数字电能计量问题研究
【摘 要】随着数字电路的发展，电路的可靠性和精度得到了提高，必定会推动了数字电能计量快速发展。本文介绍了智能变电站的构造，基于iec61850标准的实施，重点讨论分析了数字电能表的构造和应用特点，以及实现功能，另对其对应的数字电能计量检测系统和溯源原理进行了论述
【关键词】数字化变电站；数字式电能表；检测技术
电能计量通过互感器及二次回路联合电能表按照规定的接线方式进行组合构成在线电能计量系统来实现的。在电力市场条件下，为保证公开、公平、公正地为电能生产者和使用者提供优质服务，必须建立现代化的电能计量、管理和交易系统。电能计量系统管理是至关重要的。
1.智能变电站
智能变电站是指变电站的信息采集、传输处理、输出过程全部数字化，基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。数字化变电站建设的关键是实现能满足上述特征的通信网络和系统，并开发出相应的智能设备。iec61850标准包括变电站通信网络和系统的总体要求、功能建模、数据建模、通信协议、项目管理和一致性检测等一系列标准。数字化变电站就是按照iec 61850标准建设通信网络和系统的变电站。数字化变电站的主要一次设备和二次设备都应为智能设备，这是变电站实现数字化的基础。智能设备具备可与其他设备交互参数、状态和控制命
令等信息的通信接口。如果确需使用传统非智能设备，应通过配置智能终端将其改造为智能设备。设备间信息传输的方式为网络通信或串行通信，取代传统的控制电缆、ta电缆和tv电缆等硬接线。数字化变电站的设备状态信息应包括其自身健康状态。设备根据需要设计相应的在线检测功能，实时提供设备的健康状态信息，变电站自动化系统可根据设备健康状态提出检修要求，实现计划检修向状态检修的转变。智能变电站不需解决不同制造商设备信息代码表不统一的问题。数字化变电站的设备信息应符合标准的信息模型，具有“自我描述”机制。采用面向对象自我描述的方法，传输到自动化系统的数据都带说明，马上建立数据库，使得现场验收的验证工作大大简化，数据库的维护工作量大大减少，实现设备的“即插即用”。
2.数字电能计量系统
数字互感器投入运行后，在数字计量系统中电流、电压信号采用iec 61850 -9 -1标准或iec60870-5-1的ft3格式，随着光纤技术以及光通讯技术的发展，以及光纤通信自身优良的抗电磁干扰性能，互感器与电能表之间采用光纤传输系统。数字化变电站采用输出数字信号的电子式互感器，数字化的电流、电压信号在传输到二次设备和二次设备处理的过程中均不会产生附加误差，无ta饱和问题，提升了保护、测量和计量等系统的系统精度。
数字式电能表是通过接收光电互感器的光纤传送的数字化电流电压信号后，实时运算和cpu系统对该数据进行处理，处理后产生的
各类数据实时存入fram并通过液晶显示接口进行动态显示。该系统遵循iec 61850-9-1/2(数字化变电站内通信规约)协议的全新的数字接口式多功能电能表，采用当今世界流行的高档电能表设计方案，数字信号处理器与中央微处理器相结合的构架，将数字信号处理器的高速数据吞吐能力与中央微处理器复杂的管理能力完美结合通过协议处理芯片获取合并单元的数据协议包，传送至数字信号处理单元完成对电参量测量、电能累计以及电能的计算等任务，后与中央微处理器进行数据交换，由中央微处理器最终完成表计的显示、数据统计、储存、人机交互、数据交换等复杂的管理功能。 设计成的三相三(四)线数字化多功能电能表可通过计量参数设置使能为三相三线或三相四线计量模式。三相数字化多功能电能表符合db43/t 588-2010《数字化电能表》标准的0. 2s级和0. 5s级三相电子式多功能电能表。其主要特点为计量信号为数字流输入、高速的数据处理能力、电源采用双路外接电源供电。适用于采用iec 61850-9-1/2标准协议的电能计量体系。
数字化电能表在实现功能方面与传统电子式电能表一致，可以实现分时计量，可计量分相元件的正、反向有功，四象限无功及感、容性无功电能。月电量统计及实时测量三相电压、电流、功率、功率因数、频率。可记录失压、失流、断相、数据无效、装置失电及自检功能。最大需量可计量有、无功最大需量及出现时间，最大需量的积分周期和滑差步进时间。另外可以实现结算数据记录、负荷曲线记录可记录最近36天或者更长时间的日负荷曲线，以及其他
事件记录等主要功能。具有无源四路脉冲输出和三路测试脉冲输出，内部设置硬时钟电路。提供了一个usb接口，可通过软件对电表进行编程。
