数字化变电站电能计量技术介绍

1、0,数字化变电站电能计量技术介绍,威胜集团有限公司 技术支持部 桑宝祥 芦洋,主要提纲,数字化变电站的研究介绍 数字化变电站对计量的影响 威胜数字化变电站电能计量解决方案,变电站发展历史,传统变电站构架,数字化变电站构架,数字化变电站的定义与组成,一次设备智能化，二次设备网络化 站控层 监控、远动、故障信息子系统 间隔层 保护装置、测控装置 过程层 合并单元（MU）、智能单元,数字化变电站与常规变电站比较,常规变电站 数字化变电站 一次设备： 电磁式互感器 非常规互感器 传统开关 智能组合电器 二次设备： 传统保护测控设备 网络化装置 电缆硬连接 SMV/GOOSE 通信协议： 私有协议 IE

2、C61850-9-1 IEC61850-9-2,数字化变电站是技术发展的必然,随着智能化开关、光电式互感器、一次运行设备在线状态检测、 变电站运行操作培训仿真等技术日趋成熟，以及计算机高速网络在实时系统中的开发应用，使变电站所有信息的采集、传输实现全数字化处理提供了理论和物质基础。 数字化变电站由于在信息采集、传输、处理和输出过程全部数字化，具有各种功能共用统一的信息平台，避免设备重复投入，测量精度高、无饱和、无电流互感器开路，二次接线简单，光纤取代电缆，电磁兼容性能优越，信息传输通道都可自检，可靠性高，管理自动化的优点。 数字化变电站自动化系统的实施，将改变传统变电站的体系及架构，降低变电站

3、的综合建设成本，提高变电站的自动化水平。,数字化计量示意图,数字化计量,上述就是最常见的数字化变电站SMV网中设备连接图 数字表计量的数据来自在它的上游设备是MU（合并单元），数字表的配置基本上都是依据MU的输出信息来定 电能表是一种采集电网电压和电流信号并进行计算电参量的度量衡仪表。数字表也符合上述的定义，唯一不同的是它的采集数据由MU通过网络发送 数字表一旦接收到SMV数据协议包，它解析该数据包就可以获取电压和电流瞬时采样值，接下来的计量就和传统表计是相似的,基于IEC60044-7/8标准的电子式电压互感器（EVT）,电子式电压互感器主要有三种： 1、电阻分压 2、阻容分压 3、电容分压

4、 特点: 1、二次输出为小电压信号 2、无需二次转换 输出标准： EVT:1.625V，2V，3.25V，4V，6.5V,基于IEC60044-7/8标准的电子式电流互感器（ECT）,电子式电流互感器主要有两种： 1、基于Rogowski Coil原理 2、基于法拉第效应的光电效应式 特点： 1、二次输出为小电流信号 2、无需二次转换 输出标准： ECT: 2 2.5mV, 150mV，200mV，225mV，4V,光纤互感器,前端信号数字化系统,1、电子式互感器中有A/D转换器将模拟信号转换成数字信号 2、合并单元中有A/D转换器将模拟信号转换成数字信号,电子式互感器的优点,集测量和保护于一

5、身，能快速、完整、准确地将一次信息传送给计算机进行数据处理或与数字化仪表等测量、保护装置相连接，实现计量、测量、保护、控制、状态监测； 不含铁芯（或含小铁芯），不会饱和，电流互感器二次开路时不会产生高电压，电压互感器二次短路时不会产生大电流，也不会产生铁磁谐振，保证了人身及设备的安全； 二次输出为小电压信号，可方便地与数字式仪表、微机测控保护设备接口，无需进行二次转换（将5A,1A或100V转换为小电压），简化了系统结构，减少了误差源，提高了整个系统的稳定性和准确度； 频响范围宽、测量范围大、线性度好，在有效量程内，电流互感器准确级达到0.2S/5P级，仅需2-3个规格就可以覆盖电流互感器20

6、A-5000A的全部量程，电压互感器测量准确级可达到0.2/3p级； 体积小、重量轻，能有效的节省空间，功耗极小，节电效果十分显著，且具有环保产品的特征； 安装使用简单方便，运行无需维护，使用寿命大于30年。,数字化变电站的推广引发电能计量技术的变革,基于IEC60044-7，IEC60044-8标准的电子式互感器的应用，推动了二次设备的变革 EVT、ECT模拟信号就地数字化，光纤传输及合并单元(MU)的引入 基于IEC61850-9-1，IEC61850-9-2LE模拟采样值传输协议在数字化变电站内的成功运用 网络通信技术的发展，智能电网规划的提出。数字化变电站成为了智能电网中的重要节点,信

