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1、0数字化变电站电能计量技术介绍数字化变电站电能计量技术介绍威胜集团有限公司威胜集团有限公司技术支持部技术支持部桑宝祥桑宝祥 芦洋芦洋0主要提纲主要提纲数字化变电站的研究介绍数字化变电站的研究介绍数字化变电站对计量的影响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威胜数字化变电站电能计量解决方案1变电站发展历史变电站发展历史2传统变电站构架传统变电站构架3数字化变电站构架数字化变电站构架4数字化变电站的定义与组成数字化变电站的定义与组成一次设备智能化，二次设备网络化一次设备智能化，二次设备网络化站站控控层层 监控、远动、故障信息子系统监控、远动、故障信息子系统间隔层间隔层 保护装置、
2、测控装置保护装置、测控装置过程层过程层 合并单元（合并单元（MU）、智能单元）、智能单元5数字化变电站与常规变电站比较数字化变电站与常规变电站比较 常规变电站常规变电站 数字化变电站数字化变电站一次设备：一次设备： 电磁式互感器电磁式互感器 非常规互感器非常规互感器 传统开关传统开关 智能组合电器智能组合电器二次设备：二次设备： 传统保护测控设备传统保护测控设备 网络化装置网络化装置 电电缆硬连接缆硬连接 SMV/GOOSE通信协议：通信协议： 私有协议私有协议 IEC61850-9-1 IEC61850-9-267数字化变电站是技术发展的必然数字化变电站是技术发展的必然随着智能化开关、光电式
3、互感器、一次运行设备在线状态检测、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。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，字化，具有各种功能共用统一的信息平台，避免设备重复
4、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。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。构，降低变电站的综合建设成本，提高变电站的自动化水平。8数字化计量示意图数字化计量示意图9数字化计量数字化计量上述就是最常见的数字化变电站上述就是最常见的数字化
5、变电站SMV网中设备连接图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数字表计量的数据来自在它的上游设备是MU（合并单元），数（合并单元），数字表的配置基本上都是依据字表的配置基本上都是依据MU的输出信息来定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由MU通过网络发送通过网络发送数字表一旦接收到数字表一旦接收到SMV数据协议包，它解析该数据包就可以获取数据协议包，它解析该数据包就可以获取电压和
6、电流瞬时采样值，接下来的计量就和传统表计是相似的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10基于基于IEC60044-7/8IEC60044-7/8标准的电子式电压互感器标准的电子式电压互感器（EVTEVT）电子式电压互感器主要有三种电子式电压互感器主要有三种： 1、电阻分压电阻分压 2、阻容分压阻容分压 3、电容分压电容分压特点特点: 1、二次输出为小电压信号二次输出为小电压信号 2、无需二次转换无需二次转换输出标准：输出标准： EVT:1.625V，2V，3.25V，4V，6.5V11基于基于基于基于IEC60044-7/8IEC60044-7/8IEC60044-7/8IE
7、C60044-7/8标准的电子式电流互感器（标准的电子式电流互感器（标准的电子式电流互感器（标准的电子式电流互感器（ECTECTECTECT）电子式电流互感器主要有两种：电子式电流互感器主要有两种： 1、基于基于Rogowski Coil原理原理 2、基于法拉第效应的光电效应式基于法拉第效应的光电效应式特点特点： 1、二次输出为小二次输出为小电流电流信号信号 2、无需二次转换无需二次转换输出标准：输出标准： ECT: 2 2.5mV, 150mV，200mV，225mV，4V12光纤互感器光纤互感器13前端信号数字化系统前端信号数字化系统1、电子式电子式互感器中有互感器中有A/D转换器将模拟信
8、号转换成数字信号转换器将模拟信号转换成数字信号2、合并单元中有、合并单元中有A/D转换器将模拟信号转换成数字信号转换器将模拟信号转换成数字信号14电子式互感器的优点电子式互感器的优点1.1.集测量和保护于一身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，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、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；控制、状态监测；2.2.不含铁芯（或含小铁芯），不会饱和不含铁芯（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电流
9、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；人身及设备的安全； 3.3.二次输出为小电压信号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，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（将无需进行二次转换（将5A,1A5A,1A或或100V100V转换为小电压），简化了系统结构，减少转换为小电压），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；了误差源，提高了整个系统的稳定性和准确度； 4.4.频响范围宽、测量范
