1、1智能变电站电能计量误差分析及校验研究摘要：分析由电子互感器、合并单元、交换机、光纤和数字化电能表（此后简称电能表）组成的计量系统中的算法、传输、延时造成的计量误差，并设计了电能表、合并单元、数字传输的校验方法。 Abstract： this paper analyzes the measurement error caused by the algorithm， transmission and time delay of the measuring system formed by the electronic transformer， merging unit， switches， op
2、tical fiber and digital watt-hour meter （thereafter referred to as watt-hour meter） ， and designs the calibration method of watt-hour meter， merging unit， digital transmission. 关键词：智能变电站；误差分析；电能计量 Key words： intelligent substation；error analysis；electric power measurement 中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：
3、1006-4311（2016）01-0147-02 0 引言 随着电子互感器、合并单元、电能表组成的计量系统在智能变电站中广泛应用，传统的计量校验方法不能够直接应用于数字化计量系统，而且在已投运的数字化变电站中，发现有计量系统存在较大的计量误差，2造成用电纠纷。 本文针对智能变电站计量误差进行了研究，分析智能变电站计量误差产生的原因，研究数字化电能表检验技术，合并单元检验技术，并介绍了适用于智能变电站的合并单元和电能表检测方案。 1 智能变电站计量系统组成 智能变电站通常采用电子式互感器进行采样，采样信息通过合并单元以网络方式接入变电站自动化系统，从而实现变电站安全控制功能和计量功能。在计量系
4、统中，一次侧的电压、电流采样值，通过合并单元将多路采样值合并后经数字传输网络传送给数字化电能表，电能表接收采样值，实现计量。计量系统组成如图 1 所示。 2 关键设备误差分析 电子互感器在将一次侧电压、电流采样后，转换为数字信号输出，在采样和传输过程中，内部的 A/D 采样可能造成量化误差，在采样过程中，由于自身的守时误差，造成不同通道不在同一时刻采样，特别是电压和电流的不同时采样，造成相位偏差。因此需要对电子互感器的输出比差和角差进行校验。 数字化电能表误差主要有算法误差、报文处理和舍位计算引入的误差。电能计量算法本身带来的误差是数字化电能计量最主要的误差；数字化电能表对以太网数据包的接收和
5、解包过程中可能造成丢包和解码错误，对于错误采样值的丢弃或插值都可能引起计量误差；在算法实现过程中，由于微处理器性能、寄存器位数等硬件条件的限制，电能计算中的过程性数据可能会舍弃一些低位数，从而引入舍入误差。 3合并单元作为智能变电站过程层的核心设备，是电流互感器、电压互感器与间隔层智能电子设备之间数据传输的桥梁。合并单元接收串行传输的多通道采样值，并将多路采样值进行同步，然后对外发布。在同步过程中可能造成采样值变化或相位改变。 3 计量系统校验方案 3.1 电子互感器校验 电子互感器校验系统主要分为标准通道、被校通道和校验平台三部分。标准通道由标准互感器、信号转换装置、A/D 信号采集器组成；
6、被校通道分为模拟互感器校验通道、模拟量输出型校验通道和数字量输出型校验通道三部分组成。校验平台由植入校验算法的 PC 机组成。校准互感器仍然采用传统电磁式互感器，标准通道模拟信号数字化采集器在收到PC 机发出的模拟同步脉冲后，对标准互感器和模拟输出型电子互感器的二次输出信号进行数字化。同时，待测数字量输出型电子式互感器信号根据 IEC61850-9-1/2，经合并单元转换成数字信号后通过网口发送给工控机。当接收到标准和被校通道的数据后，由校验算法完成数据分析和误差计算。 3.2 电能表检验技术方案 数字电能表直接接收合并单元 MU 上采样值数据，它在接口方式和工作原理方面与传统的电能表相比发生
7、了根本性的改变。数字电能表除了基本误差之外，数字接口部分需要进行其他项目检测，以保证在网络环境下，适应网络变化和波动。如接收数据是否可靠、数字端口遭受网络风暴时能否正常工作、数字报文异常时电能表能否正常工作、协议符合4性测试等。检验技术方案如图 3 所示。 数字计量校验测试仪设计有高精度模拟量采集模块，将模拟功率源的电流电压信号采样后，转换为数字报文发送给被检表，同时计量校验误差测试仪内嵌的标准表模块计算功率值，输出有功脉冲和无功脉冲到模拟式标准表，从而可在模拟式标准表中获取计量误差校验装置的误差E1，被检表的脉冲接入模拟式标准表，可检测到系统误差 E2。误差 E2 包含计量误差校验装置的误差
8、 E1 和自身误差 E，故被检表的误差为 E=E2-E1。 3.3 合并单元检验技术方案 合并单元是数字化电能计量装置中非常重要的功能单元，作为中间环节连接不同电子式互感器与数字化电能表，承担数据同步、合并及传输等功能，对数字化电能计量装置的整体误差有很大影响。 对于合并单元采样精度的测试可如图 4 所示方式进行测试，MU 测试仪上显示待测 MU 采集量的参数（包括幅值、频率、功率、功率因数等交流量） ，同时还显示待测 MU 和采样基准采样的同一路交流量信号之间的相角差。MU 测试仪还能对待测 MU 和交流采样基准的 1min 内每一个采样点数据的幅值和时标进行分析比较，显示幅值和时标的偏差的
9、分布曲线和最大偏差的统计结果。 4 测试结果 采用该校验方案对数字电能表和合并单元进行校验合格的电能表，在吉林长春南数字变电站中挂网运行，并与原有未经校验的电能表进行误差比较对，发现经校验合格的电能表误差小且误差稳定，实验数据如5图 5 所示。 5 结语 通过分析智能变电站数字式计量系统中电子互感器、合并单元、数字化电能表等关键设备，提出了误差产生的原因和校验方案，采用该方案校验的计量系统，在工程应用中具有较高的计量精度和稳定度，促进了数字变电站计量应用。 参考文献： 1GB/T 20840.7-2007，电子式电压互感器S. 2GB/T 20840.8-2007，电子式电流互感器S. 3IEC 61850，变电站通信网络和系统S. 4DL/T 282-2012，合并单元技术条件S.
