一种数字化电能计量装置的在线误差分析系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种数字化电能计量装置的在线误差分析系统，属于智能电网设备在线监测领域。本发明专利技术通过在变电站各个关键部位安装的传感器，连续在线获取数字化电能计量装置的误差影响因素相关数据及装置本身的运行数据，采用关联分析和相关算法相结合的误差分析方法，分析相关影响因素对电能计量误差的影响程度。本发明专利技术包括电流电压传感单元、环境传感单元以及计算机。本发明专利技术为数字化电能计量的系统性研究提供实际运行数据，并且更好的掌握数字化电能计量装置的误差变化规律，为数字化电能计量的推广应用奠定理论和实践基础。

【技术实现步骤摘要】
一种数字化电能计量装置的在线误差分析系统
本专利技术属于智能电网设备在线监测领域，更具体地，涉及一种数字化电能计量装置的在线误差分析系统。
技术介绍
随着科学技术的进步，电力系统朝着数字化和智能化方向不断发展，数字化变电站是智能电网的重要组成部分。在数字化变电站中，电能计量不再采用传统的电能计量装置，而是采用全数字化电能计量装置，典型的三相数字化电能计量装置组成如图1所示。位于高压侧的组合式电子互感器1-3分别为A相组合式电子互感器、B相组合式电子互感器和C相组合式电子互感器，其中，组合式电子互感器包括组装在一起的电子式电流互感器和电子式电压互感器，经同步时钟4同步，分别采集A相母线5、B相母线6以及C相母线7的电流和电压，采集的数据以一定的格式如FT3经光纤发送给低压侧的合并单元8。合并单元8将接收的采样数据再以IEC61850-9-2帧格式发送到数字式电能表9。数字式电能表9采用一定的电能算法计算出电能。数字式电能表9具有RS485或红外接口，用于与其他设备进行通信。 虽然数字化变电站已经有一定运行经验，但总体来说数字化电能计量装置目前还处于不成熟阶段。相比电子式互感器和合并单元已经处于相对成熟阶段，数字式电能表基本还处于研究阶段。一方面，相关标准尚未健全；另一方面，理论研究和实践都还不够充分。在理论方面，数字式电能表从原理上具有比电子式电能表更少的误差环节，但是由于数字式电能表和前端模拟采样割裂开来，反而导致电能算法对实际工况的适应性更差。例如，应对谐波、间谐波和直流等，不同厂家有不同算法，可能直接导致电能计算误差。在实践方面，主要是两大关键设备，即电子式互感器和数字式电能表，在运行过程中存在突出的准确性和可靠性问题。调研数据表明，在运的电子式互感器投运一段时间后，普遍存在准确性和稳定性问题，超差现象普遍，甚至发生故障，由此可能造成关口电能计量存在较大误差甚至错误。 随着光纤技术和光通讯技术的发展，且光纤通信自身拥有优良的抗电磁干扰性能，在数字式电能计量系统中的信息均采用光纤以规定的格式传输。 从以上分析可以看出，数字化电能计量方式与传统的模拟电能计量方式有着明显的区别。因而从信号采集、传输至电能算法，各个环节误差的来源都需要针对数字化变电站电能计量特点进行重新评估和分析，且设备运行环境对计量误差的影响是不容忽视的。 目前对数字化电能计量的研究大部分还处于理论阶段，且误差来源分析存在很大的不足。一般是从物理或数学角度对众所周知的因素引起的误差做理论分析，例如信号采集过程的A/D量化误差和非同步采样误差、典型电能算法误差等。并未涉及定量分析设备运行的环境因素、电磁环境因素及电源环境因素造成的数字化电能计量误差，而且对这方面的误差分析也缺乏科学有效的方法。也就是说，即使准确分析了 A/D量化、非同步采样等误差因素，也无法得到实际运行数据的有力支撑。这既不利于科学研究，同时对数字化电能计量装置的推广应用也不能起到很大的作用。综上所述，目前对数字化电能计量装置的综合误差分析既没有相对完整的分析对象，也没有科学有效的分析方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供一种数字化电能计量装置的在线误差分析系统，包括电流电压传感单元、环境传感单元以及计算机，用于对数字化电能计量装置进行在线误差分析，所述数字化电能计量装置包括组合式电子互感器、合并单元以及数字式电能表，其中，所述组合式电子互感器包括组装在一起的电子电流互感器和电子电压互感器。 电流电压传感单元包括电磁式电流互感器、电磁式电压互感器、第一微处理器，以及为电流电压传感单元内各器件供电的第一直流电源。根据电力设备实际运行环境状况，电磁式电流互感器和电磁式电压互感器能准确测量三条母线上的一次电流和一次电压；第一微处理器实时将测量的一次电压和一次电流以符合IEC61850-9-2的帧格式组帧打包，通过以太网接口传送，并兼具高性能和网络通信能力；第一直流电源满足现场应用要求。 