数字式电能计量系统（精选十篇）
数字式电能计量系统 篇1
与传统变电站相比,智能变电站内电能计量技术在模拟量采集方式上有了巨大变化,站内采样实现全数字化,并通过光纤线路传输,一次侧采用了低功率输出的电子式互感器。电子式互感器具有测量准确度高、无饱和、动态范围宽、无二次开路等优点,为智能变电站内电能计量提供了准确、可靠的数据来源,提升了系统的EMC性能,并将智能变电站内电能采集与管理融入了IEC 61850标准体系,为实现整个智能变电站高度集成化奠定了基础。
1 智能变电站数字式电能计量系统组成
智能变电站数字式电能计量系统主要包括一次侧的传感器(遵循IEC 0044-7标准的电子式电流互感器以及遵循IEC 0044-8标准的电子式电压互感器)、合并单元(Merging Unit)。电子式互感器将采样数据汇总到合并单元后,经点对点或以太网方式发送至间隔层的数字式计量设备。计量系统的交流输入信号由经电缆输入的传统电压/电流互感器采集的模拟信号转变为经通信电缆或光纤输入的数字信号。智能变电站数字式电能计量系统结构如图1所示。
由图1可知,合并单元至表计的模拟量采样值传输服务遵循IEC 61850-9-1/2通信规约,其中物理层及链路层推荐光纤以太网,遵循IEEE 802.3中100Base-FX的标准规范。根据变电站系统组成,可通过配置数据集中结构设置表计的计量模式,如三相三线系统、三相四线计量系统,这有别于传统模拟量输入表计外部电缆接线方式。
2 电子式互感器
电力系统中,传统TA、TV存在磁饱和问题,测量误差较大;而且TA测得的模拟量在传输过程中易受干扰。电力系统容量越来越大,电压等级越来越高,导致TA体积庞大、绝缘难、造价高、可靠性差等问题日益突出。而电子式互感器无需铁芯,且具有无饱和、电气绝缘性好、抗干扰能力强、体积小、重量轻及安全可靠等优点。
电子式互感器可实现交直流高电压、大电流的传变,并以数字信号形式通过光纤提供给保护、测量等相应装置;合并单元还具有模拟量输入接口,可以把来自其它模拟式互感器的信号量转换成数字信号,以100BaSe-FX或10Base-FL接口输出数据,简化了保护、计量等装置的接线。下面以有源电子式互感器为例,介绍电子式互感器的工作原理。
图2中,电子式互感器由远端模块和合并单元构成。远端模块安装在高压一次侧,负责采集、调理一次侧电压/电流并转换成数字信号;合并单元安装在二次侧,负责对各相远端模块传来的信号做同步合并处理。
2.1 远端模块
电子式互感器的远端模块用来对模拟量输入进行采样、模数转换并经光纤传送到合并单元,通过2根光纤与合并单元进行能量和数据的传递。图3为远端模块的原理框图。
2.2 合并单元
合并单元是低压侧数据处理系统,它主要有以下功能:
(1)接收多路远端模块的采样光信号,汇总后按照IEC 61850规约以光信号形式对外提供采集数据;
(2)以光能量的形式,为远端模块提供工作能源;
(3)接收来自站级或继电保护装置的同步光信号,实现远端模块间的采样同步功能。
合并单元主要功能框图如图4所示。
高压侧远端模块的工作电源由取能线圈和激光电源提供,两者动态自检,互为热备用。取能线圈就地采集一次电能后经整流滤波提供直流电源;位于集控室的激光电源提供高能激光,由光缆传输到远端模块单元后,经光电转换提供直流电源。
合并单元通过辅助CPU和扩展开入开出可直接提供保护、测量等功能,同时经光纤以太网接口为监控、测量等装置提供数据。
3 数字化采样数据的传输
智能变电站中,数字化采样数据的传输采取点对点及网络两种方式。基于可靠性的考虑,继电保护采用点对点的方式传输数据,协议为IEC 60044-7/8或IEC 61850-9一1/2标准;而测控装置、故障录波、计量等二次设备通过搭建过程层网络的方式传输数据,以实现数据共享。
过程层传输采样值的网络称SMV采样值网,其主要功能是实现电压、电流交流量的上传。SMV采样值网络协议采用IEC 61850-9-1/2标准。对于保护双重化要求的间隔,网络按照双重化配置,且相互独立;对于保护单重化要求的间隔,网络按照单重化配置。
4 数字式电能表
数字式电能表与传统电能表的最大区别在于其采样信号是数字信号,数字信号连接的链路层遵循ISO/IEC8802-3标准,物理层上的传输媒介是光纤或者电缆,协议层遵循IEC 61850协议标准。
数字式电能表主要由2路工作电源、协议转换器、点阵液晶显示等组成。100Base-Fx接口完成信息的采集;协议接口芯片完成数据的转换;数字信号处理器完成电参量(电压、电流、功率)的计算,当前功率脉冲的输出;由中央微处理器单元完成电参量的累加,并通过点阵液晶显示模块显示表计的信息。表计可以通过光纤以太网读取数据,实现数据的共享。数字式电能表的结构示意图如图5所示。
与传统电能表相比,数字式电能表主要有以下优点:
(1)智能变电站电能计量系统的误差优于传统变电站。数字式电能表接收由光纤以太网传送的电压/电流采样点的数字流,避免了因二次电压/电流模拟信号传输损耗引起的计量系统附加误差。
(2)数字化电能表的高可靠性。数字式电能表与合并单元或电子式互感器物理层间采用光纤通信,实现电气隔离,保证在各种复杂的电磁环境下都不会造成数字电流/电压传输信号的改变;同时取消二次电流输入,消除了过流或二次电流开路等安全事故隐患。
(3)数字式电能表的高稳定性。数字式电能表采用数字信号输入,无模拟采样电路,有效避免因温度、采样电路的电阻电容变化、零漂、电磁干扰等对精度造成的影响。
(4)数据可靠性。电流/电压数字信号采用标准协议进行传输,接收端(即电能表)可对来自互感器或者合并单元的电流/电压信号进行校验,有效避免了误码对电能计量造成的影响。
5 存在的问题
依据国家计量法规定,用于贸易结算的关口电能计量装置必须接受强制检定,而数字式电能表在贸易结算点还存在着认证、检测等法规上的认可问题。为了适应智能变电站技术的快速发展,确保在建智能变电站正常投运,有必要对智能变电站中的电能计量技术,尤其是电能计量装置的测试技术进行研究。
6 结束语
电力系统电能计量集抄技术分析 篇2
摘要：近几年来，随着集中抄表模式的不断发展和完善，其核心技术越来越成熟和可靠，也逐渐在大部分供电企业得到了规模化的应用。本文简述了电力系统电能计量集抄技术的现状，并对电能计量集抄系统的构成和特点进行了详细分析。
关键词：电力系统；电能计量；集抄技术；低压集抄系统
Abstract: in recent years, along with concentration meter reading model of development and improvement, its core
