简析数字化电能计量检测技术赤橙

简析数字化电能计量检测技术赤橙

赤橙

（许昌市质量技术监督检验测试中心河南省许昌市461000）

摘要：数字化电能表是改善变电站的重要组成。基于此，对其计量与检测技术进行分析研究能够不断的完善其精度与稳定性，这对智能变电站的发展有着极为重要的作用。本文就对其计量与检测进行相关研究，以期能够为电能产业的发展提供帮助。

关键词：数字化电能计量；电能表；检测技术

电能在国民经济和人们生活中起到十分重要的作用，电能计量问题直接关系着发电方，供电方和用电方的利益。所谓的数字电能表计量与检测，就是将传统的信息采集、传输等内容智能化。其能够合理的消除二次讲演以及模拟电表采集存在的误差，提升了电能计量的整体稳定。电能表作为数字变电站的主要组成，其检测技术的提升实为必然。

1数字电能计量系统的构成

1.1电子式互感器。电子式互感器指输出为小电压模拟信号或数字信号的电流、电压互感器。由于模拟输出的电子式互感器仍存在传统互感器的一些固有缺点，现在发展的高电压等级用电子式互感器一般都用光纤输出数字信号。电子式互感器通常由采集模块和合并单元两部分构成，可实现高电压大电流的传变，并以数字信号的形式通过光纤提供给保护、计量等装置；合并单元还具有模拟量输入接口，把来自传统互感器的模拟量信号转换成数字信号，以数字方式输出数据，简化了保护、计量等功能装置的接线。

电子式互感器是由连接二次转换器和传输系统构成的传感器构成的装置，其与二次设备接口连接方式有以下两种：（1）对输出的信号进行再次处理，将信号转化为低压模拟量。（2）输出端口与数字化接口中的二次设备相连。

1.2合并单元。电能计量系统中合并单元的主要功能有以下几点：（1）远端模块在具体工作中的能源主要通过光能量的方式提供。（2）接收同步光信号，从而使系统具备同步远端同步采样功能。（3）接收采样光信号。合并单元中的远端模块的工作电源主要由激光电源和取能线圈两者共同提供，两者可以相互检查，并且互相可以作为对方的备用设备。激光电源能够系统的运行提供高能激光，取线圈在完成一次电能刺激后，整流滤波为系统提供直流电源，确保系统的稳定运行。合并电源可以辅助CPU提供测量和保护等多方面功能，同时通过利用以太网或光纤为系统运行过程中的测量和监控提供数据支持。

1.3采集模块。采集模块又称采集器，安装在一次侧，用于采集、调理一次侧电压电流并转换为数字信号。采集器的电源由激光供给，采集器与合并单元间的数字信号传输及激光电源的能量传输全部通过光纤来进行，另外许多产品也可以通过获取一次高压系统的能量作为采集器电源，从而延长激光电源的寿命。

1.4数字化电能表。数字化电能表在实现功能方面与传统电子式电能表一致，可以实现分时计量，可计量分相元件的正、反向有功，四象限无功及感、容性无功电能。月电量统计及实时测量三相电压、电流、功率、功率因数、频率。可记录失压、失流、断相、数据无效、装置失电及自检功能。最大需量可计量有、无功最大需量及出现时间，最大需量的积分周期和滑差步进时间。另外可以实现结算数据记录、负荷曲线记录可记录最近36天或者更长时间的日负荷曲线，以及其他事件记录等主要功能。具有无源四路脉冲输出和三路测试脉冲输出，内部设置硬时钟电路。提供了一个USB接口，可通过软件对电表进行编程。

2数字化电能计量表误差

数字化电能表与传统的电能表不同，其是由DSP（数字信号处理器）以及CPU（中央为处理器）结合而成的构架。其能够将CPU复杂管理能力与DSP高速数据吞吐能力进行有机的融合。而从工作的原理方面来看，数字电能表也与传统的电能表不同，其接收的是数字化电压、电流信号，并不是传统的固定电压及电流信号，其内并没有数字与模拟转换的单元。从特点上来看，数字电能表能由于内部的设置，仅需要进行较为简单的基本运算，故而使其误差较小。但由于通信过程中存在误码情况，也会存在误差。

