電能計(jì)量系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀研究

(深圳市計(jì)量質(zhì)量檢測(cè)研究院 廣東 深圳 518000)

一、引言

電能計(jì)量體系為計(jì)量電能中專用的裝置，電能計(jì)量關(guān)鍵涵蓋了兩方面作用：其一為用在對(duì)電力用戶所消耗電能量進(jìn)行衡量，便于對(duì)相關(guān)的費(fèi)用進(jìn)行收取；其二為用在電力單位內(nèi)部進(jìn)行考核，就像是線損等方面。

為了與智能電網(wǎng)建設(shè)的需要相適應(yīng)，電能計(jì)量體系發(fā)生質(zhì)的改變。與之前電能計(jì)量體系間存在差異，當(dāng)前電能計(jì)量體系大量運(yùn)用著電子式互感設(shè)備、數(shù)字化的電能裝置還有合并單元，使網(wǎng)絡(luò)化以及數(shù)字化變成了當(dāng)前電能計(jì)量體系標(biāo)志。

本文簡(jiǎn)單介紹電能計(jì)量體系發(fā)展的歷程，重點(diǎn)剖析當(dāng)前電能計(jì)量體系結(jié)構(gòu)與原理，而且闡述出相應(yīng)檢定和溯源措施，最終討論當(dāng)前電能計(jì)量體系還存有問題與解決措施。

二、電能計(jì)量體系概述

電能計(jì)量體系通常是經(jīng)過互感設(shè)備與二次回路，然后與電能表相結(jié)合依據(jù)規(guī)定接線措施使電能計(jì)量得到實(shí)現(xiàn)。依據(jù)計(jì)量相數(shù)來(lái)分成單相計(jì)量與三相計(jì)量，雖說接線措施是不一樣的，不過其本質(zhì)上均為一致的。在1890年的弗拉里所發(fā)明感應(yīng)式的電能表至數(shù)字化的電能計(jì)量體系前稱作傳統(tǒng)的電能計(jì)量體系，電壓與電流測(cè)量裝置為電磁式互感設(shè)備，與機(jī)電式或者是電子式的電能表相配合來(lái)使電能計(jì)量完成。感應(yīng)式的電能設(shè)備也稱作機(jī)電式電能設(shè)備，基本的組成元件包含了轉(zhuǎn)動(dòng)元件、驅(qū)動(dòng)元件、制動(dòng)元件、誤差調(diào)整設(shè)備、軸承以及計(jì)度裝置等來(lái)構(gòu)成。機(jī)電式的電能設(shè)備受到原理限制，附加的誤差原因有很多。伴隨模擬與數(shù)字電子工藝發(fā)展進(jìn)步，電子式的電能設(shè)備應(yīng)運(yùn)得到。電子式的電能設(shè)備又稱作靜止式的電能設(shè)備，依據(jù)乘法裝置原理分成了數(shù)字式以及模擬式。模擬式的電能裝置乘法設(shè)備是以模擬運(yùn)算電路為基礎(chǔ)的；數(shù)字式電能裝置乘法設(shè)備是以數(shù)字乘法裝置以及模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置為基礎(chǔ)，從A/D 轉(zhuǎn)換裝置把模擬信號(hào)給轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后對(duì)于數(shù)字信號(hào)實(shí)施運(yùn)算，進(jìn)而獲得電能量。之前電能計(jì)量為以模擬量的信號(hào)變換與傳輸還有電能量的運(yùn)算為基礎(chǔ)的，之前互感設(shè)備工作原理是簡(jiǎn)易的，有著非常高的穩(wěn)定性與可靠性，電子式的電能設(shè)備依照互感裝置二次輸出實(shí)施電功率與電能量的計(jì)算，誤差是比較穩(wěn)定的。傳統(tǒng)電能計(jì)量體系以網(wǎng)絡(luò)化與數(shù)字化當(dāng)做標(biāo)志的，關(guān)鍵是指的電流、電壓信息數(shù)字化，以及信息傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)化。

三、當(dāng)前電能計(jì)量體系結(jié)構(gòu)和原理

從上文中能夠得到，當(dāng)前電能計(jì)量體系主要包含著兩類結(jié)構(gòu)，下面對(duì)于結(jié)構(gòu)與原理方面分別進(jìn)行細(xì)致介紹。

(一)以電子式的互感裝置為基礎(chǔ)的電能計(jì)量體系

伴隨中國(guó)智能化的變電站持續(xù)發(fā)展進(jìn)步，電子式的互感裝置等多種數(shù)字化裝置開始大規(guī)模運(yùn)用在數(shù)字化變電站的建設(shè)當(dāng)中。數(shù)字化變電站的標(biāo)準(zhǔn)制度IEC 61850得到逐漸完善，愈來(lái)愈多的與IEC 60044-7、IEC 60044-8標(biāo)準(zhǔn)相符合電子式互感裝置以及數(shù)字化電能表開始投進(jìn)變電站運(yùn)用。伴隨可靠高速通信科技逐漸完善發(fā)展，智能的變電站逐步向著高電量等級(jí)、大容量方向開始進(jìn)步，數(shù)字電能計(jì)量有著大量應(yīng)用。

