随着能源管理系统和智能电器的普及，以及各种电器实时负荷和用电数据网络技术的支持，智能电网用户端与电网端的交互成为可能。为了进一步提高用电效率，促进电力资源的优化配置，保证用电秩序，降低用电成本，需要优化用电负荷的能效，其中，输配电网中复杂用电负荷能效是指输配电网系统中用户任意时刻消耗的有效电功率，一旦输配电网中复杂用电负荷能效低于一定数值后，输配电网内部设备就存在一定的故障。复杂用电负荷主要根据输配电网设
备的工作功率进行分类，分为**类负荷、**类负荷、第三类负荷，每类负荷的负载力逐次提高[1-2]。
文献[1]将遗传算法融入到和声搜索算法中，构建了综合降损措施的数学模型，但是无法准确获取复杂用电负荷能效计量结果。文献[2]给出了发生单相接地故障前后配电线路有功损耗变化的表达式，但是因为输配电网线路漏电消耗的用电负荷，导致能效计量结果出现偏差。
为了解决以上问题，该文突破传统复杂用电负荷能效计量系统的设计理念，设计一套准确性较高的输配电网中复杂用电负荷能效计量系统。
1 系统硬件设计
该文设计的负荷能效计量系统硬件结构由集电器、存储器以及处理器三部分组成[3]。系统硬件结构
如图 1所示。
1.1 集电器
集电器在复杂用电负荷能效计量系统硬件区域的作用是集成需要计量时刻的复杂用电负荷电能，使复杂用电负荷能效计量数据量增加，且使能效数据量的增加效果达到*佳，该文使用了 TDG-7 集电器[4]。集电器电路图如图 2所示。
根据图 2可知，因为输配电网中复杂用电负荷能效具有冲击性，该文采用的是无缝滑触类型的集电器，集电器的边缘由双股铜线进行缠绕加固，内部结构由纳米级碳涂层和活性电极材料制成，集电器利用高弹力弹簧连接每个集电模块。器件的工作电流为2 A，工作电压为5 V，前端的碳刷厚度为 5 mm，集
电器可以承受的*大电压为220 V。集电器的工作模式为通电延时，延时精度小于10%，器件的触点容量为AC-15 AC240/0.75[5-6]。
1.2 处理器
为了保证计量系统的运行效率，在系统硬件区域设计了 HDU 处理器，其工作内容是触发硬件区域的设备，并解决用电负荷能效计量系统的数据冲突出问题。处理器内置骁龙 980 芯片，具有独特的通信模块，可以与软件区域进行无误差的通信，与芯片相互匹配的是 300系列的主板[7]。
处理器工作的基本频率为 2.90 Hz，*大工作睿频加速频率为 4.80 Hz，此处理器的工作模式为八核心十六线程，HDU 处理器内部设置的所有总线通信速率都可以达到 8 GT/s，处理器运行时 TDP 的数值是 65 W[8-9]，可以提高处理器的工作效率。用电负荷能效计算过程中，为了保证计量数据的完整性，处理器设计了 12 MB 的缓冲空间，存储器在器件边缘位置设计多个接口，接口类型为 USB 接口、I/O 串口、无线串口，每个类型的串口都采用全双工通信，波特率为 115 000 bit，通信速率为 134 Mbps。处理器支持FTP、SMB、NFS 等多种网络运行协议，并兼容多个操作系统，保证系统的正常运行[10-12]。
1.3 存储器
输配电网中，复杂用电负荷能效计量系统硬件区域存储器的设计目的，是方便用电负荷监测数据插值补录时数据测点信息的调用，该系统对于存储器的要求不高，因此，该文选择存储器领域性价比*高的 LKO 存储器。存储器的电源为转接板模式，采用 24 V 锂电池的电源，电源有效适配器为 90 W，可以无障碍工作 6 个月，存储器的存储方式为双 M.2SSD 极速存储，设置 4 个存储通道，保证不同格式的输配电网中复杂用电负荷能效数据[13]。
存储器结构如图 3所示。
根据图 3 可知，存储器具有 10 bit 4k 的解码能力，存储器的外接网络接口为 2.5 GBE，输出接口为HDMI 2.0A，为了提高存储器的存储空间，设计两个
2.5 GEN 的外接硬盘接口。另外，设置存储器在有效时间内可以完成数据还原，内置 8 盘位可扩展的DDR4 主板，此主板可以根据系统的应用需求，自动
升级内存至 32 GB[14-15]。
2 系统软件设计
输配电网中复杂用电负荷测点数据采集的有效性直接影响到输配电网中复杂用电负荷能效的计量准确度，因此，该文对采集到的输配电网用电数据进行插值分析，并根据输配电网的实际情况对数据进行修正。
