电力市场中的电能计量

电力市场中的电能计量

0用电计量装置电力计量是通过电能表、传感器及其二次电路的指定连接方式，并通过特定的电气线性模式来实现的。在电力市场条件下,为保证公开、公平、公证地为电能生产者和使用者提供优质服务,必须建立现代化的电能计量、管理和交易系统。电能计量装置作为提供电能计量的信息源头,对电能计量和管理系统是至关重要的。1发展过程1.1电子式电能表电能表出现和发展已有100多年的历史了。由于感应式电能表具有结构简单、操作安全、价格低廉、坚固耐用、便于批量生产且使用维修方便等一系列优点,所以发展很快。现代感应式电能表现有几十个品种和规格,由于其准确度等级达到0.5～0.2级,且具有相当的功能,因而得到普遍的应用。随着电子技术、电子元件的发展及电力市场对电能计量、运营管理需求的不断提高,出现了各种用途的机电式电能表,如脉冲电能表、复费率电能表和预付费电能表等。机电式电能表沿用了感应式电能表的测量机构,其数据处理机构则由电子电路和计算机控制系统实现,因而机电式电能表是一种半电子式电能表。现行的机电式脉冲电能表、复费率电能表和预付费电能表等可初步满足我国现行电价制的要求,基本解决自动抄表、收费等问题,但若想进一步提高其计量精确度、扩展计量功能,更好地满足发电上网、电网运营管理和供电营销的需求则显得力不从心了。随着微电子技术的迅猛发展,微机技术的应用得到普及,电能计量专用芯片可实现批量生产。在20世纪70年代瑞士诞生了一种全新的电能表——电子式电能表,它不再使用感应系测量机构,而是由乘法器来完成对电功率的测量。由于它没有传统电能表上的旋转机构,因而又被称为静止式电能表或固态电能表。近年来,各种规格的电子式电能表不断推出,基本满足了我国电力行业有关标准规定的要求。电子式电能表的核心计量芯片按工作原理可分为两种:一种是采用DSP技术、以数字乘法器为核心的数字式计量芯片,它运用了高精度快速A/D转换器、可编程增益控制等最新技术;另一种是以模拟乘法器为核心的模拟计量芯片。这两种芯片的基本工作原理有根本的不同,在计量精度、线性度、稳定性、抗十扰性、温度漂移和时间漂移等方面,数字式芯片远远优于模拟式芯片。以数模混合数字信号处理技术为核心的一系列适于不同场合的常用单相和三相电能计量芯片有:①普通单相电能计量芯片AD7755;②复费率、预付费及集中抄表单相专用芯片AD7756;③防窃电单相专用电能计量专用芯片AD7751;④数字式单相视在电能表计量芯片CS5460A;⑤普通功能三相电能计量芯片ADUC812;⑥高精度多功能三相电能计量芯片AD73360;⑦低成本、多功能三相电能计量芯片AD7754;⑧数字式三相视在电能表计量芯片ADE7753等。总之,电子式电能表以它的精确度高、稳定性好、可高倍过载、功能扩展性好和环境适应性强等优势已被电力企业和用户广泛认可与接受,由电子式电能表取代机械式电能表已是大势所趋。1.2从电磁式传感器到电子式传感器1.2.1电磁式整体传感关键技术长期以来,电磁式电流互感器和电压互感器在继电保护和电流测量中的作用一直占有主导地位,但是随着超高压输电网络的迅速扩展和供用电容量的不断增长,传统的电磁式互感器已经难以胜任这种工况,因为与这种系统相匹配的电磁式互感器不仅体积与质量增大、价格上升,而且防爆困难、安全系数下降;更主要的是它带有铁心结构且频带很窄,在磁饱和时二次信号波形易发生畸变从而导致继电器误动作和计量失准;另外,现阶段继电保护和测量装置已日趋微机化,不再需要高功率输出的电磁式互感器。1.2.2计量误差的计量误差电容式电压互感器以价格低、组装方便而被电力设计部门广泛选用。但这种电压互感器的原理和结构使其对准确度测式条件的要求十分严格,如果电力部门不具备型式试验条件,那么所测得的计量误差必然是不准确的,这将导致竣工验收工作只是流于形式;另外,我国对110kV及以上电压等级电容式电压互感器的现场检验设备与测试方法还处在探索试用阶段,目前电力部门还难以对在线运行的电容式电压互感器的质量其及计量误差变化情况进行考核。因此,目前国产电容式电压互感器只能作为供电量计量用,不宜作售电量计量用。