智能變電站中的數字化電能計量系統分析

摘 要：數字化電能計量系統在智能變電站中有著廣泛的應用，并取得了不錯的應用結果，但是實際應用結果來看仍然存在一些問題有待解決。基于此，文章對數字化電能系統進行了分析，希望對相關工作人員能夠有所幫助。

關鍵詞：智能變電站；數字化；計量系統

數字科技的高速發展，我國的多數變電站都向智能化方向發展，在新技術要求下，需要數字電能計量系統滿足智能變電站的運行需求。智能變電站與傳統變電站中電能計量系統之間存在較大差別，因此需要加強分析，確保數字化電能計量系統的穩定運行，并且為智能變電站的運行提供可靠的數據支持。

1 智能變電站

智能變電站是智能電網的一個重要組成部分，在具體應用中主要的作用是為智能電網的運行可靠、標準的節點支撐。智能變電站應用的智能設備都具有集成、可靠、低碳等優點，所有的設備都建立在同一平臺基礎上，利用一次、二次設備的信息化傳輸和網路連接，自動完成系統在運行過程中對信息的采集、控制、計量等基本功能。

設計智能變電站過程中，應當充分體現變電站在自動化、信息化等方面的需求。目前，我國智能變電站的設計與建設主要依據“統一標準、整體推進”的原則有序開展。100-220kV的智能變電站在我國已經得到了廣泛的應用，并且積累了大量的工作經驗，500kV智能變電站也在進一步研究與建設中。

2 數字電能計量系統的構成

2.1 電子式互感器

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

2.2 合并單元

電能計量系統中合并單元的主要功能有以下幾點：（1）遠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，從而使系統具備同步遠端同步采樣功能。（3）接收采樣光信號。

在合并單元中的遠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備。激光電源能夠系統的運行提供高能激光，取線圈在完成一次電能刺激后，整流濾波為系統提供直流電源，確保系統的穩定運行。

合并電源可以輔助CPU提供測量和保護等多方面功能，同時通過利用以太網或光纖為系統運行過程中的測量和監控提供數據支持。

2.3 數字化電能表

數字化電能計量系統中使用的新型儀表為數字化電能表，其在工作中的原理是與電子式互感器配合使用，整個通信環節通過光纖完成，在具體操作過程中，只要將數字化電表中的數據輸入通道，并且與單元數據進行適當合并，并且可以正常輸出和接受合并單元中的具體數據。

3 數字電能計量表誤差

數字電能計量系統中所采集的數值的傳輸都是通過光纖完成的，并且在形式上都為數字量，在這一點上對傳統的電能計量系統來說，并未對系統中的電壓和電流進行二次線路模擬，因此電能系統的數據在線路傳輸過程中并不會出現誤差。與此同時，數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，并對其進行合并，輸入的具體信號為通過數字量的形式表示，因此在具體操作過程中不會受到溫度等外界因素的影響，因此與傳統的電子式電能表相比，誤差較小。

通過分析可以發現，電子式互感器在運行過程中將數據輸出給計量設備后，利用光纖所傳輸的數據是通過數字量的方式完成的，數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，因此會導致電能計量系統誤差加大，傳統電能表內部器件的準確度有限，因此，具體運行過程中勢必會存在誤差，并且通過實際的統計可以發現，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，數字電能表與傳統電能表相比，計量誤差更小，更加能夠滿足計量系統的工作需求。

數字電能計量系統中利用數字化電能表及電子式互感器代替傳統的電能表和互感器，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將高電參量轉為低電參量，將電參量的數字化，因此在運行過程中產生的誤差與電力負荷及光電材料直接有著密切聯系，同時由于在對單元進行合并時，采樣值存在不同，因此會存在較大誤差。

數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字信號幀，這與傳統電能表運行方式相比，不再會因為電路采樣而產生不必要的誤差，但是需要引起工作人員注意的是，數字電能計量系統存在獨特的誤差——丟幀誤差，這主要因為電能計量系統在實現數字化后，通過合并單元而輸出的信號幀會出現異常現象，例如數據信號幀存在錯誤、出現延時、網絡風暴等現象，或者系統在具體運行過程中，數字化電能表會受到外界環境干擾，數字信號將會出現丟幀，或者電能表出現死機，最終將會導致漏氣情況的發生，將會加大系統的運行誤差。

4 分析數字電能計量系統根本

4.1 檢定數字式互感器

在電能計量系統中應用電子式互感器，相應也要對檢定方法進行改進。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互感器進行探索完成，而電子式互感器所輸出的信號不是模擬量而是數字量，因此無法與傳統互感器進行比較，因此需要利用高精度數據采集裝置將系統中所模擬的量轉化為數字量，然后進行對比。

4.2 檢定合并單元

合并單元是計量系統中的一個重要組成結構，目前在電力系統行業已經發布了相關的技術測試規范核技術要求。合并單元性能指標中，報文完整性、采樣值準確度等都會影響電能計量。在測試規范中，已經對這些會對影響電能計量的有關因素進行明確規定，并且同測試結果來看，也取得了不錯的成績，合并單元檢定已經處于一個相對成熟階段。

4.3 檢定數字電能表

理論上來說，數字電能表在應用過程中如上文所說的一樣，不存在誤差，但是在實際應用過程中也會存在細微的誤差，引起該現象的主要有以下三點：（1）算法不當導致誤差，通過電能表對電能進行計算，采取離散化對信號進行處理，這會引起偏差。（2）信號頻率波動、非同步采樣、諧波等原因也會導致計量裝置誤差。（3）受電能表處理器字節限制，在對浮點數進行計算時會產生有效位誤差，這也是計算機系統在運行過程中的固有誤差。對以上三點原因進行綜合分析，在處理上需要對數字式電能量值產生誤差的源頭進行分析，對檢定規程和方法進行統一。

目前對數字化電能表素養的方法有以下三種：（1）標準模擬電能表溯源。（2）標準數字功率溯源。（3）計算單元溯源。

5 結束語

綜上所述，現代多數變電站實現了智能化，在智能化變電站中對數字化電能計量系統進行應用，可以使智能變電站的運行變得更加科學合理。但是，在具體應用過程中也帶來新的問題，因此在具體應用過程中需要對存在的問題進行針對性分析，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：電力系統保護自動化。