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智能变电站电能计量系统配置方案研究

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第23卷第2期 2012年4月 中原工学院学报 JOURNAL OF ZHONGYUAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Vo1.23 No.2 Apr.,2012 文章编号:1671—6906(2012)02—0015—04 智能变电站电能计量系统配置方案研究 姜 鲲 ,尚 韬 ,陈 兵 ,李燕斌。 (1.河南省计量科学研究院,郑州461001;2.开封供电公司生产技术部,开封475000; 3.中原工学院,郑州450007) 摘 要: 在分析了数字式计量系统面临的主要问题的基础上,提出了智能变电站电能计量系统配置方案.以500 kV智 能变电站为具体研究对象,说明了其电能量远方终端和电能表配置方案及其经济技术优势,并提出了关于智能变电站电 能计量系统推广应用的建议. 关 键 词: 智能变电站;计量系统;电能表;配置方案 中图分类号:TM76 文献标志码: A DOI:10.3969/j.issn.1671—6906.2012.02.003 智能变电站与传统变电站相比,电子互感器和 IEC61850的应用是其明显的技术特征.电子互感器统 一路. 数字式电能表采用数字信号处理器与微处理 器相结合的构架,将数字信号处理器的高速数据吞吐 能力与微处理器复杂的管理能力相结合.通过协 采集资源,保护、测控和计量共用一组电流互感器, 电流、电压互感器与电能表是计量装置中的重要 其数字输出的方式给计量系统带来了性变化[1]. 组成部分.智能变电站中的计量装置主要是由电子式 互感器和数字式电能表组成.随着光电子技术的发展, 数字式计量装置将得到广泛应用. 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,完成电参量测量、电能累计以及电能计 算等任务,之后与微处理器进行数据交换,由 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. 本文根据智能变电站设计规范对数字接口电能表 的要求 ],探讨了数字计量系统在智能变电站实际应 数字式电能表实际上是一个高精度的积分运算 器,其数字计算理论上可保证计算出的各项电量值完 全没有误差.由于其数字计算过程理论上不会产生任 何误差(实际可能产生的误差为浮点数运算时的有效 位误差,这是计算机系统的固有误差,与电能表型号无 关,这种误差小于1/lO ooo),所以不规定精度等级.此 外,数字式电能表采用光纤传输数字信号,抗干扰能力 用中所面临的主要问题及其解决方案,并结合500 kV 变电站提出了具体、可行的方案. 1 数字式计量系统面临的主要问题 1.1数字式电能表 在智能变电站中采用的数字式三相多功能电能表 强,传输误码率低,保证了计量精度.数字式电能表采 用高速DSP运算,运算每周波256点的采样信号,可 较好地计量基波和各次谐波的能量. 在智能变电站中,电子互感器二次部分采用新型 与传统的三相多功能电能表的工作原理完全不同,数 字式电能表所接收的信号是以光纤传送的数字化电 流、电压信号,而不是传统的57.7 V/100 V的电压信 号和5 A/1 A的电流信号.与传统电子式电能表相比 较,数字式电能表内部没有电压、电流互感器和采样电 的电子元器件,通过合并器直接与数字式仪表和智能 综合测量保护装置相连,较好地满足了计算机技术对 收稿日期:2012—03—22 基金项目:国家自然科学基金项目(51177054) 作者简介:姜鲲(1984一),男,湖北恩施人. 中原工学院学报 2012年第23卷 电流、电压等信息进行全过程数字化处理的要求.合并 器接收、处理来自多个采集器的数字信号,并在对这些 信号进行汇集处理后,遵循IEC61850—9—1、 IEC6l850—9—2等通信规约,采用数据包的方式输出 (3)链路层可采用IEC61850—9 1、IEC61850 9—2或FT3标准格式; (4)可接收被校电表输出的脉冲信号,并进行比 较; 到监控、保护、计量等装置. 1.2数字式电能表面临的主要问题 (5)具备保留历史数据功能. 满足以上设计思想的电能表校验仪如图1所示. 电能表校验仪配置出符合IEC6l850 9 1、 DI /T44 2000{电能计量装置技术管理规程》规 定 ],用作贸易结算的计量装置必须定期进行误差检 IEC6185O 9~2或FT3标准的数字电流、电压信号, 通过光纤传给被检的数字式电能表,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,会根据配置好的电流、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. 申.能表校验仪 测,以保证贸易结算的公平性.数字式电能表与电子互 感器之间的通信方式是一种数据通信方式,一个完好 的数字式电能表本身可以做到无误差,因此,数字式电 能表校验仪对数字式电能表进行的误差检测本质上是 对电能表通信误码率以及电能表的算法误差进行定 级,这和常规电能表校验仪有本质的不同. 