电能计量装置在线监测（精选4篇）
电能计量装置在线监测 篇1
1电能计量装置及在线监测的必要性
在电力系统中,电能计量装置是不可或缺的重要组成部分之一,其主要由多功 能电能表 和电能量 采集终端 组成。近年来,微电子技术的不断发展和完善,使得数模转换技术和集 成电路技术日益完善,这进一步加快了多功能电能表向智能化方向发展。同时,通信技术和单片机的应用,使电能表 的远程测量变为可能。电能量采集终端又被称为集中器,其与电能表是在线监测系统的主要组成部分。从目前的总体情况上看,集中器技术已经十分成熟,它能够对与之相连接的电能表进行数据抄读和存储,并将采集 到的电能 量数据传 送给计量 系统的前置机。
随着国民经济的快速发展,电力需求也 随之持续 增加,对电网建设提出了更高的要求。在此形势下,电网一次二次设备数量大幅度增加,电网覆盖面积逐步增大,供电量迅猛增长,直接导致电网计量设备规模与计量管理人员数量不匹配,增加了计量管理人员的工作量。与此同时,随着用电客户经济意识的逐渐增强,用电客户对电网计量装置的准确性要求也在日益提高。所以,电力企业必须加快计量管理信息化建设,彻底改变传统依靠人工抄表的守旧管理模式,积极推行电能计量装置在线监测技术,实现对电能计量的实时监控,提高电能计量的 准确性,减轻计量管理人员的工作量,提升计量管理信息化水平,从而推动电力管理步入市场化、规范化的运营道路,促进电力企业持续发展。
2电能计量装置在线监测系统的设计实现
2.1系统构成
系统采用的是目前最为流行的分层结构设计,整个系统共分为以下3层:(1)现场数据采集层。按一次设备对应分布式配置多功能电能表,将其安装在开关柜回路内,或集中安 装在电能表测控屏内,用于实时采集数据,并将数据通过通信 接口传输到电能采集终端。各个计量点的电能量信息均是 采集终端的采集对象,在信息采集完成后由电能量采集终端综合管理各项数据。同时,电能量采集终端还要负责传输、转发、执行主站下达的命令,使主站具备远 程维护功 能。(2)通信网络 层。该层是主站层与现场数据采集层的连接层,主要负责上下两层之间的通信连接、数据采集、数据转化、数据传输、协 议转换和命令交换,确保大量实时数据能够在汇集后高速传输,提高主站层获取监测信息的全 面性、准确性 和及时性。(3)主站层。该层主要由网络系 统、WEB应用服务 器、采集服务 器、数据服务器、外围辅助设备等部分构成,是电能计量在线监测系 统的信息收集与控制中心,既可通过GRS、PSTN、CDMA、以太网等远程通信信道采集和控制现场终端的信息,也可以对大量数据进行综合处理。
2.2系统的主要设备
(1)多功能电能表。其工作原理如图1所示。
由图1可知,被测电压u和电流i经计量用的电压和电流互感器转换后,会被送到乘法器M,并由M负责完成对电压与电流的瞬时值相乘,随后输出与一段时间内的平均功率成正比的U0(直流电压),在通过U/f转换器之后,U0便会被转换为脉冲频率f0(与平均功率成正比),然后将该频率进行分频处理后,计数器便会对一定时间内的频率进行计数,最终显示出 相应的电能量。
1)安装位置及技术指标。通常情况下,发电厂和变电站内涉及诸多计量点,如网损、线损、关口等,为了确保在 线监测功能的实现,上述位置处都需要安装电能表,其基础技术指标 应当符合表1中的要求。2)主要功能。发电厂和变电站内安装的多功能电表应当具备以下功能:失压和失流记录、电能计量、费率设置、结算时间、电量冻结、脉冲输出、通信接口、液晶显示和安全防护。如果是关口计量点的电能表,应当能够设置4个费率,即尖、峰、平、谷,费率时间可以进行分 段,每个时间 段与一种费率相对应。安全防护功能可以采取三级密码管理,具体如下:Ⅰ级,是指超级用户拥有更改用户名与口令的权限,以及设置所有功能的权限,可授予二级用户使用权限;Ⅱ级,是指设置用户,由超级用户授权分配用户名和初始口令,设置所有 授权功能,包括电能表抄读;Ⅲ级,是指校时密码,用于校对 表内时钟,每天使用1次,每次最多只能调整10 min。电能表出厂后必须立即采取有效的防护措施,避免软硬件校正电能表的误差,也就是说,电能表一 旦出厂不 可对其误 差进行再 次调整。为了确保电能表的安全使用,当连续5次输入密码错误时,电能表将自动锁定,时间为24h,在此期间,无法对电能表进行任何操作。
