电能计量系统

近年来，智能变电站得到大力推广建设，电子式互感器、合并单元和数字化电能表等设备构成的计量系统广泛应用于智能变电站中，但实际运行中出现了很多缺陷和故障，频繁出现了因计量系统问题导致的母线进出电量不平衡、线损率超标的情况，甚至出现了因台并单元缺陷导致保护误动的严重事故，危害电网的安全稳定运行。 上述这些设备都按规定进行了入网检测，但在实际运行中却出现问题，反映出已有的检测方法尚不完善。智能变电站计量系统的原理和结构比传统电能计量系统都更复杂，已有方法仍沿袭了传统互感器、传统电能表等设备的检测思想，仅着眼于分立组件的单体检测，未对系统进行整体验证，忽略了各组件之间的配合和相互影响，存在检测官区，导致了原有的现场检测不能真实反映出计量系统实际运行中的整体性能，无法查出系统潜在的缺陷，且需要针对每台被检设备单独搭建检测场景，工作量大，效率低。 针对上述问题，本项目面向智能变电站计量系统的技术特点，研制了系统级测试仪，创造性提出了全链路检测方法，不仅消除了调试“官区”，还大幅提高了工作效率。同时，编制了团体标准《智能变电站+数字化采样值网络传输检测规范》，有效弥补了已有技术标准体系的不足。

本项目属电能计量与电磁测量技术领域。 目前的智能变电站考虑了站内系统设备网络化和系统数据的共享，但没有充分考虑电能计量数据安全性和法制化管理的特殊要求，保护装置和电能计量系统共用合并单元，电能计量数据不具有唯一性和不可更改性，这是造成智能变电站的数字化电能计量系统难以实用化的关键问题，成为智能变电站大规模推广应用的重大障碍。 本项目改变数字化电能计量系统的设计思路，借鉴传统电能计量装置整体方案，提出一种智能变电站独立电能计量系统架构，取消数据共享的合并单元，研制了以计量专用采集单元和数据同步分顿器为主要构成的新型数字化电能计量系统。新型数字化电能计量系统使电能计量数据形成单独数据链路，解决了因数据共享造成电能计量原始数据改变的问题；研制的计量专用采集单元，结合数据计算和角差、比差的调整，满足独立电能计量系统数据采集的要求；发明数字化电能计量数据同步分顿器，解决了智能变电站电能计量系统与保护装置数据混用、数据集中转发的问题：制定的独立电能计量系统设备间的通信规约，规范了数据链路的数据传输格式，解决了数字化电能表接收大量无效数据的问题：开发的数字化电能表性能检测平台，针对数字化电能表国家标准检测项目的不完善，增加了数字化电能表多种影响因素的性能测试，全面发现现场复杂工况下数字化电能表运行问题。经南方电网公司组织的鉴定，项目成果整体达到了国际领先水平。

电能贸易的公平性是推动全球能源互联网战略、电力体制改革的基础，高压电能计量系统是维护电力公平贸易和电网安全运行的重要支撑。高压电能计量系统由高压互感器、电能表和二次回路组成，传统技术无法满足电力现货交易模式下高压电能计量系统新要求：频繁停电严重影响供电可靠性，导致超期未检设备占比37%，实际发现的失准设备约1%，每年花费的数百亿检定费有99%的浪费；现场运维设备超20种，单体最大重量达8吨，试验空间有限，平台搭建难，运维效率低；缺少二次回路和电能表实时监测手段，无法准确及时开展异常状况的现场运维。高压电能计量系统的在线评估及高效运维已成为行业公认的世界难题。项目组产学研用联合攻关，取得系列创新成果。项目授权发明专利23项，参与制订国家标准2项、行业标准6项、企业标准2项，软件著作权5项，发表SCI及IEEE论文8篇。经中国电力企业联合会鉴定：整体达到国际领先水平。2017年至2020年，获得电力、计量等一等奖2 项。项目成果首次实现了高压电能计量系统的在线评估和高效运维，填补了该领域国内外技术空白，已在山东等31个省市开展了大规模工程应用，覆盖能源、高铁等领域30余万用户。本项目成果有力支撑了各行各业的可靠和公平用电，引领了电力行业相关领域的技术跨越式发展。