数字电能计量的误差来源探讨

随着智能电网和智能变电站技术的发展和相关工程建设的开展,基于IEC 61850的数字电能计量系统也得到了大范围的部署.相比传统计量系统,数字电能计量系统有着全新的结构和特性,其误差来源也发生了很大的改变.从数字电能计量的总体出发,对可能引入计量误差的各个环节进行了探讨,对各个环节的误差特性进行了简要分析.探讨的环节包括电子式互感器、合并单元、通信环节、数字电能表以及非同步采样等.     

模拟量输入合并单元计量性能测试研究

目前对模拟量输入合并单元的计量性能研究较少,现有合并单元测试规范中与误差相关的部分均参照电子式互感器标准制定,难以满足计量性能测试的要求,限制了数字化电能计量技术的发展。为研究模拟量输入合并单元的计量特性,从信号流程角度,分析了模拟量输入合并单元的误差环节,比较了模拟量输入合并单元与电子式互感器和电子式电能表的结构异同,总结了计量特性误差影响因素。并以基本误差为例,按照不同标准对2台不同厂家生产的标称0.2 S级准确度的合并单元进行了单相和三相误差测试。测试数据显示单相测试和三相同时测试的结果有差异,说明各通道相互之间有影响,且输入信号越小,相互影响越大。针对现有合并单元测试规范不能正确反映计量性能的问题,提出评价模拟量输入合并单元计量性能时,不能仅仅参考电子式互感器标准,还应参考电子式电能表检定规程增加计量性能相关测试项目,完善计量用合并单元的相关测试规范。     

数字化变电站合并单元插值误差对于电能计量的影响

作为电子式互感器与二次设备之间的纽带,合并单元负责为变电站全站提供统一的电压电流数据来源。然而,采样值数据在采样、处理和传输的各个环节中产生的粗大数据、通信延时和丢包等问题都会对合并单元的插值处理带来影响,并最终影响到对电能的计量。文章就以上典型问题对合并单元插值算法及其对电能计量误差的影响进行了仿真分析,并搭建了数字化变电站电能计量装置误差测试系统对仿真结果进行了实验验证。结果表明,这些典型问题对合并单元的插值算法以及电能计量误差是有重大影响的,且采用不同的插值算法其影响结果不同。文章的研究为数字化变电站合并单元插值算法的优化设计提供了定量参考。     

数字电能计量系统现场检定技术研究

数字化变电站中电子式互感器输出形式为IEC61850-9-1数字信号帧,数字电能表接收此数字信号帧,直接进行数学运算得出电能。而在传统的变电站中,电磁式互感器输出的是模拟电压电流信号,电能表将模拟量转化为数字量,计算出电能。电子式互感器和数字电能表原理及接口方式都发生了根本性的改变。这就给电子式互感器校验和数字电能表的校验提出了新的要求,传统校验设备根本无法对其进行校验。为解决这一难题,本文提出了一种数字电能计量系统校验方法,对电子式互感器与数字电能表组成的数字计量系统进行整体的误差校验,并在国内首次进行了现场误差校验,取得了满意结果。     

电子式互感器数字输出校验系统的研究

电子式互感器数字输出校验系统一般采取构建标准信号通道且数字化技术,同步接收被校验互感器合并单元的数字输出,再进行两路信号误差计算的方法。本文针对影响校验系统精度的主要因素进行了详细分析,研究了一种基于PCI高精度采集卡的数字输出电子式互感器校验系统。该系统采用24位A/D保证了标准通道采集单元的精度和动态范围,通过路由采样时基的同步方法将同步误差控制在纳秒级,加二阶汉宁卷积窗的误差修正算法有效抑制频率波动及间谐波干扰的影响。在国家电网武汉高压研究院进行了该系统的误差校准,结果表明该系统具有0.05级以上的精度,并已在现场校验中实际应用。     

电子式电能表中滤波器的设计

电能表计量结果涉及到贸易结算,计量准确性至关重要.本文在电子式电能表电能计量算法分析的基础上,对动态负载下计量算法误差较大提出了改进方法.在MATLAB仿真软上使用专门的数字滤波器设计工具FDA Tool设计数字滤波器.结果显示在有谐波和动态负荷情况下有功电能误差在±1％范围内,基波电能误差在±0.1％范围内,从而验证本文提供方法的有效性.     

