三相多功能電能表技術發(fā)展的現狀與展望

摘要：改革開放以來，我國工業(yè)、農業(yè)及各領域經濟迅猛發(fā)展，大規(guī)模集團化大型生產企業(yè)對電力需求與日俱增，日益擴大，原有的電力電網已不能滿足需要。電能計量作為計量工作的重要組成部分，是電力企業(yè)生產經營管理及電網安全運行的重要環(huán)節(jié)，其技術水平和管理水平不僅事關電力工業(yè)的發(fā)展和電力企業(yè)的形象，而且影響電能貿易結算的公平、公正、準確和可靠，關系到電力企業(yè)、廣大電力用戶和老百姓的利益，其工作好壞是客觀經濟環(huán)境的一重要組成部分。一、 引進的三相多功能電能表新技術，代表目前國際上電能表技術的最高水平：1、 高精度、長壽命計量；2、 高速率、實時測量；3、 開放式、高速率通信技術應用；4、 三相電能計量專用芯片；5、 諧波功率電能計量標準。二、 國產三相多功能電能表新技術國產電子式三相多功能表技術開發(fā)起步較晚，近幾年，注重吸收國際計量技術與管理經驗，強化自主開發(fā)，取得了許多新的技術成果：1、 三相多功能表0.2s級有功功率計量，16位E-Aa/d，160mips的dsp，交流采樣速率256點/周波，運行和備用兩套費率時段，負荷曲線記錄和容量為4m字節(jié)的存儲器，寬電源電壓范圍，互感器合成誤差補償，變壓器銅損、鐵損計算；0.5s級三相基波有功表；采用三相soc單芯片或三相有功、無功計量芯片的低端三相多功能表設計，從技術上適應電表量大、面廣的市場需求；高壓電能表，采用電子式傳感器，懸浮式電源設計，有功電能計量準確度為0.5級，用于10千伏中壓電網直接計量電能量。2、 諧波功率、電能計量諧波功率、電能計量三相諧波表，有功功率計量0.2s級，無功功率計量0.5s級，高準確度的基波和諧波有功電能計量，采用實時積分法計算總有功電能，通過fft算法，提供基波、諧波電能量和諧波功率方向；沖擊負荷電能計量理論與算法，應用廣義功率理論，定義任意波形的單相電路和三相電路的功率，應用正弦電路功率理論、傳統(tǒng)非正弦電路功率理論和廣義功率理論進行沖擊負荷的有功、無功、視在、畸變、三相不對稱功率電能的計算；基于iir型hilbert數字濾波法的諧波無功功率的測量，hilbert數字濾波器具有優(yōu)越的頻率響應特性，數值計算簡單，經計算的諧波無功功率，與仿真實驗結果只差0.02%；諧波有功功率潮流分析方法，經研究指出：fft理論具有局限性，實際的電力負荷，除基波和整數倍頻成份外，尚有間諧波存在，需要開發(fā)電能表新的算法。3、 三相電能計量專用芯片具有基波/諧波電能計量的三相多功能計量芯片，16位E-Aa/d、24位dsp，負荷動態(tài)范圍1000:1，線性度0.1%，測量帶寬21次諧波，集成溫度傳感器；采用hilbert數字濾波器計量諧波無功功率的三相計量芯片；采用數字并行算法和降低晶振頻率技術的低功耗三相有功功率計量芯片。4、 基于gprs通信網的用電需求側管理系統(tǒng)及其終端該系統(tǒng)具有遠程抄表、用電異常信息報警、電能質量檢測、線損分析、無功電壓管理和電力負荷控制管理等功能，系統(tǒng)指標為：并發(fā)數據量不小5萬采集點，一次采通率不小于95%，二次采通率不小于99.5%，遙測合格率大于98%，對時精度小于100毫秒。5、 關口表遠程校準系統(tǒng)該系統(tǒng)由多路關口表的測量、校準回路和計算機通信網絡構成，就是將高精度三相標準表置于變電站內環(huán)境條件符合要求的場所，被測電流的變換是通過計量電流互感器的二次回路接入0.02級、5/0.5a的中間互感器，標準表和關口表的三相接線方式和有功、無功計量方式是通過工控機指令切換，關口表的實時誤差通過專用信道送至系統(tǒng)主站，整個系統(tǒng)誤差為0.1%。