三相多功能相位伏安表021-56479692技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀與展望
2010-05-05
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2003年以來，也就是中國的城市和農(nóng)村電網(wǎng)進行大規(guī)模改造、建設(shè)之后，電力系統(tǒng)對三相多功能表的需求量迅速增長， 2004年產(chǎn)量估計約70萬臺，以不足全國電能表總產(chǎn)量1%的份額，創(chuàng)造11%的電能表總產(chǎn)值。由此，、國內(nèi)電表企業(yè)紛紛看好商機，抓緊新技術(shù)開發(fā)，不斷推出三相多功能表的新產(chǎn)品，以滿足電能表市場的應用需求。
與傳統(tǒng)的機械表相比，采用電子計量原理的三相多功能表，具有高精度、多參數(shù)測量、諧波功率電能計量等優(yōu)勢。從總體評價，三相多功能表還是穩(wěn)態(tài)電力負荷計量產(chǎn)品，由于其應用領(lǐng)域擴大，電力系統(tǒng)對電表不斷提出新的技術(shù)要求，F(xiàn)有的三相多功能表性能和品質(zhì)，都不能*適應電力系統(tǒng)的需求。因此，如何正確把握產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展趨勢，改進產(chǎn)品設(shè)計，將三相多功能表技術(shù)水準推向一個新的高度，無疑是電表行業(yè)和電力系統(tǒng)共同關(guān)注的課題。
一、引進的三相多功能電能表新技術(shù)
引進的三相多功能表新技術(shù)，代表目前上電能表技術(shù)的zui高水平：
1、高精度、長壽命計量
準確度為0.1%的有功電能計量，超過IEC在線計量的zui高準確度要求，其誤差曲線的帶寬為+/-0.05%；
0.2 S級三相基波表，具有分相的2—50次諧波有功功率計量；
0.2S級長壽命的電網(wǎng)關(guān)口表，具有電能質(zhì)量計量模塊。
2、高速率、實時測量
交流采樣速率為256點/周波，記錄周期zui短為10毫秒；
電能質(zhì)量計量：63次諧波、電壓閃變、故障錄波78微秒的瞬變，供電可靠性指標的記錄為99.9999999%。
3、開放式、高速率通信技術(shù)應用
開放式通信協(xié)議IEC62056-61/62/53/46/42，抄表、費率、負荷控制數(shù)據(jù)交換；
互聯(lián)網(wǎng)通信，自動發(fā)送報警信號、系統(tǒng)運行狀態(tài)刷新、數(shù)據(jù)記錄，通過以太網(wǎng)連接到某些的電量計費系統(tǒng)的關(guān)口表，Web服務器可直接讀取電表各種實際數(shù)據(jù)、電能質(zhì)量參數(shù)，無需任何軟件。
4、三相電能計量芯片
采用低頻濾波法計量諧波無功功率的三相計量芯片，高位∑-△A/D，負荷動態(tài)范圍1000：1，線性度0.1%，具有溫度測量功能，片上接口可直接與微分電流互感器連接；
精度優(yōu)于0.1%的三相SOC單芯片，21位2階∑-△A/D，32位可編程的電能量計算引擎，負荷動態(tài)范圍2000 ：1，片內(nèi)集成：高速8051單片機、硬實時鐘、LCD驅(qū)動電路、看門狗電路、定時器、多種存儲器、多種通信接口等。
5、諧波功率電能計量標準
在歐洲：三相0.01級標準表，具有諧波功率計量功能；建立起諧波有功功率、諧波視在功率的計量傳遞標準；
在美國：電能表自動校準系統(tǒng)，在任意波形諧波總含量30%以下，計量準確度為+/-0.005%—0.05%；高精度三相標準表，在功率因數(shù)低于0.5（60°—90°），計量準確度為+/-0.02%/功率因數(shù)；電能功率標準源，提供七種非正弦信號的無功功率計算方法。
