专利名称：智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台的制作方法
技术领域：
本发明属于电力系统智能变电站计量检测技术领域，涉及的是一种智能变电站数字化电能计量系统检测与分析技术，具体为一种智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台。
背景技术：
智能变电站是智能电网建设中不可或缺的重要组成部分，目前，智能变电站以及数字化变电站的发展已经进入到大面积工程应用阶段，电子式互感器、合并单元以及智能单元、数字量输入电能表也已开始在电力系统大面积应用，数字化电能计量系统也建立完成，数字化计量的检测已不能简单按照模拟量的传递来进行检测。数字化计量可能影响到计量体系精度的风险点主要有以下几方面，不同原理的电 子式互感器电流互感器、电子式电压互感器、数字链路、环境的影响、功率因数与同步等。然而国际上数字化电能计量应用还比较少，所以目前还没有关于数字化电能计量溯源以及检测比对分析等方面的研究，虽然国内在数字化和智能变电站的建设与应用领域一直走在国际前列，但目前在数字化计量的实验室检测领域依旧停留在按照传统模拟量计量体系建立的电子式互感器以及数字量输入电能表的离线单体检测阶段，即电子式互感器检测、数字化电能表检测等，而我们最应该关心的数字化计量体系的影响量基本涉足不到，综合比对分析系统现场也已经有了一些计量比对，主要是体现在数字化的计量系统与传统计量系统的结果比对。所以对于数字化计量系统的整体溯源检测校验和性能综合分析目前还没有建立，无法体现数字化计量的真正误差点，且所有的计量测试过程是不可控的，这就给智能变电站数字化电能计量带来了极大的隐患。常规变电站的计量系统是由一个个子设备组合而成，其技术原理已经成熟，计量风险点也在可控范围之内，但数字化的计量系统目前在误差点分析、电子式互感器的温湿度特性、电流与电压的同步性是否满足计量的准确度要求、数字链路的异常对计量准确度的影响等方面还没有答案。这成了目前数字化计量在溯源过程中还无从解决的问题，成为制约智能变电站和数字化变电站发展的最大障碍。而现在所有的数字化计量都是采用离线的单体检测和分析方法，其本质都是模拟或数字标准源来对数字量进行分割式的离散检测和分析，根本无法满足我们数字化计量系统的整体溯源以及性能综合分析的要求。所以从目前现状来看，迫切需要一种检测和性能分析平台来对数字化计量系统进行实时性能检测与分析，针对数字化计量体系的综合测试，即融合各种原理电子式互感器、数字化/数字量输入电能表、数字化链路等多重因数的综合实时的智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，并同时可以按照模拟的溯源系统来进行溯源，满足我们传统的计量溯源体系对于计量的要求也可解决数字化计量的风险点问题。

发明内容
本发明的技术目的是克服现有技术的不足，搭建实时在线的智能变电站数字化电能计量系统检测平台，主要针对智能变电站广泛采用的电子式互感器以及数字式/数字量输入电能表等计量设备进行设备性能的分析以及电能的溯源检测等。本发明的技术方案为
一种智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，其特征在于，设有检测系统和后台专家系统，所述检测系统包括
A)、电子式互感器检测系统；
与电源线连接的待测电子式电压互感器、电子式电流互感器或光学电流互感器，将各自采集到的电学数据按照IEC61850规约通过网路传送到后台专家系统；
采用电子式互感器校验仪中的双路数据采集模块与待测设备同步采集电源线经过标准互感器后的电流、电压数据作为参照并传输至后台专豕系统，在后台专豕系统中与待测 设备发送的IEC61850的报文数据进行对比，由后台专家系统中的计算模块完成对待测电子式互感器的误差进行溯源检测，并通过后台专家系统对溯源检测的结果进行分析统计；
B)、数字式/数字量输入电能表检测系统；
所述电子式电压互感器、电子式电流互感器和光学电流互感器将采集到的数据向待测的数字式/数字量输入电能表传输，在电能表中进行电能量的计算；
将模拟标准电能表和一模拟电能表串联，同时采集电源线的电流和电压数据，并进行电能量的计算；模拟标准电能表作为溯源标准，待测数字式/数字量电能表和模拟电能表均向模拟标准电能表发送反映其各自测得电能量值的脉冲，在模拟标准电能表中完成待测电能表的误差分析和电能的溯源检测，并通过后台专家系统对溯源检测的结果进行统计分析；
C)、数字化电能计量综合性能检测系统；
所述模拟电能表通过规约转换器将电能数据传送至后台专家系统；
采用数字化电能表校验仪中的多路同步数据采集转换模块采集电源线经过标准互感器后的电压、电流数据，该多路同步数据采集转换模块与上述模拟电能表同步采集，所述多路同步数据采集转换模块将其采集的数据输出至一单独的数字式/数字量输入电能表，进行电能量的计算并将计算结果传输至后台专家系统；