智能变电站计量装置检定主要存在以下问题: (1)传统的变电站计量装置二次回路中传输的是 模拟信号,而智能变电站中的电子式互感器二次回路 中传输的均为由光纤传输的数字信号,因此无法直接 使用传统的仪器对其进行误差检测. (2)由于电子式互感器及数字式电能表的计量标 准无法向上级进行溯源,也缺少检定或检验所依据的 规程,因而贸易结算用的电子式互感器及数字式电能 表也就无法进行合理、合法地溯源检定.因此,智能变 电站中用于贸易结算的计量系统成为制约智能变电站 推广的瓶颈. 图1 数字式电能表校验仪原理框图 电压信号 (3)数字接口电能表的正常运行与否直接关系到 2.2溯源问题解决方案 计量的准确性,就目前的电能量计费管理系统而言,其 运行状况可能涉及位于前端的电子式互感器或者通讯 网络,而这又不属于电能量系统,存在重新划分管理职 能等问题. 根据国家溯源规定,量值溯源是通过一条规 定不确定度的不问断的比较链,使测量结果能够与规 定的参考标准联系起来. 在已投入运营的数字化变电站中,为解决溯源问 题,有的变电站采用了负荷线对侧计费的办法,即线路 对侧(用户侧)配置常规互感器和常规电能表计费,变 电站侧的数字式电能表仅用于考核;有的变电站配置 了双套互感器,即对于需要计费的间隔同时安装电子 互感器和常规的计量级互感器,配置常规关口电能表 因此,与传统的电子式电能表相比,数字式电能表 在数字计算理论上无误差,有它独特的优越性.其问题 主要是表计量值溯源问题,需相关电能计量技术机构 做计量认证工作. 2 智能变电站电能计量系统配置方案 2.1 数字式电能表检定方案 进行计费.这种方案增加了互感器设备的投资,仅能作 为目前计量系统配置的过渡方案. 经过上述分析,我们提出在数字计量系统中采用 常规变电站远方采集终端和具有IEC6185O一9—1、 IEC6185O一9~2接口的数字式电能表的方案.数字式 数字式电能表的这种工作方式,使得传统电能表 校验台无法对数字式电能表进行检定,需要重新设计 一个校验装置.该装置应具备以下功能: (1)具备光纤以太网接口; (2)具备电度计算功能; 电能表采用单模光纤接入合并单元的数据,通过DI / T645规约送至监控系统.计量系统与监控系统共用服 务器,站内配置计量转发工作站,经过单向隔离装置从 第2期 姜鲲,等:智能变电站电能计量系统配置方案研究 监控系统中获取数据,采用IEC60870—5—102规约 将计量数据上传至省调计量主站. 3 500 kV智能变电站电能计量系统 配置方案 3.1计量系统技术原则 (1)电子互感器采用光学互感器.计量用互感器的 选择、配置及精度要求应符合DI /T 448规定; (2)要求采用具有同步采样技术的合并单元; (3)采样VI AN进行组网连接; (4)采用具有IEC61850—9—2接口的数字式电 能表; (5)采集终端具有电能量数据的采集、处理、存储、 远方传送功能; (6)采集终端设备应具有网络通信功能.远方终端 通信规约应支持网调和省调电能计量系统现行的通信 规约. 3.2 电能表的技术要求 (1)应能准确计量电能量,并且数据完整、可靠、 及时、保密,满足电能量信息的唯一性和可信度要求; (2)应具有分时段电能量自动采集、处理、传输、 存储等功能,并能可靠接入网络; (3)遵循IEC61850—9—2协议,方便组网和高精 度采样值传输(采样值为32位整数); (4)具有采样点自适应功能,能够计量每周波80~ 256点的采样值(根据网络谐波含量和网络传输能力, 选择不同的每周波采样点;根据电网实际谐波含量,推 荐采用128点采样); (5)具有采样值传输在线监测功能,能够监测网络 传输中断; (6)具有有功、无功、正方向计量功能,及有功、无 功四象限计量功能; (7)具有分时计量功能和最大需量计量功能.分时 计量功能可按尖、峰、平、谷4种费率时段进行总有功、 无功,A、B、C三相元件正、反向有功,四象限无功,及 感、容性无功电能的计量.最大需量计量功能可计算 正、反向有功电度和4个象限无功电度的最大需量,并 记录最大需量的出现时间; (8)具有电压、电流、功率等瞬时量计量功能; (9)具有操作记录功能,能够记录编程、开盖、清零 等操作; (10)具有负荷曲线记录功能,记录周期大于30 d; (11)具有事件记录功能,能够记录失压、失流等; (12)具有无源脉冲输出和无源测试脉冲输出,并 提供USB接口,可通过该接口使用PC编程软件对电 表进行编程. 3.3 电能量远方终端配置方案 电能量远方终端应采用具有DI /T645—1_997协 议转IEC61850协议设备,站内多块电能表可以共用 一个电能量远方终端,实现规约转换或电量采集.电能 量远方终端的通信接口RS485(电能表通信接口)不 少于6个,网络接口RJ45(主站通信接口)不少于2 个,Rs422/485/232(主站通信接口)不少于2个.计量 系统需配置2台电能量远方终端,分别用于向网调、省 调传输信息. 3.4电能表配置方案 电能表具有双路RS485接口,规约采用 DI /T645—1997.一路RS485接口供调度使用,一路 RS485接口供计量使用. (1)500 kV电压等级.根据国家电网公司通用设 计要求,500 kV贸易结算用的电能计量点,原则上设 置在购、售电设施产权分界处,当产权分界处不适宜安 装时,应由购、售电双方协商;其次,电网经营企业之间 需购销电量计量,应装设电能表;330 kV及以上交换 电量考核,应装设电能表;电网经营企业内部用于经济 技术指标考核的各电压等级的变压器侧、线路端及无 功补偿设备处,应装设普通电能表. 