电能表应用技术的发展与电网经济技术管理.doc

电能表应用技术的发展与电网经济技术管理自2003年以来，也就是全国城市、农村电网进行大规模改造、建设之后，电力系统的电能表应用量迅速增长，据不全完统计，国家电网和南方电网拥有计费电能表总量为19500万台。其中，两网直接管理用于计费的11800万台，非直接管理用于计费的7700万台。同时，由于全国社会用电量跨跃式增长，电力工业进入快速发展时期，电网经济技术管理发生很大的变革，由此引发电力系统的电能表应用技术领域不断扩展，提出许多具有电力专业特点的技术要求，电能表也面临新的产品设计改进和技术创新机遇。推进电力系统电能表应用技术发展的要素： 1.在现代大容量电网上，百万千瓦级发电机并网，百万伏级电网开工建设； 电力体制改革逐步到位，发电厂与电网分开；多年电力紧张，国家出台新的电价政策和用电需求侧管理办法；为电力营销提供公正、合理、可靠的计量保证； 2.全国城市、农村电网改造之后，电网强化线损管理、变电站经济管理、配电变压器运行管理；3.全国一户一表工程结束之后，本地与远程自动抄表提到议事日程； 多方面关注电能质量问题； 国际上推进低压电网用户远程管理和家居网络化工程的经验； 国际、国内IT产业的厂商，急于进入中国电子式电能表市场。 鉴于以上背景，近几年的电子式电能表的新技术、新产品不断推向市场，围绕改进与完善电网经济技术管理，电能表应用技术发展前景看好。 一、电能表应用技术发展的特征与走向 1、三相多功能电能表向多应用领域拓展 近几年，电力系统不断扩展三相多功能表应用领域，主要是：从用电计量计费扩大到配电变压器、变电站的经济管理和用电需求侧管理的计量；从用户计费扩大到发电厂上网电量、跨省电网联络线交换电量的计费；从315千伏安及以上大工业用户计费扩大到100千伏安及以上商业、非工业、普通工业户的计费。以上三相多功能表应用领域的扩大，引起计量点总量估计由60万个扩大到400万个，三相多功能表应用需求量连续多年走高，同时也明示今后应用技术的发展趋向： 电表多门类：由单一的计费产品发展到关口计量、配电变压器计量、变电站计量、大工业户计量、中等容量户计量、用电需求侧管理系统的终端6类产品，分别制订产品技术规范； 关口电能表，要发展高精度、高稳定性、高可靠性、快速测量、0-360计量技术，多通信方式和协议，经国际、国内同类电表的比较，提出量化指标和测试方法； 计费用三相多功能表要计量准确、简单可靠、讲求实用，逐步发展三相SOC单芯片，开发具有谐波电压、电流总含量和谐波污染程度的测量技术，研究温度、电压、频率、相位改变的自适应计量; 早期三相多功能表需要更新换代，要通过调查研究，提出新一代电表技术规范; 电力网损耗计量与防窃电基础技术； 研究制订三相多功能表质量评价标准与测试方法，提高运行电能表的整体技术品质。 2、单相多费率表在部分省（市）成为民用电表的主导计量产品 2001以来，部分省（市）相继实行居民峰谷电价，据初步统计，全国共装用单相多费率表950万台，经过多年运行，已积累起初步经验： LCD显示成为主流： 时钟采用温度自动补偿电路 单相多费率表设计方案多样化 防窃电技术 未来应用技术的走向：目前部分省市的居民用电峰谷电价政策是由地方主管部门提出。在这些地区，单相多费率表成为民用电能表的主流。今后，单相多费率表的应用技术发展，一是，取决于国家是否出台居民用电峰谷电价政策；二是，在推广用电需求测管理过程中，单相多费率表将作为节电措施扩大应用。目前，电力系统需要规范单相多费率表的技术条件、设计方案和通信协议。 3、单相预付费电能表再起风波 对单相预付费表提出的质疑 单相预付费表的负荷开关有时拒绝动作；IC卡座质量不过关；预购电量进入单相预付费表的计算方式，容易引起囤积电量，调整电价时，发生抢购电量的现象；预付费制度实施后，不需要定期抄表，减少用电管理，容易发生窃电和违章用电情况； 未来应用技术的走向 采用预购电量的金额和现行电价进入单相预付费表的计算方式调整电价时，通过远程电能计量自动化系统，向用户的单相预付费表加载新的电价。 4、无线式电能计量自动化系统在发展中引发技术争议 电力负荷管理系统建设的不同技术设计方案 基于电力系统专用230MHz通信网的电力负荷管理系统基于公用GPRS通信网的新一代电力负荷管理系统通信信道传输模式的比较方法（略） 基于公用GPRS通信网的配电变压器远程监测控制系统 基于公用GPRS通信网的变电站电能量采集与管理系统 基于公用GPRS通信网的在线电能表运行管理系统 基于GPRS通信技术的电能计量终端系列产品，包括：配变监测终端、电力负荷管理终端、变电站电能数据采集子站、具有无线通信功能的三相多功能表。