technology is more and more mature and reliable, also gradually in most of the power supply enterprise to get the application of the scale.This paper briefly describes the electric power system of electric power measure set copy technology the present situation of electric power measure set copy the structure of the system and characteristics are analyzed in detail.Key words: electric power system;Electricity measurement;Set copy technology;Low pressure set copy system
集中抄表技术从其诞生就受到了供电企业的高度关注，毕竟科学技术的发展必将带来传统抄表形式的变化，也势必影响到电力营销数据采集方式的根本变革，其意 义是深远而不言而喻的。
集抄系统的应用转变了传统的电能量采集方式，降低甚至杜绝了传统方式的差错率和人为干预因素，保证了电能量高度的准确性，成为和客户结算的可靠依据。集抄的应用，极大地减少了抄表人员，简化了抄表过程，降低了抄表难度，提高了抄表效率。集抄冻结数据功能的应用，为线损的准确计算提供了技术手段，让电力营销部门不但清楚线损，而且还由此查找理由、找出解决办法，从而不断降低线损率，提高经济效益。电力系统电能计量集抄技术的近况毕业论文范文
(1)电能表根据电能测量机构的不同，分为机电脉冲式电子电能表和电子式电能表两大类。目前应用最多的是电子式电能表，它通过乘法器完成对电功率的测量，可获得最大需量、电压、电流和功率因数等多项数据，输出接口分为RS485接口型和低压配电线载波接口型两大类，可直接读取其脉冲输出，有的新型电能表本身安装有多种接口，适用于模拟、数字等各种通讯模式。预计今后相当一段时间内，电能计量低压集抄系统的终端采集装置将以电子式电能表为主。
(2)采集器和集中器采集器是汇聚电能表电量数据的装置，是整个系统的核心，它能够接受主控站命令，依次抄收并储存各采集器中数据，然后通过一定的传输介质将数据传至主控站进行数据处理。集中器具备RS485接口和电话线接口，同时具有数据采集和储存、设置功能、远程监控、校时功能及异常信息记录功能。
(3)通讯信道：通讯信道的可靠性是电能计量低压集抄技术关键。数据通讯方式的选取要综合考虑各种因素。国内外对于不同通讯方式各有侧重。在西方发达国家，对于电能计量自动抄表技术的研究起步较早，电力系统包括配电网络较规范、完备，所以载波抄表被广泛应用。电能计量集抄系统浅析硕士论文
2.1 采集系统
按照采集数据的通讯方式及媒介的不同，电能计量集抄可分为本地自动抄表和远程集中抄表。
本地自动抄表方式一般是通过抄表员手持便携式手持掌上电脑，通过其上的红外发射和接收装置，在红外可视距离内，非接触地读取仪表数据。这种方式操作简单方便，实现起来较可靠，且成本较低。但数据传输距离较短，且系统的自动化程度较低，较适合在计量仪表相对集城市居民区应用。
远程集中抄表方式一般是通过RS485、总线或低压电力线，将用户终端计量仪表的电能脉冲，先通过一级脉冲采集器将脉冲汇总，再经过二级集中抄表器的集中抄收和记录整理，最后通过M0DEM和公共电话网络以点对点的方式将数据传输到上位机中心数据处理系统，来进行统一的远程计量数据管理、计量监控及报表结算工作。
这种方式不需要抄表员到达现场，数据传输速度快，大大提高了抄表效率推动了电力系统自动化发展的进程。
2.2 通讯网络
数据通讯网络的选择是自动抄表系统的关键，它直接关系到系统的稳定性。通讯网络也称信道，即数据传输的通道。
从集中器看，从集中器到主控站之间通讯规定为上行信道，从集中器到采集器之间通讯规定为下行信道。上行信道目前主要使用的有电话网、电力网、无线通讯网、GSM等。行信道目前使用的主要有电力网、RS485、总线网、有线电视网等。自动抄表系统中涉及的两段通讯网络，每段可以相同也可以完全不同，因此可以组合出各种不同的自动抄表系统 按通讯介质不同，分为有线通讯和无线通讯。
(1)有线通讯技术：1)光纤传输：造价和安装费用较高，但具有频带宽、通讯距离远、传输速度高、抗干扰能力强等优点，目前广泛应用于许多领域。2)电话线传输：投资小，适用范围广，适合不方便布线的地区。不过，这种方式传输数据易堵塞，且租赁费用偏高，不适合大容量系统的通讯传输。3)RS485总线：是目前采用较多的一种通讯方式，其传输数据速度较快，可靠、稳定，通讯质量较高。但布线工作大，通讯信道易受外界因素破坏，且被损坏后故障排除困难，信道后续维护工作量大。4)低压电力线载波传输：是供电系统特有的一种通讯方式，它充分发挥了低压电力线覆盖面广、不需要重新布线的优势。为改善低压电力线载波通讯的质量，实现数据的可靠传输，有振幅键控、移频键控、移相键控、正交双边带调制及无载波调幅调相等调制方式：为实现数据的高速传输，有窄带通讯、双音多频调制、线性调频脉冲、多路载波调制、扩频、超窄带及多路载波等传输技术。
(2)无线通讯技术：1)红外线：需要通讯双方加装红外收发通讯模块，操作简单，成本低，可在红外可视距离内实现非接触性抄表。此种方式对方位性要求较高，较适合于仪表相对集区域内使用。2)RS485通讯：需要在管理中心和集中器中加装无线通讯模块，不需重新组网，价格较低廉，通讯速度快，且免于维护。但系统实时性及可靠性较差，可能发生信息拥塞或丢失现象，不适合业务量大系统的应用。
在应用中，各种通讯模式都有优缺点，任何一种采用单一通讯技术的方案均很难完全满足需要。因此，在自动抄表的不同通讯阶段采用不同的通讯方式来组成自动抄表网络。在数据传输量不太大、传输距离较近的底层数据采集阶段，可以采用如红外、总线传输、RS485、低压电力线载波的通讯方式：而在集中器到数据处理中心段，则可采用光纤、无线电台、电话线或GPRS／GSM无线通讯等，选择什么样的组合方式，需根据实际情况统筹考虑。
2.3 中心处理子系统
中心处理子系统主要由中心处理工作站以及相应的软件构成，是整个电能计量远程自动抄表系统的数据管理层，所有用户的用电信息通过信道汇集到这里，管理人员利用软件对数据进行汇总和浅析硕士论文，作出相应的决策。如果硬件允许，还可直接向下级集中器或电能表发出指令，从而对用户的用电行为实施制约，如停电、送电的远程操作。
由于抄表要处理的数据量大，因此要求中心工作站的硬件必须有一定的运算和存储能力。软件上要求操作系统稳定可靠，抄表软件必须具有处理大量数据的能力。典型的抄表软件具有如下功能。
(1)可远程设定抄表集中器和采集器内的参数。
(2)抄收整个系统中所有电能表的数据。
(3)中央制约站可远程地对用户电能表进行断电和送电制约。
(4)运行数据库可生成用电量日报、月报，进行电费结算。
(5)可进行查询管理，对异常用户给予告警。倡议与结论
随着计算机技术、通讯技术、网络技术和微电子技术的飞速发展，对自动抄表技术水平、自动抄表的投资成本、抄表的效率、可靠性和准确度、管理体制提出了更高的要求。选择合格的抄表终端设备；选用较为成熟的、经测试合格的产品；因地制宜选择抄表方式；提高自动抄表技术的智能化、多元化；注意自动抄表系统自身安全性；制约系统访问权限；制定合理、高效的安全对策毕业论文；追踪国际技术发展，缩短与国际先进抄表技术的差距，是摆在我们面前的首要不足。
数字式电能计量系统 篇3