(2)集中器。在系统中,集中器主要负责电能信息的采集、数据传输与管理、转发 及下发控 制命令。其应 当具备如 下功能:1)精度。电能量采集终端的高精度数据采集工作需要通过RS-485接口完成,并对带时标的电量数据进行储存。可根据在线监测需求设置信 息采集周 期,保证数据 采集的准 确性达到100%,而后再向主站传送信息。2)存储。电能量采集终端的数据存储容量要超过64 MB,并且拥有独立的数据参数备份单元,备份单元的容量要超过256 MB。备份单元可采用SD卡,一旦电能量采集终端出现故障,可以到现场插拔SD卡以获取相关数据,将数据导 入系统。3)采集信息。及 时采集窗 口电量、分时电量、事件记录、遥测量、遥信量数据等,按照预设的时间起点将指定内容传送到主站;也可传递失压记录、瞬时量、电压合格率、电能表时钟时间等数字量或模拟量。4)数据传输。至少要有一路RS485总线既可用于抄表,又可作为数据上传通道。同时,还应支持 多种通信 方式,如语音拨 号、TCP/IP网络等。
2.3通信方式
系统需要实现与变电站和发电厂的通信,具体如下:(1)与变电站的通信。1)通信方式。电能计量系统以电力调度自动化系统为基础,对变电站采用专线Modem方式进行通信。2)专线Modem通信。调制解调器可根据不同的应用场合,使用不同的手段传送模拟信号,传输介质可以选用射频无线 电、光纤或电话线等。3)技术要求。专线Modem方式不需要经过话音交换网络进行通信,而只需有标准四线接口就能够提供可靠的通信通道。专线Modem方式不允许在同一时间内并行多个数据,但是随着电能数据量的增加,这种点对点的通讯方 式必然会造成数据堵塞,所以必须对这种通信方式进行优化。(2)与发电厂的通信。由于国内的各大发电厂普遍采用电力 载波作为通信方式,其二四线通道分别被调度电话和自动化 占用,无法为系统提供通信通道,因而可采用拨号Modem的方法来解决通信问题。
3结语
总而言之,随着我国智能电网规模的 不断扩大,对电能计量提出了更高的要求,加大对电能计量装置在线监测技术的研究力度尤为必要。本文设计了电能计量装置在线监测系统,该系统已在某变电站中获得了应用,系统运行至今并未出现故障问题,稳定性较好,其应用不但防止了因电能表误差和窃 电行为引起的纠纷,同时也为电力企业带来了巨大的经济效 益,因此该系统具有一定的推广使用价值。
摘要：阐述了电能计量装置及在线监测的必要性,在此基础上对电能计量装置在线监测系统的设计实现进行了论述,期望能够对提高电能计量的准确性有所帮助。
关键词：电能计量装置,在线监测,电网
电能计量装置在线监测 篇2
一、电力用电信息采集系统的基本框架
电力用电信息采集系统基本框架为：第一，数据的采集和管理。该系统融合了信息技术，是一种客户端智能型的电力计量形式，硬件和软件更加有保障，电力用电信息采集系统主要包含电能表、通信网络、终端采集等内容，所以可以对数据的采集和管理。通过对采集工作中的类型、名称等进行编制，然后按照周期和次数获取信息。第二，通信网络和系统对时。该装置采用的通信技术，将相关信息上传到主站端，主站端接受到命令。用电信息采集系统加以对时的功能，主站能系统通过全部终端实施批量对时和广播对时，也能够对终端进行对时。
二、电力用电信息采集系统的计量装置在线监测存在的问题
（一）存在电力计量装置运行管理问题
