数字电能计量系统检定方法综述

数字电能计量系统检定方法综述

金丽

（国网蒙东电力科学研究院内蒙通辽028100）

摘要：在传统的电能行业中，对于电能的准确计量是一项十分重要的工作，直接关系到了电力公司对电能的统计。随着技术的不断进步，传统的电能计量仪器已经被各种先进的数字电能计量系统取代，成为了电能计量的主要仪器。对于这种新系统的检定方法，也随着技术的改进而有所不同，本文主要针对数字电能计量系统进行介绍，从多个方面来来分析计量系统的检定方法，通过介绍和分析后，希望能够对他人有所帮助。

关键词：数字化电能计量；电子式互感器；数字电能表；现场检定

一、数字化电能计量系统简述

1.1电子式互感器简介

电子式互感器由连接到传输系统和二次转换器的一个或多个电流或电压传感器组成，用以将正比于被测量的量传输给测量仪器、仪表和继电保护或控制装置一。电子式互感器与二次设备的接口主要有2种方式：

（1）将其输出的数字信号重新转换为低压模拟量；

（2）其输出直接与带数字化接口的二次设备相连。

数字输出电子式互感器包括四个单元：电压和电流传感器单元、一次转换器、光纤输出单元、二次转换器。电压和电流传感器利用电气、电子、光学或其他装置，产生与一次端子处的电压或电流相对应的信号。

1.2合并单元简介

一台合并单元（Mu）汇集多达12个二次转换器数据通道。一个数据通道传送一台电子式电流互感器或一台电子式电压互感器采样测量值的单一数据流。在多相或组合单元情况下，多个数据通道可通过一个物理接口，将电子互感器的二次转换器传输到合并单元。合并单元按照时钟同步信号的节拍将同一时间节点的各路电流、电压样本信号输入进行采样，再按IEC61850协议格式发送到二次设备。

1.3数字化变电站电能表计简介

数字化变电站用电能表分为数字接口和低压小信号模拟接口2种。数字接口数字化电能表的信号输入采用光学接口，可接收合并单元输出的IEC61850—9—1／2协议包，根据电流、电压、采样频率等数据的数字编码和时间相关数组，完成电能计量功能；低压模拟小信号接口的数字电能表的信号输入采用电气接口，与遵循IEC60o44—7，IEC60044—8标准的外接式电子式电压互感器、电子式电流互感器配合使用。

二、数字化电能计量系统的现场检定技术现状

2.1电子式互感器现场检定技术

目前国内电子式互感器检定的方法基本上都是采用的直接测量法，为电子式电流互感器现场校验原理图。一路是被测电子式互感器，一路是由传统的标准互感器以及标准A／D构成的标准通道，然后通过直接测量的方法，测出电子式互感器的误差。这种方式符合电子式互感器的实际工况，并且电子式互感器校验仪可以溯源到更高一级标准。缺点是由于采用的是直接测量方法，对电子式互感器校验仪的准确度要求较高，如果现场校验0．2级互感器，则需要电子互感器校验仪整体准确度达到0．O5级，而且涉及到IEE61850—9—1等数字传输的通信协议，需要重新开发测试设备，成本比较高。

2.2数字化电能表检定技术

在数字化变电站中采用的数字化电能表与传统的三相多功能电能表的工作原理完全不同，数字电能化表所接收的信号是光纤以太网传送的数字化电流、电压信号，而不是传统的57．7V／100V的电压信号，或者是5A／lA的电流信号。不存在电流互感器、电压互感器及A／D转换等单元。数字化电能表获取数字化的电流电压瞬时值后，采用数字信号处理算法直接计算得到电功率和电能等电能计量数据。理论上说数字化电能表白身没有A／D环节，只是进行一下数学运算，是没有误差的。但实际可能产生的误差有两部分，一是由算法引起的误差，这种误差与信号的频率波动、波形以及非同步采样有关：另外是浮点数运算时有效位误差，为计算机系统固有误差，可以说是截断误差。

某电力试验研究院研制了数字化电能表校验装置及其溯源体系。整个校验系统包含标准功率源、校准装置和工控机三部分。其中的校准装置包括标准表和模拟合并单元，其误差作为整体由更高精度的模拟标准电能检定装置（COM3000）进行检定。校验装置的关键部分是模拟合并单元，将模拟信号采集后，按照IEC61850—9—1协议组成以太网帧，通过光纤网络或者双绞线网络发送给被检电能表。这种方法很好的解决了数字电能表的溯源问题。但是IEC61850—9—1协议中限制了每相电流（电压）信息的长度为2个字节，即16位2进制数。校验装置计算电能使用的数据为数字抽样完整的数据，而抽样数据传输给数字化电能表时必须遵循IEC61850—9—1协议，这样导致了在进行IEC61850—9—1数据封装时带来了截断误差。而且在小信号情况下此截断误差必然增大。可能远大于电能计量算法误差。

事实上在数字化变电站中，由于IEC61850—9—1协议限制的带来的采样数据截断误差应该算为电子式互感器的误差比较合适。实际上在电子式互感器现场校验中，的确将这一误差算为其误差的一部分。如果这里再重复计算，是不合理的。也就是这种检定方式得出的电能表的误差，并不是数字化电能表的真实误差。

三、数字电能计量系统整体检定技术

从整体情况来看，数字电能计量系统中数字电能表的检定问题始终困扰着业内人士，那么加强数字电能计量系统的整体检定技术的研究和探索具有重要意义。

3.1数字电能计量系统整体检定技术的原理分析

数字电能计量系统由被测电子式互感器、电子式电压互感器、合并单元以及数字电能表组合而成。电子式电流互感器实现了对一次电流信号的有效转化，以光纤为传送方式，将其传送到合并单元。从实际情况来看，合并单元能够将数字化的电流电压信号进行标准处理后发送给数字电能表。数字电能表能够通过数字帧直接提取电流电压相关的数据，在此基础上进行标准化的计算，可得出精准可靠地电能信息，从而进行电能脉冲信号的发送。

与此同时，传统的标准电能计量系统在实际运行过程中，传统标准电能表校验仪直接进行二次信号的数字采样，并进行精准的计算后得出标准电能值。将此结果与数字电能表的电能脉冲进行对比分析，即可得出数字电能系统的电能计量误差。数字化电能计量系统整体检定技术的实际应用情况显示，该技术能够真实的反映出数字电能计量系统的误差，并且该校验方式的实际应用原理结构简单且清晰，满足数字化变电站的实际需要，与此同时该测试方法在一定程度上节约了测试相关投资，可以使用常规设备进行操作测试，无需开发新设备，因而具有良好的适用性。

3.2数字电能计量系统整体检定方法的测试结果

本文中我们采用数字电能计量系统整体检定技术对某市数字化变电站中的电能计量系统进行现场检定，现进行简要分析和讨论。该数字化变电站采用标准规格的电子式光学电流互感器，额定电流满足国家相关标准。数字电能表为同一公司生产的三相数字式多功能电能表。采用传统电磁式电压互感器为被测电压互感器。将标准电流互感器的级别进行明确，对额定工作电流进行明确，并对标准电压互感器和标准电能表校验仪的准确度级别进行明确。通过对比可知，额定功率下系统功率误差存在合理性，与理论上的系统误差相一致。

结语

数字式电能表的检定是个很新也很有意义的课题，目前还没有业界和学术办统一认可的溯源和检定方法，目前它已经成为数字电能计量用于实际结算的障碍之一，希望业界和学术界通过进一步研究和实践，形成统一的检定方法并颁布相关法法规规程，以促进数字电能计量的推广应用。

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