关键词：电力系统；电能计量装置；计量误差；误差因素；电能表；电流互感器 文献标识码：A
中图分类号：TM933 文章编号：1009-2374（2015）14-0143-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.071
随着改革的开放，我国经济建设取得了可喜的进步，由于人们对新工艺、新技术的需求度越来越高，很多科学技术经过改革与创造呈现在人们面前，致使人们无论在生活还是生产方面都有着重大改变，电力行业在我国的经济发展中历来占据着主导地位，是我国经济发展中的基础保障。在电力系统中，电能计量装置作为常见的装置，也作为一个重要的设备影响着电力系统带来的经济效益。因此，它的可靠性与安全性越高，对于电力系统的发展至关重要。本文将介绍影响电能计量装置误差的因素。
1 什么是电能计量装置
电能计量装置是一个广义的定义，它包括各种类型电能表、互感器变比测试仪、电流互感器变比测试仪等诸多设备。回看以前关于电能计量方式，大多数的数据都是在每家每户安装的电能表上来体现，对于高端设备的认识与使用意识不强，甚至很少被人提及，也鲜有人会去研究电能计量装置的具体内容。但是，随着社会经济的不断发展，国家加大力度对于电力行业进行创新与改革，使得人们重新对于电能计量装置重视起来，它的地位也显著提升，人们积极研究，其中对于误差的研究初见成效。
2 电能计量装置中影响误差的因素
我国经济的飞速发展和电力系统的不断进步，电能计量装置作为一个重要的研究课题，也取得了一定的成绩。但在电能计量装置的使用过程中，存在着诸多影响着电力计量装置误差的主要因素，比如说工作人员会定期对变压器进行电力参数的测量，这其中就存在着些许误差，其中有设备的误差以及在抄表过程中人为的因素。在一定的范围内，进行电能计量的误差是被接受的，也是数据库所允许的，但是对于一些专家和企业来说，努力将误差减到最小值仍然是一项重要的研究工作，他们会选择通过电能计量装置的测量装置进行反复的检测，这样就可以简单直接地找到影响误差的因素，这种有效的方法对于寻找误差因素极其简单有效。
3 电力系统电能计量装置误差的产生
要想对电能计量装置进行更高精度的设计，首先最主要的工作就是对于误差的尽量缩小化，找到影响因素的同时要积极地采取措施进行预防，并且使每个工作人员自身的预防意识增强。在工作过程中，尽量地避免人为的失误，下面三个方面将很好地分析出电能计量装置误差的诸多因素：
3.1 使电能表产生误差的诸多因素
3.1.1 受瞬间冲击负荷的影响。突如其来的冲击电流的产生，会将电流表的转盘转速瞬间加快，这种冲击电流会达到平时平均电流的好多倍，由于惯性的极端影响，电能表的偏差就会显现出来。
3.1.2 当电能表工作时，电压偏低的影响。如果工作人员没有提前意识到想要将电能表接入地的电压相对于稳定电压已经超出了额定的数值，根据理论知识电压元件产生的自制力矩与转盘的转速、电压磁通三者与u的平方成正比的方程式可以看出，如果实际的电压比额定的电压偏低时，由于电压微妙变化而引起的自制动力矩变化率要比驱动力矩大的多，因此会得出结论，电压偏低时，电能表将会呈现正偏差。
3.1.3 出现使用电的负荷相对较轻。当用电负荷太轻时，电力系统中的电流达不到一定的限值，这个时候的电能表进行工作，得出的各种数据是不准确的，而且相对出现紊乱现象。所以会出现较大的偏差。
3.1.4 相对于用电负荷较轻的情况，超负荷运行同样也会是电流表的运行出现问题。如果使电流表长期处于超负荷状态下工作，那么将会对电流表的功效进行损伤，使其很难支撑下去，因此电能表会产生负的
偏差。
3.2 电流互感器变流比的选择
额定电流比是指一次额定电流与二次额定电流之比，通常采用不约分的分数来进行表示。所谓的额定电流是指在这个电流下互感器可以有效运行而不会发热损坏的电流，从而更好地保证电力系统的正常运行。
3.3 电流互感器二次接线不规范造成的计量误差
电流互感器的原理主要是依照电磁感应原理对电路进行闭合而进行快速的工作。在电流互感器中，一次接线的数量微乎其微，并且大多数串都会存在于电流的线路中，总而言之，这一过程中的误差很难消除。但是二次接线相对于一次接线来说就很多，二次接线串接在电力系统的测量仪表和保护回路中起着重要作用。
4 在电力系统中电能计量装置影响误差原因及处理方法
我们在确保电力系统计量的误差减少的前提下，应该追究于影响它的条件，例如电力设备和其他条件的都会使其受影响，从而影响电力系统計量的安全性与准确性，这种误差大的情况会使电网的运行有着十分深刻的影响。所以对于当下社会电力系统的改革与创新，要究其根本原因，以下从各个方面出发对电力系统电能计量装置影响误差因素进行了分析：
4.1 二次接线安装要规范
电流互感器的安装方式正确与连接稳固对于电力计量有着重要的影响，若不小心，将会出现数据紊乱、突然断电等一系列问题，对于人们的生活会有很多影响。同时，二次线的布设与线路的连接中，位置错乱了、接线路的顺序颠倒了等原因也会造成较大的误差。
4.2 电能表安装要规范
电能表的另一种通俗叫法为电度表，它是测量电能的主要仪器，一般来说指的是测量多种电学量的仪器。电能表具有多种分类，如若按照用途来分，电能表基本可以分为如下种类：有功电能表、无功电能表、最大需量表、复费率分时电能表、磁卡式电能表、电卡式电能表、损耗电能表、多功能电能表和智能电能表等。安装人员要对于电能表的安装方法熟记于心，不可出现严重错误，否则将对国家的电能资源有很大影响，也会妨碍抄表人员的正常工作。电能表作为最普遍的个体存在于电力计量装置中，它体现着数据的运行，同时对于计量误差的分析与研究，电能表也发挥着非凡的作用。
4.3 抄表活动要规范
在电力企业工作人员的工作过程中，存在着很多的不当行为，人为的有对待工作不够认真，带着得过且过的态度进行工作，对国家电能浪费的意识不强烈。设备本身也会有较多不可避免的问题，这些会给电能计量装置误差带来很多影响。这就造就了一些非法人员会利用一些手段对电表进行更改，明知是违法行为却依然为了个别利益浪费国家资源，而且这种方式还会促使一些人更加肆无忌惮的浪费心理，这就是所谓的窃电现象。这种现象就是一些人利用不正当手段逃避电费的缴纳或者较少的支付，最常见的方式就是利用导线或并接电阻插入电能表的相线输入端和输出端，从而起到分流作用。用导线短接而导线电阻几乎等于零，因此绝大部分的电流将从短接导线中通过，电能表的电流线圈中几乎没有电流，致使电能表停转。抄表活动的不规范和窃电行为给电力系统电能激励装置计量误差造成很大影响。
5 结语
随着各种电能计量装置的广泛使用，人们对电力系统电能计量装置存在的误差因素进行了深入的研究，以保证得到的数据最具有准确性，它的产生也使我国的电力系统有了很大的进步，但是不难看出，影响电力系统装置可靠性与准确性的误差因素仍然存在，而且因素的多样性也为研究带来了一定的困难，但是相信电力系统的工作人员会在不断的探索与发现中找到解决诸多误差的有效方法与途径，将减少计量误差作为长期的工作任务去研究，最后一定会将误差因素对电能计量装置的影响变得最理想，为国家的电力事业做出贡献。
参考文献
[1] 徐燕.电力企业电能计量装置管理措施分析[A].山东省优秀计量学术论文选编（2011年度）[C].2012.