环境传感单元包括温度传感器、湿度传感器、振动传感器、第二微处理器，以及为环境传感单元内各器件供电的第二直流电源。根据电力设备实际运行环境状况，温度传感器的测量范围需要满足_40°C?+85°C ;湿度传感器的测量范围需要满足O到100% ;振动传感器需要感应到明显的振动事件，例如隔离刀闸开合；第二微处理器兼具一定运算通信能力和低功耗特性；第二直流电源满足现场应用要求。 计算机一方面获取各传感单元的测量数据，另一方面获取数字式电能表的电能量数据和合并单元的采样数据，即组合式电子互感器测得的三条母线上的实测一次电流和实测一次电压。计算机运行集成的监测分析软件作为数据分析平台，采用关联分析和相关算法相结合的误差分析方法，首先通过关联分析从大量数据中挖掘出数字式电能计量误差的影响因素，再使用相关算法分析相关因素对计量误差的影响程度，从而提取出数字化电能计量装置的计量误差特征量。 进一步地，还包括电磁环境传感单元，包括电场传感器、磁场传感器、第三微处理器，以及为电磁环境传感单元内各器件供电的第三直流电源。根据电力设备实际运行环境状况，电场传感器和磁场传感器需要能检测到50HZ到300MHz频带的电磁干扰；第三微处理器兼具一定运算通信能力和低功耗特性；第三直流电源满足现场应用要求。 更近一步地，还包括电源传感单元，包括电流传感器、电压传感器、第四微处理器，以及为电源传感单元内各器件供电的第四直流电源。根据电力设备实际运行环境状况，电流传感器测量合并单元和数字式电能表的电源的差模电流和共模电流；电压传感器测量合并单元和数字式电能表的电源电压波动量，对电源的测量主要是为了识别通过电源线耦合的干扰，例如浪涌等；第四微处理器兼具一定运算通信能力和低功耗特性；第四直流电源满足现场应用要求。 进一步地，所述计算机对获取的多个测量数据进行误差分析，所述计算机包括下列丰旲块: 计算电能计量误差模块，首先计算所述标准电能，所述标准电能=(准确一次电流X准确一次电压)对时间的积分，然后计算所述电能计量误差，所述电能计量误差=电能量数据一标准电能； 提取关联量模块，获取多个数据，所述多个数据包括所述温度、湿度、振动频率、振动幅度、实测一次电流、实测一次电压、电场强度和磁场强度，将所述多个数据作为关联分析的多个关联输入量，将所述电能计量误差作为被关联输入量，采用关联分析计算所述多个数据中每个数据和所述电能计量误差的关联度，分别判断所述关联输入量是否为关联量; 计算影响程度模块，判断所述提取关联量模块中提取的所述关联量是否为所述电能计量误差的直接影响量，若所述提取关联量模块中提取的所述关联量是对所述电能计量误差的直接影响量，则所述关联量和所述电能计量误差的所述关联度即为对所述电能计量误差的影响程度，其中，所述直接影响量包括所述实测一次电流和实测一次电压，若所述提取关联量模块中提取的所述关联量是对所述电能计量误差的间接影响量，则计算所述间接影响量与其相关联的直接影响量之间的相关系数，再根据所述相关系数计算所述间接影响量对所述电能计量误差的加权影响程度，其中，所述间接影响量包括所述温度、湿度、振动频率、振动幅度、电场强度和磁场强度； 存储本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字化电能计量装置的在线误差分析系统，包括电流电压传感单元、环境传感单元以及计算机，用于对数字化电能计量装置进行在线误差分析，所述数字化电能计量装置包括组合式电子互感器、合并单元以及数字式电能表，其中，所述组合式电子互感器包括组装在一起的电子式电流互感器和电子式电压互感器，其特征在于：所述电流电压传感单元包括电磁式电流互感器、电磁式电压互感器、第一微处理器和第一直流电源，其中，所述第一直流电源为所述第一微处理器供电，所述电磁式电流互感器、所述电磁式电压互感器均安装于母线上，分别获取所述母线的准确一次电流和准确一次电压，通过所述第一微处理器将所获取的所述准确一次电流和准确一次电压传送至所述计算机；所述环境传感单元包括温度传感器、湿度传感器、振动传感器、第二微处理器和第二直流电源，其中，所述第二直流电源为所述第二微处理器供电，所述温度传感器、所述湿度传感器和所述振动传感器均安装于所述组合式电子互感器的基座处，分别获取所述组合式电子互感器运行环境的温度、湿度、振动频率及振动幅度，通过所述第二微处理器将所获取的所述温度、湿度、振动频率及振动幅度传送至所述计算机；所述计算机通过所述合并单元获取所述组合式电子互感器测得的母线实测一次电流和实测一次电压，所述计算机还获取所述数字式电能表的电能量数据；所述计算机计算标准电能和所述数字式电能表的电能计量误差，并分别计算所述温度、湿度、振动频率、振动幅度、母线实测一次电流和实测一次电压对所述电能计量误差的影响程度。...