1.2.3电流、电压采用霍尔元件并配合适当电路后,使互感器的体积缩小、精度提高,因此在电流、电压的测量中得到广泛应用。但由于这种互感器带有铁心结构,因此仍存在电磁式互感器类似的问题。1.2.4光电式整体传感关键技术随着光电子技术的迅猛发展,一种结构简单、线性度良好、性能价格比高、输出范围宽且易以数字量输出的无铁心式新型互感器——电子式互感器应运而生。(1)光电式电压互感器(OTV)。它基于Pockels电光效应,由光学电压传感头与相应的电子测量电路组合而成。(2)光电式电流互感器(OTA)。它基于Faraday磁光效应,由光学电流传感头与相应的电子测量电路组合而成。国外于20世纪60年代初,我国从20世纪80年代开始研制光电式电压互感器和电流互感器,现今均已部分挂网试运行。2新能表和传感器的特殊功能2.1电能表2.1.1多功能电能表中测量误差的正演测量技术目前,电网中各计量点电量的结算是以计量点在线电能表的读数为依据来进行统计的,而对各计量点电量的追补则是根据对该计量点电能计量装置的综合误差进行考核后最终确定的。以前通常采用人工方法对综合误差进行计算、更正并对计量点的电量进行追补,这样不仅工作繁琐而且得到的计算结果与实际结果并不相符,两者存在着较大的误差。随着计算机技术的发展及其在仪器仪表中的应用,目前在先进的多功能电能表中增设了对所在电能计量点综合误差自动动态补偿功能,既保证了综合更正的准确性,又避免了复杂的计算。如澳洲REDPHASE的多功能电能表EDMI2000-0400的软件中提供了一个系统更正曲线菜单,可以访问、输入和修改测量系统中外部互感器全部量限的幅值及相位的更正值。在实际运行中,该电能表通过对实时运行负荷的准确测量,可以及时准确地将电能表和互感器在该实际负荷点的误差以及TV二次回路压降误差(事先已输给电能表中)在测量过程中自动进行相应地更正。开发和利用EDM12000系列多功能电能表中综合误差自动动态补偿功能的实践证明,它可以改变过去对电能计量装置综合误差人工合成计算的繁琐方法和按平均运行负荷计算来更正电量的近似方法,因而大幅度地提高了电量统计、结算的效率和准确可靠性。同时,该功能还可通过人工干预来保证在电能计量装置综合误差的各项或某项误差改变时实时进行跟踪补偿,从而保证了电能计量读数值的准确可靠。2.1.2从非线负载在电网中吸收的基波电能,在一般要现在,非线性负载电力用户电能表的计量结果是其非线性负载消耗的基波电能与谐波电能的代数和。由于谐波电能是负值,那么计量出的非线性负载消耗的实际电能将小于它从电网中吸取的基波电能,也就是说,非线性负载回馈给电网的谐波电能不仅无用,反而有害。显然,在计量时,从非线负载在电网中吸取的基波电能中扣除回馈给电网的谐波电能这种计量结果肯定是不合理的。2002年,由甘肃省兰州供电局和中国电力科学研究院共同完成的《电网谐波对电能计量影响的实验研究》这一科研项目通过了专家鉴定,此项研究成果成功地解决了如何对非线性负载用户合理、准确进行计量的问题。此后,他们对试验用电子式基波电能表的性能加以改进后使其产品化。2.1.3和电压传感头电子式坡印亭电能表根据坡印亭矢量原理制成,它由同心母线式传感头及测量电路组成。同心母线式传感头是一种将电流互感器和电压互感器的功能集为一体的装置,此传感头结构简单、易于制作、性能价格比高,特别适合对高电压、低功率因数负载进行电能计量和单相功率、三相功率的测量。同时,它还具有工作频率范围宽(不难达到10kHz)、电流过载能力强(可达几十倍)、充以压缩空气或SF6气体可用于超高压系统中、精确度为千分位数量级、在低功率因数负载下仍能保持高精确度等特点。2.1.4电子式单相视的发展根据现场调研和抽测统计结果可知,现在低压非大工业用户和居民用户的售电量占总售电量的比例已从过去的10%左右上升到了30%以上,其平均功率因数已从过去的0.8左右下降到0.6左右。通过计算得知,这2类用户因无功负荷引起的有功电量损耗已超过其有功负荷引起的有功电量损耗。由于国家电价规定这2类用户不执行功率因数调查办法,只按在装变压器容量收取基本电费和电量电费,这样不仅减少了供电企业合理的电费收入,而且还造成配电网线损率居高不下。