EDMI电能表对电能计量装置的在线补偿

介绍一种利用电能表误差修正功能，减小由于电子式电能表外部电压、电流互感器引起的电能计量误差。这种方法符合管理规程。便于对电能计量装置实施改造，降低设备投资。     

一种全数字化高压电能计量系统

为了解决现有高压电能计量系统中综合误差过大的问题,采用具有数字量输出的高压电子式电压、电流互感器采集高压信号,以光纤作为二次信号传输回路,并采用一种具有数字输入接口的电能计量装置,实现了一种全数字化的高压电能计量系统。通过与现有电能计量系统的对比分析,阐述了其优越性。介绍了其在35 kV电压等级下的一种具体实现。     

智能变电站整站计量溯源技术研究

随着智能变电站技术逐渐进入实用化阶段,确保电能计量装置的准确性正成为一项迫切需要解决的问题.对智能变电站电能计量各环节误差进行了分析.将数字化电能表作为计量的一个部分,与合并单元、电子式互感器一起纳入到溯源体系中,提出了智能变电站整站计量溯源方案来解决目前数字化电能表的溯源争议.     

电子式互感器采样频率对电能计量准确性影响研究

研究电子式互感器采样频率对电能计量准确性的影响。建立基于模数转换采样原理的电子式互感器计量误差模型,并定量分析采样频率对电能计量误差的影响。分析结果表明,电子式互感器电能计量准确性与采样频率有关,随着采样频率的增加,计量误差减小,但减小的趋势变缓。     

复杂工况下直流电能计量的算法影响及误差分析

现有直流电能表多针对直流稳态电能进行计量,对充电过程中电压、电流变化适应性较差,且忽略功率脉动及高频纹波产生的功率。为此,通过研究整流性负载、开关充电设备以及快速动态变化负荷的直流电能产生原理,结合电能表计量算法和实验阐述了计量过程中存在的误差影响,提出了不同计量场合下减少计量误差的算法参数优化方法。为电能计量精度的提高提供参考,为直流计量算法的优化提供思路,明确改进方向。     

电能计量装置选型与接线错误问题的分析及处理

介绍了电能计量装置选型错误导致计量差错的原因分析、处理措施和电量追补方法。同时,针对变电站和用户现场运行中的电能计量装置常见安装接线错误导致电能计量故障现象,总结了三相电能计量装置错误接线的带电检查、分析判断和处理方法。     

CT机冲击负荷对智能电能表运行状态的影响

电网中越来越多的大功率设备投入使用,冲击负荷越来越多,冲击负荷不仅对电网的运行状态产生影响,而且,还会导致智能电能表的电能计量超差。本文首先分析医院CT机冲击负荷电流波动的游程特性,然后,建立智能电能表的全系统模型和电能测量仿真算法,最后,仿真分析给出医院CT机冲击负荷对智能电能表运行状态下动态误差的影响,并通过实验验证了仿真分析影响结果。     

基于IEC61850标准的数字化电能表丢帧误差分析

数字化电能表做为数字化电能计量系统中关键设备,其误差大小直接决定了数字化电能计量系统的准确度,数字化电能表在信号输入形式上与传统电能表存在很大的差异,传统电能表的输入信号为三相模拟电压/电流,而数字化电能表的输入信号为遵循IEC 61850协议的数据帧,因此数字化电能表相对传统电能表而言存在一个重要的误差来源—丢帧误差。针对数字化电能表的丢帧误差从理论上进行分析,同时对确定等级的数字化电能表允许最大丢帧率进行了推导,并通过实验仿真验证,发现数字化电能表的丢帧误差在丢帧率一定的情况下随着丢帧序号的变化呈现出正弦变化的规律,且最大丢帧误差与采样频率无关。分析得出要忽略丢帧对数字化电能计量系统造成的误差时,数字化电能表允许的最大丢帧率应该在数字化电能表的准确度等级5%以下,且建立相关的丢帧测试项目对数字化电能表入网运行前进行检测具有重要意义。     