当前，电力用电信息采集系统的装置在线监测还有不足之处，需要进一步完善。电力计量在运行过程中，由于管理力度欠缺，导致电力用电计量效果不良好。电力计量装置运行管理的内容主要有差错电量追补、周期检验、故障处理等内容。电力计量装置运行后，需要现场进行检验，一些电力企业所制定的管理方法不完善，管理体系不健全，因而电力用电信息采集装置运行管理存在一些问题。
（二）监测程序复杂
目前，电力用电信息采集计量装置在线监测过程中，监测程序比较复杂。通常来讲，电力计量装置运行的周期较长，而且装置的覆盖的范围较大，在综合因素的影响下，所以增加了监测难度。同时，地区范围内的电表数量比较多，如果检测的周期为3个月，那么，现场检验的工作量会很大。监测程序还包含其他内容，导致电力企业对装置检测的积极性不足，从而限制了电力用电信息采集系统的计量装置在线监测的有效进行。
（三）处理故障不及时
电力用电信息采集系统会应用到自动远程抄表、负荷预测、公用配变运行等方面，在信息采集平台系统中，如果在抄表过程中出现数据泄露的现象，或者在在负荷预测时低压集和终端中器转变的不及时，都会导致电力计量不准确。同时，在存储公用配变数据时，一旦变压器出现故障，将造成数据不准确。因此，需要对故障进行处理。然而，在庞大的数据下，电力计量装置运行情况更加复杂，给故障的处理带来了严峻的挑战，由于故障处理不及时，会影响电力计量装置的运行。
三、完善电力用电信息采集系统的计量装置在线监测的措施
（一）健全电力计量装置在线监测管理模式
某电力企业为了提高电力计量的精确性，加强计量装置在线监测的应用力度，为了提高监测的精度，必须健全电力计量在线监测管理模式。加大电力计量装置在线监测技术的推广力度，通过科学的管理，实现电力装置的运行状态更加平稳。首先，对运行设备进行管理。电力计量装置在运行过程中，需要其他设备的配合，所以在管理计量装置时，要加大对其他设备的管理。例如，对交换机、在线监测装置加以检测，检验电流、电压互感器二次回路的状况，对多路电能表进行校验，确保电力计量装置在线监测效果更加良好；其次，健全电力计量装置管理模式。健全的电力计量装置管理模式包含电量追补、周期检验、在线监测等内容，具体的管理模式应该是标准设备通过在线监测对运行设备加强检测，然后通过周期性检验发现故障，而且在线监测也对故障进行实时监测，然后系统对故障进行处理，实现电量追补的效果。健全的在线监测模式，可以实现电力用电信息采集系统的功能得到有效发挥，电力计量更加准确。
（二）健全主控制电路流程
电力用电信息采集系统的计量装置融合了现代信息技术，所以电力计量装置的主控制电路流程对系统的运行起到了重要作用。因此，电力企业通过健全主控制电路流程，能够提高电力计量的精确性，完善主控制电路流程，对故障点进行精准定位，确保输出功率的稳定性。健全的主控制电路流程包含如下内容。测量的精准度为2级，而且电压回路输入范围在45V～290V，首先初始化装置，将功率控制在6.5w～13.5w范围内。当输出功率为6.5w时，电力装置将接收回测电压、电流，然后系统计算有功功率；对于输出的功率为13.5w，装置接收回测电压、电流，计算有功功率。由于阻抗匹配连续性不强，为了避免因负载的变化导致输出功率出现波动，可以通过提高功率，降低阻抗匹配的误差，使得线路控制得到有效控制。因此，健全主控制电路流程，对电力用点信息采集系统的计量装置在线监测具有重要意义。
（三）加大测试和检验力度
