智能电能表新功能评价讨论

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1、陆祖良 中国计量科学研究院 2010-10-20 ,智能电能表新功能 评价讨论,内容1、智能电能表新功能评价的重要性 2、中国计量科学研究院相关测量技术方案研究介绍 3、电能计量发展展望,1、智能电能表新功能及其评价的重要性电能表涉及电能的贸易，列入强制管理目录 电能表需要经过授权技术机构的型式评价 2010年3月发表了“安装式电能表型式评价大纲” 2010年6月2日实施,1、智能电能表新功能及其评价的重要性 电能表原有功能及其测量方法： 已由IEC标准、IR46、国家标准、检定规程、型式评价大纲等规定 智能电网对电能表的要求 提出新的功能主要有: 动态测量功能 (Dynamic Measur

2、ement) 谐波分析功能 (Harmonic Analysis) 载波通信功能 (Power Line Communication) 注:有的电能表可能具有一、两项功能 这些新功能还没有包括在型式评价大纲中，测量方法有待研究,新功能提出的背景动态测量功能 低碳和绿色发展的需要太阳能电池（发电）；电动汽车电池（用电）产生的电流（电压）常常不是稳态的，而是过渡过程的形态。 尽管有缓和这种状态的设备但还是需要电能表具有动态测量功能这种情况以前就存在，例如电力机车、轧钢机等以前着眼于谐波治理, 现在着眼于电能的准确测量,现有关于电能表的技术文件 IEC 标准，国际建议，国家标准，国家检定规程， 对于

3、电能表的性能试验都是在稳定的条件下进行。 电能表的动态测量功能是一个全新的问题已经引起了中国制造企业的重视1 有的企业已经开始研制这类产品2,谐波分析功能高新技术产品应用带来大量谐波提高电能质量的需要 谐波电能表应用在电网 缺乏测量方法的技术文件,载波通信功能电能表的通信功能在智能电网中发挥越来越大的作用通信功能有很多方式，大部分方式比较容易评价“光纤到户”方式受电网影响较小，有较高的成功率载波通信方式还有市场,载波通信功能现有的技术文件 3-9大量的研究工作 10-15较大规模的实际上网试验但是实时双向通信还存在困难需要进一步研究、提高、完善,评价的重要性 什么样的测量水平, 什么样的产品质

4、量,什么样的智能电网电能表 型式评价 功能评价 关键是测量方法,2、中国计量科学研究院相关测量技术方案研究介绍从计量的角度提出建议,准备 (相关功能的) 型式评价大纲 参考 智能电网的要求,使用条件, 制造部门的情况方法不能太复杂,设备不能太昂贵,尽量使用现有设备,对动态测量功能的一般认识 所谓动态测量功能，是当输入信号例如电流，出现较快变化时，电能表的测量能力能够跟上，不会由此引起误差。 对于有多个内部量程的电能表，能够及时地改变量程，能够根据量程和功率因数的变化及时地选择补偿参数（如果存在） 相反，如果电能表跟不上输入信号的变化，包括不能及时转换量程，或者转换产生混乱，或者不能正确及时选择

5、补偿参数，而参数之间差别又较大，将引起较大的误差。,动态测量功能16,17,变化对象 电流 （电压）我们要设计某种方法，把可能的情况显示出来。 与原来的试验总是将输入稳定以后才开始测量不同 讨论的重点放在变化的过程上。,目前的办法 可以在其输入端施加一个脉冲信号，然后观察其输出。 这个方法可以用于电能表的设计和研制过程， 对需要严格评估不确定度的计量方法较为困难: 输入脉冲量值的准确控制和测量。 较大电流的脉冲输出。 脉冲响应不是最好的计量方法,试验波形 正弦包络工频信号,在第一个“鼓包”内， 在较短的时间内，这个信号有效值从5 A变化至15 A； 在第二个“鼓包”内，这个信号有效值从不到1

6、A变化到5 A。 这个信号模拟了变化较快的负载情况，至少经历了一般1 A、2 A、5 A、10 A和20 A几个量程的变化。 同时它又是周期变化的，可以使其达到一个稳定的状态。,变化的幅度和时间是可以控制,信号中含有三个频率分量，其频率分别为 50 Hz，45 Hz和55 Hz 当实验电压为时，所产生的有功功率为 5 A*220 V=1100 W。 (积分时间为10/f 的整数倍),梯形包络工频信号解决量程频繁变化所产生的问题 例如变化不及时，内部补偿参数选择混乱，等等， 需要将电流的变化在某个位置上保持相对而言比较长的时间,电流在5 A、10 A、20A量程上 保持一段时间不变 而从一个量程

7、向另一个变化时 取线性变化的方式。变化的幅度和时间可以控制。图示过程周期性重复。,需要注意的几个问题非线性问题 同步采样引起的问题 高频测量特性问题 泄漏问题,谐波分析功能19,20,试验中可能包括的内容1、基本试验 1.1、正弦波 1.2、基波附加一个谐波 1.3、非线性2、影响量 2.1、泄漏 2.2、谐波相角影响 2.3、采样不同步,源与表之间的同步问题被测信号频率（源）如果与采样频率（表）不同步，将产生误差。 谐波分析仪将面对各种各样的信 谐波分析仪大部分采用同步采样原理中国计量科学研究院电能实验室功率源的测量结果表明，与标准频率相比，6台功率源中有1台的频率误差达到0.012%浙江省