以上终端系列产品可实现自动数据抄收，信息、故障主动上报，实时巡监终端参数，及时发现窃电行为。 未来应用技术的走向 基于公用GPRS通信网的电能计量自动化系统，门类多，各有技术特点，需要整合一个统一的发展平台。目前，重点改进实时性与安全性：按传输数据重要程度，选用GPRS服务质量等级与收费标准；注入GPRS通信网，宜选用专用通道；改进GPRS模块的安全策略；引入远程传输数据安全认证机制等。更重要的改进是：电力负荷控制需要群控信号，在GPRS公用网上能否不排队，给出一个专用信道，需要与GPRS公用网主管部门进行技术经济谈判。从长远看，即使过几年电力不紧张，GPRS系统用于在线电表运行监测管理、配电变压器和变电站电能表的远程抄表、居民用电远程抄表，很有拓展空间。 5、具有谐波电能计量功能的三相多功能表入网试用，主要有： 高端关口表：具有谐波/基波有功电能计量功能 三相谐波有功表 三相基波有功、无功表 未来应用技术的走向 谐波有功、无功、视在功率电能计量实用化产品，用以改进电力营销管理中的功率因数计算方法，为提高冶炼企业、电气化铁路、采用整流设备企业的电能计量准确度，做技术上的准备； 谐波有功功率潮流判别、分析方法和电能质量实时监测产品，推进电能质量市场的建立与法制化管理； 对电压具有正弦波，电流谐波含量很高的各类用户，包括居民用电小区，开发应用谐波污染程度和电压、电流谐波总含量的测量仪表； 注：谐波污染程度暂定义为：非基波视在电能/基波视在电能 需要说明：谐波功率电能计量产品入网试用，是个起步不久的新课题，尽管谐波无功功率定义的争议依旧存在，计量新产品的推出，又引发新的技术争议，但是谐波功率计量应用技术的发展趋向，将更贴近电力负荷实际和电能质量法制化管理的需求。 6、电子式电能表具有应用技术开发的明显优势 电子式三相多功能表和三相多费率表，占应用总量95 电子式三相有功表，占应用总量的60 电子式单相有功表，占应用总量的40 以上简要叙述电能表应用技术发展情况，同时也提出了电能表应用技术性能如何确定与评价的问题。长期以来，电能表是在试验室条件，就是标准温度20，稳态、正弦电力负荷下测定，已经不适应非线性负荷增多，电网电磁环境恶化和电子式计量技术发展的情况。目前，电能计量应用技术面临的困惑是： 电能计量装置由电能表，PT、CT和PT二次回路构成。高压电网电能量的计量准确度如何算法 大宗用户的冲击负荷电能计量技术；谐波源用户采用谐波表还是基波表 中小用户和居民用小区，电压正弦波，电流波形畸变严重，用什么计量规范予以抑制 电能表在现场非参比条件下工作，如何自适应准确计量 运行电能表整体计量性能扩展的基本措施 电网总电量与真值的偏差如何算法 二、关注电能计量技术热点 1、三相多功能表新产品 在线电能计量准确度超过IEC标准 有功电能计量误差：0.1；视在电能计量误差：0.3； 面向系统设计、长寿命计量 采用开放式通信协议IEC6205661/62/53/46/42：抄表、费率、负荷控制数据交换；继承关口表的长寿命技术设计； 具有互联网通信、实时测量功能 高速率计量：采样速率256点/周波，记录周期最短为10毫秒；电能质量测量：63次谐波、电压闪变、故障录波78微秒的瞬变；自动发送E-mail报警信号、系统运行状态刷新、数据记录； 具有大容量的负荷曲线记录功能 具有简单实用的谐波分析功能 采用三相SOC单芯片或三相有功、无功计量芯片的低端三相多功能表设计。 三相电能计量专用芯片 精度优于0.1的三相SOC单芯片，21位2阶-A/D，负荷动态范围2000：1；具有基波/谐波电能计量的三相多功能计量芯片；采用Hilbert数字滤波器计量谐波无功功率的三相计量芯片； 正弦功率电能计量标准 进口的高精度三相标准表，功率因数低于0.5（6090）时，电能计量准确度为/0.02/功率因数；电力系统的正弦无功功率计量标准，扩展不确定度为7510-6。 关口表远程校准系统 2、谐波功率电能计量技术难点的实用化探索 冲击负荷电能计量理论与算法 基于IIR型Hilbert数字滤波器的谐波无功功率的测量与计量溯源 谐波有功功率潮流分析方法，经研究指出：FFT理论具有局限性 非整数次谐波和间谐波的有功电能计量 进口的谐波功率电能计量标准 三相0.01级标准表，具有谐波功率计量功能；谐波有功功率、谐波视在功率的计量传递标准； 电能表自动校准系统，在任意波形谐波总含量30%以下，计量准确度为+/-0.005%0.05%； 电能功率标准源，提供七种非正弦信号的无功功率计算方法。 