曹念安 李维伦
内蒙古巴彦淖尔电业局 内蒙古 巴彦淖尔 015000
摘要：随着电网智能化的不断普及,传统的变电站已经远远不能满足现代化电网的发展要求,因此,数字电能技术得到了大力发展,不仅改变了变电站的结构,也能更好地适应智能电网的发展需求,数字计量系统的主要数字对象是变电站的一次设备和二次设备,在高速信息网络的基础上,以标准化的数字信息为依据,实现信息的相互操作和共享,并在网络数据的基础上,不断完善各项自动化功能。
关键词：数字化变电站；数字电能计量系统；检定方法
电能计量系统是计量电能的专用设备，电能计量主要有两个作用：一是用于衡量电力用户消耗的电能量以便收取相应费用；二是用于电力部门内部考核，如线损等。为适应智能电网的建设要求，电能计量系统也发生了质的变化。区别于传统电能计量系统，现代电能计量系统大量应用电子式互感器、合并单元以及数字化电能表，使得数字化和网络化成为现代电能计量系统的标志。
一、电能计量系统概述
电能计量系统一般是通过互感器及其二次回路，再结合电能表按照规定的接线方式实现电能计量。按照计量相数分为单相计量和三相计量，尽管接线方式不同，但它们在本质上都是相同的。感应式电能表到数字化电能计量系统之前称为传统电能计量系统，其电压和电流测量设备是电磁式互感器，配合机电式或电子式电能表完成电能计量。感应式电能表也称为机电式电能表，其基本组成元件有驱动元件、转动元件、制动元件、轴承、计度器和误差调整装置等组成。机电式电能表受原理制约，其附加误差因素众多。随着模拟和数字电子技术的发展，电子式电能表应运而生。电子式电能表又称为静止式电能表，按照乘法器的原理分为模拟式和数字式。模拟式电子式电能表的乘法器是基于模拟运算电路的，如霍尔乘法器、时分割乘法器等；数字式电子式电能表的乘法器是基于模数转换器和数字乘法器的，由 A/D 转换器将模拟信号转换为数字信号，再对数字信号进行运算，从而得到电能量。传统的电能计量是基于模拟量信号变换、传输及电能量运算，传统互感器工作原理简单，具有很高的可靠性和稳定性，电子式电能表依据互感器二次输出进行电功率和电能量计算，其误差较稳定。现代电能计量系统以数字化和网络化为标志，主要指电压、电流信息数字化和信息传输网络化。
二、数字电能计量系统的构成及效果
1、采集模块与合并单元。与传统的计量系统相比,采集模块和合并单元都是数字电能计量系统新增的功能装置, 采集模块的作用就是实现对数据的采集和处理工作,对于各个计量点所监测的数据,主变电站能够顺利实现数据采集,对于采集终端的状态变化、数据动态及电能表数据的变化情况给予良好的分析很和监测,及时将收集的数据储存在数据库中,定期完成上报工作,对于电网运行中的异常表现,能够及时向上级反馈,实现数据信息的定义及周期性采集;合并单元主要分为两种,分别为数字输入合并单元、模拟量输入合并单元,分别具有不同的功能表现,都是以数字形式来表达输入量、输出量,电子式互感器配合数字输入合并单元使用,只对各个阶段的采样值实现合并,并生成规约数据,从原则上分析,合并单元不会改变数值,也不会带来其他误差。当传统互感器配合模拟量输入合并单元使用时,将模拟量的二次电压和二次电流作为输入量。除了此项功能之外,还能实现模数的转换和对二次模拟量实现调整,在此过程中,附加误差就会产生,因此,对合并单元进行检定也是必不可少的。
2、数字电能计量系统与传统计量系统的误差比较。