8、院8台功率源中有4台的频率误差超过0.010%，最大的1台为0.016%频率不一致的情况是实际存在的,标准功率源内置3个时钟晶体： -0.02%，0.00%，+0.002%检查采样原理的谐波分析仪器在工频频率变化时的表现,现有技术文件3-5中一些的试验方法应继续使用强调两个试验:噪声干扰试验阻抗影响试验试验的参数来自电网,应概括典型的实际情况,载波通信功能16,18,建议 白噪声是一个重要的试验项目，但不稳定的噪声源同样应该引起重视EMC关注的一些噪声，有较宽的频谱，对载波频段是否存在影响，应该引起重视 对中国电网噪声的典型情况应有所了解,噪声干扰试验，可以使用50 Hz标准功率源的电压输出部

9、分标准电压值Un（0.9Un, 1.1Un）可以方便地获得噪声干扰试验中，输电线同样应该参加试验,在虚线框中注入噪声干扰信号,阻抗影响试验，可以使用50 Hz标准功率源的电流输出部分电流回路允许小阻抗，可安排实际的等效负载，以及dZ/dt标准工频电流值Ib（Imax, 0.1Ib）可以方便获得,标准源 标准工频信号 (电压, 电流) 标准隔离电路 (电压, 电流) 标准等效电路 (输电线等效电路, 阻抗等效电路)标准噪声试验信号 标准接收机 标准报文,3、电能计量发展展望为了大范围和长时间电能量值的可比性，电能表的某些技术指标将会提高，例如在不同温度不同湿度下测量结果的一致性现场检定将被广泛要

10、求,电网量值的准确测量目前的量值传递在参比条件下进行在一个温度范围内，要求小于一个规定的指标但是电网上有关测量仪表的工作条件不是参比条件，而且相互之间相差很大两只同样合格的仪表分别安装在相距较远的两个地方（两地的温度湿度可能相差很大），由于没有相应温度湿度下的准确值，这两只表的读数可以用来计算电费（在指定的准确度之下），但不能用来比较，例如，有可能得出 副线损 这样错误的结论来。 需要给出现场条件下（例如不同温度、湿度、电压、波形）下的准确值,溯源体系应适应上述要求电能表的自身消耗不能太大，特别在通信功能增加的情况下。为此，新的低功耗的器件、设计方案、软件硬件结构将会产生原始测量数据的数字化，

11、可能促进电工基础理论的发展，也可能推动整体测量方式的变革,致谢 得到张钟华院士、周昭茂教授、Dr. Eddy So的支持， 与国内外多家生产厂的专家进行了讨论 一并致谢！,参考文选 Reference 正泰仪表参加赴美、加智能电网考察的情况简报J. 电工仪表与公用表计行业信息，2009，(9):4. 郑小平、陈金玲、罗孝龙、易龙强、吴先强、熊兰英，冲击性负荷电能表的研制与测试A，威胜公司技术讨论会，2010年3月，长沙。 European Standard, EN50065,2003 EIA STANDARD, EIA-709.2-A, Control Network Power Line (

12、PL), Channel Specification, Dec. 1999. GB/Z 20177.2-2006, 控制网络LONWORKS技术规范 第2部分：电力线信道规范。 DL/T 645-2007，多功能电能表通信规约S。 DL/T 698-200*，电能信息采集与管理系统，报批稿S。 QGDW 361-2009,1级三相费控智能电能表（载波）技术规范S。 国家电网公司营销部，国家电网公司电力用户用电信息采样系统系列标准宣贯材料S，2010年2月 张礼勇、刘思久、张旭辉，低压电力线载波通信模拟仿真分析系统的研究A，中国仪器仪表学会电磁测量信息处理仪器分会2008电能测量技术与国际发展趋

13、势研讨会，2008，哈尔滨。 孙洪亮、侯兴哲、周孔均，低压电力载波通信测试系统的研制A，2009年度电力行业高压测试及电气测量技术研讨会，2009年，北京。,孙洪亮、侯兴哲、周孔均，低压电力线载波通信测试系统的研制J，电测与仪表，待发表。 刘德新，电力线载波领域的探索A，2009第18届中国电工仪器仪表产业发展论坛，2009年4月，北京。 阳武、易小龙、李颂，路由算法仿真测试平台A，威胜公司技术讨论会，2010年3月，长沙。 吕海峰，中国市场主流PLC-AMR产品的测试报告，2010年4月 Lu Zuliang and Eddy So, A Proposal for Verifying the

14、 Performance Specifications of Certain Functions of Smart Meters in Distribution Power Line NetworksA. To be published in CPEM2010. 陆祖良、王磊、李敏，对电能表动态测量功能评价的讨论J，电测与仪表，待发表。 陆祖良，对电能表载波通信功能评价的讨论J，电测与仪表，47，529，p.1-4, 2010年1月。 陆祖良，谐波功率分析仪校准规范若干问题考虑A，全国电工仪器仪表标准化技术委员会会议，2009年10月，东莞。 Lu Zuliang, Wang Lei, Zhu Zhongwen, Liu Lijuan, Zhou Shaoyuan, and Eddy So, A Proposed Test Protocol to Evaluate the Performance Characteristics of Harmonic Power AnalyzersA. To be published in CPEM2010.,欢迎提出宝贵意见 谢 谢 ！,