为了解决这一问题,近来年我国一些厂家先后研制出了电子式单相视在电能表、电子式双费率(黑、白)单相视在电能表和电子式三相最大需用容量视在电能表等。这3种视在电能表分别选用了专用电能计量芯片和AVR单片机数据处理芯片,单片机通过由专用电能计量芯片测量出的电压、电流有效值来计算视在功率,然后按电能表脉冲常数输出脉冲来驱动计数器,从而累计和显示出设计规定的电量和容量。现场试用证明,这3种电子式视在电能表可测带宽为1000Hz,在-30℃～50℃的温度范围内准确度等级达0.5级。2.2相互感2.2.1s级宽负载电磁式电流传感技术早在20世纪80年代初期,国外发达国家为了解决传统1.0～0.2级电流互感器的精度与新系列S级宽负载电能表精度不相匹配的问题,成功开发了新系列S级宽负载电磁式电流互感器。该电流互感器的主要特点是扩大了电流互感器保证误差值的轻负载范围,同时还将同级非S互感器5%IN负载点误差限下移到1%IN点,原20%IN负载点误差限下移到5%In点,原100%～120%IN点的误差限向下延伸到20%IN。其精度可保证在负载范围内与相应准确度等级的新系列S级宽负载电能表的精度完全匹配,因此它成倍提高了电能计量装置的整体精度,全面解决了长期存在的电能计量装置在轻负载时计量不准确的问题。2.2.2通过设置带安全设施以限制自校测试组合互感器是指由电流互感器和电压互感器组合而成,并装在同一外壳内的互感器。组合互感器分为单相和三相2种。组合互感器内每台电流互感器和电压互感器均具有相同变比,不同准确度等级的2个独立绕组分别用于计量和自校。因此,它不仅具有可靠的防窃电功能,更重要是它可以分别通过自校专用电流和电压插接部件在正常运行条件下将携带型电子式电能表现场校准仪和携带型电子式互感器校验仪对应接入组合互感器内的自校绕组,这样,就可以在有运行负载的环境条件下核查和测定出此电能计量装置计量结果的动态综合误差、互感器动态合成误差、电压互感器二次回路压降的动态合成误差和每台(组)电压互感器、电流互感器的动态比差及角差。1998年,我国某供电公司与某厂家联合研究试制了一台10kV0.5级三相三线电能计量专用自校准电磁式组合互感器,并将其安装在某电力用户高压电能计量点投入运行试用,收到了预期效果。2.2.3rogowski农业组合光电式电流互感器(OTA)虽然具有显著特点,但由于它对温度、振动的敏感性及长期工作的时间稳定性尚待进一步解决,加上其传感头制作要求高、价格昂贵等问题,限制了其推广使用。如果在光电式电流互感器中使用Rogowski绕组,则能较好解决上述问题。在Rogowski光电式电流互感器绕组的两端接上合适的电阻就可测量电流。由于绕组导线均匀地绕在一个非铁磁性环形骨架上,它通过电磁场与主电路电流回路耦合,故具有良好电气绝缘性能。现在国内外已可制造出0.2级的Rogowski绕组。现场试用表明,Rogowski光电式电流互感器具有结构简单、安装方便、测量范围宽、精确度高(优于±0.5%)、抗干扰能力强、运行稳定可靠、易以数字输出和性能价格比高等特点。3电能计量装置21世纪将是信息网络化、高新科技成果被广泛应用和电力企业持续发展的时代。数字化、智能化、标准化、系统化和网络化是现代电能计量装置发展的必然趋势。所谓数字化就是采用数字式计量芯片,应用高新技术成果研制电子式电能计量装置。电能计量装置实现数字化,能够不断提高计量装置性能,进一步保证计量结果的准确性和可靠性。所谓智能化就是采用高新技术不断完善多功能电能表标准DL/T614—1997规定的所有功能,同时,开发研制具有自校准组合互感器、电能计量综合误差自动跟踪补偿等特殊功能的全新电能计量装置。电能计量装置实现智能化,能够进一步适应我国电价制的变革,满足运营管理的需要,解决特殊负载用户的计量问题,开展现场实负载整体检验电能计量装置。所谓标准化就是依据电能计量装置技术管理规程DL/T448—2000中的电能计量装置配置原则,分别对发电运营侧、电网运营管理侧和供电运营侧配置相应的电能计量装置。电能计量装置实现标准化,能够进一步促使电能计量装置的配置,使其达到先进、合理、统一的要求,以便于运行、维护与管理。所谓系统化就是将电能计量装置与自动抄表系统联通组成一个电能计量管理系统。电能计