智能变电站数字化计量装置误差稳定性测试系统研究

近年来数字化计量装置在智能变电站中得到了普遍应用,但其运行可靠性和稳定性较差,制约了数字化计量装置的推广应用。针对计量装置数字化所带来的误差稳定性较差的问题,提出了数字化计量装置的整体误差与电子式互感器和数字化电能表单独误差同步测试,且误差影响量可调的误差稳定性测试方法,搭建了数字化计量装置误差稳定性测试系统。通过理论分析、试验验证和现场测试,为数字化计量装置误差稳定性问题的分析和处理提供了有效的解决思路和方法,对提升数字化计量装置的设计、制造和运行水平有指导意义。     

基于Blackman-Nuttall窗改进FFT校正的新型三相动态谐波电能表设计

针对电网动态谐波检测与电能计量的急切需求,建立了改善动态谐波FFT频谱泄漏和旁瓣效应的基于Blackman-Nuttall窗三谱线改进FFT校正的谐波电能计量方法,提出了ADS1178+TMS320C6745+K60架构的新型三相动态谐波电能表的设计和研究方案,详细介绍了多通道、高采样率、同步采样ADC的数据采集和调理电路单元,以及以高性能浮点DSP芯片TMS320C6745为核心的电网信号数据处理电路单元,提出了基于牛顿插值的动态谐波电能计量的误差校正方法。实验与测试表明,新型三相谐波电能表的基波有功功率相对误差≤0. 1%,基波无功功率相对误差≤1%,2次～21次谐波电压幅值相对误差≤0. 6%、谐波电流幅值相对误差≤0. 7%、谐波相位误差≤0. 5°,符合国家标准GB/T 14549-93中的A类谐波测量仪器相关精度要求。     

一种基于FPGA的电能计量算法研究

随着人们对电网电能质量的关注,电能质量分析仪的应用愈加广泛。文章设计的电能计量系统采用可编程逻辑器件FPGA作为数字处理核心,集成了电网频率跟踪、同步采样、基本电力参数的计量、FFT谐波分析等多项功能,并且采用FIR数字滤波器实现Hilbert变换,实现了非正弦电压波形下的无功功率的精确测量。实验验证表明,以FPGA为核心的电能计量系统具有实时性强、精度高、可靠性强等特点。     

基于全相位数据处理的数字电能计量算法

数字化电能表在实际工程应用中时常出现误差超差现象,其主要原因之一是现有的数字电能算法的现场适应能力较差。为此本文分析了几种典型的数字化电能表误差影响因素,提出了一种基于全相位数据处理的数字电能计量算法,将全相位数据处理方法与DFT算法结合,并通过插值算法使得全相位数据处理方法具有了更强的频率适应性。仿真结果验证了本文提出的数字电能算法能有效抑制频谱泄露。与主流厂家的同类产品进行的对比试验表明,该算法具有更强的复杂工况适应能力,能够在复杂工况下准确计量电能。     

基于2阶Hann自卷积窗的谐波电能高精度量测方法研究与实现

分布式光伏发电根据全发电量进行补贴,无法约束其并网对配电网造成的高频次谐波污染和电压波动等电能质量问题。电能谐波含量是体现分布式光伏电能质量的因素之一,可作为并网电能定价的参考依据。为了对分布式光伏谐波电能进行准确计量和快速计算,基于ZYNQ实现了2阶Hann自卷积窗及其双谱线插值校正算法,设计了一种最低运算资源的顺序型谐波计算结构,在其基础上优化设计了一种多级流水线型的谐波计算结构,大幅提升了加窗插值FFT的实时计算效率;在模拟ADC量化的条件下,对2阶Hann自卷积窗及其双谱线插值校正算法的谐波分析效果进行仿真,提供了ADC位数、采样点数N与算法选择的思路,在此基础上设计了基于ZYNQ与LTC2358的谐波量测装置硬件架构。实验与测试结果表明,该分布式光伏谐波电能表的基本误差、频率偏移误差测试满足C级静止式有功电能表标准与0.5S级无功测量仪表检定标准。此外,3~21次谐波测量误差结果显示该装置的准确度满足A级谐波测量仪表检定标准。