根据以上计量点设置原则,该站内无贸易结算用 的电能计量点.该站主变中压侧、站外电源侧作为电网 经营企业之间需购销电量的电能计量点,需装设数字 式电能表(0.2 s),按主/副表考虑,使变电站实现完整 的数字化.该站500 kV线路出线侧作为交换电量的 考核点,需装设数字式电能表(0.2 s),按单表考虑.表 计按集中布置方式组屏,组两面计量屏. (2)220 kV电压等级.220 kV出线作为考核关口 点,需装设数字式电能表(0.2 s),按单表考虑.220 kV 出线考核表分散布置在保护测控一体化屏上. (3)110 kV电压等级.由于110 kV变电站的电能 计量点不是关口计量点,所以电能表采用具有 IEC61850—9—1接口的数字式电能表,通过串口与电 能量远方终端连接. (4)66 kV电压等级.对于66 kV电压等级,其计 量对象是无功设备(电容器、电抗器)和所用变压器,计 量范围仅限于站内监测设备的运行损耗,重要程度较 ・ 18・ 中原工学院学报 2012年第23卷 低.其计量功能可采用66 kV测控保护一体化装置实 现.一体化装置内置计量单元,可实现有功1.0、无功 2.0的计量要求. 变电站计量系统的设备包括数字式电能表和电能 (2)电能计量器应用前,应先在实验室进行全面检 测.量值应能溯源到上一级的电能计量基准;电子式互 感器量值应能溯源到电压和电流比例基准. (3)有关技术指标的检定应由当地供电企业的电 能计量技术机构进行,或委托上级电力部门的电能计 量远方终端,其中精度为0.2 S的电能表20块,配置 具有电话拨号/专线传输和网络传输功能的电量远方 终端2台,分别用于向网调、省调传输信息. 3.5 方案的经济技术优势 量技术机构进行. (4)制定数字式电能表的相关标准,各省网公司应 规范计量表计的管理,每个变电站宜配置一套能够实 现一发多送功能的电能量采集终端,将数据同时送往 本地监控、网调、省调及地调多个主站系统,实现省调 变电站的关口点有20个.按照相关规定,计费关 口点按双表设置,考核关口点按单表设置,220 kV电 能表的精度根据国家电网公司计量设计要求按0.2 s 等级配置.一块常规变电站电子式关口电能表的价格 约为5万元,则全站仅关口点的电能表投资就不少于 100万元.而对于智能变电站来说,电能计量系统在高 压关口计费点和考核点配置数字式电能表,在低压计 量点配置电量计量单元.采用本方案,计量系统在满足 与地调的数据共享.这样既经济,又能实现数据的异地 互备. 5 结 语 本文通过对数字计量系统的分析,提出了智能变 电站电能计量系统的配置方案,并以500 kV智能变 电能表计量精度要求的同时,还可以大大减少设备的 总投资. 电站为具体研究对象,说明了其电能计量系统的配置 方案.采用遵循IEc6185O一9—1、IEC61850—9—2标 准格式的数字电能表,配置相应检定装置以实现数字 根据以上分析比较,推荐采用数字式电能表进行 计量,这样既能够满足计量精度要求,又能够实现智能 变电站的要求,具有良好的经济性能和安全性能. 式电能表计量值溯源,能够进行更为精确的计量;较传 统的计量装置而言,它具有运行稳定、可靠、精确以及 重量轻、体积小、成本低的显著特点. 变电站电能计量系统作为区域智能电网电能质量 4 关于智能变电站电能计量系统推 广应用的建议 针对目前智能变电站计量系统配置及应用现状, 提出以下建议: (1)研制开发性能优越的数字式电能表,推动相关 管理部门颁发数字式计量许可证,使数字式计量合法 化. 监测、评估的组成部分,还需进一步研究开发具有支持 电能质量分析、支持电力市场实时电价的分析应用、支 持高级通信方式、具有良好互动性的高级智能应用功 能的数字式电能表.智能变电站计量系统应支持电能 质量在线监测评估、用户互动等相关应用,支持向大用 户实时传送电价、电量、电能质量及电网负荷信息的功 能,支持电力交易的有效开展,实现资源的优化配置. 参考文献: [1] 高翔.数字化变电站应用展望EJ].华东电力,2006,34(8):46. [2] Q/GDW 394—2009,330 kV~75O kV智能变电站设计规范[s] E3]DI /T448 2000,电能计量装置技术管理规程Es]. (下转第22页) ・ 22 ・ 中原工学院学报 2012年第23卷 [3] 魏强,韩懋豪.Autodesk AliasStudio汽车实战手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2009。 E4] 李树春,张瑞干.CATIA机械设计及实例解析EM].北京:机械工业出版社,2006. Es] Choi J,Changb Y.Characteristics of Laser Aided Direct Metal/Material Deposition Process for Tool Stee1EJ].Internationa1 Journal of Machine Tools and Manufacture,2005,45:597—607. E63 Kruth J P,Froyen L,Vaerenbergh V J,et a1.Selective Laser—melting of Iron-based Powder[J].Journal of Mechanical Work— ing Technology,2004,149:616—622. A Research on Design Method of Vehicle Styling Based on Rapid Forming Technology XIAO Ping ¨,ZHAO Xi—chang (1.Anhui Polytechnic University,Wuhu 241001。 