需要指出：盡管IT產(chǎn)業(yè)新技術(shù)的應用，推動了進口電能表技術(shù)的快速發(fā)展，但是現(xiàn)在進口的在線電能表產(chǎn)品技術(shù)不規(guī)范，0.1級電能表、任意波形功率和電能計量、0—360°計量等關(guān)注的問題正在探索，電能表誤差穩(wěn)定性、可靠性指標尚未量化，器件損壞、數(shù)據(jù)丟失、自檢有誤的情況時有發(fā)生，這些情況說明進口電能表技術(shù)走向成熟還有一個很長的過程。
二、國產(chǎn)三相多功能電能表新技術(shù)
國產(chǎn)電子式三相多功能表技術(shù)開發(fā)起步較晚，近幾年，注重吸收計量技術(shù)與管理經(jīng)驗，強化自主開發(fā)，取得了許多新的技術(shù)成果：
1、三相多功能表
0.2S級有功功率計量，16位∑-△A/D，160M IPS的DSP，交流采樣速率256點/周波，運行和備用兩套費率時段，負荷曲線記錄和容量為4M字節(jié)的存儲器，寬電源電壓范圍，互感器合成誤差補償，變壓器銅損、鐵損計算；
0.5S級三相基波有功表；
采用三相SOC單芯片或三相有功、無功計量芯片的低端三相多功能表設(shè)計，從技術(shù)上適應電表量大、面廣的市場需求；
高壓電能表，采用電子式傳感器，懸浮式電源設(shè)計，有功電能計量準確度為0.5級，用于10千伏中壓電網(wǎng)直接計量電能量。
2、諧波功率、電能計量
三相諧波表，有功功率計量0.2S級，無功功率計量0.5S級，高準確度的基波和諧波有功電能計量，采用實時積分法計算總有功電能，通過FFT算法，提供基波、諧波電能量和諧波功率方向；
沖擊負荷電能計量理論與算法，應用廣義功率理論，定義任意波形的單相電路和三相電路的功率，應用正弦電路功率理論、傳統(tǒng)非正弦電路功率理論和廣義功率理論進行沖擊負荷的有功、無功、視在、畸變、三相不對稱功率電能的計算；
基于IIR型Hilbert數(shù)字濾波法的諧波無功功率的測量，Hilbert數(shù)字濾波器具有*的頻率響應特性，數(shù)值計算簡單，經(jīng)計算的諧波無功功率，與仿真實驗結(jié)果只差0.02%；
諧波有功功率潮流分析方法，經(jīng)研究指出：FFT理論具有局限性，實際的電力負荷，除基波和整數(shù)倍頻成份外，尚有間諧波存在，需要開發(fā)電能表新的算法。
3、三相電能計量芯片
具有基波/諧波電能計量的三相多功能計量芯片，16位∑-△A/D、24位DSP，負荷動態(tài)范圍1000:1，線性度0.1%，測量帶寬21次諧波，集成溫度傳感器；
采用Hilbert數(shù)字濾波器計量諧波無功功率的三相計量芯片；
采用數(shù)字并行算法和降低晶振頻率技術(shù)的低功耗三相有功功率計量芯片。
4、基于GPRS通信網(wǎng)的用電需求側(cè)管理系統(tǒng)及其終端
該系統(tǒng)具有遠程抄表、用電異常信息報警、電能質(zhì)量檢測、線損分析、無功電壓管理和電力負荷控制管理等功能，系統(tǒng)指標為：并發(fā)數(shù)據(jù)量不小5萬采集點，一次采通率不小于95%，二次采通率不小于99.5%，遙測合格率大于98%，對時精度小于100毫秒。
5、關(guān)口表遠程校準系統(tǒng)
該系統(tǒng)由多路關(guān)口表的測量、校準回路和計算機通信網(wǎng)絡構(gòu)成，就是將高精度三相標準表置于變電站內(nèi)環(huán)境條件符合要求的場所，被測電流的變換是通過計量電流互感器的二次回路接入0.02級、5/0.的中間互感器，標準表和關(guān)口表的三相接線方式和有功、無功計量方式是通過工控機指令切換，關(guān)口表的實時誤差通過信道送至系統(tǒng)主站，整個系統(tǒng)誤差為0.1%。
6、電能質(zhì)量和電能計量標準
準確度為0.02%的數(shù)字式三相標準表，四象限測量，多種無功功率計量方式，諧波和基波有功功率計量，50次諧波分析，三相不對稱測量；