【技术特征摘要】
1.一种数字化电能计量装置的在线误差分析系统，包括电流电压传感单元、环境传感单元以及计算机，用于对数字化电能计量装置进行在线误差分析，所述数字化电能计量装置包括组合式电子互感器、合并单元以及数字式电能表，其中，所述组合式电子互感器包括组装在一起的电子式电流互感器和电子式电压互感器，其特征在于: 所述电流电压传感单元包括电磁式电流互感器、电磁式电压互感器、第一微处理器和第一直流电源，其中，所述第一直流电源为所述第一微处理器供电，所述电磁式电流互感器、所述电磁式电压互感器均安装于母线上，分别获取所述母线的准确一次电流和准确一次电压，通过所述第一微处理器将所获取的所述准确一次电流和准确一次电压传送至所述计算机； 所述环境传感单元包括温度传感器、湿度传感器、振动传感器、第二微处理器和第二直流电源，其中，所述第二直流电源为所述第二微处理器供电，所述温度传感器、所述湿度传感器和所述振动传感器均安装于所述组合式电子互感器的基座处，分别获取所述组合式电子互感器运行环境的温度、湿度、振动频率及振动幅度，通过所述第二微处理器将所获取的所述温度、湿度、振动频率及振动幅度传送至所述计算机； 所述计算机通过所述合并单元获取所述组合式电子互感器测得的母线实测一次电流和实测一次电压，所述计算机还获取所述数字式电能表的电能量数据； 所述计算机计算标准电能和所述数字式电能表的电能计量误差，并分别计算所述温度、湿度、振动频率、振动幅度、母线实测一次电流和实测一次电压对所述电能计量误差的影响程度。2.如权利要求1所述的数字化电能计量装置的在线误差分析系统，其特征在于，还包括电磁环境传感单兀 ，所述电磁环境传感单兀包括电场传感器、磁场传感器、第三微处理器和第三直流电源，其中，所述第三直流电源为所述第三微处理器供电，所述电场传感器、所述磁场传感器均安装于所述组合式电子互感器的基座处，分别获取所述组合式电子互感器运行环境的电场强度和磁场强度，通过所述第三微处理器将所获取的所述电场强度和磁场强度传送至所述计算机。3.如权利要求2所述的数字化电能计量装置的在线误差分析系统，其特征在于，所述计算机包括下述模块: 计算电能计量误差模块，首先计算所述标准电能，所述标准电能=(准确一次电流X准确一次电压)对时间的积分，然后计算所述电能计量误差，所述电能计量误差=电能量数据一标准电能； 提取关联量模块，获取多个数据，所述多个数据包括所述温度、湿度、振动频率、振动幅度、实测一次电流、实测一次电压、电场强度和磁场强度，将所述多个数据作为关联分析的多个关联输入量，将所述电能计量误差作为被关联输入量，采用关联分析计算所述多个数据中每个数据和所述电能计量误差的关联度，分别判断所述关联输入量是否为关联量； 计算影响程度模块，判断所述提取关联量模块中提取的所述关联量是否为所述电能计量误差的直接影响量，若所述提取关联量模块中提取的所述关联量是对所述电能计量误差的直接影响量，则所述关联量和所述电能计量误差的所述关联度即为对所述电能计量误差的影响程度，其中，所述直接影响量包括所述实测一次电流和实测一次电压，若所述提取关联量模块中提取的所述关联量是对所述电能计量误差的间接影响量，则计算所述间接影响量与其相关联的直接影响量之间的相关系数，再根据所述相关系数计算所述间接影响量对所述电能计量误差的加权影响程度，其中，所述间接影响量包括所述温度、湿度、振动频率、振动幅度、电场强度和磁场强度； 存储模块，存储所述计算影响程度模块中得出的多个误差分析结果作为数据样本，建立专家系统。4.如权利要求3所述的数字化电能计量装置的在线误差分析系统，其特征在于，所述提取关联量模块包括下述子模块: 获取数据子模块，获取多个数据，所述多个数据包括所述实测一次电流、实测一次电压、温度、湿度、振动频率、振动幅度、电场强度和磁场强度，所述实测一次电流、实测一次电压的采样序列分别为序列\ = Ixj⑴，\⑵，...