智能化变电站电能计量新技术的应用_申狄秋.pdf

光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电器165智能化变电站电能计量新技术的应用申狄秋，夏 武，田湘贵，刘有强中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局，广西 柳州 545000摘要：智能化变电站是智能电网的关键环节，电能计量的数字化和智能化对智能化变电站的发展不可或缺。传统电能计量系统由于采用了电磁式互感器、电子式电能表等基于能量耦合的模拟量传输装置，具有系统互动效率低，无法满足智能化变电站全站信息数字化要求的缺点，因此采用合并单元、数字化电能表等新技术形态产品、进行数字化计量是智能化变电站发展的必然趋势。文章从智能化变电站电能计量系统的结构和新技术应用策略等方面，着重讨论了智能化变电站电能计量新技术的应用。关键词：电能计量；智能化；变电站分类号：TM933.40引言智能化变电站采用可靠、经济、集成、低碳、环保的设计理念，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化、系统功能集成化、结构设计紧凑化、高压设备智能化和运行状态可视化等为基本要求，可以提高整个电网运行可靠性和经济性。与传统变电站相比，智能化变电站采用光缆替代了电缆，数字代替了模拟，大大提高了采样精度和信号传输的可靠性，大幅减少了二次接线，提高了设备间的互操作性。智能化变电站可以自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要支持电网自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能1。随着数字化时代的到来，配合智能变电系统、智能电网等实现数字化电能计量，可以实现各种形式用电量的数字化表达和处理，可以提高电能计量的可靠性和数据信息的规范化程度，辅助管理者对数据进行多样化操作，增强后期供电服务的准确性。在智能化变电站中利用数字化技术，构建数字化计量二次系统，与自动化等二次系统协调配合，可实现信息协同和运维效率的升级。利用数字化电能计量新技术可以打破信息孤岛，提高信息数据共享效能，降低运行维护过程中的事故率，保障人员和设备安全2。1变电站电能消耗与电能计量现状1.1 电能消耗现状电能浪费是当今我国国民经济发展过程中所面临的重要社会问题，当前资源浪费严重，尤其是电能资源浪费情况严峻。电能资源浪费的主要原因包括能源质量低、资源质量低、电力设备损坏及能源装备技术水平低下等。电能资源浪费会限制电力行业的进步，危害国民经济的整体发展，电力行业应该加强对电能计量管理工作和电力资源节能管理工作的重视3。1.2 电能计量现状当前，电能计量工作面临着抄表不准确、计量精度不高、收缴费滞后的问题。导致电能计量情况不佳、电力测量数据与实际不符的原因有抄表员缺乏责任意识、缴费充值机制失灵等。此外，导线、表计老化等也会导致电力测量精度不足，限制电力产业发展4。如果抄表系统系统出现问题，将限制电能计量系统的正常运行，严重时会妨碍整个电力系统的正常运行。据实践调查发现，抄表系统无法正常工作的原因主要是传输技术存在问题，传输技术出现问题会导致电能计量工作受到影响或者被暂停。与此同时，如果计算机存在应用问题，如数据库信息不齐全、查询系统不能正常工作等，也会妨碍抄表系统的正常运转。2智能化变电站电能计量新技术概述智能化变电站配备了智能控制平台，可以利用数字化技术，对站内的数据信息进行数字化改造，提高了内部数据信息传输的效率。在运行方式方面，智能化变电站的智能系统具备自调节功能，可实现通信网络化、协议标准化和驱动自动化。此外，系统的集成控制功能可以提高主系统与子系统之间的对接程度，作者简介：申狄秋，男，本科，高级工程师，研究方向为智能电网、电力自动化。