数字式电能计量系统 篇4
1智能变电站
智能变电站是智能电网的一个重要组成部分, 在具体应用中主要的作用是为智能电网的运行可靠、标准的节点支撑。智能变电站应用的智能设备都具有集成、可靠、低碳等优点, 所有的设备都建立在同一平台基础上, 利用一次、二次设备的信息化传输和网路连接, 自动完成系统在运行过程中对信息的采集、控制、计量等基本功能。
设计智能变电站过程中, 应当充分体现变电站在自动化、信息化等方面的需求。目前, 我国智能变电站的设计与建设主要依据“统一标准、整体推进”的原则有序开展。100-220k V的智能变电站在我国已经得到了广泛的应用, 并且积累了大量的工作经验, 500k V智能变电站也在进一步研究与建设中。
2数字电能计量系统的构成
2.1电子式互感器
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。
2.2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。
在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。
2.3数字化电能表
数字化电能计量系统中使用的新型仪表为数字化电能表, 其在工作中的原理是与电子式互感器配合使用, 整个通信环节通过光纤完成, 在具体操作过程中, 只要将数字化电表中的数据输入通道, 并且与单元数据进行适当合并, 并且可以正常输出和接受合并单元中的具体数据。
3数字电能计量表误差
数字电能计量系统中所采集的数值的传输都是通过光纤完成的, 并且在形式上都为数字量, 在这一点上对传统的电能计量系统来说, 并未对系统中的电压和电流进行二次线路模拟, 因此电能系统的数据在线路传输过程中并不会出现误差。与此同时, 数字电能表如果被安装终端, 其在变电站运行过程中的主要功能是接收输出信号帧, 并对其进行合并, 输入的具体信号为通过数字量的形式表示, 因此在具体操作过程中不会受到温度等外界因素的影响, 因此与传统的电子式电能表相比, 误差较小。
通过分析可以发现, 电子式互感器在运行过程中将数据输出给计量设备后, 利用光纤所传输的数据是通过数字量的方式完成的, 数字化电能表对电能量和电参量的计算都是通过信号帧值直接完成的, 因此在具体计算过程中不存在误差。处于相同等级的传统互感器在运行过程中, 因为输出的模拟电压和电量信号在传送到电能表前都需要通过电缆线路, 在这个过程中由于存在二次传输存在电压损耗, 因此会导致电能计量系统误差加大, 传统电能表内部器件的准确度有限, 因此, 具体运行过程中势必会存在误差, 并且通过实际的统计可以发现, 误差大小与电流/电压互感器误差值十分接近。由此不难看出, 在同等级情况下, 数字电能表与传统电能表相比, 计量误差更小, 更加能够满足计量系统的工作需求。
数字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。
4分析数字电能计量系统根本
4.1检定数字式互感器
在电能计量系统中应用电子式互感器, 相应也要对检定方法进行改进。但是, 就目前的具体情况来看, 电子式互感器的方法都是对通过传统互感器进行探索完成, 而电子式互感器所输出的信号不是模拟量而是数字量, 因此无法与传统互感器进行比较, 因此需要利用高精度数据采集装置将系统中所模拟的量转化为数字量, 然后进行对比。
4.2检定合并单元
合并单元是计量系统中的一个重要组成结构, 目前在电力系统行业已经发布了相关的技术测试规范核技术要求。合并单元性能指标中, 报文完整性、采样值准确度等都会影响电能计量。在测试规范中, 已经对这些会对影响电能计量的有关因素进行明确规定, 并且同测试结果来看, 也取得了不错的成绩, 合并单元检定已经处于一个相对成熟阶段。
4.3检定数字电能表
理论上来说, 数字电能表在应用过程中如上文所说的一样, 不存在误差, 但是在实际应用过程中也会存在细微的误差, 引起该现象的主要有以下三点: (1) 算法不当导致误差, 通过电能表对电能进行计算, 采取离散化对信号进行处理, 这会引起偏差。 (2) 信号频率波动、非同步采样、谐波等原因也会导致计量装置误差。 (3) 受电能表处理器字节限制, 在对浮点数进行计算时会产生有效位误差, 这也是计算机系统在运行过程中的固有误差。对以上三点原因进行综合分析, 在处理上需要对数字式电能量值产生误差的源头进行分析, 对检定规程和方法进行统一。
目前对数字化电能表素养的方法有以下三种: (1) 标准模拟电能表溯源。 (2) 标准数字功率溯源。 (3) 计算单元溯源。
5结束语
综上所述, 现代多数变电站实现了智能化, 在智能化变电站中对数字化电能计量系统进行应用, 可以使智能变电站的运行变得更加科学合理。但是, 在具体应用过程中也带来新的问题, 因此在具体应用过程中需要对存在的问题进行针对性分析, 找到解决问题的措施, 确保智能变电站运行的合理性。
参考文献
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[3]姚力, 胡瑛俊, 吴剑芳, 等.智能变电站电能计量中非整周期采样的误差分析与补偿[J].浙江电力, 2015, 9:1-5.
数字式电能计量系统 篇5
面对用电需求如此紧迫的局势，电力企业不得不采取措施，提高电力生产、管理系统的运行管理水平，引入自动化控制技术，全面实现电力系统自动化。
电能计量自动化系统便是在这样的条件下产生，并被引进。
数字式电能计量系统 篇6
关键词：计量装置 在线监测 遥测系统 智能电网
中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1007-3973（2013）012-023-02
1 电网装置在线监测技术的重要性分析
电网装置在线监测技术是我国电网的重要构成组分，它不但可以有效解决当前我国电能计量装置的问题，而且可以有效的发现和排除可能出现的故障、计量纠纷等。其次，电网装置在线监测技术作为我国发展智能电网技术的重要基础，这对于推动我国智能电网数据管理、提升工作质量和效率，确保电能计量安全、可靠、准确、及时。不仅如此，电网计量装置在线监测技术还可以弥补传统人工抄表的不足与缺陷，并能够有效提高电网电能计量装置信息化、智能化水平，从而为我国的电力资源实现优化配置与可靠服务。除此之外，在电网商业化运营和电力营销系统方面，电能遥测系统也起到了巨大的技术支撑作用，为我国智能电网的建设提供了可靠的保障。
2 电网计量装置在线监测技术要求
2.1 终端计量设备
终端计量设备是电网计量装置、在线监测技术中的核心装备，它不仅能够完成电网中所接入的有效计量点校信号的采集、而且还可以准确、主动的对这些所采集的数据进行分析、处理加工，并在完成数据整合工作之后加以保存。其次，计量设备需要支持远程系统同本地电力系统间的通讯，从而使得远程和本地间的计算机设备可以利用网络传输数据的形式改变参数，并保证远程控制的有效落实。因此在这一情况下，我们就应该充分的要求终端计量设备拥有多元化、模块化的功能与设计，只有这样才能够确保所有计量装备都能够覆盖在远程测量之中，进而有利于形成在终端功能下的个性化设置。
2.2 通信网络
通信网络处于现场终端计量设备与主站管理中心之间，在二者间起到数据交流、传递的重要作用，通信网络包括PSTN网络、光纤网络、无线网络等。这些通信网络间的应用不仅要达到现场设备间与主站中心开张各项工作的基础要求，还能够要在电力协议与子站点不断增加的大环境下实现在线监测系统对多种通信协议的兼容。例如，Modbus协议、TCP/IP协议等，只有这样才能够确保工作具有机动性，并保障在不同通信环境、方式、条件下可以正常工作。另外，随着近年来科学技术的迅速发展，电力系统中对于通信网络的完整性、高速度、精准性有了更高的要求，同时还应该考虑的是通信网络还应该保证电力应用端口的灵活性、拓展性、从而使得新兴用户的需求得到满足。