为了保证电力计量装置在线监测的稳定性，电力企业需要加大测试和检验力度，继而实现电力用电信息采集系统可靠性更强。第一，对电压、电流回路进行测试。在测试过程中，如果电流过大，需要增加阻抗，并使用0.01级微型电流互感器，避免出现二次开路。在测试标准电能表时，需要运用温度补偿技术和差值法，监测1600Hz音频信号，掌握二次回路状况。同时，为了掌握差错电量和窃电情况，利用电量追补方法，实时监测电量状况。第二，加大检验力度。在检验电力计量装置过程中，将检验的周期控制在1～1439min范围内，并对电力计量装置进行抽检，检验装置的超限报警、电话回拨等功能是否存在故障，如果存在问题需要第一时间处理。实时了解计量装置的运行状况，加强多路电力计量装置检验力度，能够及时对故障予以处理。总之，在测试和检验的双重作用下，可以确保电力用电信息采集系统的计量装置在线监测更加全面。
结束语
随着科学技术的飞快发展，电力行业计量的手段更加高超，已经向信息化发展。自电力计量装置在线监测技术被应用到电力企业中，对电力用电信息采集系统的管理工作有严格要求。因此，一定要提高系统监测精度和全面性，从而确保发挥电力计量装置的作用，实现计量工作取得良好的进展。
电能计量装置在线监测 篇3
随着现代工业的快速发展, 用电结构发生了重大变化, 非线性用电负荷、冲击负荷日益增多。经过长期的跟踪与监测, 供电部门发现, 在一些炼钢厂、轧钢厂等供电线路存在严重的母线不平衡、线损增大等问题。在这些计量点串联加装多块三相电能表, 包括感应式电能表、不同厂家的电子式电能表后进一步发现, 存在电子式电能表比感应式电能表计量电量少的现象, 并且不同厂家的电子式电能表之间电能计量存在差异。轧钢厂普遍采用可控硅整流供电技术, 轧钢时在电压和电流回路将产生大量谐波, 并且还会使负荷电流剧烈地大范围波动。实验室测试证明, 在这种谐波含量丰富、动态负荷大的条件下, 将使电能计量装置产生-10%以上的计量误差。
目前大量应用当中的电能计量装置, 生产厂家在出厂调试以及检测过程中都是在标准的虚拟负荷状态下进行的, 这种虚拟负荷基本上是理想的、无畸变的、稳定的负荷, 而所生产的产品是用在现场的, 在实际的现场当中存在着丰富的谐波、大量的动态负荷导致计量装置少计量电量, 从而引起线损增大。
目前大量应用当中的计量装置基本工作原理主要有:感应系仪表、A/D变换数字采样原理两大类。后面从计量装置原理入手来分析动态负荷及谐波对计量装置产生的影响。
2 感应式电能表
感应式电能表是靠电磁感应来产生转动力矩, 电能表工作时, 电压线圈和电流线圈产生的交变磁通, 在不同位置穿过铝盘, 并在铝盘的不同位置感应出电流, 此电流与磁场相互作用便产生推动铝盘转动的力矩, 铝盘转动与负载有功功率成正比。
2.1 谐波对感应式电能表的影响
从感应式电能表原理上可以看出, 电能是靠电压线圈和电流线圈产生的交变磁通使铝盘转动来累计的, 而电压线圈和电流线圈是绕制在工频材料铁心之上的, 高频的谐波在通过工频铁心时将产生极大的衰减, 所以谐波对感应式机械表影响较小, 主要是基波起作用, 相当基波表的计量。
2.2 动态负荷、冲击负荷对感应式电能表的影响
感应表的电压线圈和电流线圈在负荷剧烈变化的情况下, 呈现出较大的感性负荷, 产生较大的反向感应电势, 阻碍负荷的变化, 体现出较大的惯性。最后的结果导致电能计量减少, 误差偏负。
3 A/D变换数字采样电子式电能表
A/D采样式电子式电能表是将数字量相乘, 首先将被测电压由电阻分压取样送入A/D转换器的输入端, 被测电流经过中频互感器后电阻取样送入A/D转换器的输入端, A/D转换器把两路连续的模拟信号进行采样, 变换成离散的数字信号, 然后在DSP内进行数字相乘, 得到功率, 次功率在时间上累计变为电能。
计算公式为:
式中, u (n) 、i (n) 为电压、电流一周期内的每次采样值, N为一周内的采样点数。
在采样技术当中比较普遍采用的有两种:同步采样和准同步采样。
3.1 谐波对电子式电能表的影响
由于电子式电能表电压采样使用电阻分压, 电流采样采用中频电流互感器, 不是真的将高次谐波传输到数字乘法器的输入端。
