诸侃伟 李莹
（国网浙江杭州市余杭区供电公司 311100）
摘要：随着数字化电能表越来越广泛用于智能变电站电能计量系统，研究一套完备的校准规范变得日趋重要，国内外已先后研究出一些针对数字化电能表检验的方法。针对数字化电能表校准项目和误差成因进行分析。
关键词：数字化；电能表；校准；误差
1、引 言
随着基于 DL/T860规约建设的智能变电站的不断完善和发展，新一代电子式互感器 + 数字信号接入合并单元及电磁式互感器 + 模拟信号接入合并单元的系统架构逐渐取代传统模拟计量方式。
2、数字化电能表研究背景
数字化电能表在这种环境下应运而生，相对于模拟电能表而言，它不包括模拟采样部分，其计量误差主要取决于接收采样值报文能力和电参量计量等因素，计量准确度较之模拟电能表有很大程度提升。为了保证电能计量的准确性和可靠性以及适应智能变电站整站实施的要求，有必要在新技术条件的基础上建立一套符合智能变电站特点的电能计量系统和检测系统。国内一些厂商及研究机构对数字化电能表检验方法进行了大量研究，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检验。
实验室校验仪研究方法主要包括基于数字化功率源和标准数字化电能表法、基于模拟功率源和模拟标准电能表法等，可测试项目包括基本误差、标准偏差估计、频率影响量、相位影响量、谐波影响量、起动、潜动、走字试验等。但总体来说，目前行业内对于数字化电能表检验还尚未形成统一的标准。本文通过分析数字化电能误差产生的原因，阐述了基于数字化功率源和标准数字化电能表法的检验装置的实现原理，并在采样值网络异常状况下进行数字化电能表的计量准确度检验。
3、智能变电站计量系统分析
数字化变电站计量系统由前端电磁或电子式互感器采集一次模拟电压、电流后输入合并单元，其中包括保护、测量用电压电流，多路之间通过同步时钟保持信号同步采样，保证采样信号的实时性。合并单元将模拟量或者 FT3 格式数字量信号转换成符合DL / T860.92 数 据报文帧格式并输出给后端设备。数字化电能表作为变电站中的计量器具，它采集合并单元的输出信号按照 DL/T860．92 协议帧格式解析报文进行电能量计量，同时根据当前累加电能输出相应检测脉冲。
数字化电能表还具有事件记录和主动上传报告功能，它是按 DL/T860．92格式将报告上报给主站设备，以供主站设备通过以太网进行远程控制。报告上报包括事件上报和电参量上报。数字化电能表支持文件服务功能，如查询删除等。主站还可通过下发报文设置数字化电能表时区时段。
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4、数字化电能表校准项目及计量误差分析
4.1 数字化电能表校准项目
由于目前行业内没有统一的数字化电能表校准项目标准，考虑到数字化电能表应能兼容各地区不同变电站使用环境，有必要形成统一校准规范，达到校准一致性的目的以验证数字化电能表功能完备性。缺少某些测试项目可能导致返厂维修频繁，不利于数字化电能表的维护和智能变电站计量系统稳定。结合数字化电能表目前在各地应用所出现的问题，经研究发现数字化电能表现场检验项目除基本要求的校准项目外，还应包括以下几个方面：
准确度方面：（1） 数字化电能表在多合并单元数据报文下的计量准确度；（2） 在不同采样率情况下计量准确度。（3） 报文丢失率在 0.01% 情况下的计量准确度。（4） 改变一次电压电流规格，数字化电能表仍然具有同等级计量准确度。
功能方面：（1） 数字化电能表的最大通道映射能力；（2） 最大支持 ASDU 数；（3） 是否支持 GMＲP 组网VLAN 设置功能；（4） 支持数字化电能表日计时误差检测；（5） 多合并单元现场应用环境中，数字化电能表能支持在一路合并单元电流处于检修状态下正常计量；（6） 不接光纤线缆情况下有报警输出；（7） 可根据现场实际环境设置一次侧电压电流值进行检测；（8） 对于支持 MMS 服务的数字化电能表应对以下三个功能进行检测：主动上报符合 MMS 报文规范的事件或电参量报告，支持文件服务功能，可通过主站下发报文设置数字化电能表时区时段。
