電力市場(chǎng)中的電能計(jì)量

電力市場(chǎng)中的電能計(jì)量

0用電計(jì)量裝置電力計(jì)量是通過電能表、傳感器及其二次電路的指定連接方式，并通過特定的電氣線性模式來實(shí)現(xiàn)的。在電力市場(chǎng)條件下,為保證公開、公平、公證地為電能生產(chǎn)者和使用者提供優(yōu)質(zhì)服務(wù),必須建立現(xiàn)代化的電能計(jì)量、管理和交易系統(tǒng)。電能計(jì)量裝置作為提供電能計(jì)量的信息源頭,對(duì)電能計(jì)量和管理系統(tǒng)是至關(guān)重要的。1發(fā)展過程1.1電子式電能表電能表出現(xiàn)和發(fā)展已有100多年的歷史了。由于感應(yīng)式電能表具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作安全、價(jià)格低廉、堅(jiān)固耐用、便于批量生產(chǎn)且使用維修方便等一系列優(yōu)點(diǎn),所以發(fā)展很快。現(xiàn)代感應(yīng)式電能表現(xiàn)有幾十個(gè)品種和規(guī)格,由于其準(zhǔn)確度等級(jí)達(dá)到0.5～0.2級(jí),且具有相當(dāng)?shù)墓δ?因而得到普遍的應(yīng)用。隨著電子技術(shù)、電子元件的發(fā)展及電力市場(chǎng)對(duì)電能計(jì)量、運(yùn)營(yíng)管理需求的不斷提高,出現(xiàn)了各種用途的機(jī)電式電能表,如脈沖電能表、復(fù)費(fèi)率電能表和預(yù)付費(fèi)電能表等。機(jī)電式電能表沿用了感應(yīng)式電能表的測(cè)量機(jī)構(gòu),其數(shù)據(jù)處理機(jī)構(gòu)則由電子電路和計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn),因而機(jī)電式電能表是一種半電子式電能表?，F(xiàn)行的機(jī)電式脈沖電能表、復(fù)費(fèi)率電能表和預(yù)付費(fèi)電能表等可初步滿足我國(guó)現(xiàn)行電價(jià)制的要求,基本解決自動(dòng)抄表、收費(fèi)等問題,但若想進(jìn)一步提高其計(jì)量精確度、擴(kuò)展計(jì)量功能,更好地滿足發(fā)電上網(wǎng)、電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理和供電營(yíng)銷的需求則顯得力不從心了。隨著微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,微機(jī)技術(shù)的應(yīng)用得到普及,電能計(jì)量專用芯片可實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。在20世紀(jì)70年代瑞士誕生了一種全新的電能表——電子式電能表,它不再使用感應(yīng)系測(cè)量機(jī)構(gòu),而是由乘法器來完成對(duì)電功率的測(cè)量。由于它沒有傳統(tǒng)電能表上的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu),因而又被稱為靜止式電能表或固態(tài)電能表。近年來,各種規(guī)格的電子式電能表不斷推出,基本滿足了我國(guó)電力行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求。電子式電能表的核心計(jì)量芯片按工作原理可分為兩種:一種是采用DSP技術(shù)、以數(shù)字乘法器為核心的數(shù)字式計(jì)量芯片,它運(yùn)用了高精度快速A/D轉(zhuǎn)換器、可編程增益控制等最新技術(shù);另一種是以模擬乘法器為核心的模擬計(jì)量芯片。這兩種芯片的基本工作原理有根本的不同,在計(jì)量精度、線性度、穩(wěn)定性、抗十?dāng)_性、溫度漂移和時(shí)間漂移等方面,數(shù)字式芯片遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于模擬式芯片。以數(shù)?