3.电能计量检测系统
数字电能表本身可以做到无误差，因此数字电能表校验仪对数字式电能表进行的误差测试本质上是对电能表通信误码率以及电能表的算法误差进行定级，这和常规电子式电能表校验仪有本质的不同。数字电能表的工作方式导致传统电能表校验台(仪)无法对数字电能表进行检定工作，有必要重新设计一个校验装置。该装置必须具备以下几个功能。一是具备光纤以太网接口；二是链路层可采用iec 61850-9-1或ft3标准格式，在电子式互感器标准中，数字输出的格式为iec 61850-9-1或ft3格式，但按照iec 61850建设的数字化变电站，可能存在电流、电压信号按照iec 61850-9-2标准提供给二次设备的情况，因此电能表校验仪也应具备iec 61850-9-2扩展能力以适应这种应用需求。三是具备电度计算的功能；另外该检测系统可接收被校电表输出的脉冲信号，并进行比较，做误差分析；再者就是必须具备保留历史数据的功能，以备后续查看。电能表进行电度计算后，输出校验脉冲。电能表校验仪中有标准电能运算模块，根据配置好的电流、电压数据源计算出电能基准。电能表校验仪采集到校验脉冲后，与自身计算出的标准电度量比较，得出电能表误差。在现有测试标准和iec 61850-9-1(2)协议下，实现测试电能表的功能测试，如分时、需量、事件记录、负荷曲线等电能
表的计量溯源测试。
4.结语
以上系统地阐述了智能变电站的基本构造和运行方式，结合电子式互感器输出信号的特点及计量有关标准，重点讨论了数字式电能表工作方式和原理，并对其对应的数字电能计量检测系统和溯源原理进行了论述，在具体的技术下提出了数字式电能表检定方案，可供有关工程技术人员对数字化变电站调试参考。随着对智能变电站电能计量和检测新技术进行积极的研究探讨，逐步积累智能变电站运行经验基础上，电能表的标准体系逐渐完备，数字化变电站计量技术相关试验及检测标准即将形成规范。智能变电站是电力系统发展的必然趋势，是通讯技术、信息技术和计算机技术发展的必然结果。■
【参考文献】
［１］李来伟，李书全，孙晓莉.面向21世纪的电能计量装置———浅谈电能计量装置的发展与未来[ j].电力设备，2004(4). ［２］马伟，张晓春.数字化变电站的建设与研究[j].价值工程，2010，29(13).
数字电能计量问题研究
【摘 要】随着数字电路的发展，电路的可靠性和精度得到了提高，必定会推动了数字电能计量快速发展。本文介绍了智能变电站的构造，基于iec61850标准的实施，重点讨论分析了数字电能表的构造和应用特点，以及实现功能，另对其对应的数字电能计量检测系统和溯源原理进行了论述
【关键词】数字化变电站；数字式电能表；检测技术
电能计量通过互感器及二次回路联合电能表按照规定的接线方式进行组合构成在线电能计量系统来实现的。在电力市场条件下，为保证公开、公平、公正地为电能生产者和使用者提供优质服务，必须建立现代化的电能计量、管理和交易系统。电能计量系统管理是至关重要的。
1.智能变电站
智能变电站是指变电站的信息采集、传输处理、输出过程全部数字化，基本特征为设备智能化、通信网络化、模型和通信协议统一化、运行管理自动化等。数字化变电站建设的关键是实现能满足上述特征的通信网络和系统，并开发出相应的智能设备。iec61850标准包括变电站通信网络和系统的总体要求、功能建模、数据建模、通信协议、项目管理和一致性检测等一系列标准。数字化变电站就是按照iec 61850标准建设通信网络和系统的变电站。数字化变电站的主要一次设备和二次设备都应为智能设备，这是变电站实现数字化的基础。智能设备具备可与其他设备交互参数、状态和控制命
令等信息的通信接口。如果确需使用传统非智能设备，应通过配置智能终端将其改造为智能设备。设备间信息传输的方式为网络通信或串行通信，取代传统的控制电缆、ta电缆和tv电缆等硬接线。数字化变电站的设备状态信息应包括其自身健康状态。设备根据需要设计相应的在线检测功能，实时提供设备的健康状态信息，变电站自动化系统可根据设备健康状态提出检修要求，实现计划检修向状态检修的转变。智能变电站不需解决不同制造商设备信息代码表不统一的问题。数字化变电站的设备信息应符合标准的信息模型，具有“自我描述”机制。采用面向对象自我描述的方法，传输到自动化系统的数据都带说明，马上建立数据库，使得现场验收的验证工作大大简化，数据库的维护工作量大大减少，实现设备的“即插即用”。
2.数字电能计量系统