3、基于低压电力线载波通信的自动抄表系统技术正在走出困境 国内，新技术开发应用： 一款采用BFSK调制的扩频通信专用芯片的改进：嵌入模糊识别、模糊控制和现代信号处理技术； 智能电表专用芯片中的扩频通信单元：采用4QPSK直序扩频，支持CDMA多址保密通信； 低压电力线载波SOC单芯片； 基于Lon Works技术的低压电力线载波抄表系统； 智能控制网络SOC单芯片； 跨变压器台区的数据通信； 新型电网干扰测试仪； 低压电力线载波通信网的拓扑中继技术； 国际上，意大利Enel的低压电网用户远程管理和自动抄表系统的经验，可以借鉴： Enel系统的功能，包括：远程抄表、用户管理和潜在的增值服务交付功能，涉及近3000万个用户 电子式电表：集成了测量系统，断路器和配电网载波通信（采用FSK调制技术）功能 引入测试设备公司进行现场实验，再现电网存在噪音的典型环境；目前还在调整系统通信，测试洗衣机、电视机、烤炉等新型产品的系统部件 Enel联合IBM公司向全球的公用事业单位推出低压电网用户远程管理与自动抄表系统 高速PLC技术（略） 4、关口计量装置设计改进 随着电力体制改革的深化，跨区域、跨省电网进行大功率电力交换，公用和自备发电厂的发电量上网销售，关口电能计量装置在电力营销管理上的地位十分突出。 整机设计标准的探讨 现行设计技术规程：电测量及电能计量装置设计技术规程DLT5137-2001和DLT448-2000规定了关口计量装置设计的部分要求 三相多功能表标准 国际上，没有统一的三相多功能表产品标准 DLT614-1997需要修订国标多功能表特殊要求正进入审定阶段 互感器标准 GBT12071997电压互感器（电磁式） GBT12081997电流互感器（电磁式） IEC600447电子式电压互感器 IEC600448电子式电流互感器 通信协议DLT6451997 IEC620566162534642 建议制定统一、完整的关口电能计量装置设计标准 整机规定一个准确度等级 调整电能表、互感器和PT二次压降的限值要求 提出整机综合误差动态计算方法和验证试验方法 关口表技术条件 互感器选型和二次负载测试记录 PT二次压降限值和实时监测 关口电能表技术条件 目前，进口三相多功能表是关口计量的主导产品，电能表技术指标、功能、通信方式不一。今后要按照国内电力市场的需求，设计统一标准、技术先进的计量产品。 30万千瓦及以上发电机的上网电量计量，需要0.1级电表 关口表误差稳定性、可靠性指标量化 完整的0-360计量特性 具有谐波有功、无功、视在电能计量功能 常用功能：具有运行和备用两套费率、三种需量（最大需量、最小需量、积累需量）、正弦和谐波下的两种功率因数计算、大容量负荷曲线记录 对基本误差曲线的要求 误差带宽 有功、无功计量下限负荷相同 防潜动功率限值 批量关口表的实际误差要求 电容式PT用于计费，是无奈的选择 电容式PT的误差特性不稳定，多种因素引起附加误差 变电站设计要为PT现场测试创造基本条件 关注电子式PT应用技术的发展 PT二次压降 现行PT二次压降限值过宽 为实时监测 PT二次压降，需要开发新的测量技术 动态PT二次压降补偿器限用引发争议 关口表远程监测技术 关口表在电能计量自动化系统中的拓展应用 新一代关口表应直接提供与最终电量结算有关的全部静态、动态和事件记录三类数据 电能计量自动化系统的应用需求（略） 关口表与系统主站要建立双方向、透明的传输通道。电能量远方终端（ERTU）和系统主站，无必要重复开发关口表已具有的功能 关口表电能数据组网，提到议事日程 注：315千伏安及以上的大工业户、100千伏安及以上的商业、非工业、普通工业户，均要按照新出台的电价政策和相应计量技术要求，电力负荷的实际情况，进行电能计量装置设计改进。 三、构建电能计量系统，推进电网经济技术管理变革 电能计量装置技术管理规程DL/T448-2000经过多年的实践，对推动电力系统电能计量管理工作起到导向作用。今后，随着电网经济技术管理的不断深化，电能计量管理如何发展，已经引起多方面的关注。 1、电能计量管理的发展目标 为电力营销提供公正、合理、可靠的计量保证 为电网经济运行提供实时、准确、可靠的电能数据 为此，要构建面向电网的电能计量系统 2、电能计量管理的发展任务 计量器具安装：电表、互感器要装足，计量方式合理可靠，计量功能要符合电力负荷实际情况 电能表、互感器准确等级要适应计量容量扩大的需要 主、副表扩展应用到用电大户 按系统接地情况，选用四线或三线电表 电表具有以上叙述过的两套费率、三种需量、两种功率因数计算 PT、CT二次回路设计要规范 采用防窃电基础技术措施 用电大户、