專利名稱：數(shù)字化電能計量系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電能計量領(lǐng)域，特別是涉及一種數(shù)字化電能計量系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有電能計量系統(tǒng)中，電壓互感器距離控制室的計量裝置一般都有較遠(yuǎn)的距離，所以二次連接導(dǎo)線較長(對于一些500kV變電站，可達(dá)800m)，再加上回路中接有阻值較大的快速開關(guān)接點(diǎn)及保險管等，如果負(fù)荷電流較大，則由此引起的二次回路壓降將比較大，因此電壓互感器二次導(dǎo)線壓降引起的計量誤差在電能計量綜合誤差中往往占最大的比重。電能計量的綜合誤差還包括電壓互感器的合成誤差、電流互感器的合成誤差以及電能表的誤差，實際中，電壓互感器二次回路壓降所引起的計量誤差可能會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于上面所提到的幾種誤差。這些誤差導(dǎo)致電能計量不準(zhǔn)確，往往導(dǎo)致供用電雙方產(chǎn)生爭議。此外，現(xiàn)有計量裝置的二次回路需要大量電纜，導(dǎo)致施工工作量大，成本高，抗電磁干擾能力差，傳輸信息量小，多回路時二次回路結(jié)構(gòu)復(fù)雜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種計量準(zhǔn)確、二次回路結(jié)構(gòu)簡單的數(shù)字化電能計量系統(tǒng)。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種數(shù)字化電能計量系統(tǒng)，包括若干電壓電流互感器、二次信號傳輸回路和電能計量裝置，它還包括若干與各互感器相對應(yīng)的電能計量模塊、若干與各電能計量模塊相對應(yīng)的電光轉(zhuǎn)換模塊、光纖合并單元、光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊、數(shù)字化集中式電能計量系統(tǒng)，各電壓電流互感器的輸出端分別和與其相對應(yīng)的電能計量模塊相連接，各電能計量模塊的輸出端和與其相對應(yīng)的電光轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，各電光轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別連接一光纖，所有光纖經(jīng)光纖合并單元合并后通過一根光纜與光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊相連接，光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號后其輸出端與數(shù)字化集中式電能計量系統(tǒng)相連接，由其對各路信號分別計量和顯示。
所述的光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊由光電轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)依次連接組成。
所述的電壓電流互感器為電磁式電壓電流互感器。
所述的電壓電流互感器為光電數(shù)字式電壓電流互感器。
所述的光電數(shù)字式電壓電流互感器包括用于串連在高壓母線上的電流取樣線圈和取能線圈，電流取樣線圈上并接有取樣電阻，電流取樣線圈的電流輸出端與電能計量模塊相連接，設(shè)置于絕緣子內(nèi)的分壓器取出電壓信號后其輸出端也與電能計量模塊相連接，電能計量模塊的輸出端與電光轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，電光轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接一光纖，該光纖主體設(shè)置在絕緣子內(nèi)并從互感器底座引出，取能線圈輸出端與DC/DC變換模塊輸入端相連接，DC/DC變換模塊輸出端與電光轉(zhuǎn)換模塊和電能計量模塊相連接為其提供工作電源。
在取能電路中還設(shè)置有取能線圈保護(hù)電路，DC/DC變換模塊輸出端輸出端與其相連接后再與電光轉(zhuǎn)換模塊1.4和電能計量模塊1.3相連接為其提供工作電源。
本發(fā)明在互感器側(cè)對各路出線母線的電能進(jìn)行計量，以光纜代替電纜作為二次信號傳輸回路，并配以數(shù)字化集中式電能計量系統(tǒng)，進(jìn)而實現(xiàn)對高壓電能的數(shù)字化準(zhǔn)確計量，能夠有效解決目前高壓電能計量裝置綜合誤差過大的難題。同時，本發(fā)明還可采用光電數(shù)字式電壓、電流互感器代替?zhèn)鹘y(tǒng)電磁式電壓、電流互感器采集高壓信號，具有測量準(zhǔn)確度高、測量動態(tài)范圍大、二次輸出為數(shù)字信號等特點(diǎn)，并具有絕緣結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明將高壓電壓電流信號進(jìn)行數(shù)字化處理后，通過光纖以光的方式進(jìn)行傳輸，由于光纖具有優(yōu)良的電絕緣性能，所以整個信號傳輸過程不會引入額外誤差。此外，將所有互感器輸出的光纖在互感器側(cè)進(jìn)行合并，最后由一根光纜送至控制室，能夠大大簡化二次信號傳輸回路并大大減輕現(xiàn)場施工工作量。