7、号采集,18,Voltage V,Current A,MU Sample Clock,MU Sample Clock,UA,UB,UC,.,01011101001010,EVT/ECT模拟信号的量化过程,瞬时值：,有效值：,瞬时值、有效值,20,电子式电能表测量的有功电能是时间内电压电流乘积的积分 为功率曲线,而有功电能为功率曲线的面积（阴影部分） 在数字表计中将连续值 离散化成有效值 进行运算。,有功功率计算,变电站内通信协议分类,模拟采样值传输服务映射,SMV数据协议包肩负数字化变电站中传输采样数据，它包括IEC61850-9-1和IEC61850-9-2两大协议 IEC61850-9-1

8、：特定通信服务映射(SCSM)：通过串行单方向多点共线点对点链接传输采样测量值 IEC61850-9-2：特定通信服务映射(SCSM)： 基于ISO/IEC8802.3的采样值传输,物理层通信介质及连接接头,威胜数字化变电站的计量解决方案,基于EVT,ECT输出的计量场合解决方案 基于合并单元输出计量场合计量解决方案 电能采集解决方案,基于EVT,ECT输出的计量场合解决方案,基于合并单元输出计量场合解决方案,电能采集解决方案,数字化变电站的计量特点,1、传统计量系统与数字化计量系统误差比较 2、采样点传输丢失对计量的影响 3、网络传输延时对计量的影响 4、数字化变电站电能表的技术新颖点,传统

9、计量系统与数字化计量系统误差比较,网络传输延时对计量的影响,采样点传输丢失对计量的影响,数字化变电站电能表的技术新颖点,传输信号 数字信号或者小信号、低功率输入式 传输介质 光纤或者双绞屏蔽电缆 供电方式 站用交直流供电，无法从EVT取电 计量方式 专门的数字信号处理，不能采用计量芯片 计量误差 取决于MU、ECT、EVT, 计量算法的截尾误差 表计功耗 小于于传统模拟表计 线路检测 检测与MU的连接状态(断开与连接时间记录),威胜数字化变电站电能计量产品类型,产品类型,ME1-基于ECT,EVT电子式互感器输出的计量表计 ME2-模拟采样值传输(SMV)输入符合 IEC60044-8的FT格

10、式 IEC61850-9-1 IEC61850-9-2LE WHDMTE00-基于ME2、QA1表计的检测设备 WHDMTE01-基于ME1、QA2表计的检测设备,计量表计类型,模拟小信号输入式电能表(ME1) 数字量输入式电能表(ME2),模拟小信号输入式电能表(ME1)-外型尺寸,模拟小信号输入式电能表(ME1)-工作原理,模拟小信号输入式电能表(ME1)-主要特点,电压端子接入规格:1.625V、2V、3.25V、4V、6.5V 电流端子接入规格:22.5mV、 150mV、200mV、225mV、4V 电压端子输入阻抗:不小于1M 电流端子输入阻抗:不小于20K 接口型号:（四芯航空接

11、头） 工作电源电压范围:交流：85264V 直流：110300V,数字量输入式电能表(ME2)-外型尺寸,41,数字信号接入式电能表(ME2)-工作原理,42,42,数字信号接入式电能表(ME2)-数据管理,数字信号接入式电能表(ME2)-主要特点,SMV数据服务协议IEC60044-8、IEC61850-9-1、IEC61850-9-2LE 物理层接口类型：光接口 SC 或者 ST（光波长 1300nm，100M) 上传方式:双路RS485,光纤以太网(可选) 上传通信协议：DL/T645-1997/2007 IEC61850-8-1 工作供电模式双路冗余外接电源供电（可任接入一路或同时接入两路）,检测装置类型,数字量输入式电能表检测装置(WHDMTE00) 模拟量输入式电能表检测装置(WHDMTE01),误差测试原理,数字量输入式电能表检测装置(WHDMTE00 )-(单表位),现场校验仪,数字量输入式电能表检测装置(WHDMTE00 )-(8表位),数字量输入式电能表检测装置(WHDMTE00 )-工作原理,数字量输入