10、围大、线性度好频响范围宽、测量范围大、线性度好，在有效量程内，电流互感器准确级达在有效量程内，电流互感器准确级达到到0.2S/5P0.2S/5P级，仅需级，仅需2-32-3个规格就可以覆盖电流互感器个规格就可以覆盖电流互感器20A-5000A20A-5000A的全部量程，的全部量程，电压互感器测量准确级可达到电压互感器测量准确级可达到0.2/3p0.2/3p级；级； 5.5.体积小、重量轻，能有效的节省空间体积小、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，功耗极小，节电效果十分显著，且具有环保产品的特征；有环保产品的特征；6.6.安装使用简单方便，运行无需维护，使用寿命大于安
11、装使用简单方便，运行无需维护，使用寿命大于3030年。年。15数字化变电站的推广引发电能计量技术的变革数字化变电站的推广引发电能计量技术的变革基于基于IEC60044-7，IEC60044-8标准的电子式互感器的应用标准的电子式互感器的应用，推动了二次设备的变革推动了二次设备的变革EVT、ECT模拟信号就地数字化模拟信号就地数字化，光纤传输及合并单元光纤传输及合并单元(MU)的的引入引入基于基于IEC61850-9-1，IEC61850-9-2LE模拟采样值传输协议模拟采样值传输协议在数字化变电站内的成功运用在数字化变电站内的成功运用网络通信技术的发展网络通信技术的发展，智能电网规划的提出智能
12、电网规划的提出。数字化变电站成为数字化变电站成为了智能电网中的重要节点了智能电网中的重要节点16信号采集信号采集1718-400-300-200-1000100200300400051015-400-300-200-1000100200300400051015Voltage VCurrent AMU Sample ClockMU Sample ClockMU Sample ClockMU Sample ClockUAUAUBUBUCUC.01011101001010EVT/ECTEVT/ECT模拟信号的量化过程模拟信号的量化过程18瞬时值：有效值：瞬时值、有效值瞬时值、有效值19201.1.电
13、子式电能表测量的有功电能是时间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内电压电流乘积的积分 2.2. 为功率曲线为功率曲线, ,而有功而有功电能为功率曲线的面积（阴影部分）电能为功率曲线的面积（阴影部分）3.3.在在数数字字表表计计中中将将连连续续值值 离离散散化成化成有效值有效值 进行运算。进行运算。有功功率计算有功功率计算2021变电站内通信协议分类变电站内通信协议分类22模拟采样值传输服务映射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和和IEC61850-9-2两大协议两
14、大协议IEC61850-9-1：特定通信服务映射：特定通信服务映射(SCSM)：通过：通过串行单方向串行单方向多点共线点对点链接多点共线点对点链接传输采样测量值传输采样测量值IEC61850-9-2：特定通信服务映射：特定通信服务映射(SCSM)： 基于基于ISO/IEC8802.3的采样值传输的采样值传输23物理层通信介质及连接接头物理层通信介质及连接接头24威胜数字化变电站的计量解决方案威胜数字化变电站的计量解决方案1.基于基于EVT,ECTEVT,ECT输出的计量场合解决方案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
15、方案电能采集解决方案25基于基于EVT,ECT输出的计量场合解决方案输出的计量场合解决方案26基于合并单元输出计量场合解决方案基于合并单元输出计量场合解决方案27电能采集解决方案电能采集解决方案28数字化变电站的计量特点数字化变电站的计量特点1.1.1 1、传统计量系统与数字化计量系统误差比较、传统计量系统与数字化计量系统误差比较、传统计量系统与数字化计量系统误差比较、传统计量系统与数字化计量系统误差比较2.2.2 2、采样点传输丢失对计量的影响、采样点传输丢失对计量的影响、采样点传输丢失对计量的影响、采样点传输丢失对计量的影响3.3.3 3、网络传输延时对计量的影响、网络传输延时对计量的影响
16、、网络传输延时对计量的影响、网络传输延时对计量的影响4.4.4 4、数字化变电站电能表的技术新颖点、数字化变电站电能表的技术新颖点、数字化变电站电能表的技术新颖点、数字化变电站电能表的技术新颖点29传统计量系统与数字化计量系统误差比较传统计量系统与数字化计量系统误差比较30网络传输延时对计量的影响网络传输延时对计量的影响31采样点传输丢失对计量的影响采样点传输丢失对计量的影响32数字化变电站电能表的技术新颖点数字化变电站电能表的技术新颖点传输信号传输信号 数字信号或者小信号、低功率输入式数字信号或者小信号、低功率输入式 传输介质传输介质 光纤或者双绞屏蔽电缆光纤或者双绞屏蔽电缆供电方式供电方式
17、 站用交直流供电，无法从站用交直流供电，无法从EVT取电取电计量方式计量方式 专门的数字信号处理，不能采用计量芯片专门的数字信号处理，不能采用计量芯片计量误差计量误差 取决于取决于MU、ECT、EVT, 计量算法的截尾误差计量算法的截尾误差表计功耗表计功耗 小于于传统模拟表计小于于传统模拟表计 线路检测线路检测 检测与检测与MU的连接状态的连接状态(断开与连接时间记录断开与连接时间记录)33威胜数字化变电站电能计量产品类型威胜数字化变电站电能计量产品类型34产品类型产品类型ME1-基于基于ECT,EVT电子式互感器输出的计量表计电子式互感器输出的计量表计ME2-模拟采样值传输模拟采样值传输(S
18、MV)输入符合输入符合IEC60044-8的的FT格式格式IEC61850-9-1IEC61850-9-2LEWHDMTE00-基于基于ME2、QA1表计的检测设备表计的检测设备WHDMTE01-基于基于ME1、QA2表计的检测设备表计的检测设备35计量表计类型计量表计类型模拟小信号输入式电能表模拟小信号输入式电能表模拟小信号输入式电能表模拟小信号输入式电能表(ME1)(ME1)数字量输入式电能表数字量输入式电能表数字量输入式电能表数字量输入式电能表(ME2)(ME2)36模拟小信号输入式电能表模拟小信号输入式电能表(ME1)-外型尺寸外型尺寸37模拟小信号输入式电能表模拟小信号输入式电能表(
