智能變電站中的數(shù)字化電能計量系統(tǒng)分析

摘 要：數(shù)字化電能計量系統(tǒng)在智能變電站中有著廣泛的應(yīng)用，并取得了不錯的應(yīng)用結(jié)果，但是實際應(yīng)用結(jié)果來看仍然存在一些問題有待解決?；诖耍恼聦?shù)字化電能系統(tǒng)進(jìn)行了分析，希望對相關(guān)工作人員能夠有所幫助。

關(guān)鍵詞：智能變電站；數(shù)字化；計量系統(tǒng)

數(shù)字科技的高速發(fā)展，我國的多數(shù)變電站都向智能化方向發(fā)展，在新技術(shù)要求下，需要數(shù)字電能計量系統(tǒng)滿足智能變電站的運行需求。智能變電站與傳統(tǒng)變電站中電能計量系統(tǒng)之間存在較大差別，因此需要加強(qiáng)分析，確保數(shù)字化電能計量系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，并且為智能變電站的運行提供可靠的數(shù)據(jù)支持。

1 智能變電站

智能變電站是智能電網(wǎng)的一個重要組成部分，在具體應(yīng)用中主要的作用是為智能電網(wǎng)的運行可靠、標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)點支撐。智能變電站應(yīng)用的智能設(shè)備都具有集成、可靠、低碳等優(yōu)點，所有的設(shè)備都建立在同一平臺基礎(chǔ)上，利用一次、二次設(shè)備的信息化傳輸和網(wǎng)路連接，自動完成系統(tǒng)在運行過程中對信息的采集、控制、計量等基本功能。

設(shè)計智能變電站過程中，應(yīng)當(dāng)充分體現(xiàn)變電站在自動化、信息化等方面的需求。目前，我國智能變電站的設(shè)計與建設(shè)主要依據(jù)“統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、整體推進(jìn)”的原則有序開展。100-220kV的智能變電站在我國已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且積累了大量的工作經(jīng)驗，500kV智能變電站也在進(jìn)一步研究與建設(shè)中。

2 數(shù)字電能計量系統(tǒng)的構(gòu)成

2.1 電子式互感器

電子式互感器是由連接二次轉(zhuǎn)換器和傳輸系統(tǒng)構(gòu)成的傳感器構(gòu)成的裝置，其與二次設(shè)備接口連接方式有以下兩種：（1）對輸出的信號進(jìn)行再次處理，將信號轉(zhuǎn)化為低壓模擬量。（2）輸出端口與數(shù)字化接口中的二次設(shè)備相連。

2.2 合并單元

電能計量系統(tǒng)中合并單元的主要功能有以下幾點：（1）遠(yuǎn)端模塊在具體工作中的能源主要通過光能量的方式提供。（2）接收同步光信號，從而使系統(tǒng)具備同步遠(yuǎn)端同步采樣功能。（3）接收采樣光信號。

在合并單元中的遠(yuǎn)端模塊的工作電源主要由激光電源和取能線圈兩者共同提供，兩者可以相互檢查，并且互相可以作為對方的備用設(shè)備。激光電源能夠系統(tǒng)的運行提供高能激光，取線圈在完成一次電能刺激后，整流濾波為系統(tǒng)提供直流電源，確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

合并電源可以輔助CPU提供測量和保護(hù)等多方面功能，同時通過利用以太網(wǎng)或光纖為系統(tǒng)運行過程中的測量和監(jiān)控提供數(shù)據(jù)支持。

2.3 數(shù)字化電能表

數(shù)字化電能計量系統(tǒng)中使用的新型儀表為數(shù)字化電能表，其在工作中的原理是與電子式互感器配合使用，整個通信環(huán)節(jié)通過光纖完成，在具體操作過程中，只要將數(shù)字化電表中的數(shù)據(jù)輸入通道，并且與單元數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)合并，并且可以正常輸出和接受合并單元中的具體數(shù)據(jù)。

3 數(shù)字電能計量表誤差

數(shù)字電能計量系統(tǒng)中所采集的數(shù)值的傳輸都是通過光纖完成的，并且在形式上都為數(shù)字量，在這一點上對傳統(tǒng)的電能計量系統(tǒng)來說，并未對系統(tǒng)中的電壓和電流進(jìn)行二次線路模擬，因此電能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在線路傳輸過程中并不會出現(xiàn)誤差。與此同時，數(shù)字電能表如果被安裝終端，其在變電站運行過程中的主要功能是接收輸出信號幀，并對其進(jìn)行合并，輸入的具體信號為通過數(shù)字量的形式表示，因此在具體操作過程中不會受到溫度等外界因素的影響，因此與傳統(tǒng)的電子式電能表相比，誤差較小。

