一种数、模综合电能计量测试技术的研究

一种数、模综合电能计量测试技术的研究

柳尧卿

（云南电网公司西双版纳供电局，云南景洪）

摘要：智能变电站技术越来越多应用于传统变电站的自动化改造，传统测试检测技术无法适应改造的站点内电能计量类设备的检测。本文介绍一种可同时实现对数字式和电子式电能表进行检测的技术，用于改善目前技术应用瓶颈。

关键词：智能变电站；数字式电能表；多功能电能表；测试技术

TheStudyofaTestingTechnologyforDigitalandAnalogPowerMetering

Liuyaoqing

(1.LincangPowersupplyCompanyofYunnanPowerGridCorporation,jinghongYunnan,China

Abstract:Thetechnologyofdigitalsubstationisincreasinglyusedinthetransformationoftraditionalsubstation,thetraditionaltestinganditstechnologyisnotsuitableforthepowermeteringinthosesubstation.ThispaperwillintroducethetechnologyforDigitalandAnalogmetertoimprovethecurrenttechnologybottlenecks.

Keywords:digitalsubstation,digitalmeter,analogmeter,testingtechnology

0引言

智能变电站是国家建设坚强智能电网的重要组成部分。智能变电站技术是当今世界最先进的电力自动化技术,引领电力技术发展方向,其主要特征是“一次设备智能化,二次设备网络化,符合IEC61850标准”,由电子式互感器、智能化终端、数字化保护测控设备、数字化计量仪表、光纤以太网及IEC61850规约组成的全智能化的分层分布式变电站,即站内信息全部做到数字化，信息传递实现网络化,通信模型达到标准化,使各种设备和功能共享统一的信息平台。

考虑到应用智能变电站技术改造电网中存在的大量基于RTU／计算机监控系统／综合自动化系统的常规变电站，[文献1]介绍了一种常规站点的数字化改造模式，并且实际应用到一个110kV站点并成功投产。站点改造过程中在原二次设备基础上并列安装一组电子式电流互感器，原电磁式电流互感器就地安装模拟输入MU一套，电压切换采用在主控室通过智能并列切换装置进行并列切换，并经MLJ数字化后送相应IED，实现整体站点的数字化改造工作。因此，这些站点的建设将会同时存在两种类型的设备即模拟信号的设备和数字信号的设备。在实施这类智能变电站建设的过程中，智能一次设备和网络二次设备的测试、安装调试、维护、远程监测成为重点和难点，同时还需要考虑两种类型设备的相互比较测试和维护工作。

本文通过对此类型智能站点的测试维护过程的研究，提出一种双通道的电能表检测技术，可以对智能变电站中基于数字接口的数字式电能表和电子式电能表进行基本误差试验和检测。

1技术需求研究

文献[2]和文献[3]介绍了智能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，系统结构如下图1所示。

通过对智能变电站电子式电能计量装置的研究，我们可以发现其基本组成部分为电子式互感器、合并单元、数字式电能表。要实现数字式电能表的校验功能，测试仪器与被测的数字式电能表需要接收相同的二次采样值保文，通过测试仪器的精确计算，并且在相应的接口输出标准电能脉冲，同时还需要测试电压有效值、电流有效值、频率、相位角、有功功率、无功功率等信号参数。最后通过接收被测数字式电能表的电能脉冲输出，进行误差计算。文献[4]比较了传统电能计量系统和数字式电能计量系统的误差分析。将相同准确度等级的传统电能计量系统和数字式电能计量系统所产生的误差进行比较，由于数字式计量系统的数字信号传输没有误差，电能表将接收的数据包进行数字计算也不会增加误差，数字式电能表处理的是数字信号，基本不受温度和长期漂移的影响。智能变电站与常规变电站误差分布比较如图2所示。

由图2可知，数字式电能表在理想状态下的运行误差很小，不需检测。但实际上，由于存在诸多原因还是会给数字化电能表带来一定的误差。原因如下：

(1)不同采样点数对计量的影响。因为智能变电站对实际的电压、电流信号(不可能是理想化的周期信号)的不同周期采样的点数会有不同，故需考虑检测电能表计量准确度受采样点数不同的影响；

(2)谐波影响。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，因此，需考虑检测数字化电能表电能计量的准确度也会受谐波的影响；

(3)电压电流额定值对量化系数的影响。各种电压、电流互感器输出规格对应的计量量化系数不同，抽象出量化的数学模型，根据电压、电流的实际额定值计算出相应的量化系数，而不需要根据不同的用户规格修改程序。需考虑被检数字式电能表计量电能的准确度受额定电压的影响；

(4)容错处理。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，就须要作相应的容错处理。因此，需考虑被检数字化电能表计量电能的准确度受容错能力的影响问题。

反过来也可以说明针对计量上的需求，在传统变电站同时存在两套不同类型的计量系统是需要也是有必要的，此类改造后的站点我们可以称之为双模变电站。因此，也会需要有一种能够同时实现对两套系统进行测量和检测的技术，来满足越来越多双模变电站对智能二次设备和传统二次设备的测试、安装调试、维护、远程监测的需求。

2实现原理研究

通过上述技术分析，我们应用两种不同的测试方式，用于满足并同时支持对两个通道的输入，实现对数字式电能表和电子式电能表的测试和检测。具体实现原理如下。

数字式信号源及数字标准表法测试（如图3）和数字式信号源及数字标准表法测试这两种测试模式下，测试装置按用户配置输出符合IEC618509-1和9-2格式的采样值报文给被测数字式电能表，同时接收电能表的电能脉冲。两种方式的区别在于：前一种方式采用测试仪内置的数字式标准电能表进行电能及其它电参数计算，并且将计算并输出的电能脉冲作为误差计算中的标准脉冲；在后一种方式下，根据用户的设定直接通过理论计算计算出电能并输出脉冲作为误差计算中的标准脉冲。

标准功率源的信号参数支持：电压幅度、电流幅度、相位角、频率、谐波、逆相序、缺相，以及其他GB/T17215规定的影响量。

此种方式可以应用于数字式电能表的现场检定，也可以应用于数字式电能表的实验室检定，在实验室环境下，可以与上层PC软件相配合，对被测数字化电能表的全自动检定。

在模拟式标准源及模拟式标准表法（图4）模式下，测试装置实现对外部输入的模拟信号的标准A/D转换，按协议组包，输出符合IEC618509-1和9-2格式的采样值报文。测试装置同时可将标准A/D转换数据作为输入来实现模拟标准表。由于模拟信号的电能表全自动检定已经是成熟技术，本测试装置可作为标准器无缝连接到基于模拟功率源的数字化电能表全自动检定系统中。

上面两种方法进一步展示数字式电能表在实际应用和测试过程中的主要测试原理，同时也为我们分析如何添加另一通道，实现对电子式电能表进行测试的应用研究提供重要的基础。在此基础上，我们仅需要将图4所对应的原理框图进行适当修正，即能实现对电子式电能表的测试，如图5所示。

因此，我们经过简单的技术改造，即可实现对多功能电能表的测试和应用。

3总结

本文提出的双通道电能表检测技术，在智能变电站的现场校验测试中，可以同时进行数字式电能表和电子式电能表的校验，减少了设备数量，节省投资。同时在现场的调试、维护中，可以提供各个功能的节点的信号输入，输出信号分析。可以大量减少使用人工、汽车台班、定检费用，减少以往常规检测所带来的经济损失。

参考文献

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