数字互感器投入运行后，在数字计量系统中电流、电压信号采用iec 61850 -9 -1标准或iec60870-5-1的ft3格式，随着光纤技术以及光通讯技术的发展，以及光纤通信自身优良的抗电磁干扰性能，互感器与电能表之间采用光纤传输系统。数字化变电站采用输出数字信号的电子式互感器，数字化的电流、电压信号在传输到二次设备和二次设备处理的过程中均不会产生附加误差，无ta饱和问题，提升了保护、测量和计量等系统的系统精度。
数字式电能表是通过接收光电互感器的光纤传送的数字化电流电压信号后，实时运算和cpu系统对该数据进行处理，处理后产生的
各类数据实时存入fram并通过液晶显示接口进行动态显示。该系统遵循iec 61850-9-1/2(数字化变电站内通信规约)协议的全新的数字接口式多功能电能表，采用当今世界流行的高档电能表设计方案，数字信号处理器与中央微处理器相结合的构架，将数字信号处理器的高速数据吞吐能力与中央微处理器复杂的管理能力完美结合通过协议处理芯片获取合并单元的数据协议包，传送至数字信号处理单元完成对电参量测量、电能累计以及电能的计算等任务，后与中央微处理器进行数据交换，由中央微处理器最终完成表计的显示、数据统计、储存、人机交互、数据交换等复杂的管理功能。 设计成的三相三(四)线数字化多功能电能表可通过计量参数设置使能为三相三线或三相四线计量模式。三相数字化多功能电能表符合db43/t 588-2010《数字化电能表》标准的0. 2s级和0. 5s级三相电子式多功能电能表。其主要特点为计量信号为数字流输入、高速的数据处理能力、电源采用双路外接电源供电。适用于采用iec 61850-9-1/2标准协议的电能计量体系。
数字化电能表在实现功能方面与传统电子式电能表一致，可以实现分时计量，可计量分相元件的正、反向有功，四象限无功及感、容性无功电能。月电量统计及实时测量三相电压、电流、功率、功率因数、频率。可记录失压、失流、断相、数据无效、装置失电及自检功能。最大需量可计量有、无功最大需量及出现时间，最大需量的积分周期和滑差步进时间。另外可以实现结算数据记录、负荷曲线记录可记录最近36天或者更长时间的日负荷曲线，以及其他
事件记录等主要功能。具有无源四路脉冲输出和三路测试脉冲输出，内部设置硬时钟电路。提供了一个usb接口，可通过软件对电表进行编程。
3.电能计量检测系统
数字电能表本身可以做到无误差，因此数字电能表校验仪对数字式电能表进行的误差测试本质上是对电能表通信误码率以及电能表的算法误差进行定级，这和常规电子式电能表校验仪有本质的不同。数字电能表的工作方式导致传统电能表校验台(仪)无法对数字电能表进行检定工作，有必要重新设计一个校验装置。该装置必须具备以下几个功能。一是具备光纤以太网接口；二是链路层可采用iec 61850-9-1或ft3标准格式，在电子式互感器标准中，数字输出的格式为iec 61850-9-1或ft3格式，但按照iec 61850建设的数字化变电站，可能存在电流、电压信号按照iec 61850-9-2标准提供给二次设备的情况，因此电能表校验仪也应具备iec 61850-9-2扩展能力以适应这种应用需求。三是具备电度计算的功能；另外该检测系统可接收被校电表输出的脉冲信号，并进行比较，做误差分析；再者就是必须具备保留历史数据的功能，以备后续查看。电能表进行电度计算后，输出校验脉冲。电能表校验仪中有标准电能运算模块，根据配置好的电流、电压数据源计算出电能基准。电能表校验仪采集到校验脉冲后，与自身计算出的标准电度量比较，得出电能表误差。在现有测试标准和iec 61850-9-1(2)协议下，实现测试电能表的功能测试，如分时、需量、事件记录、负荷曲线等电能
表的计量溯源测试。
4.结语
以上系统地阐述了智能变电站的基本构造和运行方式，结合电子式互感器输出信号的特点及计量有关标准，重点讨论了数字式电能表工作方式和原理，并对其对应的数字电能计量检测系统和溯源原理进行了论述，在具体的技术下提出了数字式电能表检定方案，可供有关工程技术人员对数字化变电站调试参考。随着对智能变电站电能计量和检测新技术进行积极的研究探讨，逐步积累智能变电站运行经验基础上，电能表的标准体系逐渐完备，数字化变电站计量技术相关试验及检测标准即将形成规范。智能变电站是电力系统发展的必然趋势，是通讯技术、信息技术和计算机技术发展的必然结果。■
【参考文献】
［１］李来伟，李书全，孙晓莉.面向21世纪的电能计量装置———浅谈电能计量装置的发展与未来[ j].电力设备，2004(4). ［２］马伟，张晓春.数字化变电站的建设与研究[j].价值工程，2010，29(13).