文章编号：2096-9317（2023）01-0165-03 照明电器 2023 年 第 1 期 总第 176 期 光源与照明166保证各种信息可以通过系统模型进行传输和计算，构建更加完整的数据服务系统，增强终端控制部件与系统之间的对接性。智能化变电站电能计量新技术与传统电能计量技术不同。传统电能计量技术采用的计量感应设备是高功率输出设备，而智能化变电站采用的设备是电子式互感装置，并配合先进的网络技术，可以将采集到的电能信息进行现场传送。与传统电能计量技术相比，智能化变电站电能计量新技术的测量准确度更高，信息交换更方便，可以进行远距离数据传输，在配电网范围日益增加的情况下，可以显著提高电能计量的准确度和安全性。智能化变电站使用的传感设备可以提取比较精确的电力数据资料，可以大大提高整个供电系统的效率，为智慧变电站的高效运营提供支持5。3智能化变电站电能计量系统的结构智能化变电站的智能系统采用自动化技术和设备，其连接的所有智能设备均能连通互联网，从而完成了站内设备间的高效联系，并形成了数据集成化的有机整合体系，使变电站的所有工作均能实现自动化、数字化、智能化发展。智能化变电站应用的自动化设备的负荷大小对连接的互感装置没有很大影响，不会影响电能计量的准确性。传统变电站电能计量系统和智能化变电站电能计量系统的结构如图 1、图 2 所示。3.1 电子式传感器现阶段，常规电能计量方案已无法满足智能化变电站的实际需求，常规互感设备需要被废弃，而改用电子式传感器。电子式传感器能够把采集到的电子数据数字化，是在通信方面应用的新型电子设备，可以提高智能化变电站的用电效率。电子式传感器本身的构造并不复杂，且每个设备的工作区域都很大，能够保证得到较准确的数据信号。电子式传感器的抗干扰能力较好，其工作范围内的信号一般都不对其工作产生影响。电子式传感器的信息传输主要依靠光纤材料，可以提高电能计量的准确度和稳定性，从而最大限度地减少在数据传输期间产生差错的问题。3.2 数字化电能表数字化电能表是对电压、电流等量化数字量进行计量的电能计量设备。数字化电能表的电量输入采用数字接口，遵循 IEC 61850 标准，在物理层上采用高速光纤以太网，可以和电子式互感器实现真正意义上的无缝连接。电能表的底层操作系统大多采用嵌入式实时操作系统，利用其良好的可靠性、实时性及可裁剪性，可以实现电能表的各种功能。数字化电能表通常采用“DSP 管理 MCU”的硬件设计方式，将 DSP 高速数字信号处理功能和高档MCU 完善的管理功能结合。由以太网获取合并单元的原始采样数据，通过相应的数学计算，由 DSP 部分完成电参量测量、电能累计及电能计量等工作；计算数图 2智能化变电站电能计量系统结构示意图数字化电能表合并单元数字化电能表站控层IEC 61850-8-1合并单元保护测控装置合并单元合并单元计量主站IEC 60870-5-102电能量远方终端过程层IEC 61850-9-2ECT/EVTECT/EVTECT/EVTECT/EVT多功能测控装置站控层DLT 645/698计量主站IEC 60870-5-102电能量远方终端电子式电能表电子式电能表CT/PT电子式电能表电子式电能表CT/PT图 1传统变电站电能计量系统结构示意图光源与照明 总第 176 期 2023 年 1 月 照明电器167据通过高速通信接口与管理 MCU 进行数据交换，管理部分采用 MCU，主要完成数据显示、数据统计、数据存储、通信、电表功能选择及初始化数据设定等工作。3.3 合并单元电子式传感器和智能电能表两种智能设备及二者的合并单元是智能化变电站中不可或缺的组成部分，可以在各自的岗位上完成相应的工作。使用合并单元能够进行电力数据的有效集成，对生成的数字信息进行简单的管理，并通过既定的系统形式，将数据传送至相连的电能计量设备。