19、ME1)-工作原理工作原理38模拟小信号输入式电能表模拟小信号输入式电能表(ME1)-主要特点主要特点电压端子接入规格电压端子接入规格:1.625V、2V、3.25V、4V、6.5V电流端子接入规格电流端子接入规格:22.5mV、 150mV、200mV、225mV、4V电压端子输入阻抗电压端子输入阻抗:不小于不小于1M电流端子输入阻抗电流端子输入阻抗:不小于不小于20K接口型号接口型号:（四芯航空接头）（四芯航空接头）工作电源电压范围工作电源电压范围:交流：交流：85264V 直流：直流：110300V39数字量输入式电能表数字量输入式电能表(ME2)-外型尺寸外型尺寸4041DL/T 64
20、5400MHz DSP with MACMicrocomputer16 Bit256K Bytes Flash6K Bytes RAMLCDControllerUa:100.0v Ia:1.500AUb:100.0v Ib:1.500AUc:100.0v Ic:1.500AFreq: 50.000HzFRAM256K BytesData & Program Parameters, Event Log Flash Memory4 MB, Load Profile, & Self Read DataDouble Power Supply 60- 280VDC toCircuitsSPI BusRS
21、-485ILoad Ctrl SignalI/O PortSample OutputRS-485IIPHY100BASE-FXBATRTCMMIUART I/O PortIIC BusUART UART UART 100BASE-FX10/100BASE-TXMII数字信号接入式电能表数字信号接入式电能表(ME2)-工作原理工作原理414242DSP计算量计算量数据处理数据处理数据累加数据累加需量计算需量计算负荷曲线记录负荷曲线记录功率因素计算功率因素计算累加量累加量累加数据累加数据(费率费率 1-6)需量数据需量数据(费率费率1-6)负荷曲线负荷曲线数据数据(9类类)输入数据输入数据0A相电
22、压相电压12C相电压相电压.nF(n)有功电能有功电能无功电能无功电能视在电能视在电能电压电压电流电流谐波测量谐波测量频率频率四象限数据四象限数据负荷曲线记录时间到负荷曲线记录时间到事件记录数据事件记录数据需量计算需量计算数字信号接入式电能表数字信号接入式电能表(ME2)-数据管理数据管理42数字信号接入式电能表数字信号接入式电能表(ME2)-主要特点主要特点SMV数据服务协议数据服务协议IEC60044-8、IEC61850-9-1、IEC61850-9-2LE物理层接口类型：光接口物理层接口类型：光接口 SC 或者或者 ST（光波长（光波长 1300nm，100M)上传方式上传方式:双路双
23、路RS485,光纤以太网光纤以太网(可选可选)上传通信协议：上传通信协议：DL/T645-1997/2007nIEC61850-8-1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）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）43检测装置类型检测装置类型数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置(WHDMTE00)(WHDMTE00)模拟量输入式电能表检测装置模拟量输入式电能表检测装置模拟量输入式电能表检测装置模拟量输入式电能表检测装置( (WHDMTE01WHDMTE01) )44误差测试原理误差测
24、试原理45数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置(WHDMTE00 )-(WHDMTE00 )-(单表位单表位单表位单表位) )46现场校验仪现场校验仪47数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置(WHDMTE00 )-(WHDMTE00 )-(8 8 8 8表位表位表位表位) )48数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置(WHDMTE00 )-(WHDMTE00 )-工作原理工作原理工作原理工作原理
25、49数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置数字量输入式电能表检测装置(WHDMTE00)(WHDMTE00)主要功能主要功能主要功能主要功能（协议符合性测试）检验符合（协议符合性测试）检验符合（协议符合性测试）检验符合（协议符合性测试）检验符合IEC61850-9-1/2LEIEC61850-9-1/2LE协议标准和协议标准和协议标准和协议标准和 IEC60044IEC60044标准的数字化电能表的计量准确度标准的数字化电能表的计量准确度标准的数字化电能表的计量准确度标准的数字化电能表的计量准确度（基本功能测试）数字化电能表的基本功能实验（基本功能测试）数字化电能表的基本功能实验（基本功能测试）数字化电能表的基本功能实验（基本功能测试）数字化电能表的基本功能实验（影响量测试）数字化电能表的影响量实验（影响量测试）数字化电能表的影响量实验（影响量测试）数字化电能表的影响量实验（影响量测试）数字化电能表的影响量实验50模拟量输入式电能表检测装置模拟量输入式电能表检测装置(WHDMTE01)(WHDMTE01)51模拟量输入式电能表检测装置模拟量输入式电能表检测装置模拟量输入式电能表检测装置模拟量输入式电能表检测装置(WHDMTE01)-(WHDMTE01)-工作原理工作原理工作原理工作原理52谢谢 谢！谢！53谢谢观赏！谢谢观赏！