标准输配电网中复杂用电负荷能效的有效数据间隔时间为 1 ms，因为输配电网中用电负荷类型复杂，该文设置用电负荷测点的有效数据间隔时间30ms，虽然增加了用电负荷能效的计算量，但是提高了计量精度。在用电负荷监测过程中，如果连续 3个测点的数据为空白，那么此输配电网的测点为故障状态，计量系统直接输出“0”即可，如果测点的数据采集过程无误，系统输出“1”，正常情况下，输配电网中复杂用电负荷测点的数据条为不间断空白的一个
数据包。然后将采集到的用电负荷测点数据进行初次插值处理。插值处理的目的是重新获取由于输配电网用电负荷传输信道过长导致传输过程中丢失的
数据节点，该文利用小波变换算法完成输配电网中复杂用电负荷测点数据的插值，插值规则如下所示：p = cij × εv + ∫a × bij （1）其中，cij 表示每个输配电网中复杂用电负荷数据段的电能测点数据；ε 表示用电负荷系数；v 表示通信信道的传输速率；a 表示用电负荷测点数据的插值序列号；bij 表示插值时的输配电网中复杂用电负荷数据段的电能测点数据[16]。
*后将插值补录完成的复杂用电负荷测点数据
条进行精度校正，具体校正公式如下所示：
P1 = p(z - 1)υ（2）其中，P1 表示校正精度；υ 表示复杂用电负荷测点数据校正系数；z 表示复杂用电负荷测点插值补录后的���序列号；其他未知量的意义同上。输配电网中复杂用电负荷能效计量系统软件工作流程如图 4所示。
输配电网络中复杂电力负荷的能效具有非线性、随机性和幅值影响等特点。其非线性特征是输配电网负荷的能效与网络中的某些设备有关。当装置发出谐波及不同频率的谐波分量时，振幅功率负载所消耗的功率会有一定的干扰波动。这种现象不能完全消除，只能在*大程度上加以控制。因此，输配电网络中复杂电力负荷的能效非常高，不存在线性关系。
由于电力负荷能效具有随机性，输配电网中各时刻电力负荷的输出频率、相位、波形和功率等因素不可控。复杂电力负荷对能效的影响主要取决于输配电网的运行电流，输配电网的工作电流大于规定值。为了维持输配电网的稳定运行，只能强制提高工作电压，这对各运行设备的冲击损失有非常严重的影响。
根据上文简述复杂用电负荷能效的特性，利用离散傅里叶变换算法完成复杂用电负荷能效 Q 的计量，公式如下所示：
Q = n × fM×∑U × I × wt × w1（3）
其中，M 表示用电负荷的有功能量；w 表示用电负荷的有功能量；w1 表示用电负荷的瞬时功率；n 表
示能效的计量点数；t表示输配电网复杂用电负荷能效的计量周期；f表示输配电网复杂用电负荷能效的计量频率；U 表示时刻的瞬时电压值；I 表示时刻的
瞬时电流值，其他未知数变量意义同上。
3 实验研究
为了检验系统测量结果的真实性和准确性，进行了对比测试分析。选择基于仪表测量的输配电网复杂电力负荷能效测量系统和基于电路交互的输配电网复杂电力负荷能效测量系统作为传统的控制系统，辅助完成系统的控制测试。设定实验参数如表 1所示。
采用长春市一汽集团宽城区分部的 B 输配电网作为实验样本，在实验前，将 3 个输配电网中复杂用电负荷能效计量系统连入输配电网控制中心，进行实验的预处理。实验预处理完成后，同一时间触发 3套系统，并由控制中心随机发布一个随机时间点，测试任务是计量此时间点输配电网中复杂用电的负荷能效，同时工作人员也利用专业仪器完成复杂用电负荷能效的计量，计量结果作为实验的有效对照数据。当 3 套系统向控制中心全部提交计量结果后，结束实验，并将 3 套系统从输配电网控制中心断开，整理实验数据。以上实验测试流程具有逻辑性，并符合输配电网中复杂用电负荷能效计量规范，因此测试数据具有可信性。
测量误差实验结果如图 5所示。
整理图 5 实验测试数据发现，该文设计的输配电网中复杂用电负荷能效计量系统与实际计量结果的误差度在 4%以内，低于其他文献方法。通过以上实验数据得出结论，该文设计系统的记录率和准确度是*佳的，证明了该系统的可靠性。这是因为考虑了 3 种类型的复杂电力负荷，并根据每种类型的特点设计了计量算法，提高了测量算法的精度。另一方面，该文设计的计量过程完成了电力负荷测点数据的插值和补充记录，保证了电力负荷测量数据的可靠性，从而提高了电力负荷能效测量的准确性。
4 结束语
由处理器、存储器以及集电器共同构建了输配电网中复杂用电负荷能效计量系统的硬件架构，在系统的软件区域，利用小波变化算法对输配电网中复杂用电负荷测点数据进行插值补录分析，并简述复杂用电负荷能效的计量方法，实现输配电网中复杂用电负荷能效计量系统的设计。此计量系统在本质上减少了输配电网缆线带来的能效计量误差，保证用电负荷能效计量的准确度，通过对设计系统的推广，可以在一定程度上减少输配电网故障的发生。
