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。

直流输电输送了我国95%以上的跨区域电能，输电总容量相当于5.8个三峡工程装机容量。但目前直流输电系统缺乏有效的能效计量方法、高精度的直流计量及溯源成套设备和综合能效计量系统，因此在直流侧尚未开展电能计量，只能通过直流输电系统两端交流侧电能分析系统整体能耗，导致整个直流输电系统能耗是一个“黑匣子”，无法准确计量分析直流输电系统的能效水平。因此，亟需解决直流输电系统能效计量领域一系列技术难题，实现系统能效精准计量，推动直流输电系统进一步发展。通过产学研用协同攻关，项目取得了直流输电系统能效计量及溯源重大关键技术突破。 项目制定了国家计量检定规程JJG 1157-2018《直流电流互感器》等技术标准4项，规范了我国直流输电系统直流计量检定试验工作。项目获得发明专利授权13项，实用新型专利授权11项，软著4项，发表论文19篇，其中EI检索7篇，研制设备26套，开发系统及平台2套。中国电机工程学会鉴定认为：该成果在直流输电系统能效计量及溯源技术同类研究中，整体水平处于国际领先。

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。

本项目是南方电网公司重点科技项目，属于电气测量技术及其仪器仪表技术领域。 随着网络信息技术及智能化的发展，数字化测量技术已成为测量领域的发展方向，智能电网的建设使得数字化测量和计量得到大面积应用。数字化计量在设备接口及功能、传输链路、溯源方法、检测技术方面带来变革，虽然国内外已开展了大量研究，但均局限于单一设备及方法，数字化计量设备向国家基准溯源仍存在链路断点，计量检测不成体系，导致数字化计量准确性和法制性难以得到保障。 项目历经多年攻关，研究建立了从数字量到模拟量的不间断溯源链路，以及涵盖交直流电子式互感器、合并单元、网络设备及数字化电能表等数字化测量各环节、从单一设备到间隔和站域的整体检测系统、现场与实验室研究平台，开发了溯源及检测的成套装备。项目提出了4个主要创新方法，建立了2个仿真、研究平台，形成了18套软硬件系统。

近年来，智能变电站数字化计量系统得到广泛应用，实际应用效果不理想，出现很多故障和缺陷。截至2014年底，全国共出现过电子式互感器故障500余台次。频繁出现母线进出电量不平衡、线损率超标的情况，甚至出现了因合并单元缺陷导致保护误动的严重事故。这些问题导致了电子式互感器、数字化电能表等设备受到用户普遍质疑，导致其推广步伐受到严重阻碍。 项目共申请发明专利18项（截至目前取得授权11项），取得实用新型专利授权17项、取得软件著作权1项，主持编写中电联、中国仪器仪表学会团体标准2项、国网企标1项，编写国家标准2项、行业标准4项以及团体标准1项；发表论文20篇（其中SCI检索7篇，EI检索7篇，中文核心6篇）；研制了数字化计量双平台试验系统、数字化计量系统级测试仪等试验装备。项目研究成果在国网江苏电科院和南瑞继保等10家单位进行了应用，取得了显著的经济和社会效益，具备较好的推广应用前景。项目经中国电机工程学会组织技术鉴定，成果达到国际领先水平。用前景。项目经中国电机工程学会组织技术鉴定，成果达到国际领先水平。

电网现场电能表计、测控（RTU）&保护装置、合并单元等是保障电网安全经济运行的重要电测设备，各类应用系统采集终端，共同构成了电力系统测量网，是电力大数据的信息之源。对这些设备进行各类误差校验、参数测试/分析、回路检查的各类便携式测量仪统称为交流电参量测量仪，是保障上述设备准确测量、可靠运行的重要运维工具、坚实基础，测量仪理应有更高的技术要求，它代表着中国仪器仪表技术水平。 项目标准建立了交流电参量现场测量仪系列产品标准体系，完善或修订了电能表验收标准，填补了新型电能表及无功电能表标准空白。项目相关成果包括授权发明专利11项，实用新型专利2项；学术论文13篇，其中SCI/EI论文7篇。以本项目标准为核心的科技成果获省部级一等奖3项。其主要创新： 1）创新建立测量仪标准体系：以“总规范+分规范+专用规范”三层架构为组织，分层构建全信号、全系列、多专业电测量仪统一标准体系，实现电力测量仪标准体系科学有机统一。 2）创新制定测量仪现场测量性能技术指标体系。基于大量反复试验、制定涵盖严酷环境及复杂工况各类关键指标50余项、验证点600多个，解决繁杂多参数技术指标构建及现场应用难题；通过电参数算法模型及相应仿真，创新提出数字化测量误差限值表示方法，解决制约数字化应用关键难题。 3）创立数字化测量仪量值溯源体系。基于标准表源比较法误差校准理论，创新提出数字化计量校准理论及系列校准方案，使数字化计量“溯源”归一到模拟“量传/溯源系统”中，实现模溯源链路统一，简化电测计量体系，节约计量管理成本。 经济效益：标准形成各类技术文件，直接作用于企业生产经营各个环节，产生“生产力”；标准使产品电磁兼容性提高，现场调试、稽查作业更加突出，三年挽回电量损失1.2亿千瓦时；数字化设备参数标准化，杜绝了数字化计量系统参数配置差错导致线损异常事件发生，智能变电站运行更加可靠；标准促进产品系列化，结构模块化，生产厂家降低成本35%，新型测量仪产品市场规模超过15亿元，产品品质提升、竞争力增强出口至欧亚多国，著名测量仪、电表厂商新增销售额3.0152亿元、利润4194万元，对社会产值贡献突出。 社会效益：标准推动电力监测设备技术更加完善，现场性能更加突出，电网运行更加稳定可靠。确保电量器具准确、贸易公平公正。数字化技术标准极大促进了数字计量技术发展，推动智能变电站建设。健全先进标准体系，也推动中国电测仪表技术及检测装备、元器件配套产业化发展。

面对业务发展对35kV及以上变电站（含统调电厂）关口表计电量数据接入的趋势，采 用“分散采集、集中应用”的采集模式，基于分布式技术构建多信道、高可用的主网采集模型，形成高吞吐量、低延时的高性能采集架构。通过地调采集层实现计量感知，通过入库服务层完成省地两级电量数据快速集中化存储，满足主网全采集要求，提高了采集可靠性和及时性。在保持DL/T 719-2000规约总体架构不变的基础上，充分考虑电能量计量业务的发展情况，对规约进行扩展和统一，对规约中未明确的数据类型和交互流程进行规范；满足电能量计量系统对设备的运行管理及计量业务发展的需求，最大化发挥设备软硬件性能，并具备一定前瞻性，大幅减少工程调试及运维管理工作量，提升数据采集传输稳定性和可靠性。

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。