国网湖北省电力有限公司黄石供电公司 湖北省黄石市 435002
摘要：在电网运行的过程中,电能计量系统具有十分重要的作用,并且随着科学技术的不断发展,数字化是电能计量检测技术的主要发展方向,从而出现数字接口电子式互感器、数字接口电能表,进而提出了更多更高的要求给电能计量检测技术.基于此,本文对数字化电能计量系统进行了详细分析,在此基础上对数字化电能计量检测方案进行了分析.
1 引言
目前国家电网公司正在进行智能电网建设,电网电能计量正在快速地向自动化、信息化、互动化方向发展。数字化变电站的信息采集、传输、处理和输出将实现全过程数字化运行,各种功能模块、子系统将共用统一的信息平台,避免了设备重复投入,测量准确度高、无饱和、无电流互感器开路等烦恼。二次接线采用光纤取代电缆,具有电磁兼容性能优越,信息传输通道都可自检,可靠性高,管理自动化等优点。数字化变电站自动化系统的实施,将改变传统变电站的体系及架构,降低变电站的综合建设成本,提高变电站的自动化水平。
2 数字化电能计量系统
数字化变电站三相电能计量系统一般由电子式电压互感器、电子式电流互感器、信息合并单元、电能计量表计三部分组成。
电子式互感器由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成，用以将正比于被测量的量传输给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置。数字化变电站用电能表分为数字接口和低压小信号模拟接口2种。数字接口数字化电能表的信号输入采用光学接口，可接收合并单元输出的IEC61850－9－1/2协议包，根据电流、电压、采样频率等数据的数字编码和时间相关数组，完成电能计量功能；低压模拟小信号接口的数字电能表的信号输入采用电气接口，与遵循IEC60044－7，IEC 60044－8标准的外接式电子式电压互感器、电子式电流互感器配合使用。
将相同准确度等级的传统电能计量系统和数字化电能计量系统所产生的误差进行比较，数字化电能表在理想状态下的运行误差很小，不需检测。但实际上，由于存在以下原因，还是会给数字化电能表带来一定的误差：数字化变电站对实际的电压、电流信号的不同周期采样的点数会有不同；电能计量上对谐波的处理，是通过FFT分析实现的，不同的采样点数也影响FFT分析的结果；各种电压、电流互感器输出规格对应的计量量化系数不同；数字化电能表在未收到合并单元发来的数据包，或收到的数据信息不合理时，就需要作相应的容错处理。
3 数字化电能计量检测技术方案
3.1 电能计量数据采集
（1）数据采集单元的构建思路
将计算机转换器的输出端与模块的DATA+端进行连接，然后分别在两端接入匹配的电阻，如果端与端之间的距离比较近，则无需设置电阻。在数据采集单元的构建中应用了ASCII码指令集，由此可使用高级的编程语言对程序进行设计，从而使整个计量检测系统的建立更加轻松、便捷。同时，采用EDA9033模块，其能够对三相三线制电路中的所有电参数进行检测，该模块的加入使系统的开发成本显著降低，现场布线更加容易，系统的运行可靠性随之提高。
（2）采集模块
本系统中的数据采集模块选用的是EDA9033，这是一种智能型的电参数采集模块，其精度为0.2级。该模块自带两种通信协议，一种是ASCII碼，另一种是十六进制，用户可根据需要自行选择;该模块能够输出有功累计电量，通电后便可开始测量，最大累计时间为7.5a，如果超出这一时间，则会导致数据溢出。用户可结合实际情况，对电压和电流量程进行选择，其中电压量程的区间范围在10V-500V，电流量程的区间范围在1A-20A。将该模块植入网络前，需要进行合理配置，具体包括转换器、带有RS232通讯口的计算机以及相关的应用软件等。数据采集过程如下：模块连接好以后，系统主机会发出读取输数据的指令，此时模块会将采集到的电能数据上传给主机，该模块可以每间隔250ms对采集到的数据进行一次更新。
3.2 抗干扰设计
数字化电能计量装置在现场进行应用时，由于干扰源较多，所以需要进行抗干扰设计，以此来确保计量装置的运行稳定性。本系统在设计时，针对容易受到干扰的各个部分，采用了以下抗干扰措施：（1）电源电路。本系统的供电电源为电网220V交流电变换直流电，由此使得系统中的电子电路会受到电网噪声的干扰，对于此类干扰问题，可以通过加装电源滤波器的方法，消除共模和差模干扰。（2）印制电路板。在印制电路板上数字与模拟电路和相关器件为分布式结构，由于CPU时钟电路的频率较高，因此应当紧靠管脚进行布设，这样可以有效缩短时钟的线程，从而减轻干扰源对时钟电路的干扰。同时，应当使时钟的信号线与数据总线的模拟部分保持一定的距离，模拟部分可以采用单点接地;电源线及地线可与装置的电源端进行连接，这样可以减小接地阻抗不同引起的信号耦合。由于数字部分存在电源线阻抗问题，所以应在数字器件的电源与管脚之间增设旁路电容。
3.3 数字信号处理单元
在现场以数字信号处理单元（DSP）作为核心，构建数据采集和传输系统，DSP能够对采集到的电能数据进行临时存储，当需要对数据进行发送时，便可通过MODEM传给数据采集中心。对数字信号处理单元进行设计的过程中，电路设计是关键。为便于印制电路板的制作，并使其具有良好的兼容性，在设计时，引入模块化的设计理念，将DSP电路与辅助器件集成，制作出一个独立的印制电路板。
3.4 管理软件功能
在对系统管理软件进行设计的过程中，主要考虑系统的应用性，设备管理程序可对系统硬件进行初始化，软件会按照预先设定好的信息对电能计量数据采集模块进行初始化。通过管理软件，用户可对监控设备的历史数据进行查询，同时还能随时对设备的电流、电压曲线进行查询，可自动完成报表打印，并形成某个时间内的用电统计数据表。除此之外，可对电压越限时间进行统计，发现过流和过压问题后能够立即发出报警信号。
4 小结
随着电网公司大力加强智能电网建设，电网电能的计量正快速向自动化、信息化、互动化方向发展。研究数字化变电站用电子式互感器、数字化电能表的检测技术，研制出能对数字化变电站用、带模拟接口、数字接口的数字化电能表进行实验室检测及现场检测的检定装置，建立实验室用以及现场用数字化变电站电能表检测平台，无疑具有十分重要的现实意义。
参考文献：
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