2.3 主站系统
主站系统实际上是在线监测技术的管理中心，它可以实现对各个站点数据的上传下载、数据汇总、统计分析、存储等，因此其数据管理功能非常强大，在分析报警提示数据和反馈电网运行状况是能够起到良好的效果。不仅如此，主站系统通过结合子站点的要求还可以为工作人员提供一份精确、真实的数据报表，并进一步为各子站点检测工作开展历史数据查询与现场跟踪工作，从而保障远程控制终端设备能够正常、高效运行。另外，在在线检测装置中主站还可以实现与营销系统的对接，这对于确保Web浏览、电力计量设备各项工作的开展有了有效的辅助和支撑作用。
3 电能计量遥测体系的功能及建设策略
图2为遥测计量系统框架，它主要是一现代化的计算机通信技术作为载体、以数据库作为运作核心，自动的采集远程用电用户的电能信息情况，并能够远程、智能的实现监测用户实时用电状况的效果。对此，本文下面就遥测系统的建设功能及策略进行论述。
系统主站通过电能量采集终端设备定时采集发电厂、变电站及用户电能表的实时电能量信息，再进一步通过实时数据库监测电能量使用情况，结合历史数据分别应用在各个不同等级的客户中，调动起网络功能实施数据交换功能，从而实现电能量数据资源的充分利用。而且通信系统支持多种通信方式，如微博、光纤、音频、网络传输等，这些方式适用于不同条件。一般主站端与电量采集器主要利用光纤实现通信、电量采集器与电能表采用音频或低压载波通信方式。
3.1 系统功能
（1）遥测系统首先应该把电力应用个性化作为目标，然后在结合相关规范章程的基础上为用户提供标准化、安全化的服务，为重点用户提供差异化、有序化的服务，从而取得用户关注用电政策、了解供电信息的效果，并促使用户获取相关资料。
（2）全方面采集用户电能信息也是遥测系统需要实现的系统功能，只有这样才能够有效掌握用户的动态用电情况，这对于防止用户偷漏电问题的出现有着良好作用。其次，遥测系统还应该通过电力系统电能状况分析对电力负荷实施全时段的监控，在用电峰谷时期能够自主的调整符合，以提高电网运行的安全性与稳定性。
（3）遥测系统应该严格依照用电统计需求，有针对性的抄表取数，这样才鞥能够确保电力系统线损曲线的有序性、稳定性。另外，对于某些地区的欠费用户还应该进行停电处理、从而防止用户出现拖欠电费的问题。
（4）除上述三点之外，遥测系统还应该对不同电源点，比如发电厂变电站等实施分时电能计量方式，从而保证最大电流、功率、电压数据集等最大用电需求量能够得到准确的计算与反馈，实现电能计量工作的集约化与智能化。
3.2 建设策略
（1）遥测系统建设之前，首先应该结合实际要求为用户更换电能表等装置，尤其是在某些电能装置较为落后的区域必须要将传统装置变更为电子式多功能电能表，从而保证其与遥测中心数据的一致，并能够严格执行遥测系统监控中心的指令。
（2）在系统安装完毕之后，调试人员应对各个模块进行严格、认真、仔细的调试工作，对于现存的问题或隐患要进行严格的排查，防止在以后的运行当中出现问题。例如电能计量时间长、缺失数据补抄能力、报警程序错误等问题，都应该进行优化处理，全面改进电能计量工作，提高系统运行效率。
（3）切实落实好各电能计量点数据统计工作，并为系统覆盖区域内所有变电站、发电厂等计量点的资料建档归类管理。其次再将它与SCADA EMS系统所记录的档案进行细致的对比，如通信方案的比较、TV/TA的变化情况，对其中的差异数据要加以详细的记录。再次要及时开展现场核实工作，从而确保主站、各站端档案信息一致，只有这样才能够保证遥测系统运行数据的可靠性与准确性。最后还应该重视的是系统报表功能的拓展，通过允许系统管理者及系统自身根据实际状况生成的数据报表进行修改，并主动的添加修改标识，从而保证电能计量责任制的有效推行与落实。
（4）在遥测系统建成之后，可以通过双管齐下的方式检验数据。具体来讲就是指派专人负责对遥测系统的分析，并将遥测系统所获取的电能计量资料同自身记录的资料定期内进行对比，保证各计量点所采回的信息与现场终端设备信息的一致、同步，进而确保系统各项计量数据的精确性。
4 结语
随着我国国家电网的不断发展与完善、电网覆盖面积逐年增加、设备数量也处于不断攀升，而且我国城市化进程的加快，用电客户逐年增多，用电量更是得到了迅猛的增长。因此为了进一步提高我国电力部门的经济效益、用户的用电质量，将电能将遥测系统仅仅应用在数据的采集、分析与统计上是远远不足的。而且传统的工作方式需要耗费大量的人力物力，更不利于我国电网的智能化推进，因此利用遥测系统将是我国未来电网发展的重要方向。
参考文献：
[1] 陈鉴明.电能计量遥测系统通信网络方案的探讨[J].佛山科学技术学院学报，2006（20）.
[2] 吴敏.计量自动化厂站系统数据采集分析技术研究[J].高电压技术，2010（36）.
数字电能计量体系的检定分析 篇7
1 数字电能计量体系结构分析
就我国当前智能电网的建设状态看,数字电能计量装置已经在整个输配送网络环境中有较为深入的应用。就当前的状况看,数字电能计量系统坚持IEC61850标准体系建立完成,并且一个完整的系统包括有电子式互感器、合并单元和数字式电能表等基本单元。具体结构参见图1。
图1仅仅为理想状态下的数字电能计量体系结构,在实际的工作过程中,电子互感器的工作状态仍然在可靠性方面有所欠缺,因此更为常见的工作方式,是采用传统互感器代替电子互感器安置于系统中展开工作。数字字电能计量体系的合并单元需要具有模拟采样功能,并且将图1中的电子电压互感器EVT更换成为传统电压互感器VT,将电子电流互感器ECT更换成为传统的电流互感器CT,构建起新的更具实用价值的数字电能计量体系。传统互感器将二次电流 / 电压值传送给合并单元MU,进一步实现对于电流 /电压值的数字化,这是将传统互感器应用于数字电能计量体系中,并且实现工作的具体方式。
从工作的角度看,无论采用何种互感器展开工作,均需要严格遵守IEC61850通信协议,符合过程层、间隔层、变电站层的划分。但是二者之间仍然存在显著区别,主要体现在模数转换是放在电子式互感器内部实现还是让合并单元来实现。数字电能计量体系与传统的计量相比,最为重要的差异在于在靠近高压侧实现了二次电流 / 电压值的数字化,因此对于传统环境中二次压降以及电磁干扰对计量精度的影响能够实现更好的控制和削弱。
2 数字电能计量体系的检定浅析
当前在我国的智能电网环境中,数字电能计量体系的应用已经有了长足的进展,但是迄今为止,数字电能计量体系的计量结果更多用于参照,而非直接参与实际结算。造成这种状况的重要原因在于数字电能计量体系的检定规程并未得到完全确立,因此其计量结果的准确性在法规层面看缺少必要的支持。
从具体的检定工作看,检定包括多个角度和层面的工作,诸如电子互感器的检定以及合并单元的检定等,但是其中核心的环节在于数字式电能表的检定。数字电能表的检定与传统电能表有很大的区别,考虑到数字电能表遵循IEC61850—9—1/2规约采样作为输入,并且进一步通过光媒网络输入到电能表的工作方式就可以判断,传统电能表的检定方法无法应用于数字环境。就目前的发展状况看,对于数字电能表的检定可以按照溯源方式分为三类,即向标准模拟电能表溯源、向标准数字电能表溯源以及向标准数字功率源溯源。
向标准模拟电能表溯源方式相对而言比较完善,并且也是一个十分直接的鉴定方式。当前在工作环境中常用的向标准模拟电能表溯源方式工作流程参见图2。模拟信号从左侧进入流程,最终实现误差计算目标。
向标准数字电能表溯源的工作原理,则是提供一个标准数字电能表作为检定工作的依据和标准,通过对比标准表和被测表来实现对于被测表的检定工作。此种工作方式通常依据功率源的不同进一步划分为纯数字功率源和实际功率源两种溯源模式。