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，電子式互感器在運行過程中將數(shù)據(jù)輸出給計量設(shè)備后，利用光纖所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是通過數(shù)字量的方式完成的，數(shù)字化電能表對電能量和電參量的計算都是通過信號幀值直接完成的，因此在具體計算過程中不存在誤差。處于相同等級的傳統(tǒng)互感器在運行過程中，因為輸出的模擬電壓和電量信號在傳送到電能表前都需要通過電纜線路，在這個過程中由于存在二次傳輸存在電壓損耗，因此會導(dǎo)致電能計量系統(tǒng)誤差加大，傳統(tǒng)電能表內(nèi)部器件的準(zhǔn)確度有限，因此，具體運行過程中勢必會存在誤差，并且通過實際的統(tǒng)計可以發(fā)現(xiàn)，誤差大小與電流/電壓互感器誤差值十分接近。由此不難看出，在同等級情況下，數(shù)字電能表與傳統(tǒng)電能表相比，計量誤差更小，更加能夠滿足計量系統(tǒng)的工作需求。

數(shù)字電能計量系統(tǒng)中利用數(shù)字化電能表及電子式互感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電能表和互感器，因此兩者在具體比較過程中存在較大差異性。

電子式互感器利用光電效應(yīng)將高電參量轉(zhuǎn)為低電參量，將電參量的數(shù)字化，因此在運行過程中產(chǎn)生的誤差與電力負(fù)荷及光電材料直接有著密切聯(lián)系，同時由于在對單元進(jìn)行合并時，采樣值存在不同，因此會存在較大誤差。

數(shù)字化電能表運行過程中，利用光纖接口對計算合并單元輸出的數(shù)字信號幀，這與傳統(tǒng)電能表運行方式相比，不再會因為電路采樣而產(chǎn)生不必要的誤差，但是需要引起工作人員注意的是，數(shù)字電能計量系統(tǒng)存在獨特的誤差——丟幀誤差，這主要因為電能計量系統(tǒng)在實現(xiàn)數(shù)字化后，通過合并單元而輸出的信號幀會出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，例如數(shù)據(jù)信號幀存在錯誤、出現(xiàn)延時、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等現(xiàn)象，或者系統(tǒng)在具體運行過程中，數(shù)字化電能表會受到外界環(huán)境干擾，數(shù)字信號將會出現(xiàn)丟幀，或者電能表出現(xiàn)死機(jī)，最終將會導(dǎo)致漏氣情況的發(fā)生，將會加大系統(tǒng)的運行誤差。

4 分析數(shù)字電能計量系統(tǒng)根本

4.1 檢定數(shù)字式互感器

在電能計量系統(tǒng)中應(yīng)用電子式互感器，相應(yīng)也要對檢定方法進(jìn)行改進(jìn)。但是，就目前的具體情況來看，電子式互感器的方法都是對通過傳統(tǒng)互感器進(jìn)行探索完成，而電子式互感器所輸出的信號不是模擬量而是數(shù)字量，因此無法與傳統(tǒng)互感器進(jìn)行比較，因此需要利用高精度數(shù)據(jù)采集裝置將系統(tǒng)中所模擬的量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，然后進(jìn)行對比。

4.2 檢定合并單元

合并單元是計量系統(tǒng)中的一個重要組成結(jié)構(gòu)，目前在電力系統(tǒng)行業(yè)已經(jīng)發(fā)布了相關(guān)的技術(shù)測試規(guī)范核技術(shù)要求。合并單元性能指標(biāo)中，報文完整性、采樣值準(zhǔn)確度等都會影響電能計量。在測試規(guī)范中，已經(jīng)對這些會對影響電能計量的有關(guān)因素進(jìn)行明確規(guī)定，并且同測試結(jié)果來看，也取得了不錯的成績，合并單元檢定已經(jīng)處于一個相對成熟階段。

4.3 檢定數(shù)字電能表

理論上來說，數(shù)字電能表在應(yīng)用過程中如上文所說的一樣，不存在誤差，但是在實際應(yīng)用過程中也會存在細(xì)微的誤差，引起該現(xiàn)象的主要有以下三點：（1）算法不當(dāng)導(dǎo)致誤差，通過電能表對電能進(jìn)行計算，采取離散化對信號進(jìn)行處理，這會引起偏差。（2）信號頻率波動、非同步采樣、諧波等原因也會導(dǎo)致計量裝置誤差。（3）受電能表處理器字節(jié)限制，在對浮點數(shù)進(jìn)行計算時會產(chǎn)生有效位誤差，這也是計算機(jī)系統(tǒng)在運行過程中的固有誤差。對以上三點原因進(jìn)行綜合分析，在處理上需要對數(shù)字式電能量值產(chǎn)生誤差的源頭進(jìn)行分析，對檢定規(guī)程和方法進(jìn)行統(tǒng)一。

目前對數(shù)字化電能表素養(yǎng)的方法有以下三種：（1）標(biāo)準(zhǔn)模擬電能表溯源。（2）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率溯源。（3）計算單元溯源。

5 結(jié)束語

綜上所述，現(xiàn)代多數(shù)變電站實現(xiàn)了智能化，在智能化變電站中對數(shù)字化電能計量系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用，可以使智能變電站的運行變得更加科學(xué)合理。但是，在具體應(yīng)用過程中也帶來新的問題，因此在具體應(yīng)用過程中需要對存在的問題進(jìn)行針對性分析，找到解決問題的措施，確保智能變電站運行的合理性。

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作者簡介：李輝（1987-），男，漢族，河南省許昌市人，許繼電氣股份有限公司，研究方向：電力系統(tǒng)保護(hù)自動化。