電力系統(tǒng)的正弦無功功率計量標準，它以電流比較儀技術(shù)為基礎(chǔ)，通過基本電學參量溯源，正弦無功 功率計量的擴展不確定度為75×10-6；
電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量計量標準，包括：諧波電壓、電流測量，諧波次數(shù)從直流和2—100次整數(shù)倍諧波，任意次間諧波，諧波電壓擴展不確定度為0.02%，諧波電流擴展不確定度為0.04%；閃變，常用的指標是短時間閃變Pst（10min）和長時間閃變Plt（2h），該標準裝置的擴展不確定度為0.5%；頻率： 1Hz-21MHz，該裝置擴展不確定度為2×10-10；相位，該標準裝置擴展不確定度為0.02°；
產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范，鑒于上尚未有三相多功能表的統(tǒng)一標準，中國電工儀器儀表標準化技術(shù)委員會組織起草國家標準《多功能電能表 特殊要求》，現(xiàn)正進入審定階段。制定該標準的目的，是為制造商和使用電能的用戶提供一個產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范，并使其體現(xiàn)產(chǎn)品訂貨技術(shù)規(guī)范的大部分內(nèi)容，多功能表的通用要求，將參照中國相關(guān)國家標準的的內(nèi)容。
綜上所述，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，中國的三相多功能表門類比較齊全，中、低端電表技術(shù)開發(fā)水平較高，特別是沖擊負荷電能計量理論與算法、諧波無功功率計量、具有諧波功率計量的三相芯片、高壓電能表、GPRS通信技術(shù)應用、電能遠程校準等技術(shù)項目具有創(chuàng)新意義。但是也應該看到，電表技術(shù)沒有*過關(guān)，電網(wǎng)關(guān)口計量仍以進口電表為主導產(chǎn)品，這是一個值得深思的問題。
三、未來三相多功能電能表技術(shù)的走向
正視現(xiàn)狀，展望未來，需要超前預測電表應用領(lǐng)域和技術(shù)要求的不斷變化，才能正確把握今后產(chǎn)品技術(shù)的走向。
1、應用領(lǐng)域的拓展：近幾年，中國的社會用電量迅速增長，全國聯(lián)網(wǎng)，特高壓電網(wǎng)建設(shè)，百萬千瓦級發(fā)電機并網(wǎng)，家居網(wǎng)絡化進程，電網(wǎng)經(jīng)營管理改進和計量新技術(shù)應用等要素，推進電表應用領(lǐng)域的擴展，主要是：
從用電計量計費擴大到配電變壓器、變電站的經(jīng)濟管理和用電需求側(cè)管理的計量；
從用戶計費擴大到發(fā)電廠上網(wǎng)電量、跨省電網(wǎng)聯(lián)絡線交換電量的計費；
從315千伏安及以上的大工業(yè)用戶計費擴大到100千伏安及以上的商業(yè)、非工業(yè)、普通工業(yè)戶的計費，以上電表應用領(lǐng)域的擴大，引起計量點總量估計由60萬個擴大到400萬個，電表應用需求量前景看好。
2、技術(shù)要求的更新：隨著電表應用范圍擴大，電力系統(tǒng)提出許多具有專業(yè)特點的計量要求
傳統(tǒng)計費電表的通用要求，有功、無功電能計量，zui大需量計量，費率時段，單方向、雙方向和不完整的四象限計量，多參數(shù)測量，多種計時要求，多種通信方式，自檢、報警，停電抄表，失壓、斷相、停電、失流、三相不對稱、編程預置、需量復位等事件記錄；
新提出的通用要求，運行和備用兩套費率時段，0-360°計量，具有時標的視在電能計量，zui小需量計量，Qh計量，溫度誤差自動補償，諧波電壓、電流總含量和諧波污染程度測量，防竊電基礎(chǔ)技術(shù)，同時，計費電表要準確可靠，功能簡單、實用；
