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电能计量在线监测与远程校准系统的研制

罗志坤  
【摘要】:随着厂网分离等电力企业体制改革的逐步推进,发电厂、电力用户密切关注电能计量装置,电力企业对经济效益的考核也越来越重视,其核心就是保障贸易结算过程中电能计量的准确和可靠,因此电能计量装置的技术管理就愈发重要。 另一方面,电能计量技术管理却面临着新的形势,凸显了一些新的技术难题,如:电网规模正在不断扩大,交易电量和电能计量装置越来越多,要求在有限的人力条件下实现规范化的技术管理;多费率分时段电价政策的贯彻执行,要求电能表的时钟具有更高的准确度;电力电子相关技术的大量推广运用,非线性负荷与日俱增,电网的谐波污染日益加重,谐波对电能计量的影响及其应对措施有待进一步分析研究;目前普遍采用的传统人工现场校验模式的工作效率低,不能对装置进行实时监测和故障及时预警、报告,难以有效控制计量故障的发生和减少差错电量。 针对以上情况,本文主要进行了以下几个方面的分析研究工作:利用GPS技术、谐波测量理论、注入式谐波的异频测试方法、低校高等效电路法等测量相关技术,结合电力线载波技术、GPRS/PSTN通信技术,完成了基于GPS技术的电能表时钟校准和电压互感器二次压降测量、基于加窗插值FFT的谐波电能测量、基于标准表比较法的电能表误差在线监测与远程校准、基于电压互感器二次负荷基准值的二次负荷测试、基于注入式高频谐波的电流互感器二次导纳的异频法测试、基于等效阻抗测量的电压/电流互感器低校高校验方法并在此基础上提出了电压/电流互感器(TV/TA)的现场实时校准方法;对上述各种测量方法进行了误差分析和不确定度评定。 本文系统地研究了可应用于国内电网的电能计量装置在线监测与远程校准技术,其主要贡献有: (1)基于GPS技术,根据多费率、多功能电能表时钟的校准要求,开发了基于GPS同步时钟的电能计量时钟基频测试与校准装置,该装置可采用无线非接触方式现场测试电能表的时钟误差;应用GPS的精确授时,在TV的二次回路两端分别利用GPS同步测量电压的幅值,采用两者之差与二次电压之比计算出TV的比差;在TV的二次回路两端,分别于电压信号的过零时刻获取GPS实时时标,获取两者之差计算角差,根据电压互感器TV的二次回路电压向量图,计算电压互感器二次回路压降。 (2)根据湖南省电力公司和电力试验研究院的谐波测试工作,从理论角度分析了谐波源用户的谐波原理,提出了基于Blackman窗的插值FFT谐波电能测量算法,采用复序列FFT蝶式迭代算式,计算供电系统电网参数;提出了综合负荷中是否含有谐波源的识别方法,并依据国家标准和电力行业规程,可按谐波特性和潮流方向分别累计谐波电能的计量模式。研制了一种具有适应谐波源负荷特点,功能多、体积小和界面友好的谐波电能计量与在线监测装置。 (3)依据DL/T448-2000《电能计装置技术管理规程》对电能表、电压互感器二次压降、电压/电流互感器等提出的校验要求,分析了传统的现场校验方式的缺点,通过多年现场工作经验的总结,依据关口电能表的应用实际,提出“标准表比较法”现场校验电能表的误差,研制了电能计量远程监测与校验现场装置,并采用网络数据库技术开发了主站管理信息系统。 (4)根据互感器二次负荷/导纳的测试原理,介绍了在电能计量装置远程校准与监测系统中实现对电压/电流互感器的二次回路负荷/导纳在线测量的方法;分析了影响二次回路阻抗(导纳)大小的主要因素,指出了引起互感器二次回路阻抗/导纳变化的几种状况,通过观测一段时间内数值及相角的变化情况来实现定性判断故障来源。在此基础上,本文还提出了注入谐波分量的异频测试法,并推导了在异频测试法下,二次负荷阻抗、导纳的在线测试方法。 (5)分析了传统互感器现场误差校验及其测试模型,指出了互感器现场校准的缺陷与不足;分析了电流互感器和电压互感器“低校高”的技术原理,提出了在计量装置远程校准与监测系统中实现对互感器误差的现场实时校准方法。 (6)阐述了计量装置远程校准与监测系统的硬件实现方式,包括系统构成、通信网络、下位机显示与监测等;分析了系统主站软件的需求,完成了数据库的系统设计 (7)以国家计量技术规范JJF1059-1999《测量不确定度评定与表示》为依据,对电能计量装置在线监测与远程校准系统中各种测量的不确定度进行了分析评定,从现场测试数据和理论分析表明,本系统可以作为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类电能计量装置的现场检测标准。 本文的研究具有较高的理论意义,并为电能计量管理技术的现代化提供了一种实用、高效、可靠的工具和手段。并根据计量相关领域的技术进步,提出了有关管理规程的修改建议,以使其更加科学、合理、适用。


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