；旌蠑?shù)字信號(hào)處理技術(shù)為核心的一系列適于不同場(chǎng)合的常用單相和三相電能計(jì)量芯片有:①普通單相電能計(jì)量芯片AD7755;②復(fù)費(fèi)率、預(yù)付費(fèi)及集中抄表單相專用芯片AD7756;③防竊電單相專用電能計(jì)量專用芯片AD7751;④數(shù)字式單相視在電能表計(jì)量芯片CS5460A;⑤普通功能三相電能計(jì)量芯片ADUC812;⑥高精度多功能三相電能計(jì)量芯片AD73360;⑦低成本、多功能三相電能計(jì)量芯片AD7754;⑧數(shù)字式三相視在電能表計(jì)量芯片ADE7753等。總之,電子式電能表以它的精確度高、穩(wěn)定性好、可高倍過載、功能擴(kuò)展性好和環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)已被電力企業(yè)和用戶廣泛認(rèn)可與接受,由電子式電能表取代機(jī)械式電能表已是大勢(shì)所趨。1.2從電磁式傳感器到電子式傳感器1.2.1電磁式整體傳感關(guān)鍵技術(shù)長(zhǎng)期以來,電磁式電流互感器和電壓互感器在繼電保護(hù)和電流測(cè)量中的作用一直占有主導(dǎo)地位,但是隨著超高壓輸電網(wǎng)絡(luò)的迅速擴(kuò)展和供用電容量的不斷增長(zhǎng),傳統(tǒng)的電磁式互感器已經(jīng)難以勝任這種工況,因?yàn)榕c這種系統(tǒng)相匹配的電磁式互感器不僅體積與質(zhì)量增大、價(jià)格上升,而且防爆困難、安全系數(shù)下降;更主要的是它帶有鐵心結(jié)構(gòu)且頻帶很窄,在磁飽和時(shí)二次信號(hào)波形易發(fā)生畸變從而導(dǎo)致繼電器誤動(dòng)作和計(jì)量失準(zhǔn);另外,現(xiàn)階段繼電保護(hù)和測(cè)量裝置已日趨微機(jī)化,不再需要高功率輸出的電磁式互感器。1.2.2計(jì)量誤差的計(jì)量誤差電容式電壓互感器以價(jià)格低、組裝方便而被電力設(shè)計(jì)部門廣泛選用。但這種電壓互感器的原理和結(jié)構(gòu)使其對(duì)準(zhǔn)確度測(cè)式條件的要求十分嚴(yán)格,如果電力部門不具備型式試驗(yàn)條件,那么所測(cè)得的計(jì)量誤差必然是不準(zhǔn)確的,這將導(dǎo)致竣工驗(yàn)收工作只是流于形式;另外,我國(guó)對(duì)110kV及以上電壓等級(jí)電容式電壓互感器的現(xiàn)場(chǎng)檢驗(yàn)設(shè)備與測(cè)試方法還處在探索試用階段,目前電力部門還難以對(duì)在線運(yùn)行的電容式電壓互感器的質(zhì)量其及計(jì)量誤差變化情況進(jìn)行考核。因此,目前國(guó)產(chǎn)電容式電壓互感器只能作為供電量計(jì)量用,不宜作售電量計(jì)量用。1.2.3電流、電壓采用霍爾元件并配合適當(dāng)電路后,使互感器的體積縮小、精度提高,因此在電流、電壓的測(cè)量中得到廣泛應(yīng)用。但由于這種互感器帶有鐵心結(jié)構(gòu),因此仍存在電磁式互感器類似的問題。1.2.4光電式整體傳感關(guān)鍵技術(shù)隨著光電子技術(shù)的迅猛發(fā)展,一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、線性度良好、性能價(jià)格比高、輸出范圍寬且易以數(shù)字量輸出的無鐵心式新型互感器——電子式互感器應(yīng)運(yùn)而生。(1)光電式電壓互感器(OTV)。它基于Pockels電光效應(yīng),由光學(xué)電壓傳感頭與相應(yīng)的電子測(cè)量電路組合而成。(2)光電式電流互感器(OTA)。它基于Faraday磁光效應(yīng),由光學(xué)電流傳感頭與相應(yīng)的電子測(cè)量電路組合而成。國(guó)外于20世紀(jì)60年代初,我國(guó)從20世紀(jì)80年代開始研制光電式電壓互感器和電流互感器,現(xiàn)今均已部分掛網(wǎng)試運(yùn)行。2新能表和傳感器的特殊功能2.1電能表2.1.1多功能電能表中測(cè)量誤差的正演測(cè)量技術(shù)目前,電網(wǎng)中各計(jì)量點(diǎn)電量的結(jié)算是以計(jì)量點(diǎn)在線電能表的讀數(shù)為依據(jù)來進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的,而對(duì)各計(jì)量點(diǎn)電量的追補(bǔ)則是根據(jù)對(duì)該計(jì)量點(diǎn)電能計(jì)量裝置的綜合誤差進(jìn)行考核后最終確定的。