数字化电能表校准技术研究

数字化电能表校准技术研究

王淑情郭锦锦贾雪梅王洁魏捷马思远

国网蚌埠供电公司安徽省蚌埠市233000

摘要：现阶段，随着社会的发展，我国的现代化建设的发展也越来越迅速。人们的生活水平逐渐的提高，对电力的要求也越来越高。数字化电能表是科技进步的产物,很多智能变电站都开始使用这种电能表来统计电能。但是,由于该类电表刚刚开始投入使用,还没有一套系统的校准方法和使用规范,在运用中存在许多不足。为了满足变电站的需求,已经有科学家研究出了针对这一类电表的校准方法了。笔者主要研究了数字化电能表产生误差的原因,并对目前使用较多的三种校准方法进行了比较。希望可以给变电站以及相关部门提供参考。

关键词：数字化；电能表校准技术；研究

引言

随着数字化电能表应用领域愈加广泛，对智能变电系统的研究和规范显得愈发重要。数字化电能表以其优越的功能得到了越来越多智能变电系统设计者的青睐，然而在精准性方面需要做好更多的工作。本文将从数字化电能表校准和误差成因进行分析，并对标准数字化电能表法检验技术和实现方案进行探讨，以提高电能表应用的精度。

1数字化电能表概述

国内一些厂商及研究机构对数字化电能表校验方法进行了大量的研究，研究产品主要包括现场数字化电能表校验仪和实验室数字化电能表校验仪，现场校验仪可实现数字化电能表在现场合并单元网络报文状态下计量准确度校验。数字化电能表本质为一个纯数字信号处理设备、IT设备。对于数字化电能表校验方法研究，目前行业内主要有：①采用标准数字功率源法；②采用数字化功率源和标准数字化电能表法；③采用模拟功率源和标准模拟电能表法。数字化电表的测量系统是很复杂的。数字化电能表主要由四个部分组成,第一个部分为电能表,是用来接收合并单元输出的信号的,第二个部分为电子式互感器,其作用是对电压等信号进行采样。第三个部分是光纤,其功能为传输数信号。最后一个部分就是负责计算电能的电能表。由于数字化电能表没有采用传统的高精度计量芯片,而是用光纤进行数字的传输,因此数字化电能表不会因为电磁波的而产生误差。

2数字化电能表的原理以及功能

数字电流表和传统的电流表相比,在功能上有了较大的提高。数字化电流表具有变送功能,LED显示功能和数字接口功能。数字化电能表的原理很见简单,通过光纤,变电站的电压、电流会被传输过来,转换为数字化的信号,电能表接收到信号后会对信号进行运算,处理好的数据会被同步保存下来并在LED显示屏上动态的显示。为了确定电能表的运行是否正常,电能表上安装有信号指示灯。通过观察指示灯就能了解电能表的运行是否正常。电能表最重要的功能是进行电能采集,对电能表校验也是为了保证采取数据的准确性。电能采集是根据有功和无功电能产生的脉冲来进行计算的。数字电能表的种类有很多,按照不同的方式可以将数字电能表分为不同的类别。按照接收的信号形式不同,可以将电能表分为电流表、电压表等。按照接入相线可以根据接入相的数目分为单相、三相三线等种类。按照接入的电源的性质不同,也可以将电能表分类。电源为交流电的称之为交流表,电源为直流电的,称为直流表。按照数字电流表的功能可以分为显示表、报警表、多功能表等。

3数字化电能表校验装置实现方案

数字化电能表校验装置由数字化功率源、标准数字化电能表、网络交换机、数据处理装置、工控机组成。

3.1技术原理

数字化电能计量表可以使用标注三相交流电压、电流的电能计量表，检定电源、传统的电能脉冲数据分析、同时兼容IEC61850数字通信规约数字流、输出接口标准电能计量表。本智能表目前采用了表源分离的结构，新型的模数式标准电能表采用了直接模-数转换方案。具体地，由微处理器控制多通道模拟-数字信号处理装置，对电压和电流幅值、相位、波形等信息采样，根据芯片植入算法就算出相关电气参数，电压值、电流值、功率值、电能值。