關(guān)口表的特殊要求，zui高準確度提高到0.1級，電表穩(wěn)定性和可靠性指標要量化，低負荷計量，需量周期、費率時段的同步和主、副表實時比對，電表遠程校準等；
大工業(yè)戶計量的特殊要求，諧波、沖擊負荷計量，功率越限報警，主變壓器損耗計量，互感器合成誤差補償，電能質(zhì)量計量等；
中等容量戶計量的特殊要求，大電流計量，半波通過電流互感器計量，三相不平衡、不對稱計量；
變電站進線、出線計量的特殊要求，主變壓器損耗計量，變電站的有功、無功、視在電能平衡計量，無功功率控制信號輸出，用戶線路的特殊要求，參照大工業(yè)戶計量的特殊要求內(nèi)容；
配電變壓器計量的特殊要求，停電采集，三相不平衡、不對稱測量，中性線電流測量，變壓器油溫測量，變壓器損耗計量和有功、無功、視在電能平衡，電力線路損耗電量的核實, 等；
用電需求側(cè)管理系統(tǒng)終端的特殊要求，功率越限報警和主動上報，電力負荷開關(guān)投切信號輸出等。
同時，為整頓與抑制目前出現(xiàn)的對三相多功能表功能要求過多，技術(shù)條件出臺無序的情況，建議電力系統(tǒng)按不同應用領(lǐng)域制訂統(tǒng)一的技術(shù)規(guī)范。
注：諧波污染程度，暫定義為：非基波視在功率/基波視在功率
3、產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展趨向
三相多功能表技術(shù)要跟蹤應用需求的不斷變化，也就明示了今后產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展趨向：
電表多門類：由單一的計費產(chǎn)品發(fā)展到關(guān)口計量、配電變壓器計量、變電站計量、大工業(yè)戶計量、中等容量戶計量、用電需求側(cè)管理系統(tǒng)及終端6類產(chǎn)品，分別制訂產(chǎn)品技術(shù)規(guī)范；
關(guān)口電能表，要發(fā)展高精度、高穩(wěn)定性、高可靠性、快速測量、0-360°計量、多通信方式和協(xié)議，經(jīng)、國內(nèi)同類電表的比較，提出量化指標和測試方法；
計費用三相多功能表要計量準確、簡單可靠、講求實用，逐步發(fā)展三相SOC單芯片，開發(fā)具有諧波電壓、電流總含量和諧波污染程度的測量技術(shù)，研究溫度、電壓、頻率、相位改變的自適應計量；
諧波有功、無功、視在功率電能計量實用化產(chǎn)品，改進諧波下的功率因數(shù)計算方法，推進電能質(zhì)量市場建立與發(fā)展，也為提高冶煉企業(yè)、電氣化鐵路的計量準確度做準備；
早期三相多功能表需要更新?lián)Q代，要通過調(diào)查研究，提出新一代電表技術(shù)規(guī)范；
基于GPRS通信網(wǎng)的用電需求側(cè)管理系統(tǒng)及終端，要改進實時性和安全性技術(shù)，從長遠看，即使將來電力不緊張，用于配電變壓器計量與抄表、居民用電遠程抄表，其發(fā)展前景也很好；
電力網(wǎng)損耗計量與防竊電基礎(chǔ)技術(shù)，包括：電量具有時標，電量波動分析軟件，電量異常報警與主動上報，變壓器、電力線路損耗計量，電力系統(tǒng)節(jié)點、母線和電力線路的電量平衡計量；
全國聯(lián)網(wǎng)、省網(wǎng)的總電量計量、計算和電能量數(shù)據(jù)組網(wǎng)，要提到議事日程；
加強國內(nèi)電能質(zhì)量和電能計量標準建設(shè)，包括：基波、諧波功率電能計量標準的建設(shè)，進口急需而國內(nèi)缺門的新型計量標準設(shè)備，滿足在線電表新產(chǎn)品計量溯源的要求；
zui后是研究制訂三相多功能表質(zhì)量評價標準與測試方法，提高在電網(wǎng)上運行電表的整體技術(shù)品質(zhì)。
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