以前通常采用人工方法對(duì)綜合誤差進(jìn)行計(jì)算、更正并對(duì)計(jì)量點(diǎn)的電量進(jìn)行追補(bǔ),這樣不僅工作繁瑣而且得到的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果并不相符,兩者存在著較大的誤差。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及其在儀器儀表中的應(yīng)用,目前在先進(jìn)的多功能電能表中增設(shè)了對(duì)所在電能計(jì)量點(diǎn)綜合誤差自動(dòng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能,既保證了綜合更正的準(zhǔn)確性,又避免了復(fù)雜的計(jì)算。如澳洲REDPHASE的多功能電能表EDMI2000-0400的軟件中提供了一個(gè)系統(tǒng)更正曲線菜單,可以訪問、輸入和修改測(cè)量系統(tǒng)中外部互感器全部量限的幅值及相位的更正值。在實(shí)際運(yùn)行中,該電能表通過對(duì)實(shí)時(shí)運(yùn)行負(fù)荷的準(zhǔn)確測(cè)量,可以及時(shí)準(zhǔn)確地將電能表和互感器在該實(shí)際負(fù)荷點(diǎn)的誤差以及TV二次回路壓降誤差(事先已輸給電能表中)在測(cè)量過程中自動(dòng)進(jìn)行相應(yīng)地更正。開發(fā)和利用EDM12000系列多功能電能表中綜合誤差自動(dòng)動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能的實(shí)踐證明,它可以改變過去對(duì)電能計(jì)量裝置綜合誤差人工合成計(jì)算的繁瑣方法和按平均運(yùn)行負(fù)荷計(jì)算來更正電量的近似方法,因而大幅度地提高了電量統(tǒng)計(jì)、結(jié)算的效率和準(zhǔn)確可靠性。同時(shí),該功能還可通過人工干預(yù)來保證在電能計(jì)量裝置綜合誤差的各項(xiàng)或某項(xiàng)誤差改變時(shí)實(shí)時(shí)進(jìn)行跟蹤補(bǔ)償,從而保證了電能計(jì)量讀數(shù)值的準(zhǔn)確可靠。2.1.2從非線負(fù)載在電網(wǎng)中吸收的基波電能,在一般要現(xiàn)在,非線性負(fù)載電力用戶電能表的計(jì)量結(jié)果是其非線性負(fù)載消耗的基波電能與諧波電能的代數(shù)和。由于諧波電能是負(fù)值,那么計(jì)量出的非線性負(fù)載消耗的實(shí)際電能將小于它從電網(wǎng)中吸取的基波電能,也就是說,非線性負(fù)載回饋給電網(wǎng)的諧波電能不僅無用,反而有害。顯然,在計(jì)量時(shí),從非線負(fù)載在電網(wǎng)中吸取的基波電能中扣除回饋給電網(wǎng)的諧波電能這種計(jì)量結(jié)果肯定是不合理的。2002年,由甘肅省蘭州供電局和中國(guó)電力科學(xué)研究院共同完成的《電網(wǎng)諧波對(duì)電能計(jì)量影響的實(shí)驗(yàn)研究》這一科研項(xiàng)目通過了專家鑒定,此項(xiàng)研究成果成功地解決了如何對(duì)非線性負(fù)載用戶合理、準(zhǔn)確進(jìn)行計(jì)量的問題。此后,他們對(duì)試驗(yàn)用電子式基波電能表的性能加以改進(jìn)后使其產(chǎn)品化。2.1.3和電壓傳感頭電子式坡印亭電能表根據(jù)坡印亭矢量原理制成,它由同心母線式傳感頭及測(cè)量電路組成。同心母線式傳感頭是一種將電流互感器和電壓互感器的功能集為一體的裝置,此傳感頭結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于制作、性能價(jià)格比高,特別適合對(duì)高電壓、低功率因數(shù)負(fù)載進(jìn)行電能計(jì)量和單相功率、三相功率的測(cè)量。