数字化变电站电能计量技术介绍

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IEDGPS工作站1工作站2远动站102过程层站控层间隔层CT/PTCT/PTIEC60870-5-103电缆，高电压传输电缆，大电流传输数字化变电站构架SMV智能单元MUMUI/OI/OClk1MUEVT1MUEVT2ECT2I/OI/OMUMUI/OI/OMUEVT1OpticalCTMUEVT2ECT2I/OI/O同步时钟GOOSEIEDGPS工作站1工作站2远动站GOOSEIEC61850-9-2102IEC61850-8MMS过程层站控层间隔层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IEC61850-9-1IEC61850-9-2监控计算机A监控计算机B间隔层交换机A间隔层交换机B保护装置A监控装置A保护装置B监控装置B过程层交换机A过程层交换机B合并单元A智能操作箱A合并单元B智能操作箱B电子式互感器光接口A电子式互感器光接口B电子式互感器断路器线圈组A断路器线圈组B断路器变电站某间隔站控层设备间隔层网络间隔层设备过程层网络过程层设备一次设备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。数字化计量示意图高压电网数字电能表UaUbUcIaIbIcUAUBUCIAIBICEVTECTUAUBUCIAIBIC合并单元采样数据电网信号数据成帧SMV数据协议包光交换机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RogowskiCoil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:22.5mV,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1.集测量和保护于一身，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；2.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；3.二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；4.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20A--5000A的全部量程，电压互感器测量准确级可达到0.2/3p级；5.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；6.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号采集0UAUBUCIAIBIC工作电源同步时钟合并单元MU输出协议：IEC61850-9-1IEC61850-9-2按传输方式可分：1，模拟小信号，电缆传输，合并单元模数转换2，基于IEC60044-8中FT3格式，光纤传输，电子式互感器模数转换SWITCH18-400-300-200-1000100200300400051015-400-300-200-1000100200300400051015Voltage[V]Current[A]MUSampleClockMUSampleClockUAUBUC…..01011101001010EVT/ECT模拟信号的量化过程ktutusinmax电压：ktitisinmax电流：TTtuTdttuTU020211电压：TTtiTdttiTI020211电流：瞬时值：有效值：IUS视在功率：瞬时值、有效值20TttPtIUdttitudttpE000)()()(u(t)i(t)p(t)p(t)ttp(a)aap(a)t1.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2.为功率曲线,而有功电能为功率曲线的面积（阴影部分）3.在数字表计中将连续值离散化成有效值进行运算。ttitutptitutIU有功功率计算NIUtNtIUTEPTTP00有功功率：tNF1频率：22cosQPPSPPF功率因数：视在功率有功功率无功功率φ22QPPSPPFttttt总功率因数：CBAtPPPP总功率：22arccosarccosarccosQPPSPPF相位角：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：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1.基于EVT,ECT输出的计量场合解决方案2.基于合并单元输出计量场合计量解决方案3.电能采集解决方案基于EVT,ECT输出的计量场合解决方案EVT模拟小信号输出ECT模拟小信号输出RS485总线工作电源工作电源母线共用的现场解决方案：1，引入有源分配器，引入误差;2，EVT有两组输出;3，采用传统的PT,电流传感采用ECT;基于合并单元输出计量场合解决方案0UAUBUCIAIBIC工作电源同步时钟合并单元MUSWITCH0UAUBUCIAIBIC工作电源同步时钟合并单元MUSWITCHSWITCHIEC61850-9-2/光缆RS485RS485RS485RS485总线工作电源工作电源工作电源电能采集解决方案RS485RS485RS485/双绞线RS485总线102集中器主站RS485RS485RS485/双绞线RS485总线IEC61850-8-1集中器主站表计-1表计-2表计-3表计-1表计-2表计-3光纤/双绞线IEC61850-8-1主站表计-1表计-2表计-3SWITCH表计通信参数：物理层：RS485/双绞线/2通道协议层：DL/T645-1997DL/T645-2007集中器上传参数协议层：102表计通信参数：物理层：RS485/双绞线/2通道协议层：DL/T645-1997DL/T645-2007集中器上传参数协议层：IEC61850-8-1表计通信参数：物理层：RS485/双绞线/2通道100Base-FX10/100Base-TX协议层：DL/T645-1997DL/T645-2007IEC61850-8-1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数字化变电站电能计量解决方案数字化变电站电能检测设备数字化变电站电能计量产品ME1系列ME2系列WHDMTE00系列WHDMTE01系列产品类型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格式IEC61850-9-1IEC61850-9-2LEWHDMTE00--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)-工作原理脉冲输出通信接口用户按键输入工作电源输入数据存储器DSP电气隔离中央处理器时钟电池LCD显示器UAUBUCIAIBICAFEAFEAFEAFEAFEAFE16/24bitsADC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:（四芯航空接头）工作电源电压范围:交流：85～264V直流：110～300V数字量输入式电能表(ME2)-外型尺寸41DL/T645400MHzDSPwithMACMicrocomputer16Bit256KBytesFlash6KBytesRAMLCDControllerUa:100.0vIa:1.500AUb:100.0vIb:1.500AUc:100.0vIc:1.500AFreq:50.000HzFRAM256KBytesData&ProgramParameters,EventLogFlashMemory4MB,LoadProfile,&SelfReadDataDoublePowerSupply60-280VDCtoCircuitsSPIBusRS-485ILoadCtrlSignalI/OPortSampleOutput