最后,向标准数 字功率源 溯源工作方 式中,标准数字 功率源输 出遵循IEC61850-9-1/2协议的采样值数据帧,并且该数据帧所代表的电压、电流信号的幅值和相位可以根据实际的要求设置。根据配置的参数可以得到理论电能值,与被测表输出的电能值比较,就可以得到被检表的误差。
3 结论
数字式电能表的检定在目前我国的电力领域中还属于相对较新的题目,其成熟与发展,对于我国电力体系的发展有着毋庸置疑的积极价值。虽然目前电力领域中仍然缺乏相对统一的检定方法,但是这一方面的发展却并未停止,必然会在不远的将来形成成熟的体系,发挥应有的作用。
摘要：文章首先针对当前数字电能计量体系的工作原理和逻辑构成展开分析,而后进一步围绕该体系的检定工作进行了深入的讨论,对于了解数字电能计量体系的工作状态和检定工作细节以及价值有着一定的积极意义。
数字化变电站的电能计量 篇8
关键词：数字化变电站,电能计量,采样值传输
0 引言
随着数字化变电站标准体系(IEC 61850)的不断完善,符合IEC 60044-7、IEC 60044-8标准的电子式互感器制造技术的成熟,以及高速可靠的通信技术的日趋成熟,为变电站内所有信息的采集、传输实现全数字化提供了技术保障,也为数字化变电站内实现电能计量的可靠性、稳定性、通用性及互连、互通提供了良好的合作平台。
数字化变电站内电能计量技术在模拟量采集方式上有了巨大变化,相比于传统的变电站内的电能表来讲,其表计的采样传感器一般采用是高功率输出的电流互感器CT和电压互感器PT,而新型数字化变电站内模拟量采样实现全数字量化后通过光纤线路传输,并且一次侧的传感器采用了低功率输出的电子式互感器,它具有测量准确度高、无饱和、动态范围宽、无二次开路危险等优点,为数字化变电站内电能计量提供了准确的、可靠的数据来源,系统的EMC性能得到了很大的提升;同时也将数字化变电站内电能采集与管理融入了IEC 61850标准体系,为整个数字化变电站高度集成化奠定了基础[1]。
1 数字化变电站的电能计量组成
数字化变电站的电能计量系统主要包括一次侧的传感器,其中包含遵循IEC 60044-7标准电子式电流互感器以及遵循IEC 60044-8标准的电子式电压互感器、合并单元,以及全站的采样同步时钟GPS同步信号。数字化变电站的电能计量组成方框图如图1所示,其中电子式互感器与合并单元的之间的通信一般采用IEC 60044-7标准中规定的FT3格式传输,也有模拟小信号直接传输至合并单元通过合并单元内采样的传输方式,后通过合并单元将所采集的数据合并,以符合IEE802.3规定中的100Base-FX方式对外传输数据[2]。
由图1可知,合并单元至表计模拟量采样值传输服务遵循IEC 61850-9-1通信规则,其中物理层及链路层推荐采用光纤以太网,须遵行IEEE802.3中100Base-FX的标准规范,它定义了模拟量采样值传输的速度及连接光纤的类型,其中IEC 61850-9-1中的应用服务单元(ASDU)中规定了数据采样的类型,在ISO规定的七层模型中,模拟量采样值传输模式在七层模型中采用见图2,为保证模拟量采样值传输的实时性,省去了传输层、协议层。采用由链路层直接到应用层的通信模式,其中应用服务数据单元包含逻辑节点名、逻辑设备名等。逻辑集名标示了数据集结构,即数据通道的分配,根据变电站系统组成,可通过配置数据集中结构设置表计的计量模式,如设置三相三线系统、三相四线计量系统,这有别于传统模拟量输入表计外部电缆接线方式。
由于数字化变电站内使用的是低功率输出的电子式互感器,相比于传统的表计从PT上取电供其工作的方式不同,数字化变电站内表计供电需采用不间断的外部电源供电,一般采用变电站内的站内电源,为了安全可靠起见,表计电源一般采用双路冗余供电的方式供电,从而增强表计的工作可靠性[3]。
2 数字化变电站计量技术
2.1 数字化变电站电能计量原理
根据IEC 61850-9-1标准,应用服务单元(ASDU)所包含的数据类型、模拟量瞬时采样值和采样率、采样计数器、采样值状态字等信息,对这些数据进行相应计算,具体的计算方法如下:
有效值计算公式:
功率计算公式:
其中U(n)、I(n)为瞬时采样值,IEC 61850-9-1协议规定模拟量采样值量化为2个字节。N表示对电网信号周波采样点数。依据以上公式及协议中规定的测量电压与测量电流的比例因子SCP(IEC 61850-9-1协议中规定为11 585,最大电压约为额定电压的2倍多)、额定相电压、额定相电流。计算出线路对应的电参量,具体计算方法如下:
其中,Utr为ASDU中规范的额定电压;Arms为计算出的一次侧对应的电压有效值。其他电参量计算方法类同。为了与传统电子互感器接入系统计量数据映射相同,也可将ASDU中规定的额定电压、额定电流定义传统电子互感器的二次侧转化量,如3×57.7 V、3×5 A。由上述方法可以计算出以下表计常用的数据类型:(1)各相电压及各元件的电压、电流,;(2)各相及各元件的有功功率、无功功率、功率因数、电网频率;(3)分时正反向有功电能、四象限无功电能、组合1、2无功电能;(4)四象限无功任意组合电能,分相正反向有功、感容性无功电能。
2.2 数字化变电站电能计量仪表检错纠错设计
合并单元与表计在模拟量采样值传输过程中,信号线路受到严重干扰或者数据传输过程中CRC校验出错,都有可能造成一次侧的模拟量至二次侧表计数字量映射不对应现象,即出现采样点丢失现象,为此表计内部数字信号处理器的计量算法需做相应的丢点补偿处理,比较常用的插值方法有拉格朗日插值法、牛顿插值法,具体选择的插值方法,需根据丢点前后数据的相关性及采样计数器等信息来选择。图3是随机丢点后与经插值后计算补偿后得出的电量误差比较,图中为单相电压,电流一个周波丢失4至5个采样点后与插值后的的误差比较,两者之间相乘后功率误差多达8%左右。可见,保持周波采样点的完整性对表计的计量准确性至关重要。
2.3 数字化变电站电能计量体系误差分析
相比于传统的变电站计量系统相比,新型数字化变电站内计量系统消除了互感器二次侧至表计之间的电缆传输损耗及线路干扰,另外数字化变电站电能计量方式跟传统模拟量输入电能计量方式相比,整个体系不再引入表计内部PT、CT,及ADC转换所带来的采样误差。图4为传统变电站与数字化变电站计量误差比较示意图,由表1可见,新型数字化变电站电能计量系统的准确度有了很大提高。
表1传统式与数字式计量系统误差比较
相比于模拟量输入的表计管理上的功能比较,数字量输入式表计增加了与合并单元之间光纤通信连接的事件记录,以及表计外部的工作电源连接起止时刻事件记录,为表计的自我诊断和维护提供了很好数据记录来源,确保表计的计量的完整性[4]。
3 结语
近年来数字化变电站技术在国内得到了很大发展,如何对数字化变电站内这一全新的计量系统的电能进行准确计量成为了数字化变电站设计中的一大难点。基于以上对数字化变电站计量系统的深入分析,设计制造出模拟量采样值传输遵循IEC 61850-9-1协议的数字量输入式电能表已在国内多个变电站得到成功应用,为数字化变电站内电能计量提供了很好的解决方案,取得了良好的经济效益和社会效益。随着数字化变电站内的集成度进一步的提高,数字量输入式电能表将在对站内线路检测,电能质量分析,电能量的实时调度,为用户提供快捷、易用的接口,为数字化变电站技术的发展注入新的活力。
参考文献
[1]杨师伯,聂一雄.数字化变电站综述[C]//第二十届电工理论学术年会论文集,2008.
[2]徐大可,汤汉松,孙志杰.电子式互感器在数字化变电站中的应用[J].电力设备,2008,9(3):12-16
[3]刘志军,邓文栋,胡春华,赵正聪.数字化变电站电能计量技术研究[C]//2008中国电力系统保护与控制学术研讨会论文集,2008.