2.Engineering Academy of Passenger Motor Vehicle,Chery Automobile CoLtd.,Wuhu 241002,China) .Abstract:Directed at the difficulties in our country’s vehicle styling design。a vehicle styling designing method suitable for our country’s vehicle producing reality was put forward in this thesis based on raDid form— ing technology.This method owns such good qualities as fast forming speed,low costs,and easiness in modif— ying and realizing and less technical requirement on designersIts main difference from the other designing .methods at present lied in that by this method,the 3-D CAD model of car body was built through color picture and that the hardware model of car body was made through rapid forming technologyMoreover,the main pro- .cedure of the method was introduced by taking a certain sport utility vehicle as an exampleKey words: vehicle styling technology;rapid forming technology;method research . (上接第18页) Research on the Energy Metering Scheme in Smart Substation JIANG Kun ,SHANG Tao。,CHEN Bing 。LI Yan—bin。 (1.Henan Province Institute of Metrology,Zhengzhou 46 1 001; 2.Production Technology Department of Kaifeng Power Company,Kaifeng 475000; 3.Zhongyuan University of Technology,Zhengzhou 450007,China) Abstract..This paper puts forward the solution of electricity energy metering system in the smart substa— tion,based on the analysis of main problem which the digital metering system is facing.Then,the configura— tion of electric energy remote terminal and the configuration program of energy meter for 500 kV smart substa— tion are analyzed.Based on the above research,more development suggestions of the smart substation electrici— ty energy metering system are proposed.In addition to this,the solution is discussed and compared with tradi— tional substations in technology and economy,and better result is obtained.Finally,according to the result of research,application prospects of the smart substation metering system are doneAll of these have made posi— .tive process in the practice of engineering to the configuration of the smart substation metering system. Key words: smart substation;metering system;energy meter;configuration scheme 

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