从 (图2) 有功功率的传输模型中可以看出:发电机发出的基波功率P1F, 被2个用户消耗掉基波功率P1A (谐波源用户) 和P1B (非谐波源用户)
根据能量守恒定律, 我们知道谐波源用户吸收基波功率产生反向的谐波功率PHA<0。
如果在谐波源用户安装电子式电能表进行电能计量, 则谐波源用户的计量为:P1A-|PHA|, 因此谐波源用户少计量了电量。
3.2 谐波分析算法
从上面分析可以看到, 谐波源用户将一部分基波电能转换为谐波电能, 污染电网, 还少付了电费。
当发电机消耗较多谐波电能时, 不仅降低电力系统的经济效益, 还会影响电网的安全运行。
所以必须计量基波功率, 以及总的谐波功率, 并判断起正负, 区分用户是否是谐波源用户。
从电子式电能表的测量原理上看出, 测量的总功率, 实际上是一种含有谐波的离散积分算法。通过这种积分算法计算出来的总有功功率是基波功率和各同次谐波功率以及不同次谐波电流电压之间产生的功率的和。通过理论分析, 这种整周期的积分计算, 各不同次谐波之间产生的功率在一个周期内平均功率为零, 也就是说, 积分算法的总功率包括基波功率和同次谐波功率, 它无法分离出谐波功率及其正负。
采用频域分析, 傅立叶变换的方法可以解决这个问题。通过傅立叶变换的离散算法DFT, 可以计算出基波和各次谐波的幅值和各次谐波之间的角度, 从而计算出基波功率。
由于:
总功率=基波功率+谐波功率
所以:
谐波功率=总功率-基波功率
如果谐波功率为负, 它既为谐波源用户。
3.3 动态负荷、冲击负荷对电子式电能表的影响
电能表实际运行的环境通常是不稳定的, 负荷的变化是随机的、动态的, 只有能跟踪电网负荷变化的电能表, 才能保证计量的准确。
在电能表上, 影响冲击负荷、动态负荷计量不准的原因主要以下3个方面:
(1) 采样点数少, 无法反应电网的快速变化。
(2) 由于采样算法的缺陷或者MCU的计算速度较低, 无法连续采样造成的丢周期采样。
(3) 电表的动态线性范围不够宽。动态负荷通常都是冲击性质的, 如果电表设计的动态范围不宽的话就会使被采样的波形产生削顶失真。
实验室测试证明, 在动态负荷、冲击负荷下, 容易造成电能计量装置产生计量误差, 少计电量。
4 结论
感应式电能表相当于基波表, 在电能计量上受谐波影响较小;而电子式电能表计量的是合成波电能, 在电能计量上受谐波影响较大。
从上面的分析当中可以看出, 要在电网当中合理计量用户的电能消耗, 减少因谐波影响、动态负荷、冲击负荷大对计量影响而造成的少计电量, 必须做到两点:
(1) 动态负荷、冲击负荷大的用户处必须使用测量动态范围宽的电子式电能表。一般来讲, 应使用至少达到6倍以上过载能力的电子式电能表。虚负荷下对电子式电能表的检测无法保证电能表的性能指标, 在各省级电科院增加对电能表的动态负荷、冲击负荷测试项目, 以保证电能表的质量。
电能计量装置在线监测 篇4
关键词：电能质量在线监测装置,双核结构,功能特点
随着我国经济的蓬勃发展, 电力负荷急剧加大。负荷的多样化, 特别是非线性和冲击性负荷容量的不断增长, 使得电网发生波形畸变、电压偏差、闪变和三相不平衡等电能质量问题, 而同时大量的计算机、精密电子和电气设备对电力系统电能质量提出了更高的要求。电能质量问题越来越引起人们的重视。
NPQ系列电能质量在线监测装置就是面向电力系统对电能质量进行实时监测的需求, 以嵌入式实时操作系统LINUX作为软件平台, 采用FPGA+ARM的双核结构, 通过双口RAM芯片交换数据;采用16位高精度A/D, 同时采样, 采集速率达128k Hz;全部软件采用高级语言编程, 保证了系统的高可靠性和高移植性;电能质量参数采用通用电能质量数据转换格式PQDIF进行存储和处理, 可以较好地解决多源数据的兼容问题, 还可以实现电能质量物理属性的多角度观察功能, 满足了电能质量监测技术的发展需要。