圖1是本發(fā)明采用光電數(shù)字式電壓電流互感器時的整體方框圖；
圖2是光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊的原理方框圖；圖3是光電數(shù)字式電壓電流互感器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是光電數(shù)字式電壓電流互感器的取樣原理示意圖；圖5是本發(fā)明采用傳統(tǒng)電磁式電壓電流互感器的整體方框圖。
具體實施例方式
如圖1所示，數(shù)字化電能計量系統(tǒng)包括若干電壓電流互感器、二次信號傳輸回路和電能計量裝置，它還包括若干與各互感器相對應(yīng)的電能計量模塊、若干與各電能計量模塊相對應(yīng)的電光轉(zhuǎn)換模塊、光纖合并單元、光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊、數(shù)字化集中式電能計量系統(tǒng)，各電壓電流互感器的輸出端分別和與其相對應(yīng)的電能計量模塊相連接，各電能計量模塊的輸出端和與其相對應(yīng)的電光轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，各電光轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別連接一光纖，所有光纖經(jīng)光纖合并單元合并后通過一根光纜與光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊相連接，光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號后其輸出端與數(shù)字化集中式電能計量系統(tǒng)相連接，由其對各路信號分別計量和顯示。
如圖2所示，光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊由光電轉(zhuǎn)換模塊7、信號處理模塊8、數(shù)據(jù)采集卡9和計算機(jī)10依次連接組成。光電轉(zhuǎn)換模塊可選用型號HFBR2412，信號處理模塊可選用Altera公司EPM1270144T，為數(shù)據(jù)采集卡可選用美國NI公司6013。
如圖3所示，光電數(shù)字式電壓電流互感器包括用于串連在高壓母線2上的電流取樣線圈1.1和取能線圈1.5，電流取樣線圈1.1上并接有取樣電阻1.2，電流取樣線圈1.1的電流輸出端與電能計量模塊1.3相連接，設(shè)置于絕緣子4內(nèi)的分壓器5取出電壓信號后其輸出端也與電能計量模塊1.3相連接，電能計量模塊1.3的輸出端與電光轉(zhuǎn)換模塊1.4的輸入端相連接，電光轉(zhuǎn)換模塊1.4的輸出端連接一光纖3，該光纖主體設(shè)置在絕緣子4內(nèi)并從互感器底座6引出，取能線圈1.5輸出端與DC/DC變換模塊1.7輸入端相連接，DC/DC變換模塊輸出端1.7與電光轉(zhuǎn)換模塊1.4和電能計量模塊1.3相連接為其提供工作電源。為了保護(hù)取能電路，在取能電路中還可設(shè)置取能線圈保護(hù)電路1.6，此時DC/DC變換模塊輸出端1.7輸出端與其相連接后再與電光轉(zhuǎn)換模塊1.4和電能計量模塊1.3相連接為其提供工作電源。電能計量模塊可選用型號ADE7759，電光轉(zhuǎn)換模塊可選用型號為HFBR1414。
電流取樣線圈1.1和分壓器6分別對電流和電壓取樣，輸入電能計量模塊1.3，由電能計量模塊對母線的電能進(jìn)行計量，然后由電光轉(zhuǎn)換模塊1.4把電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字光信號由光纖輸出。所有路出線的各母線引出的光纖由光纖合并單元進(jìn)行合并由一根光纜輸出至光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊，由光電轉(zhuǎn)換模塊7將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號，由信號處理模塊8進(jìn)行處理，由數(shù)據(jù)采集卡9采集后入計算機(jī)10內(nèi)，最后由計量存儲與顯示模塊存儲顯示。本發(fā)明還可將計量的電能信號通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，由網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程監(jiān)測單元對不同計量站實施統(tǒng)一管理與監(jiān)控。