电能分装置计量系统 篇9
某公司供配电系统共有2段35kV进线。I段进线 (关石349线) 引自关城220kV变电站#1主变, 线路长约6km, 其中3km为架空线, 3km为电缆;II段进线 (石化323线) 引自西郊110kV变电站#1主变, 线路长约300m, 全为电缆。II段电源接入总降变电所#1、#2主变 (#1、#2主变容量分别为16MVA、12.5MVA) , 降压为10kV后, 接入总降10kV配电间。总降10kV配电间设有重催变压器#1~#4高压开关柜, 双功能#1、#2变压器高压开关柜, 重催常用主风机、备用主风机、小主风机高压开关柜, 承担了该公司炼油厂重催装置、双功能装置的供电。此外, 总降10kV配电间还配出了4路电源馈线, 分别是厂区10kV配电间I段、II段, 新区10kV配电间, 北厂10kV配电间, 承担了这些地区的供电。新区10kV配电间设有二元酸变压器#1、#2高压开关柜, 汽油加氢变压器#1、#2高压开关柜, 二元酸空压站电机#1~#5高压开关柜, 汽油加氢电机#1、#2高压开关柜, 承担了新区二元酸装置、汽油加氢装置的供电。北厂10kV配电间设有聚丙烯#1、#2变高压开关柜, 河底#1、#2变高压开关柜, 以及本配变高压开关柜, 承担了北厂聚丙烯装置、化工装置以及办公区、生活区的供电。
由于历史原因, 该公司的生产装置是随着公司50多年的发展一步一步建设起来的。在建设过程中, 由于缺乏统一的规划安排, 因此各生产装置的用电情况、各配电间的供配电情况都比较复杂。同一个配电间内, 甚至同一块配电盘上, 配出几个不同生产装置的电源;同一个生产装置, 接入来自2个甚至3个配电间的电源。
2 电能分装置计量系统的基本要求
对新上的电能分装置计量系统, 主要有以下几点要求。
(1) 可采集到全厂所有电能节点的实时电能读数。
(2) 可在数据服务器上对采集到的电能读数进行运算, 计算出每个生产装置的实时电能。
(3) 每小时记录1次采集到的电能读数, 自动生成电能日、月、年报表, 并且自动计算日、月、年的耗电峰、平、谷、总。
(4) 具有计算并校对数据功能, 出现较大偏差时报警。
3 存在的问题及解决办法
(1) 历史问题。各生产装置的用电情况、各配电间的供配电情况都比较复杂, 同一个配电间内甚至同一块配电盘上配出几个不同生产装置的电源, 同一个生产装置接入来自2个甚至3个配电间的电源。
(2) 设备问题。很多回路没有装设电能表, 无法实现准确计量, 因此在需要计量的回路安装电能表, 以达到电能分装置计量的目的。电能表不具备通信功能, 无法实现电能数据上传, 因此将无通信功能的电能表更换为带通信功能的电能表, 把采集到的电能数据实时上传给电能计量服务器, 以达到分装置计量的目的。
(3) 系统问题。没有基于微机的电能计量系统。要将各电能表采集的数据在服务器上进行汇总、运算, 得到各生产装置实时消耗的电能, 并自动生成报表, 需要一套综合电能计量系统。
(4) 管理问题。没有配备电能计量管理专员的, 需要配备。
4 电能分装置计量系统硬件平台设计
4.1 电能采集单元选择
电能数据可以从低压微机保护、电量变送器、数字电力测控仪中采集。
(1) 从低压微机保护中采集电能数据是最经济的一种方式, 因为该公司大部分的低压电机回路都安装了微机保护装置, 无需再另外购置设备。但是低压微机保护的电能计量偏差较大, 最大偏差可达到10%以上, 无法满足电能计量要求。
(2) 比较电量变送器和数字电力测控仪, 后者虽然使用成本略高, 但是有监视屏幕, 便于在现场查找设备的故障、错误信息。
根据分析, 最后决定采用数字电力测控仪作为采集电量信号的基本单元。
4.2 电能采集单元布置
因为是二次改造, 原有回路已没有空间安装新增的数字电力测控仪, 所以在测量回路多的配电室新增电力测控屏, 在测量回路少的配电室新增电力测控箱, 把所有的电力测控仪安装在测控屏、箱内, 在需要测量的回路出线上安装高精度电流互感器, 并将二次电流线接入对应的数字电力测控仪。然后, 根据全厂配电间的分布情况, 在全厂布置6台工业计算机作为数据采集站, 将各配电间的数字电力测控仪通过RS-485总线接入就近的数据采集站。为了保证通信速率, 每条RS-485总线所接设备不得超过8台。对于所带设备较多的采集站, 可通过加装多串口卡来扩展串口, 最大可扩展到32个串口。将这6个数据采集站接入公司工业以太网, 并设置相同的网段, 组成一个小型局域网。电能分装置计量系统结构如图1所示。
5 电能分装置计量系统软件平台设计
综合对比众多的组态软件, 最终决定采用北京亚控的“组态王”软件作为本电能分装置计量系统的软件平台。该软件开放性强, 集成了众多仪器仪表的驱动程序和绝大多数常用通信协议;简单易用, 界面友好, 帮助和支持文档齐全;支持OPC协议, 可实现多台计算机间的OPC通信, 为6个数据采集站的数据汇总计算提供了解决办法。
电能分装置计量系统软件平台采用以下设计思路。
(1) 在组态王中, 给链接到本机数据采集站的每条通信线路分配端口, 并给每个端口挂的数字电力测控仪分配地址。
(2) 在数据辞典中建立I/O变量, 读取链接到本机的所有数字电力测控仪寄存器中的电流、电压、电能信息。
(3) 把采集到的回路电流、电压、电量信息直观显示出来。
(4) 把采集到的电能信息按每小时1次的频率记录在数据表格中, 生成电度日报表, 并且每天根据报表数据自动计算出1天耗电的峰、平、谷、总。
(5) 将采集到的电流、电压数据生成电流、电压曲线图, 作为日后数据分析、故障排查的参考和依据。
(6) 通信异常、数据异常自检, 当检测到采集的数据异常或通信设备故障时, 可通过声光报警通知值班人员, 并将报警信息上传至总站。
6 实施方案
(1) 在北厂化工区建立1个数据采集站, 负责采集北厂聚丙烯装置, 河底一、二级泵房, 北厂办公区、生活区的电能数据, 并处理、运算、上传至数据服务器。
(2) 在南厂运河新区建立1个数据采集站, 负责采集南厂二元酸装置, 汽油加氢装置, 污水、循环水装置的电能数据, 并处理、运算、上传至数据服务器。
(3) 在主厂区南部建立1个数据采集站, 负责采集MTBE、调和泵房、消防泵房、电脱盐等装置的电能数据, 并处理、运算、上传至数据服务器。
(4) 在主厂区东部建立1个数据采集站, 负责采集气分装置、常压装置、动力装置、水处理装置的电能数据, 并处理、运算、上传至数据服务器。
(5) 在主厂区中部建立1个数据采集站, 负责采集加氢装置、消防装置的电能数据, 并处理、运算、上传至数据服务器。
(6) 在主厂区中部建立1个数据服务器, 负责采集重催、双功能装置以及北厂化工区、南厂运河新区和厂区配电所馈线的电能数据, 并处理、运算。
(7) 通过以太网, 将6个数据采集站连接起来, 并利用OPC协议传输采集到的电能数据。其中, 总降数据采集站作为数据服务器, 把其它5个站以及自身采集的数据进行汇总、运算, 计算出每个装置的实时耗电量, 并自动记录每个装置每小时的耗电量数据, 生成电度日、月及年报表, 同时自动计算出各个生产装置的日、月、年耗电的峰、平、谷、总。
(8) 最后, 将采集运算好的各种数据上传至MES网络。
7 技术难点
在方案实施过程中, 遇到一些技术难题。
(1) Modbus采用RS-485串行总线, 通信速率不高, 当链接电度表数量较多时, 数据延时较严重。采用多串口卡, 把1个数据采集站的串口数扩展到16个甚至32个, 这样每条串口线上最多只带8台设备, 延时现象得到改善。