同時(shí),它還具有工作頻率范圍寬(不難達(dá)到10kHz)、電流過載能力強(qiáng)(可達(dá)幾十倍)、充以壓縮空氣或SF6氣體可用于超高壓系統(tǒng)中、精確度為千分位數(shù)量級(jí)、在低功率因數(shù)負(fù)載下仍能保持高精確度等特點(diǎn)。2.1.4電子式單相視的發(fā)展根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研和抽測(cè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可知,現(xiàn)在低壓非大工業(yè)用戶和居民用戶的售電量占總售電量的比例已從過去的10%左右上升到了30%以上,其平均功率因數(shù)已從過去的0.8左右下降到0.6左右。通過計(jì)算得知,這2類用戶因無功負(fù)荷引起的有功電量損耗已超過其有功負(fù)荷引起的有功電量損耗。由于國(guó)家電價(jià)規(guī)定這2類用戶不執(zhí)行功率因數(shù)調(diào)查辦法,只按在裝變壓器容量收取基本電費(fèi)和電量電費(fèi),這樣不僅減少了供電企業(yè)合理的電費(fèi)收入,而且還造成配電網(wǎng)線損率居高不下。為了解決這一問題,近來年我國(guó)一些廠家先后研制出了電子式單相視在電能表、電子式雙費(fèi)率(黑、白)單相視在電能表和電子式三相最大需用容量視在電能表等。這3種視在電能表分別選用了專用電能計(jì)量芯片和AVR單片機(jī)數(shù)據(jù)處理芯片,單片機(jī)通過由專用電能計(jì)量芯片測(cè)量出的電壓、電流有效值來計(jì)算視在功率,然后按電能表脈沖常數(shù)輸出脈沖來驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器,從而累計(jì)和顯示出設(shè)計(jì)規(guī)定的電量和容量?，F(xiàn)場(chǎng)試用證明,這3種電子式視在電能表可測(cè)帶寬為1000Hz,在-30℃～50℃的溫度范圍內(nèi)準(zhǔn)確度等級(jí)達(dá)0.5級(jí)。2.2相互感2.2.1s級(jí)寬負(fù)載電磁式電流傳感技術(shù)早在20世紀(jì)80年代初期,國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家為了解決傳統(tǒng)1.0～0.2級(jí)電流互感器的精度與新系列S級(jí)寬負(fù)載電能表精度不相匹配的問題,成功開發(fā)了新系列S級(jí)寬負(fù)載電磁式電流互感器。該電流互感器的主要特點(diǎn)是擴(kuò)大了電流互感器保證誤差值的輕負(fù)載范圍,同時(shí)還將同級(jí)非S互感器5%IN負(fù)載點(diǎn)誤差限下移到1%IN點(diǎn),原20%IN負(fù)載點(diǎn)誤差限下移到5%In點(diǎn),原100%～120%IN點(diǎn)的誤差限向下延伸到20%IN。其精度可保證在負(fù)載范圍內(nèi)與相應(yīng)準(zhǔn)確度等級(jí)的新系列S級(jí)寬負(fù)載電能表的精度完全匹配,因此它成倍提高了電能計(jì)量裝置的整體精度,全面解決了長(zhǎng)期存在的電能計(jì)量裝置在輕負(fù)載時(shí)計(jì)量不準(zhǔn)確的問題。2.2.2通過設(shè)置帶安全設(shè)施以限制自校測(cè)試組合互感器是指由電流互感器和電壓互感器組合而成,并裝在同一外殼內(nèi)的互感器。組合互感器分為單相和三相2種。組合互感器內(nèi)每臺(tái)電流互感器和電壓互感器均具有相同變比,不同準(zhǔn)確度等級(jí)的2個(gè)獨(dú)立繞組分別用于計(jì)量和自校。因此,它不僅具有可靠的防竊電功能,更重要是它可以分別通過自校專用電流和電壓插接部件在正常運(yùn)行條件下將攜帶型電子式電能表現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)儀和攜帶型電子式互感器校驗(yàn)儀對(duì)應(yīng)接入組合互感器內(nèi)的自校繞組,這樣,就可以在有運(yùn)行負(fù)載的環(huán)境條件下核查和測(cè)定出此電能計(jì)量裝置計(jì)量結(jié)果的動(dòng)態(tài)綜合誤差、互感器動(dòng)態(tài)合成誤差、電壓互感器二次回路壓降的動(dòng)態(tài)合成誤差和每臺(tái)(組)電壓互感器、電流互感器的動(dòng)態(tài)比差及角差。