本發(fā)明中三相光電數(shù)字式電壓、電流互感器的二次輸出為數(shù)字式光信號，該信號通過光纖傳至位于互感器側(cè)的光纖合并單元，將所有互感器的輸出光纖進(jìn)行整合，通過一根光纜送至位于控制室的數(shù)字化集中式電能計量系統(tǒng)。這種處理方式能夠大大簡化二次信號傳輸通道，給現(xiàn)場施工帶來極大的方便。
圖1中的數(shù)字化集中式電能計量系統(tǒng)可完成對多個出線的電能計量任務(wù)，其輸入為光信號，通過高速以太網(wǎng)接口引入。由于數(shù)字化電能計量系統(tǒng)的輸入為數(shù)字信號，不存在小CT/PT及A/D轉(zhuǎn)換等單元，通過采用先進(jìn)的數(shù)字信號處理算法，其電能計量準(zhǔn)確度可以大大提高。高壓電能數(shù)字化計量系統(tǒng)的電能計量精度主要取決于光電數(shù)字式互感器的測量準(zhǔn)確度?？蓪Χ喑鼍€回路中各回路的正向/反向總有功/無功、各回路的正向/反向單相有功/無功進(jìn)行計量，可測量總計A、B、C三相電壓、電流、有功功率、無功功率、功率因數(shù)及電網(wǎng)頻率，并可以顯示功率方向。
另外，當(dāng)一相電壓幅值低于60％Un，對應(yīng)相電流大于10％Ib時，判斷該相為失壓狀態(tài)。系統(tǒng)可記錄該相失壓累計時間和失壓期間所計該相有功電量，并保存至少最近10次失壓記錄；當(dāng)一相電流幅值低于10％Un，對應(yīng)相電壓大于60％Ib時，判斷該相為失流狀態(tài)，系統(tǒng)可記錄該相失流累計時間和失流期間所計該相有功電量，并保存至少最近10次失流記錄；當(dāng)一相電壓幅值低于60％Un，對應(yīng)相電流小于10％Ib時，判斷該相為斷相狀態(tài)。保存至少最近10次斷相記錄；設(shè)定電量考核范圍，當(dāng)一相電量在1分鐘內(nèi)的平均值高于或低于該考核范圍，認(rèn)為輸入的電量值無效。保存至少最近10次無效記錄；可對光電數(shù)字式互感器的運(yùn)行狀態(tài)及電能計量模塊的自身狀態(tài)進(jìn)行動態(tài)自檢，并自動存儲檢測結(jié)果。
本發(fā)明可提供無源四路脈沖輸出和無源三路測試脈沖輸出，四路脈沖輸出可獨(dú)立編程為正向有功、反向有功或四象限無功或感容性無功中的任意一種。三路測試脈沖具有同一公共端，分別固定為有功電能脈沖、無功電能脈沖及內(nèi)部時鐘脈沖。
本發(fā)明的信號傳輸均采用光通過光纖進(jìn)行傳播的方式，完全舍棄通過電纜的電信號傳輸方式，使系統(tǒng)的安全可靠性、抗電磁干擾能力等大大提高，并且不產(chǎn)生電磁干擾。數(shù)字輸入接口在物理層和鏈路層上采用了IEC61850推薦的高速光纖以太網(wǎng)，具有抗干擾能力強(qiáng)、傳輸數(shù)據(jù)速率快、接口簡潔等特點(diǎn)。
光電數(shù)字式電壓電流互感器具有測量準(zhǔn)確度高、測量動態(tài)范圍大、二次輸出為數(shù)字信號等特點(diǎn)，并具有絕緣結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。光電數(shù)字式電流互感器采用具有不飽和特性的Rogowski線圈或LPCT作為高壓側(cè)傳感單元，通過信號調(diào)理、A/D變換與電光轉(zhuǎn)換后生產(chǎn)數(shù)字化光信號，依據(jù)IEC61850-9-2和IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的通信格式將該信號送至合并單元，該電流互感器能夠完全克服電磁式電流互感器固有的磁飽和問題，并且測量動態(tài)范圍大，絕緣中無油、無氣，體積小、重量輕。光電數(shù)字式電壓互感器采用性能優(yōu)良的阻容分壓器作為高壓側(cè)傳感單元，通過信號調(diào)理、A/D變換與電光轉(zhuǎn)換后生產(chǎn)數(shù)字化光信號，依據(jù)IEC61850-9-2和IEC60044-8標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的通信格式將該信號送至合并單元，該電壓互感器能夠完全克服電磁式電壓互感器的鐵磁諧振問題，并且體積小、重量輕。
數(shù)字化電能計量系統(tǒng)接收來自光電數(shù)字式電壓電流互感器傳送過來的數(shù)字化的電壓、電流瞬時值，可保證計算出的各項電量值的準(zhǔn)確性，在理論上誤差可做到最低。
數(shù)字化高壓電能計量系統(tǒng)雖然同現(xiàn)有計量系統(tǒng)具有類似的功能特點(diǎn)，但是由于它采用的是將高壓電壓、電流信號直接進(jìn)行數(shù)字化處理并通過光的形式以光纖為通道進(jìn)行傳輸?shù)姆绞?，在電能計量過程中不存在額外的模擬量中間轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，所以在測量準(zhǔn)確度方面數(shù)字化電能計量系統(tǒng)要大大優(yōu)于現(xiàn)有測量裝置。
如圖5所示，本發(fā)明還可以采用傳統(tǒng)的電磁式電壓電流互感器對電壓、電流進(jìn)行取樣，之后進(jìn)行電光轉(zhuǎn)換并進(jìn)行計量，系統(tǒng)構(gòu)成和采用光電數(shù)字式電壓電流互感器的計量系統(tǒng)相同。