同时接收电子式互感器输出数据的数字式/数字量输入电能表也将其计算的电能量值传输至后台专家系统；
在后台专家系统中对上述几路模拟或数字化电能量的计量结果实施实时、长期的数据对比分析。进一步的技术方案包括
为了保护测量设备或采集模块，采集电流值时，所述双路数据采集模块与电源线连接的线路中设有标准电流互感器，一次电流经过标准电流互感器的转换后作为标准源侧进入双路数据采集模块；采集电压值时，所述双路数据采集模块与电源线连接的线路中设有感应分压器，一次电压经过感应分压器的转换后作为标准源侧进入双路数据采集模块；
所述多路同步数据采集转换模块所采集的数据亦为一次电流或一次电压经过标准电流互感器或感应分压器转换后的输出值。所述模拟标准电能表和模拟电能表接收经过标准电流互感器转换后的输出的电流和一次电压，进行电能量的计算。
所述待测电子式电压互感器、电子式电流互感器或光学电流互感器采集的数据通过合并单元传输至后台专家系统，电子式电流互感器和光学电流互感器对应不同的合并单
J Li ο所述电子式互感器检测系统还设有同步源装置，根据读取或设定的互感器额定延时自动调节双路数据采集模块的采集时刻，通过同步源装置向所述双路数据采集模块和合并单元MU发送同步脉冲，将合并单元MU的计数位清零并同时触发所述双路数据采集模块开始采集数据。所述合并单元MU将数据发送至对应的SMV报文控制器，该报文控制器通过交换机将数据传输至与其对应的数字式/数字量输入电能表；所述多路同步数据采集转换模块将数据传输至与其对应的SMV报文控制器，该报文控制器通过交换机将数据传输至与其对应的数字式/数字量输入电能表；
所述后台专家系统设有控制上述SMV报文控制器运行的报文控制系统，根据需要设置 SMV报文的异常与丢包，完成现场网络报文异常与丢失条件下数字式/数字量输入电能表计量性能的分析。考虑到环境因素及震动对互感器性能的影响，本发明平台还设有采集环境因素和互感器振动数据参数的采集模块，将采集的数据传输至后台专家系统中进行电子式互感器性能的分析，考虑可能存在的误差，所述环境因素包括温度、湿度等。同时，可通过光功率计测试所述合并单元MU的输入端和输出端接口的光功率，通过改变数字式/数字量输入电能表的采样值接线方式进行网络通信的相关测试试验等。所述双路数据采集模块可采用现有电子式互感器校验仪的高准确度双路数据采集模块；所述多路同步数据采集转换模块也可采用现有数字化电能表校验仪的高准确度多路同步数据采集转换模块；所述电子式互感器校验仪和数字化电能表校验仪的准确度等级应在O. 05级以上，所述高准确度双路数据采集模块和高准确度多路同步数据采集转换模块最大允许误差要求控制在O. 05%以内。电源端采用升流/升压器完成所需电压和电流，并设置移相器来控制升流和升压的相位角关系。可
本发明的有益效果
本发明通过后台专家系统，可对智能变电站的计量设备，如电子式/光学电流互感器、电子式电压互感器和数字化/数字量输入电能表等同时进行实时的监测和量值溯源，并能和模拟量系统以及在多路数字量系统间实施电能量数据的对比分析，完成对数字量电能计量系统的综合性能检测。通过多路信息采集通道，综合考虑系统的计量风险点，使检测结果更综合和全面，有助于提高智能变电站及数字变电站计量的准确性，为智能变电站以及数字化变电站建设提供良好的技术保障。


图I是本发明具体实施方式
的结构示意图。
具体实施例方式为了阐明本发明的技术方案及技术效果，下面结合附图及具体实施方式
对本发明做进一步的介绍。本发明智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台设有检测系统和分析数据的后台专家系统，如图I所示，(为清楚示意，采集电流和采集电压分开示意，但两条电源线实为同源线)，电源的电压、电流信号一路向待测设备输出，另一路向平台的检测设备输出，所述检测系统包括
A)、电子式互感器检测系统；
所述互感器包括电流互感器(CT)和电压互感器(PT)。与电源线连接的待测电子式电压互感器、电子式电流互感器以及光学电流互感器，将各自采集到的电学数据分别通过合并单元(MU)传输至SMV报文控制器，所述电子式电流互感器对应第一合并单元，光学电流互感器对应第二合并单元。利用电子式互感器校验仪设备现有的高准确度双路数据采集模块采集电流信号， 将电子式互感器校验仪通过一路线路与电源线连接，一次电流经过标准CT转换，其输出值作为标准源侧进入双路数据采集模块，一次电压经过感应分压器转换，其输出值作为标准源侧进入双路数据采集模块，所述双路数据采集模块将采集的电流、电压信号通过总交换机传输至后台专豕系统中。该系统还设有同步源装置，根据读取或设定的电子式互感器额定延时自动调节双路数据采集模块的采集时刻。同步源装置向所述电子式互感器校验仪的数据采集模块和合并单元发送同步脉冲，将合并单元的计数位清零并同时触发所述数据采集模块开始采集。同步脉冲上升沿时刻记为零时刻，合并单元被同步后发送带有时标的数据，计数器为零的数据可看做零时刻的数据，后台专家系统将数据提取出来进行计算，并与双路数据采集模块采集的数据进行计算比较，这样就可以精确求得互感器所产生的相差和比差等实验数据。B)、数字式/数字量输入电能表检测系统；