1998年,我國(guó)某供電公司與某廠家聯(lián)合研究試制了一臺(tái)10kV0.5級(jí)三相三線電能計(jì)量專用自校準(zhǔn)電磁式組合互感器,并將其安裝在某電力用戶高壓電能計(jì)量點(diǎn)投入運(yùn)行試用,收到了預(yù)期效果。2.2.3rogowski農(nóng)業(yè)組合光電式電流互感器(OTA)雖然具有顯著特點(diǎn),但由于它對(duì)溫度、振動(dòng)的敏感性及長(zhǎng)期工作的時(shí)間穩(wěn)定性尚待進(jìn)一步解決,加上其傳感頭制作要求高、價(jià)格昂貴等問題,限制了其推廣使用。如果在光電式電流互感器中使用Rogowski繞組,則能較好解決上述問題。在Rogowski光電式電流互感器繞組的兩端接上合適的電阻就可測(cè)量電流。由于繞組導(dǎo)線均勻地繞在一個(gè)非鐵磁性環(huán)形骨架上,它通過電磁場(chǎng)與主電路電流回路耦合,故具有良好電氣絕緣性能?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)外已可制造出0.2級(jí)的Rogowski繞組。現(xiàn)場(chǎng)試用表明,Rogowski光電式電流互感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝方便、測(cè)量范圍寬、精確度高(優(yōu)于±0.5%)、抗干擾能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、易以數(shù)字輸出和性能價(jià)格比高等特點(diǎn)。3電能計(jì)量裝置21世紀(jì)將是信息網(wǎng)絡(luò)化、高新科技成果被廣泛應(yīng)用和電力企業(yè)持續(xù)發(fā)展的時(shí)代。數(shù)字化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化是現(xiàn)代電能計(jì)量裝置發(fā)展的必然趨勢(shì)。所謂數(shù)字化就是采用數(shù)字式計(jì)量芯片,應(yīng)用高新技術(shù)成果研制電子式電能計(jì)量裝置。電能計(jì)量裝置實(shí)現(xiàn)數(shù)字化,能夠不斷提高計(jì)量裝置性能,進(jìn)一步保證計(jì)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。所謂智能化就是采用高新技術(shù)不斷完善多功能電能表標(biāo)準(zhǔn)DL/T614—1997規(guī)定的所有功能,同時(shí),開發(fā)研制具有自校準(zhǔn)組合互感器、電能計(jì)量綜合誤差自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償?shù)忍厥夤δ艿娜码娔苡?jì)量裝置。電能計(jì)量裝置實(shí)現(xiàn)智能化,能夠進(jìn)一步適應(yīng)我國(guó)電價(jià)制的變革,滿足運(yùn)營(yíng)管理的需要,解決特殊負(fù)載用戶的計(jì)量問題,開展現(xiàn)場(chǎng)實(shí)負(fù)載整體檢驗(yàn)電能計(jì)量裝置。所謂標(biāo)準(zhǔn)化就是依據(jù)電能計(jì)量裝置技術(shù)管理規(guī)程DL/T448—2000中的電能計(jì)量裝置配置原則,分別對(duì)發(fā)電運(yùn)營(yíng)側(cè)、電網(wǎng)運(yùn)營(yíng)管理側(cè)和供電運(yùn)營(yíng)側(cè)配置相應(yīng)的電能計(jì)量裝置。電能計(jì)量裝置實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化,能夠進(jìn)一步促使電能計(jì)量裝置的配置,使其達(dá)到先進(jìn)、合理、統(tǒng)一的要求,以便于運(yùn)行、維護(hù)與管理。所謂系統(tǒng)化就是將電能計(jì)量裝置與自動(dòng)抄表系統(tǒng)聯(lián)通組成一個(gè)電能計(jì)量管理系統(tǒng)。電能計(jì)