數(shù)字化電能計量系統(tǒng)綜合誤差可達(dá)0.4％，較傳統(tǒng)計量方式的0.7％至少會提高0.3％。實際中，光電數(shù)字式電流互感器可做到0.1S級、光電數(shù)字式電壓互感器為0.2級，整體綜合誤差可到0.3％。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字化電能計量系統(tǒng)，包括若干電壓電流互感器、二次信號傳輸回路和電能計量裝置，其特征在于，它還包括若干與各互感器相對應(yīng)的電能計量模塊、若干與各電能計量模塊相對應(yīng)的電光轉(zhuǎn)換模塊、光纖合并單元、光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊、數(shù)字化集中式電能計量系統(tǒng)，各電壓電流互感器的輸出端分別和與其相對應(yīng)的電能計量模塊相連接，各電能計量模塊的輸出端和與其相對應(yīng)的電光轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，各電光轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別連接一光纖，所有光纖經(jīng)光纖合并單元合并后通過一根光纜與光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊相連接，光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號后其輸出端與數(shù)字化集中式電能計量系統(tǒng)相連接，由其對各路信號分別計量和顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)字化電能計量系統(tǒng)，其特征在于，所述的光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊由光電轉(zhuǎn)換模塊、信號處理模塊、數(shù)據(jù)采集卡和計算機(jī)依次連接組成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字化電能計量系統(tǒng)，其特征在于，所述的電壓電流互感器為電磁式電壓電流互感器。
4.如權(quán)利要求1或2所述的數(shù)字化電能計量系統(tǒng)，其特征在于，所述的電壓電流互感器為光電數(shù)字式電壓電流互感器。
5.如權(quán)利要求4所述的數(shù)字化電能計量系統(tǒng)，其特征在于，所述的光電數(shù)字式電壓電流互感器包括用于串連在高壓母線上的電流取樣線圈和取能線圈，電流取樣線圈上并接有取樣電阻，電流取樣線圈的電流輸出端與電能計量模塊相連接，設(shè)置于絕緣子內(nèi)的分壓器取出電壓信號后其輸出端也與電能計量模塊相連接，電能計量模塊的輸出端與電光轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，電光轉(zhuǎn)換模塊的輸出端連接一光纖，該光纖主體設(shè)置在絕緣子內(nèi)并從互感器底座引出，取能線圈輸出端與DC/DC變換模塊輸入端相連接，DC/DC變換模塊輸出端與電光轉(zhuǎn)換模塊和電能計量模塊相連接為其提供工作電源。
6.如權(quán)利要求5所述的數(shù)字化電能計量系統(tǒng)，其特征在于，在取能電路中還設(shè)置有取能線圈保護(hù)電路，DC/DC變換模塊輸出端輸出端與其相連接后再與電光轉(zhuǎn)換模塊1.4和電能計量模塊1.3相連接為其提供工作電源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種數(shù)字化電能計量系統(tǒng)，各電壓電流互感器的輸出端分別和與其相對應(yīng)的電能計量模塊相連接，各電能計量模塊的輸出端和與其相對應(yīng)的電光轉(zhuǎn)換模塊的輸入端相連接，各電光轉(zhuǎn)換模塊的輸出端分別連接一光纖，所有光纖經(jīng)光纖合并單元合并后通過一根光纜與光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊相連接，光電轉(zhuǎn)換與信號處理模塊將光信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號后其輸出端與數(shù)字化集中式電能計量系統(tǒng)相連接。本發(fā)明以光纜代替電纜作為二次信號傳輸回路，實現(xiàn)對高壓電能的數(shù)字化準(zhǔn)確計量，能夠有效解決目前高壓電能計量裝置綜合誤差過大的難題，大大簡化二次信號傳輸回路并大大減輕現(xiàn)場施工工作量。
文檔編號G01R22/10GK101086512SQ200710054238
公開日2007年12月12日 申請日期2007年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月17日
發(fā)明者陳光風(fēng) 申請人:鄭州精科電力自動化有限公司