数字化电能计量系统中利用数字化电能表及电子式互感器代替传统的电能表和互感器，因此两者在具体比较过程中存在较大差异性。

电子式互感器利用光电效应将高电参量转为低电参量，将电参量的数字化，因此在运行过程中产生的误差与电力负荷及光电材料直接有着密切联系，同时由于在对单元进行合并时，采样值存在不同，因此会存在较大误差。

数字化电能表运行过程中，利用光纤接口对计算合并单元输出的数字信号帧，这与传统电能表运行方式相比，不再会因为电路采样而产生不必要的误差，但是需要引起工作人员注意的是，数字电能计量系统存在独特的误差――丢帧误差，这主要因为电能计量系统在实现数字化后，通过合并单元而输出的信号帧会出现异常现象，例如数据信号帧存在错误、出现延时、网络风暴等现象，或者系统在具体运行过程中，数字化电能表会受到外界环境干扰，数字信号将会出现丢帧，或者电能表出现死机，最终将会导致漏气情况的发生，将会加大系统的运行误差。

3数字化电能计量系统的检测

3.1数字接口电子式互感器的检测技术。被检电子式互感器二次的输出送到合并单元，合并单元按同步信号节奏输出数据包。标准互感器的二次输出到数据采集器，采样同步信号触发器按照控制机指令向两块数据采集器发出同步采样命令。两路数据包经同步信号的控制而趋于同步。控制计算机将合并单元输出的数据帧进行解析，经计算得到被电子式检互感器的二次输出值的幅值和相位移；再对数据采集器发送的数据包进行计算，得到标准互感器的二次输出值的幅值和相位移，数字接口的电子式互感器比差和角差。

3.2模拟小信号输出式电子式互感器的检测校验。当检测电流互感器时，调压器/升流器为标准电磁式电流互感器和被测电子式电流互感器提供一次电流，当检测电压互感器时，它们则为标准电磁式电压互感器和被测电子式电压互感器提供一次电压。标准和被检的二次值分别输入各自连接的数据采集器（可外控采样的数字万用表），采样同步信号触发器按照控制机指令向两块数据采集器发出同步采样命令。采样完毕后，进行一系列的计算，得出需要的数值。

3.3模拟接口数字化电能表检测方案。通过低压标准测试系统和变换单元的组合，来检测具有模拟接口数字化电能表的准确度。带模拟接口的数字化电能表的检测装置主要由以下几部分组成：标准源，电压、电流变换单元，被检数字化电能表。标准源采用高速16bitDAC模块以上百kHz的速率输出符合IEC60044-7/8标准的数字化正弦电压信号，再通过信号调理回路进行幅值调整、滤波整形。经调理后的数字化正弦电压信号再通过输出缓冲后到达带模拟接口的数字化电能表的输入端。该检测系统由上位机软件控制，除可提供实现常规检测点的基本误差外，还能进行走字、启动、潜动、失压、断相等功能的检测。

3.4数字接口电能表测试方案。考虑到整个装置具有数字化的特点，只须检验被检电能表接收数据的安全性、稳定性以及电能计量的准确性。检测时，数字信号源通过高速DSP输出电压、电流的波形信号，再将其采样并编码为符合IEC61850协议的协议帧输出到网络端口。通过低延时交换机将信号复制到每一个端口，经电/光转换电路将这些符合IEC61850协议的信号转换为多模/单模光信号送入标准表和各被检表。数字标准表脉冲与被检电能表累计电能输出脉冲，并同时送入误差处理器。经比较两者间的比例关系得出误差值。该检测系统由上位机软件控制，除提供实现常规测试点的基本误差外，还能进行走字、启动、潜动、失压、断相、协议符合性、随机丢帧等功能的检测。

4结语

随着数字电路的发展，电路的可靠性和精度得到了提高，必定会推动了数字电能计量快速发展。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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