为保护仪表，所述数字电能表校验仪与电子式互感器校验仪相同，采集的是经过标准CT转换后的电流和感应分压器的输出电压，可通过转换比例的换算得出接至模拟电能表的电流电压值作为参照。在进行电能的溯源检测过程中，待测的数字式/数字量输入电能表和模拟电能表分别通过脉冲的形式向模拟标准电能表发送各自采集计算的电能值，并将模拟标准电能表作为溯源标准，在模拟标准电能表中完成误差分析和电能的溯源检测，并通过后台专家系统对溯源检测的结果进行统计分析。电源端采用升流/升压器完成所需电压和电流，并设置移相器来控制升流和升压的相位角关系。。C)、数字化电能计量综合性能检测系统
待测的数字式/数字量输入电能表有数字电表1#、数字电表2#和数字电表3#，数字电表1#、数字电表2#分别接收电子式CT和光学CT的数据以及电子式PT的数据，进行电能量值的计算，并将电能值通过交换机传输至后台专家系统。设置高精度的模拟标准电能表和模拟电能表通过另一条线路采集经过标准CT转化后电流和一次电压数据，并进行电能量的计算，模拟标准电能表和模拟电能表在线路中串联，模拟电能表通过规约转换器和总交换机将电能数据传送至后台专家系统。
同时，可利用现有的数字式电能表校验仪的高准确度多路同步数据采集转换模块同步采集接至采集模拟电能表的电流和电压值，并将采集数据按照IEC1850-9-2规约输出至SMW报文控制器，通过交换机将数据输出至数电表3#，数字电表3#再通过总交换机将计算的电能值传输至后台专家系统。后台专家系统通过以上多路输入数据完成数字量和模拟量系统间电能量数据的实时对比分析。后台专家系统设有控制上述SMV报文控制器运行的报文控制系统(未图示)，所述SMV报文控制器按照上报文控制系统的要求发送报文，通过总交换机将数据传输至后台专家系统。改变数字式/数字量输入电能表的采样值接线方式可以进行网络通信的相关测试实验。 平台还设有采集环境因素和振动数据参数的采集模块，将采集的数据传输至后台专家系统中进行外界因素对设备性能的影响以及性能变化对采集数据准确度的影响，以期平台监测数据的准确性和分析过程的全面性。对于高准确度的电子式互感器校验仪和数字化电能表校验仪目前在业界还没有明确的等级定义，在本发明中一般要求应该在O. 05级以上，其数据采集模块最大允许误差应控制在O. 05%以内。显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求
1.智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，其特征在于，设有检测系统和后台专家系统，所述检测系统包括 A)、电子式互感器检测系统； 与电源线连接的待测电子式电压互感器、电子式电流互感器或光学电流互感器，将各自采集到的电学数据按照IEC61850规约通过网路传送到后台专家系统； 采用电子式互感器校验仪中的双路数据采集模块与待测设备同步采集电源线经过标准互感器后的电流、电压数据作为参照并传输至后台专豕系统，在后台专豕系统中与待测设备发送的IEC61850的报文数据进行对比，由后台专家系统中的计算模块完成对待测电子式互感器的误差进行溯源检测，并通过后台专家系统对溯源检测的结果进行分析统计； B)、数字式/数字量输入电能表检测系统； 所述电子式电压互感器、电子式电流互感器或光学电流互感器将采集到的数据向待测的数字式/数字量输入电能表传输，在电能表中进行电能量的计算； 将模拟标准电能表和一模拟电能表串联，同时采集电源线的电流和电压数据，并进行电能量的计算；模拟标准电能表作为溯源标准，数字式/数字量电能表和模拟电能表均向模拟标准电能表发送反映其各自测得电能量值的脉冲，在模拟标准电能表中完成待测电能表的误差分析和电能的溯源检测，并通过后台专家系统对溯源检测的结果进行统计分析； C)、数字化电能计量综合性能检测系统； 所述模拟电能表通过规约转换器将电能数据传送至后台专家系统； 采用数字化电能表校验仪中的多路同步数据采集转换模块采集电源线经过标准互感器后的电压、电流数据，该多路同步数据采集转换模块与上述模拟电能表同步采集，所述多路同步数据采集转换模块将其采集的数据输出至一单独的数字式/数字量输入电能表，进行电能量的计算并将计算结果传输至后台专家系统； 同时接收电子式互感器输出数据的数字式/数字量输入电能表也将其计算的电能量值传输至后台专家系统； 在后台专家系统中对上述几路模拟或数字化电能量的计量结果实施实时、长期的数据对比分析。