合并单元可以对采集到的信息加以适当的细化整理，并把数据资料全部保存下来，其对信息处理的效率直接关系到变电站的运行水平。合并单元获取电力信息主要借助 IEC 60044-8 技术或使用内插法，通过各模块的有效集成，进行电力信息的采集。在智能化变电站中使用合并单元，能够更高效地采集电力数据信息，进而能够提升变电站设备的用电质量，优化用电网络的品质，为提升变配电装置工作的平稳性奠定了基础。4智能化变电站电能计量新技术的应用策略实践应用发现，在智能化变电站电能计量系统的支持下，电力计量工作的效率大大提高，但同时也面临许多问题，为此必须应用有效的技术手段加强智能化变电站电能计量新技术的实际应用效果。4.1 提高电能计量设备的准确性电能量计量对准确度要求很高，且直接影响着电网公司与客户的核心效益。基于此，多种现代化测量设备在智能化变电站中得到广泛应用，合理减小设备的误差是当前电能计量中的重点研究课题。例如，对于电压小于 35 V 的测量设备，要在二次电路中使用熔断器和隔离辅助接点，以减少设备的误差率。在对电能计量设备进行维护与定期检查的过程中，应规范人员的操作，完善质量监控体系，以提高工作人员的专业知识，从而减少电能计量设备在运行的过程中可能产生的差错。4.2 加强电子式传感器纠正设计电子式传感器是变电站电量计量的关键设备，应加强对其的纠正设计，以提升测量结果的精确性。在检测过程中，由电子式传感器产生的信息会被传到相连的校验设备，随后信息会传送到合并单元，合并单元可以进一步分析信息，电量信息在重复传递过程中会改变，从而产生误差。需要掌握电子式传感器电能计量的最大误差，以实现纠正的目的。智能电表和电子式传感器之间通过光缆传输信息，并同时接入相应的以太网。为了进行加强电子式传感器纠正，智能电表需要直接和标准电表连接，所用材料为光纤，电子式传感器产生的电力信号会直接传输至智能电表和标准电表。分别进行适当的数据处理，然后再加以对比，可以得出具体的误差值，并进行纠正，可进一步提高智能化变电站电能计量的准确性。4.3 减少谐波问题谐波对智能化变电站电能计量产生的影响不可小觑，而能够导致谐波问题的干扰因子有许多，为了进一步提高电能计量的可靠性，需要针对谐波问题必须采取整体性对策。需要确保智能电力测量装置只对基波有反应，从而限制谐波对数据采集的影响。与此同时，必须合理划分谐波和基波所产生的潮流动向，并对相应的功率采取合理的计量方法，以避免谐波和基波二者混淆的问题。此外，需要以高阶低通滤波器为基准，合理优化在变电站内部设置的智能电力测量装置，增强装抗谐波能力，以减少误差，进一步提高智能化变电站电能计量的准确度。5结束语综上所述，智能化变电站电能计量新技术的应用与深入发展可提升供电系统的工作质量与安全稳定性，有利于稳定供电，提高电力计量的准确性。现阶段，我国正处于市场经济快速发展时期，电能计量现代化管理发挥的作用越来越大，电力企业要想在激烈的市场竞争中脱颖而出，就应加快智能化变电站电能计量新技术的发展步伐，推进智能电能表的推广安装、促进高级量测系统的技术研究和开发，让我国的电力行业向着更加繁荣的方向发展。参考文献1 刘纯,周启涛,汪宏,等.谐波影响下变电站电能分项计量误差测试方法J.电网与清洁能源,2022,38(2):76-81,87.2 丁建顺,张炜,周胜,等.数字化跨间隔电能计量系统的现场多维测试技术J.电力科学与技术学报,2021,36(3):180-187.3 毛梦婷.用电信息采集系统电能计量数据异常的原因和优化措施J.光源与照明,2022(5):231-233.4 于春平,白静芬,周建波,等.基于IEC 61850的数字化电能计量二次设备远程校验技术J.电测与仪表,2019,56(4):135-141.5 马志鹏,杨建树.电能计量装置的安装、竣工验收及运维管理要点分析J.光源与照明,2022(3):159-161.