10kV～110(66)kV贸易结算计量点，故为Ⅲ类计量点。但考虑到系统整体性，便于统一设计，统一安装，计量装置准确度等级设置为最低0.5级。

2)根据直流计量相关标准，计量器件的额定电压有100V、350V、500V、700V，其中350V、500V、700V可经分压器转换为100V；标定电流有20A、50A、100A、200A、500A，100A及以上宜采用分流器接入。

3)根据电能计量器件相关标准，计量电流60A以下可直接接入，60A以上的需接电流互感器。其中，直接接入式电能表最大电流不宜超过100A。

4)对于10kV直流母线，需经分压器将电压转化为100V，分压器准确度0.2级；需经分流器将电流转化为20A，分流器准确度0.2级。

5)对于光伏侧，以接入100kW，500V光伏器件为例。由于工作电流超过100A，故选用电流分流器将电流转化为20A，分流器准确度0.2级。对于电压，500V虽然在直接接入允许范围内，但考虑到电流计量已经采用了互感器，故电压部分也选用分压器，将电压转化为100V，分压器准确度0.2级。

6)对于储能侧，以接入250kW，500V储能器件为例。与光伏器件类似，选用分流器将电流转化为20A，分流器准确度0.2级。对于电压，选用分压器，将电压转化为100V，分压器准确度0.2级。

7)对于低压负荷，以接入500kW，±375V直流充电桩为例。选用分流器将电流转化为20A，分流器准确度0.2级。对于电压，选用分压器，将电压转化为100V，分压器准确度0.2级。

8)对于中压直流母线计量点，应选在换流站直流滤波器后，目的是减小谐波对于直流计量的影响。

9)对于光伏侧或储能侧低压直流母线计量点，应选在光伏或储能并网点。若光伏或储能产权归属于第三方，应设置在产权分界处。对于低压负荷侧低压直流母线计量点，应选在负荷并网点。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。