6、電能質量和電能計量標準準確度為0.02%的數字式三相標準表，四象限測量，多種無功功率計量方式，諧波和基波有功功率計量，50次諧波分析，三相不對稱測量；電力系統(tǒng)的正弦無功功率計量標準，它以電流比較儀技術為基礎，通過基本電學參量溯源，正弦無功功率計量的擴展不確定度為75X10；電力系統(tǒng)的電能質量計量標準，包括：諧波電壓、電流測量，諧波次數從直流和2-100次整數倍諧波，任意次間諧波，諧波電壓擴展不確定度為0.02%，諧波電流擴展不確定度為0.04%；閃變，常用的指標是短時間閃變pst(10min)和長時間閃變plt(2h)，該標準裝置的擴展不確定度為0.5%；頻率：1hz-21mhz，該裝置擴展不確定度為2X10；相位，該標準裝置擴展不確定度為0.02%；產品技術規(guī)范，鑒于國際上尚未有三相多功能表的統(tǒng)一標準，中國電工儀器儀表標準化技術委員會組織起草國家標準《多功能電能表特殊要求》，現正進入審定階段。制定該標準的目的，是為制造商和使用電能的用戶提供一個產品技術規(guī)范，并使其體現產品訂貨技術規(guī)范的大部分內容，多功能表的通用要求，將參照中國相關國家標準的的內容。三、未來三相多功能電能表技術的走向正視現狀，展望未來，需要超前預測電表應用領域和技術要求的不斷變化，才能正確把握今后產品技術的走向。1、 應用領域的拓展：近幾年，中國的社會用電量迅速增長，全國聯(lián)網，特高壓電網建設，百萬千瓦級發(fā)電機并網，家居網絡化進程，電網經營管理改進和計量新技術應用等要素，推進電表應用領域的擴展，主要是：從用電計量計費擴大到配電變壓器、變電站的經濟管理和用電需求側管理的計量；從用戶計費擴大到發(fā)電廠上網電量、跨省電網聯(lián)絡線交換電量的計費；從315千伏安及以上的大工業(yè)用戶計費擴大到100千伏安及以上的商業(yè)、非工業(yè)、普通工業(yè)戶的計費，以上電表應用領域的擴大，引起計量點總量估計由60萬個擴大到400萬個，電表應用需求量前景看好。2、 技術要求的更新：隨著電表應用范圍擴大，電力系統(tǒng)提出許多具有專業(yè)特點的計量要求傳統(tǒng)計費電表的通用要求，有功、無功電能計量，最大需量計量，費率時段，單方向、雙方向和不完整的四象限計量，多參數測量，多種計時要求，多種通信方式，自檢、報警，停電抄表，失壓、斷相、停電、失流、三相不對稱、編程預置、需量復位等事件記錄；新提出的通用要求，運行和備用兩套費率時段0-360°計量，具有時標的視在電能計量，最小需量計量，qh計量，溫度誤差自動補償，諧波電壓、電流總含量和諧波污染程度測量，防竊電基礎技術，同時，計費電表要準確可靠，功能簡單、實用；關口表的特殊要求，最高準確度提高到0.1級，電表穩(wěn)定性和可靠性指標要量化，低負荷計量，需量周期、費率時段的同步和主、副表實時比對，電表遠程校準等；大工業(yè)戶計量的特殊要求，諧波、沖擊負荷計量，功率越限報警，主變壓器損耗計量，互感器合成誤差補償，電能質量計量等；中等容量戶計量的特殊要求，大電流計量，半波通過電流互感器計量，三相不平衡、不對稱計量；變電站進線、出線計量的特殊要求，主變壓器損耗計量，變電站的有功、無功、視在電能平衡計量，無功功率控制信號輸出，用戶線路的特殊要求，參照大工業(yè)戶計量的特殊要求內容；配電變壓器計量的特殊要求，停電采集，三相不平衡、不對稱測量，中性線電流測量，變壓器油溫測量，變壓器損耗計量和有功、無功、視在電能平衡，電力線路損耗電量的核實等；用電需求側管理系統(tǒng)終端的特殊要求，功率越限報警和主動上報，電力負荷開關投切信號輸出等。綜上所述，經過十幾年的發(fā)展，中國的三相