NPQ300系列电能质量采集装置包括多种子型号:其中NPQ310电能质量管理单元可对变电站内所有监测装置进行数据整合, 并设置转发表, 可通过设置整定, 向多个主站发送不同的电能质量数据。NPQ301-NPQ303电能质量监测装置可根据现场的不同需求灵活配置单线路, 多线路或变压器电能质量监测装置, 采集不同数量的电压, 电流以及开关量信号。
NPQ300系列电能质量监测装置可以实现以下具体功能:
(1) 装置实现国标《电能质量监测设备通用要求》中的监测功能:
(1) 稳态无缝电能质量监测分析:谐波、频率、三相不平衡度、电压偏差、电压闪变和变动、谐间波;
(2) 暂态电能质量监测分析:电压骤升、电压骤降、电压短时中断;
(3) 功率和电抗分析:有功功率、无功功率、视在功率、功率因数、电抗;
(2) 电能质量参数设置及启动定值管理;终端权限管理;监测点基本参数更改及显示, 包括线路名称、CT/PT变比等;各项电能质量指标的限值及录波定值整定与管理;
(3) 电能质量数据支持PQDIF格式, 事件触发录波数据支持PQDIF格式及COMTRADE格式;
(4) 事件录波和回放:电能质量超标录波、手动录波、开关量跳变录波;
(5) 能质量监测终端录波文件记录及管理;
(6) 具备单独与主站通讯及文件交互功能;
(7) 告警输出功能:告警可输出装置失电、启动录波、装置异常等接点信号;
(8) 系统对时:支持包括网络规约对时、B码及GPS脉冲等多种对时方式;
(9) 装置支持数据USB备份导出;
(10) 装置支持与主站数据上传, 在线分析统计。
NPQ300系列电能质量监测装置的主要技术指标:
(1) 频率测量。测量范围:45~55Hz, 中心频率50Hz, 测量条件:信号基波分量不小于80%F.S., 测量误差:≤0.02Hz;
(2) 输入电压量程:AC10~120V;
(3) 输入电流量程:5A;
(4) 基波电压和电流幅值:基波电压允许误差≤0.2%F.S.;基波电流允许误差≤2%F.S;
(4) 基波电压和电流之间相位差的测量误差:≤0.5°;
(5) 谐波电压含有率测量误差:≤0.1%;
(6) 谐波电流含有率测量误差:≤0.2%;
(7) 三相电压不平衡度误差:≤0.2%;
(8) 电压偏差误差:≤0.2%;
(9) 电压变动误差:≤0.2%;
(10) 功率偏差:≤5%;
(11) 闪变误差:≤5%。
NPQ310电能质量管理单元的基本功能如下:
(1) 基本功能:实时数据采集与处理;电能质量装置实时数据合并;支持与多个主站进行实时数据通讯;数据转换, 支持将录波文件合并、转换、存储为PQDIF格式文件;远程维护, 支持用户对监测装置进行远程维护。
(2) 高级应用:人机界面;实时数据显示、数据查询、分析和统计、数据及文件管理;电能质量变化趋势分析;电能质量干扰源辨识;电能质量事件诊断、事件原因分析及定位;电能质量治理辅助决策。
NPQ310电能质量管理单元采用2U标准机架式结构, 其它几种监测装置采用1/2 6U插箱结构, 都方便于集中上机柜组屏;NPQ301装置分别可测一组电压和电流;NPQ302装置可依据不同的设计要求配置1~2块YC插件, 最多可以测量2段母线的6条线路;而NPQ303主要用于监测变压器电能质量, 可同时监测变压器高、中、低三侧数据。装置具备良好的机械性能, 电磁兼容性能, 通过了专业的测试。NPQ300系列电能质量监测装置可依据不同的设计要求, 灵活配置, 满足不同规模等级现场的监测要求。NPQ310电能质量管理单元可提供6个10/100M自适应以太网口, 8个RS485/RS232接口;电能质量监测装置具有充足的告警或动作信号输出接点以及信号输入采集的容量, 方便远程监视其运行状态。
参考文献
[1]电能质量监测设备通用要求[S].国家标准GB/T19862-2005