2.根据权利要求I所述的一种智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，其特征在于 采集电流值时，所述双路数据采集模块与电源线连接的线路中设有标准电流互感器，一次电流经过标准电流互感器的转换后作为标准源侧进入双路数据采集模块； 采集电压值时，所述双路数据采集模块与电源线连接的线路中设有感应分压器，一次电压经过感应分压器的转换后作为标准源侧进入双路数据采集模块； 所述多路同步数据采集转换模块所采集的数据亦为一次电流或一次电压经过标准电流互感器或感应分压器转换后的输出值。
3.根据权利要求2所述的一种智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，其特征在于 所述模拟标准电能表和模拟电能表接收经过标准电流互感器转换后的输出的电流和一次电压，进行电能量的计算。
4.根据权利要求2所述的一种智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，其特征在于 所述待测电子式电压互感器、电子式电流互感器或光学电流互感器采集的数据通过合并单元传输至后台专家系统，电子式电流互感器和光学电流互感器分别对应不同的合并单
5.根据权利要求4所述的一种智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，其特征在于 所述电子式互感器检测系统还设有同步源装置，根据读取或设定的互感器额定延时自动调节双路数据采集模块的采集时刻，通过同步源装置向所述双路数据采集模块和合并单元发送同步脉冲，将合并单元的计数位清零并同时触发所述双路数据采集模块开始采集数据。
6.根据权利要求4所述的一种智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，其特征在于 所述合并单元将数据发送至对应的SMV报文控制器，该报文控制器通过交换机将数据传输至与其对应的数字式/数字量输入电能表； 所述多路同步数据采集转换模块将数据传输至与其对应的SMV报文控制器，该报文控制器通过交换机将数据传输至与其对应的数字式/数字量输入电能表； 所述后台专家系统设有控制上述SMV报文控制器运行的报文控制系统，根据需要设置SMV报文的异常与丢包，完成现场网络报文异常与丢失条件下数字式/数字量输入电能表计量性能的分析。
7.根据权利要求1-6中任一权利要求所述的一种智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，其特征在于 设有采集环境因素和互感器振动数据参数的采集模块，将采集的数据传输至后台专家系统中进行电子式互感器计量性能的分析。
8.根据权利要求7所述的一种智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，其特征在于 通过光功率计测试所述合并单元MU的输入端和输出端接口的光功率； 通过改变数字式/数字量输入电能表的采样值接线方式进行网络通信的相关测试实验。
9.根据权利要求8所述的一种智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，其特征在于 所述电子式互感器校验仪和数字化电能表校验仪的准确度等级应在O. 05级以上，所述双路数据采集模块和多路同步数据采集转换模块最大允许误差控制在O. 05%以内。
10.根据权利要求7所述的一种智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，其特征在于 电源端采用升流/升压器完成所需的电压和电流，并设置移相器来控制升流和升压的相位角关系。
全文摘要
一种智能变电站数字化电能计量系统性能综合检测与分析平台，设有检测系统和后台专家系统，所述检测系统包括电子式互感器检测系统、数字式/数字量输入电能表检测系统和数字化电能计量综合性能检测系统。本发明通过后台专家系统，可对如电子式/光学电流互感器、电子式电压互感器和数字化/数字量输入电能表等同时进行实时的监测和量值溯源，并能和模拟量系统以及在多路数字量系统间实施电能量数据的对比分析，完成对数字量电能计量系统的综合性能检测。通过多路信息采集通道，综合考虑系统的计量风险点，使检测结果更综合和全面，有助于提高智能变电站及数字变电站计量的准确性，为智能变电站以及数字化变电站建设提供良好的技术保障。
文档编号G01R35/04GK102819004SQ201210317268
公开日2012年12月12日 申请日期2012年8月31日 优先权日2012年8月31日
发明者孙健, 伍雪峰, 王忠东, 范洁, 袁宇波, 汤汉松, 罗强 申请人:江苏省电力公司电力科学研究院, 江苏省电力公司, 国家电网公司