，Xj (η)}，j = 1、2 ;所述温度、湿度、振动频率、振动幅度、电场强度和磁场强度的采样序列分别为序列\ = Iti⑴，\ (2)，...，\ (η)}，i = 1、2…6 ； 计算关联度子模块，首先将所述标准电能与所述数字式电能表的所述电能量数据做比对，得出所述数字式电能表的电能计量误差序列为Xtl = Ix0(I), X0 (2),...,X0 (η)}, η为所取的序列点数，然后计算所述序列\和所述电能计量误差序列Xtl的关联系数? j(k)为:其中，P为分辨系数，ζ^?ο为点k在所述序列&对所述电能计量误差序列Xtl的关联系数，l^k^n,最后，计算所述序列\对所述电能计量误差序列Xtl的关联度L为:计算所述序列\与所述电能计量误差序列Xtl的关联系数ζ Jk)及关联度Yi的公式与计算所述序列\的相同； 判断关联量子模块，分别判断所述多个关联输入量的所述关联度是否大于等于关联阈值，是则所对应的关联输入量是关联量，否则所对应的关联输入量不是关联量。5.如权利要求3或4所述的数字化电能计量装置的在线误差分析系统，其特征在于，所述计算影响程度模块包括下述子模块: 判断影响量子模块，判断所述提取关联量模块中提取的所述关联量是否为所述电能计量误差的直接影响量，是则所述关联量和所述电能计量误差的所述关联度即为对所述电能计量误差的影响程度，否则由计算加权影响程度子模块进行处理； 计算加权影响程度子模块，首先获取所述间接影响量的序列ti;其相关联的直接影响量的序列计算所述序列\和所述序列\的相关系数P为:其中，P (ti； Xj)为相关系数,CovUi, Xj)为互协方差，D Ui)和D (Xj)为自协方差,若所有所述直接影响量与所述电能计量误差的所述关联度分别为YT..L.，其中与所述间接影响量相关联的直接影响量与所述电能计量误差的关联度为Y，所述间接影响量与其相关联的所述直接影响量的线性相关系数为P，计算所述间接影响量对所述电能计量误差总的加权影响程度η为:6.如权利要求1或2所述的数字化电能计量装置的在线误差分析系统，其特征在于，还包括电源传感单元，所述电源传感单元包括电流传感器、电压传感器、第四微处理器和第四直流电源，其中，所述第四直流电源为所述第四微处理器供电，所述电流传感器、所述电压传感器均分别安装于所述合并单元和所述数字式电能表的供电电源进线处，分别获取所述合并单元及所述数字式电能表的供电电源波动量及干扰，通过所述第四微处理器将所获取的所述供电电源波动量及干扰传送至所述计算机。7.如权利要求6所述的数字化电能计量装置的在线误差分析系统，其特征在于，所述计算机包括下述模块: 计算电能计量误差模块，首先计算所述标准电能，所述标准电能=(准确一次电流X准确一次电压)对时间的积分，然后计算所述电能计量误差，所述电能计量误差=电能量数据一标准电能； 提取关联量模块，获取多个数据，所述多个数据包括所述温度、湿度、振动频率、振动幅度、实测一次电流、实测一次电压、电场强度、磁场强度、供电电源波动量和干扰，将所述多个数据作为关联分析的多个关联输入量，将所述电能计量误差作为被关联输入量，采用关联分析计算所述多个数据中每个数据和所述电能计量误差的关联度，分别判断所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张秋雁，杨爱冰，肖监，欧家祥，徐宏伟，王路，李红斌，程含渺，
申请(专利权)人：贵州电力试验研究院，贵阳供电局，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：贵州;52