2003年以來,也就是中國的城市和農村電網進行大規模改造、建設之后,電力系統對三相多功能表的需求量迅速增長, 2004年產量估計約70萬臺,以不足全國電能表總產量1%的份額,創造11%的電能表總產值。由此,國際、國內電表企業紛紛看好商機,抓緊新技術開發,不斷推出三相多功能表的新產品,以滿足電能表市場的應用需求。 與傳統的機械表相比,采用電子計量原理的三相多功能表,具有高精度、多參數測量、諧波功率電能計量等優勢。從總體評價,三相多功能表還是穩態電力負荷計量產品,由于其應用領域擴大,電力系統對電表不斷提出新的技術要求。現有的三相多功能表性能和品質,都不能完全適應電力系統的需求。因此,如何正確把握產品技術發展趨勢,改進產品設計,將三相多功能表技術水準推向一個新的高度,無疑是電表行業和電力系統共同關注的課題。
一、引進的三相(xiang)多功(gong)能電能表新技術
引進的三相多功能表新技術,代表目前國際上電能表技術的前沿水平: 1、高精度、長壽命計量 準確度為0.1%的有功電能計量,超過IEC在線計量的高準確度要求,其誤差曲線的帶寬為 /-0.05%; 0.2 S級三相基波表,具有分相的2—50次諧波有功功率計量; 0.2S級長壽命的電網關口表(biao),具有電能質量計量模塊。
2、高速率、實時測量 交流采樣速率為256點/周波,記錄周期短為10毫秒; 電(dian)能質量計量:63次(ci)諧(xie)波(bo)、電(dian)壓閃(shan)變、故障(zhang)錄波(bo)78微秒的瞬變,供電(dian)可靠性指標(biao)的記錄為99.9999999%。
3、開放式、高速率通信技術應用 開放式通信協議IEC62056-61/62/53/46/42,抄表、費率、負荷控制數據交換; 互聯(lian)網通(tong)信(xin),自動發送E-mail報(bao)警信(xin)號、系統(tong)運行狀態刷新(xin)、數據(ju)(ju)記錄,通(tong)過(guo)以(yi)太(tai)網連(lian)接到某些(xie)國際知名的電量計費系統(tong)的關口表,Web服務器可(ke)直接讀取電表各種(zhong)實際數據(ju)(ju)、電能質量參(can)數,無需任何專用(yong)軟件。
4、三相電能計量專用芯片 采用低頻濾波法計量諧波無功功率的三相計量芯片,高位∑-△A/D,負荷動態范圍1000:1,線性度0.1%,具有溫度測量功能,片上接口可直接與微分電流互感器連接; 精度優于0.1%的三相SOC單芯片,21位2階∑-△A/D,32位可編程的電能量計算引擎,負荷動態范圍2000 :1,片內集成:高速8051單片機、硬實(shi)時鐘(zhong)、LCD驅動電(dian)路、看門狗電(dian)路、定(ding)時器、多(duo)種存儲器、多(duo)種通(tong)信接口等。
5、諧波功率電能計量標準 在歐洲:三相0.01級標準表,具有諧波功率計量功能;建立起諧波有功功率、諧波視在功率的計量傳遞標準; 在美國:電能表自動校準系統,在任意波形諧波總含量30%以下,計量準確度為 /-0.005%—0.05%;高精度三相標準表,在功率因數低于0.5(60—90),計量準確度為 /-0.02%/功率因數;電能功率標準源,提供七種非正弦信號的無功功率計算方法。 需要指(zhi)出:盡管IT產業新技術的(de)(de)(de)應(ying)用,推動了(le)進口(kou)電(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)表技術的(de)(de)(de)快速發(fa)展,但(dan)是現在進口(kou)的(de)(de)(de)在線(xian)電(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)表產品技術不規(gui)范,0.1級電(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)表、任意波(bo)形功率和電(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)計量、0—360計量等(deng)關注的(de)(de)(de)問題正在探索,電(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)表誤差穩定性、可靠性指(zhi)標尚(shang)未量化,器件(jian)損壞(huai)、數據丟失、自檢有誤的(de)(de)(de)情況(kuang)時有發(fa)生,這(zhe)些情況(kuang)說明進口(kou)電(dian)能(neng)(neng)(neng)(neng)表技術走(zou)向成熟(shu)還有一個很長(chang)的(de)(de)(de)過程(cheng)。
二、國產(chan)三相多功能(neng)電(dian)能(neng)表新技術
國(guo)產電子式三相(xiang)多功能表技(ji)術開發(fa)起步較晚(wan),近幾年,注重吸收(shou)國(guo)際計量技(ji)術與管理經驗,強化自主開發(fa),取得(de)了許多新的技(ji)術成果:
1、三相多功能表 0.2S級有功功率計量,16位∑-△A/D,160M IPS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(wang)直接計量(liang)電能量(liang)。
2、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(xie)(xie)波(bo)(bo)有(you)功(gong)功(gong)率潮流(liu)分析方法,經研(yan)究指(zhi)出(chu):FFT理(li)論具有(you)局限性,實際的電力負荷,除基波(bo)(bo)和(he)整(zheng)數倍頻(pin)成(cheng)份(fen)外,尚(shang)有(you)間諧(xie)(xie)波(bo)(bo)存在,需要開發電能表新的算法。
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∑-△A/D、24位DSP,負荷動態范圍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(cai)用數(shu)字(zi)并行算法和(he)降低晶振頻率(lv)技術的(de)低功(gong)(gong)耗(hao)三相有功(gong)(gong)功(gong)(gong)率(lv)計量芯片。