(二)以之前互感裝置為基礎(chǔ)就地?cái)?shù)字化電能計(jì)量體系

中國(guó)現(xiàn)在關(guān)鍵運(yùn)行電子式的互感裝置因?yàn)楫a(chǎn)品不是非常成熟，相應(yīng)檢定不可以完全的考慮現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行惡劣的運(yùn)行問題，因?yàn)檫\(yùn)行的時(shí)候事故率與之前互感器相比要高非常多，所以推出了模擬量輸入合并單元的方案，可以與之前互感裝置二次輸出進(jìn)行無(wú)縫連接，使變電站就地的數(shù)字化得到實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用著變電站之前電流互感裝置與電壓互感裝置可靠地運(yùn)行以及故障率較低等多種優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過模擬量的輸入合并單元來(lái)采集，之前電磁式電流互感裝置二次輸出的信號(hào)5A/1A，之前電壓互感裝置二次輸出100V/57.7V，而且把轉(zhuǎn)換獲得的電壓數(shù)字信號(hào)與電流數(shù)字信號(hào)實(shí)施處理，而且依照IEC 61850標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施組幀發(fā)送至智能變電站網(wǎng)絡(luò)供后續(xù)數(shù)字電能表裝置。數(shù)字電能裝置對(duì)于接收IEC 61850數(shù)據(jù)包進(jìn)行解析，實(shí)施電能量的計(jì)算。以之前互感裝置為基礎(chǔ)就地?cái)?shù)字化電能計(jì)量體系原理構(gòu)造圖如下圖1。

圖1 以之前互感裝置為基礎(chǔ)就地?cái)?shù)字化電能計(jì)量體系構(gòu)造框圖

相比之前電能計(jì)量構(gòu)造，因?yàn)樵黾幽M量輸進(jìn)合并單元流程，通常模擬量輸進(jìn)合并單元準(zhǔn)確級(jí)是0.2級(jí)，所以對(duì)整體電能計(jì)量體系來(lái)說，這類方案對(duì)于電能計(jì)量精準(zhǔn)性并沒得到提高。不過這類數(shù)字電能計(jì)量體系構(gòu)造相比采取電子式互感裝置，因?yàn)楸４嬷暗幕ジ醒b置，這種電能計(jì)量體系的穩(wěn)定性與可靠性比較好的。

四、當(dāng)前電能計(jì)量體系相應(yīng)檢定措施

為保證計(jì)量與測(cè)量的精準(zhǔn)度，對(duì)于電能表、互感裝置以及合并單元均應(yīng)當(dāng)實(shí)施檢定。之前電能計(jì)量體系相關(guān)檢定工藝已相當(dāng)成熟且完善了，當(dāng)前電能計(jì)量體系相應(yīng)檢定工藝則是不足的。電子式的互感裝置國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)在1997年已經(jīng)發(fā)布，對(duì)于電子式的互感裝置校驗(yàn)工藝研究已存在多年，也得到非常多成果，相對(duì)來(lái)說是較為完備的。

(一)合并單元的檢定。數(shù)字輸入合并單元影響關(guān)鍵為數(shù)據(jù)合并方面，盡管存在數(shù)據(jù)的同步處理流程，插值算法導(dǎo)致誤差方面基本是能夠忽略的。所以，這里關(guān)鍵是討論了模擬輸入合并單元檢定。現(xiàn)在合并單元檢定關(guān)鍵是依照DL/T 281-2012《合并單元的測(cè)試規(guī)定》，不過這個(gè)規(guī)范當(dāng)中對(duì)于合并單元的誤差檢定措施基本是來(lái)于電子式的互感裝置準(zhǔn)則，對(duì)于合并單元計(jì)量性能的評(píng)估不是極為完備。模擬量輸入的合并單元由結(jié)構(gòu)以及功能方面類似電子式的電能裝置以及電子式的互感裝置，有兩者部分計(jì)量的誤差特點(diǎn)與誤差影響原因。

(二)數(shù)字化的電能裝置檢定。數(shù)字化的電能裝置輸入數(shù)字量，并將電能值輸出，采取傳統(tǒng)措施是不能檢定的。依照剛剛發(fā)布數(shù)字化的電能裝置國(guó)家準(zhǔn)則，規(guī)定對(duì)數(shù)字化的電能裝置進(jìn)行檢定三種措施。涵蓋數(shù)字式的信號(hào)源與數(shù)字化的標(biāo)準(zhǔn)表法，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字功率源方法，還有模擬式標(biāo)準(zhǔn)源及模擬式標(biāo)準(zhǔn)表方式。

(三)數(shù)字化的發(fā)展趨向。電能計(jì)量工藝、變電站工藝以及光纖通信工藝的發(fā)展是數(shù)字化體系，就是指的數(shù)字化的發(fā)展趨向，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化對(duì)電能計(jì)量設(shè)備研究發(fā)展進(jìn)步是有利的。就像是假如經(jīng)過增大電子式互感裝置運(yùn)用的范圍，就可以使得二次回路壓降對(duì)于電能計(jì)量帶來(lái)的作用有效降低，而且使得電能計(jì)量可靠性以及準(zhǔn)確性得到有效上升。

五、結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前電能計(jì)量體系依舊是處在試驗(yàn)時(shí)期，還存有各方面狀況，沒有用到貿(mào)易的結(jié)算中。其中的原因包含了下面幾方面：第一，數(shù)字化的電能裝置、電子式互感設(shè)備還有合并單元等多種裝置技術(shù)不是非常成熟，在現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行進(jìn)程當(dāng)中狀況頻發(fā)；第二，對(duì)于數(shù)字化的電能計(jì)量體系各個(gè)誤差環(huán)節(jié)的研究是分析不徹底的，沒有達(dá)到共識(shí)；第三，缺乏通過實(shí)踐檢驗(yàn)的規(guī)范性條例；第四，缺少合理科學(xué)檢定裝置。