与传统计量系统比较,数字电能计量系统引入了更多的高新技术,比如合并单元、数据采集模块、电子式互感器等,对于计量装置发生的误差,能够更加清楚的分清责任,主要使用的检测方法有现场校验仪和“瓦秒法”等,一旦发现误差较大,大多是计量装置存在故障,只要经过耐心查找,故障点很容易被发现,准确性和精密度比较高,及时制定相应的处理措施,大大降低了故障点查找的难度。而传统的计量装置,一旦发现系统误差,由于装置比较落后,还是采用比较传统认为排查故障方式,不仅消耗大量的人力、物理和财力,而且查找故障点的速度比较慢,准确性也不高,容易出现电流电压互感器极性接反、相序接反、电压电流变比错误等现象,不利于对计量系统的误差进行计算,总之,数字电能计量系统的精密度和准确性远远高于传统计量系统。
三、数字电能计量系统的检定
1、电子式电流互感器的检定。对于不同厂家生产的电子式电流互感器如图1所示,规定的ECT输出数据的格式也不一样,因此,通常将合并单元附加在ECT输出数据之后,这样就可以完成对数据的检定。当合并单元与ECT配合使用时,只能生成通信规约,会延长数据到来的时间,并不会使新的误差进入。同时,还有其他的检定装置,比如基准时钟,可以产生新的单元,为模数转换和合并单元提供时钟,由于在两条不同的链路上,数据无法同步,有延时的可能性,基准时钟可以针对于此情况实现补偿。根据基准时钟在采样值上所打的不同时标,由于模数转换模块具有输入基准时钟的功能,这样每一个数据所对应的时间点就可以确定了。只要计算数据误差的时间和时标是对齐的,就可以进行误差计算。
2、电子式电压互感器的检定。对电子式电压互感器给予检定的方法,基本和电流互感器是一样的, 检定方法只不过就是将上述图中的电流电压转换成电压电压,其他的与上述一样。
3、数字式电能表的检定。对数字式电能表进行检定时,要在IEC61850-9-1/2规约的条件下,输入采样值,再输入给电能表,以光纤以太网作为传输形式,这是传统带能表无法实现的检定方法。在现有数字式电能表的形式下,主要的检定方式有三类:(1)向标准数字功率溯源;(2)向标准数字带能表溯源;(3)向标准模拟电能表溯源。数字式电能表接收到具有数字化的电压电流瞬时值后,使用数字信号对具体算法进程处理,计算出电能计量数据,比如电能、电功率等。
在标准数字电能表的基础上,给被测数字表与标准数字表给予相同的输入方式,最后将电能的计算结果进行直接对比。此方法是将被测表与标准数字表放在完全相等的位置,并没有引入其他环节的误差,使检定过程更加清晰明了。按照不同的功率源,分别有两种模式:纯数字功率源、实际功率源。在多数研究资料中,采用纯数字功率源向标准数字电能表溯源的方式,也是数字电能表主要的检定方法之一。在检定过程中,使用纯数字功率源的方法,可以直接省去很多环节,比 如A/D采样环节、模拟功率源环节等,标准的数字电流信号和电压信号,可以通过数字功率源直接产生,此方法的优点为操作简单方便、成本较低,但是也有缺点:在计算结果上,数字功率源是呈周期性变化的,在采样过程中,不能模拟实际信号,容易产生各种不确定性,因此,对于电能的真正机理和产生过程是无法模拟的,同时,在溯源上,标准数字电能表自身就存在问题。实际功率源向标准数字电能表在溯源上,相对应于纯数字功率源,此方法中包含的模块有:模数转换模块、信号调理模块等,同样将计算结果与标准数字电能表的检定,在此方法中使用的是实际功率源,可以将电能计量的真实情况很好的反映出来,更加方便的实现标准数字电能表的溯源,但是缺点在于模数转换模块的精度不高。在实际检定过程中,由于硬件具有不可确定性,应该单独对模数转换单元的精度进行检定,以确保检定结果的准确性。
综上所述,在数字化变电站中应用了很多高技术产品,比如数字电能表、采集模块和合并单元以及电子式传感器等,使变电站的电能计量精度得到较大的提高,改变了变电站计量系统的整个结构,比如输入方式、基本原理等,使变电站中电能计量的检定问题得到了有效的解决,推动了电力企业的向前发展。
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