4、基于GPRS通信網的用電需求側管理系統及其終端 該系統(tong)具有遠程抄表(biao)、用電(dian)異常(chang)信息(xi)報警、電(dian)能質(zhi)量(liang)檢測、線損分析、無功(gong)(gong)電(dian)壓管理(li)和電(dian)力(li)負荷控(kong)制(zhi)管理(li)等功(gong)(gong)能,系統(tong)指標為:并發數據量(liang)不小5萬采(cai)集點,一次采(cai)通率(lv)不小于95%,二(er)次采(cai)通率(lv)不小于99.5%,遙測合格率(lv)大于98%,對時精度小于100毫秒。
5、關口表遠程校準系統 該系統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(biao)和關(guan)口(kou)表(biao)的三(san)相接線方式和有(you)功、無(wu)功計量方式是通過工控機指令(ling)切換,關(guan)口(kou)表(biao)的實(shi)時誤(wu)差通過專(zhuan)用(yong)信道送至系(xi)統主站,整個系(xi)統誤(wu)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7510-6; 電力系統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210-10;相位,該標準裝置擴展不確定度為0.02; 產品技術規范,鑒于國際上尚未有三相多功能表的統一標準,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范,并使其體現產品訂貨技術規范的大部分內容,多功能表的通用要求,將參照中國相關國家標準的的內容。 綜上所述,經過十幾年的發展,中國的三相多功能表門類比較齊全,中、低端電表技術開發水平較高,特別是沖擊負荷電能計量理論與算法、諧波無功功率計量、具有諧波功率計量的三相專用芯片、高壓電(dian)能表、GPRS通信技術(shu)應用(yong)、電(dian)能遠程校準等技術(shu)項目具有(you)創新意(yi)義。但是(shi)也應該看到,高階電(dian)表技術(shu)沒有(you)完全(quan)過關,電(dian)網關口計量仍(reng)以進(jin)口電(dian)表為(wei)主(zhu)打(da)產品,這是(shi)一(yi)個值得深思(si)的(de)問題。
三、未來三相多功能電能表技術的(de)走向(xiang)
正視現狀,展望未(wei)來,需要超前預測電表應(ying)用(yong)領域(yu)和技術(shu)要求的不斷(duan)變化(hua),才(cai)能(neng)正確把(ba)握(wo)今后產品技術(shu)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,全國聯網,特高壓電網建設,百萬千瓦級發電機并網,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電廠上網電量、跨省電網聯絡線交換電量的計費; 從315千伏安及以上的大工業用戶計費擴大到100千伏安及以(yi)(yi)上(shang)的商業(ye)(ye)、非工業(ye)(ye)、普(pu)通工業(ye)(ye)戶的計費,以(yi)(yi)上(shang)電表(biao)(biao)應用領(ling)域的擴大(da),引(yin)起計量點總量估計由60萬(wan)個(ge)擴大(da)到400萬(wan)個(ge),電表(biao)(biao)應用需求量前(qian)景看好。
2、技術要求的更新:隨著電表應用范圍擴大,電力系統提出許多具有技術特點的計量要求 傳統計費電表的通用要求,有功、無功電能計量,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,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,高準確度提高到0.1級,電表穩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。 同時,為整頓與抑遏目前(qian)出現的對三(san)相(xiang)多功能(neng)表功能(neng)要求(qiu)過多,技術條件(jian)出臺無序的情況,建議電力系統按不同(tong)應用領域(yu)制訂統一(yi)的技術規(gui)范。
注:諧(xie)波(bo)(bo)污染程(cheng)度,暫定(ding)義為:非基波(bo)(bo)視在功(gong)率/基波(bo)(bo)視在功(gong)率
3、產品技術的發展趨向 三相多功能表技術要跟蹤應用需求的不斷變化,也就明示了今后產品技術的發展趨向: 電表多門類:由單一的計費產品發展到關口計量、配電變壓器計量、變電站計量、大工業戶計量、中等容量戶計量、用電需求側管理系統及終端6類產品,分別制訂產品技術規范; 關口電能表,要發展高精度、高穩定性、高可靠性、快速測量、0-360計量、多通信方式和協議,經國際、國內同類電表的比較,提出量化指標和測試方法; 計費用三相多功能表要計量準確、簡單可靠、講求實用,逐步發展三相SOC單芯片,開發具有諧波電壓、電流總含量和諧波污染程度的測量技術,研究溫度、電壓、頻率、相位改變的自適應計量; 諧波有功、無功、視在功率電能計量實用化產品,改進諧波下的功率因數計算方法,推進電能質量市場建立與發展,也為提高冶煉企業、電氣化鐵路的計量準確度做準備; 早期三相多功能表需要更新換代,要通過調查研究,提出新一代電表技術規范; 基于GPRS通信網的用電需求側管理系統及終端,要改進實時性和可靠性技術,從長遠看,即使將來電力不緊張,用于配電變壓器計量與抄表、居民用電遠程抄表,其發展前景也很好; 電力網損耗計量與防竊電基礎技術,包括:電量具有時標,電量波動分析軟件,電量異常報警與主動上報,變壓器、電力線路損耗計量,電力系統節點、母線和電力線路的電量平衡計量; 全國聯網、省網的總電量計量、計算和電能量數據組網,要提到議事日程; 加強(qiang)國內(nei)電能(neng)質(zhi)量和電能(neng)計量標(biao)(biao)準建設,包括:基波(bo)、諧波(bo)功率電能(neng)計量標(biao)(biao)準的(de)建設,進口(kou)急需而國內(nei)缺門的(de)國際新(xin)型計量標(biao)(biao)準設備,滿足在線電表新(xin)產品計量溯源的(de)要求(qiu);。
研究制訂三相多功能表質量評價標準與測試方法,提高在電網上運(yun)行(xing)電表的整體技術品質。
河(he)北德普 研發部
2012年8月16日 |