(2) 每小时记录1次采集到的实时数据, 生成数据报表, 并且自动计算出日、月、年耗电的峰、平、谷、总, 需要做大量的编程工作。通过参照组态软件的教程指南, 并结合对实际情况的研究来实现该功能。
(3) 利用组态软件自动数据越限报警功能, 辅以一定的编程实现偏差报警功能。
8 结束语
数字式电能计量系统 篇10
1 电能测量原则简介
按照工作原理的不同可以将电能计量表分成电解式、感应式及静止式三种类型, 在实际应用中测量交流电能应采用感应式和静止式, 其中感应式电能表测量原理和结构存在一定的制约性, 这种类型电表功能扩展及精度的提高都会受到限制;静止式电能表的测量原则是指将单相或者三相交流功率, 利用全电子方式将其转化成脉冲以后再进行数据处理, 这种类型的电表又被称作全电子式电能表, 这种类型电能表具有测量精度高、线性度好以及功耗低等一系列优点。电能表的测量工作原理如果不同, 其制造成本和功能都会存在一定差异, 所以随着对用电管理要求的提升, 感应式电能表将会被静止式电能表替代。
静止式电能表按照转换方式的不同可以分成热点变换型、模拟数字变换型及霍尔乘法型等几种不同类型。其中模拟/数字变换 (ADC) 型电能检测主要将经过互感器变换的电压及电流瞬时值, 经过模数转换成数字量, 再由微控制单元 (MCU) 针对数字信号量展开数据处理。经过模数转换以后可以得到最基本的电量信息, 利用MCU对基本电量信息进行各种数学运算, 就可以得到无功功率、瞬时功率及电能累计值等。热电变换型电能测量主要通过电能热效应, 利用热电元件将这些热能转换成电信号, 该电信号和电能功率成正比。霍尔乘法型电能检测主要利用霍尔元件对电压和电流的乘积进行检测, 得到的输出信号和电功率成正比。
2 智能型电能计量表硬件设计
硬件设计利用模块化设计方案, 具体为主控模块、电能计量模块、电源模块、通信模块、LCD显示模块、键盘输入模块等部分, 硬件结构如图1所示。
2.1 主控制模块
本次设计中选择单片机作为主控制模块, 其选型对整个设计非常关键。考虑到智能型电能计量表的特点, 因为其实现功能比较多, 需要对实现时的程序量进行考虑, 首先注意其程序存储空间, 其次因为设计中需要用到很多外围芯片, 因此要求单片机应有足够的通用I/O口。此外, 智能型电能计量表和智能型数据网关主要利用RS485实现通信, 需要单片机具有串行通信接口, MCU和电能计量芯片主要利用SPI口实现连接。综合对以上方面因素的考虑, 选择PHILIPS公司的P89LPC9401单片机。
2.2 电能计量模块
该模块主要由电流互感器、电压互感器及专用的电能计量芯片组成, 因为电能计量芯片只能接受小电压信号, 因此电网上的大电流信号、电压信号通过电流互感器和电压互感器, 需要进行降压转换, 转换成能够满足电能计量芯片对接入电流及电压的要求。本次设计中单相电子式电能表主要选用美国AD公司的ADE7755专用电能计量芯片, 同时, 三相电子式电能表主要选用美国AD公司的ADE7758专用电能计量芯片。
2.3 RS485通信接口模块
集散控制是工业控制系统中最常用的一种测量控制方式, 通常情况下集散控制系统由主控计算机和机遇MCU前端智能仪器所构成, 这些部分之间利用一定的物理媒介连接在一起, 完成通信功能。测控系统需要测控的对象和采用的测控算法是具有个性的东西, 主控计算机和前端智能仪器之间的通信可以被看作是命令流和数据流的流动, 通信协议的作用是保证传输的高效性和可靠性, 本次设计中主要利用RS485通信接口。
2.4 电源模块
必须为多功能电能表配备良好的电源, 这样不管在任何情况下都可以保证电能表的正常运行, 保证其内部数据的安全性。多功能电能表的电源是由交流电线路供电的, 也可以使用电池, 如果一直使用电池供电, 其抗干扰性将会大大提高, 但是从电池的造价、体积及性能等方面考虑, 至今好没有适合多功能电能表使用的电池, 通常情况下电池都作为备用电源使用。在电网有电的前提下, 多功能电能表可以由交流线路进行供电。
2.5 液晶显示模块
P89LPC9401单片机由PCF8576D通用LCD驱动器、P89LPC931单片微控制器组成, 其中LCD驱动器可以提供32段并支持1~4背板输出, 因此选择这种单片机并不需要外界液晶控制模块。本次设计中选择北京迪文公司生产的DMT32240T液晶显示器, 这款液晶显示器具有单电源、使用方便、连上串口即可工作等一系列优点, 适合单片机使用, 产品设计更加可靠、简单, 拥有完善的技术支持。
2.6 键盘输入模块
在设计智能型电能计量表的过程中, 主要采用键盘输入设计表号, 采用四键键盘输入方式, 设置键 (SET) , 将其用于选择要设置的参数, 上下键用到数字的增减设置中, 确定键用到完成参数设置以后的确定操作中, 具体电路图如图2。
3 系统软件设计
在由微控制器组成的测控系统中, 硬件、软件占有的地位是一样的, 当确定了系统硬件电路以后, 系统功能需要利用软件来完成, 在硬件条件没有差异的情况下, 整个系统的效率由软件的效率决定。电能表软件系统在整个电能表系统中非常关键, 是整个系统的神经中枢, 起到了控制和指挥的作用。
3.1 智能型电能计量表软件设计
电能表软件程序由主程序、电表自检及数据存储等模块组成, 利用主程序、中断方式对子程序进行调用, 使系统整体功能得到实现。其中主程序主要用到启动、自检及系统初始化时段中, 利用LCD来显示时间与电量。电量处理模块主要用来读取计量芯片的无功功率、有功功率和功率因素等数据, 并对其进行相应处理。键盘中断模块主要用来对按键中断进行处理, 并进行相应的参数设置等。LCD显示模块主要用来显示LCD字段, 利用LCD显示屏还可以显示出无功功率和有功功率等参数。数据通信模块主要结合通信违规等要求来实现和智能网关相关的数据通信。
3.2 系统软件主程序设计
多功能电能表控制程序主要由主程序及被它调用的各种子程序构成, 其中一部分为中断服务子程序, 这些子程序由内部定期或者外部中断信号启动来执行。主程序的工作是LCD显示更新、判断是否有按键输入设置参数等部分构成, 其中, 系统初始化主要实现对单片机定时器、存储器等进行设置, 完成设置以后系统会进入到自检模块中, 检查工作情况是否存在异常, 如果发现异常情况应该进行相应的处理, 自检模块没有异常的情况下, 进入到电量处理模块中, 这一模块主要对电能计量芯片读取过的芯片电量信息进行处理, 并将电量保存在存储模块中, 通过LCD进行显示。
3.3 电能计量模块
该模块主要通过单片机串行接口来读取电能计量芯片上的放电参数, 对电量脉冲进行累计, 保存电量数据。在电能计量模块中, 首先单片机利用SPI口针对电能计量芯进行初始化、采样存储等操作, 通过对计量芯片的读写完成了对计量芯片的读出及写入操作。所有计量芯片操作都是利用芯片存储器来完成的, 如果需要访问寄存器, 首先应写通讯寄存器, 然后才能针对寄存器数据进行传输。
4 结语
综上所述, 智能型电能计量表在用电管理系统中的作用越来越重要, 其功能也朝着多样化方向发展, 本次研究中设计的电能计量表是智能型电能计量表中最基本的一种, 只能实现智能型电能计量表众多功能中的基础功能, 因为本次设计利用单片机作为主控制, 可以充分利用其扩展性, 进一步增强和完善电能表的功能。为了满足当前建设节约型社会的需要, 智能型电能表在整个用电管理系统中的优势将会得到充分体现, 其发展前景非常深远。
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