4.2 数字化电能表误差分析
数字化电能表接收合并单元输出数字报文，由于模拟采样部分已前移至前端电子式互感器，故不存在模拟采样误差。数字化电能表本身只进行纯数字量计算，理论上说误差应为零，但实际上却存在误差，具体包括以下几个方面：
（1） 高吞吐率下采样数据帧接收效率数字化电能表在接收采样值数据帧时，因网络环境异常或端口流量过大而发生报文丢失或不连续的现象，而导致数据帧接收效率降低。在这种状态下，若把丢失数据帧当做零处理，将对后续计量产生误差，造成的误差与丢包发生时候的采样值相位和每个周波的采样点数 N 以及参与计算的采样周期数n 有关。
（2） 电能计量算法误差
数字化电能表解析采样数据帧得到每周波采样瞬时值后，将计算频率、有功、无功电能等参量。对于有功电能计算，常用的方法有直接点积分、复化辛普森、复化牛顿柯特斯等算法，其误差阶次不同，将引入不同程度误差。因数字化电能表的计算窗内的等距间隔由合并单元决定，所以在使用复化辛普森或复化牛顿柯特斯等插值型求积引入误差基本在 1×10﹣5以下。
（3） 电能脉冲输出与实际电能累加存在差异数字化电能表在进行电能累加后按照设定的脉冲常数输出相应电能脉冲，由于数字表不同厂家设计存在差异，在脉冲输出时刻，可能由于系统未及时响应或因 CPU 负荷过重导致中断未及时响应，而造成脉冲输出精度与当前电能存在误差。在数字化电能表设计过程中，若没有考虑以上三种情况，将可能使得数字化电能表检验结果达不到标准要求，研究数字化电能表检验装置能对数字化电能表设计产生至关重要的影响。
5、数字化电能表检验方法研究
对于数字化电能表检验方法研究，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；方法 1、2 是通过数字频率直接合成技术模拟产生正弦波信号，可对输出正弦波幅值、相位、频率和通道数进行设置，输出采样信号遵 DL/T860.9 协议帧格式。
方法 3 是通过高精度 A/D 转换设备采集模拟功率源电压电流信号，并遵循 DL/T860.9 协议帧格式打包生成数字信号。
采用数字化功率源和标准数字化电能表法检验数字化电能表误差等级要求标准数字化电能表必须能量值传递，由于电能计量算法尚不具有标准体系，需要将标准数字化电能表通过模拟量传体系溯源至国家标准。模拟溯源装置同步采集模拟功率源输出三相电压电流信号，一路送入模拟标准电能表进行电参量计量；一路经六通道同步 A/D 转换后，按照DL / T860.9 协议帧格式编码，再发送给被试数字化电能表或被试标准数字化电能表。误差处理器接收模拟标准电能表标准脉冲和被试数字化电能表输出脉冲。按照公式（1） 得出被试数字化电能表的相对误差：γ =（m0﹣m）/m× 100（%）（1）
式中 γ 为相对误差；m 为实测脉冲数；m0预置脉冲数。
已知模拟标准电能表等级为 0.01 级，则可对0.05级及以下被试标准数字化电能表或被试数字化电能表进行检验，经过模拟法检验的标准数字化电能表可用于数字化电能表检验。
6、结语
本文在介绍数字化电能表计量准确度及功能检测项目和分析数字化电能表误差产生原因的基础上，重点针对数字化电能表检验技术及标准数字化电能表量值溯源方法进行讨论，并给出基于数字化功率源和标准数字化电能表检验方法的检验装置设计方案。
参考文献：
[1]林国营，周尚礼，孙卫明，伍少成，等． 数字化变电站电能计量装置检验技术［J］． 电力系统及自动化学报，2011，23（3）：
[2]周建波，郭立煌． 数字化电能表采样数据接口检测研究［J］． 电测与仪表，2013
论文作者:诸侃伟,李莹
论文发表刊物:《电力设备》2015年5期供稿
论文发表时间:2015/12/21
标签：电能表论文; 误差论文; 电能论文; 标准论文; 报文论文; 变电站论文; 准确度论文; 《电力设备》2015年5期供稿论文;