3.2硬件原理

3.2.1信号采集

本仪器采用高阻分压和CT采集，满足模数转换器输入量程范围，对相位、频率的锁相参数要求。

3.2.2频率监控

对频率的监控是锁相环（PLL）实现的。锁相环由压控振荡器，鉴相器、分频器等监测回路组成。

3.2.3GPS时钟同步

本装置1PPS输出和IRIG-B码输出的规约模式作为同步校时单元，本仪器对两种输入信号均可接收。

3.2.4数字-模拟信号电路处理

经过采样的信号进入低通滤波器，再进入模数转换器进行信号处理，A/D转换器的采样频率和锁相器和同步时钟锁匹配，再进入DSP芯片进行处理。

3.2.5数字信号处理

本装置采用双处理器，分别使用DSP、ARM。在采集端输入开关量状态，输出端有报警和控制信号。

3.2.6通信规约

本装置的ARM芯片负责人机对话及通信控制。本检测仪采用百兆光纤传输技术、分别采用IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE信号的输入与输出，并同时输出与其完全等价的电能脉冲。

3.3软件设计

DSP的计算软件运行于一专用嵌入式实时操作系统上。这种新型的模数式标准电能表的原理为，输入的三相交流电压,,和三相交流电流,,，进入信号预处理装置和模数转换装置，再将数字信号转入DSP处理器中处理，完成和电能质量的监测，严格依照IEC61850通信规约组帧，形成与开关脉冲相匹配的电能脉冲，按照IEC61850通信标准规中信息，符合IEC61850-9-1和IEC61850-9-2LE标准的全数字式电能表进行量值传递。

3.4模拟功率源及标准模拟电能表法

绘制的是标准数字功率源法对数字化电能表进行校正的原理。简单的来说,就是设置相应的电压、电流、功率的参数,先计算出该参数下标准的数字功率源。而通过光纤设备,将满足参数的数据发送给需要校准的数字化电能表。该电表计算出来的数据,和标准的数据的差值,就是误差的值。用这种方式计算误差的公式和上一种方式运用的公式是相同的。只是公式中的WN变为了标准电能脉冲,而WX变为了被校准的数字化电能表输出的测量值。这种方法对误差计算的时候,仍然是和方式一的计算公式一样。该方式的校准原理,可以简单的描述为:先通过模拟功率源,进行输出测试。输出测试中都模拟被校准电能表所接受的电压、电流信号强度。模拟电能表在模拟功率源下进行工作,按照设置的参数,计算出该参数下标准的电能值。当被校准的电能表也在同样的参数下工作的时候,得到的就是实际测量的电能值。两个数值的差就是被校准的电能表在计算的时候产生的误差数值。

3.5数字化电能表实现方案

数字化电能表的方案将从参数管理、字符输入方式、误差处理方式以及人机交互等方面进行全面的设计。设计后的实现方案：参数管理能够使用配置文件方式管理，快捷方便；字符输入将配置软键盘实现虚拟输入；人机交互更为活跃、及时；误差处理也将从周波电压、电流等参量进行考虑，处理的数据帧也能够实现云共享。

结语

随着变电站的智能化,数字化电能计算表应运而生。主要是为了满足智能化变电站的要求。而数字化电能表的功能更加强大,解决了许多传统电能表无法解决的问题。有效地提高了电能计量工作的效率,与传统电能表相比,其计量准确度得到了很大程度的提升。虽然从理论上说数字化电能表的误差为零,但其实因为操作中网络等问题,还是会出现计算偏差。为了适应我国电力的快速发展,必须建立一套适用于智能变电站特点的电能计量系统和校验标准,以保证电能计量的准确性和可靠性,保障电力系统的安全稳定运行。

参考文献：

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[2]陈雄武,胡晖,吕齐.降低电能表计量故障率分析[J].中国高新技术企业,2015(12).

[3]邵丕彦,于宁.浅谈电能表检定周期内超差原因分析与对策[J].中国新技术新产品,2015(24).