数字电能计量系统检定方法综述

数字电能计量系统检定方法综述

摘要：在传统的电能行业中，对于电能的准确计量是一项十分重要的工作，直

接关系到了电力公司对电能的统计。随着技术的不断进步，传统的电能计量仪器

已经被各种先进的数字电能计量系统取代，成为了电能计量的主要仪器。对于这

种新系统的检定方法，也随着技术的改进而有所不同，本文主要针对数字电能计

量系统进行介绍，从多个方面来来分析计量系统的检定方法，通过介绍和分析后，希望能够对他人有所帮助。

关键词：数字化电能计量；电子式互感器；数字电能表；现场检定

一、数字电能计量系统现场检定的意义

对于我国以往所使用的变电站来看，该变电站当中的电磁式互感器主要是通

过对电压信号、以及电流信号进行模拟，并在电缆传输之后传递到电能表当中进

行输出。在该过程当中，电能表不但可以在极大的程度上装换位数字量，而且可

以有效的从中计算出电能值。就电磁式互感器整个过程的输出而言，看起来十分

合理，但不可否认的是，在该过程当中进行的二次导线会在一定的程度上出现压

降的情况，该情况的出现也将为其带来许多不好的问题，例如：所收电费比实际少、供电量不平衡等。因此，为了在极大的程度上改善这一问题，变电站随之在

我国科技水平进一步提升的影响下，逐渐趋向了智能化、数字化的发展，而这种

数字变电站的到来也将对变电站今后的发展带来十分积极的作用。对于数字变电

站而言，数字电能计量系统作为其中非常重要的一部分，由于数字电能计量系统

运行过程的不同，所以，其会直接导致数字化变电站与传统的变电站的计量现场

检测技术也不尽相同。因此，为了促使我国电网在今后得到更好的提升，且保证

其在工作的过程中不会出现一系列没必要的问题，相关人员就需要对数字电能计

量系统现场检定技术加以研究。

二、数字化电能计量系统的现场检定技术现状

2.1电子式互感器现场检定技术

目前国内电子式互感器检定的方法基本上都是采用的直接测量法，为电子式

电流互感器现场校验原理图。一路是被测电子式互感器，一路是由传统的标准互

感器以及标准A／D构成的标准通道，然后通过直接测量的方法，测出电子式互

感器的误差。这种方式符合电子式互感器的实际工况，并且电子式互感器校验仪

可以溯源到更高一级标准。缺点是由于采用的是直接测量方法，对电子式互感器

校验仪的准确度要求较高，如果现场校验0．2级互感器，则需要电子互感器校

验仪整体准确度达到0．O5级，而且涉及到IEE61850—9—1等数字传输的通信协议，需要重新开发测试设备，成本比较高。

2.2数字化电能表检定技术

在数字化变电站中采用的数字化电能表与传统的三相多功能电能表的工作原

理完全不同，数字电能化表所接收的信号是光纤以太网传送的数字化电流、电压

信号，而不是传统的57．7V／100V的电压信号，或者是5A／lA的电流信号。不

存在电流互感器、电压互感器及A／D转换等单元。数字化电能表获取数字化的

电流电压瞬时值后，采用数字信号处理算法直接计算得到电功率和电能等电能计

量数据。理论上说数字化电能表白身没有A／D环节，只是进行一下数学运算，

是没有误差的。但实际可能产生的误差有两部分，一是由算法引起的误差，这种

误差与信号的频率波动、波形以及非同步采样有关：另外是浮点数运算时有效位

误差，为计算机系统固有误差，可以说是截断误差。

某电力试验研究院研制了数字化电能表校验装置及其溯源体系。整个校验系

统包含标准功率源、校准装置和工控机三部分。其中的校准装置包括标准表和模

拟合并单元，其误差作为整体由更高精度的模拟标准电能检定装置（COM3000）

进行检定。校验装置的关键部分是模拟合并单元，将模拟信号采集后，按照

IEC61850—9—1协议组成以太网帧，通过光纤网络或者双绞线网络发送给被检电

能表。这种方法很好的解决了数字电能表的溯源问题。但是IEC61850—9—1协议

中限制了每相电流（电压）信息的长度为2个字节，即16位2进制数。校验装

置计算电能使用的数据为数字抽样完整的数据，而抽样数据传输给数字化电能表

时必须遵循IEC61850—9—1协议，这样导致了在进行IEC61850—9—1数据封装时

带来了截断误差。而且在小信号情况下此截断误差必然增大。可能远大于电能计

量算法误差。

事实上在数字化变电站中，由于IEC61850—9—1协议限制的带来的采样数据

截断误差应该算为电子式互感器的误差比较合适。实际上在电子式互感器现场校

验中，的确将这一误差算为其误差的一部分。如果这里再重复计算，是不合理的。也就是这种检定方式得出的电能表的误差，并不是数字化电能表的真实误差。

三、功率测量误差A类不确定度评定

由于试品校准点较多，此处评定只选择了两个有代表性的校准点进行：30%

额定电流处（常用负荷），100%额定电流处两点。对30%额定电流和100%额定

电流两点功率误差进行6次重复测量。

通过数字电能计量系统与传统电能计量系统的直接比对，在额定功率条件下，A类不确定度达到9.0x10-5置信概率达到97.15%，功率误差为1.013%。

四、数字电能计量系统整体检定技术

从整体情况来看，数字电能计量系统中数字电能表的检定问题始终困扰着业

内人士，那么加强数字电能计量系统的整体检定技术的研究和探索具有重要意义。

4.1数字电能计量系统整体检定技术的原理分析

数字电能计量系统由被测电子式互感器、电子式电压互感器、合并单元以及

数字电能表组合而成。电子式电流互感器实现了对一次电流信号的有效转化，以

光纤为传送方式，将其传送到合并单元。从实际情况来看，合并单元能够将数字

化的电流电压信号进行标准处理后发送给数字电能表。数字电能表能够通过数字

帧直接提取电流电压相关的数据，在此基础上进行标准化的计算，可得出精准可

靠地电能信息，从而进行电能脉冲信号的发送。

与此同时，传统的标准电能计量系统在实际运行过程中，传统标准电能表校

验仪直接进行二次信号的数字采样，并进行精准的计算后得出标准电能值。将此

结果与数字电能表的电能脉冲进行对比分析，即可得出数字电能系统的电能计量

误差。数字化电能计量系统整体检定技术的实际应用情况显示，该技术能够真实

的反映出数字电能计量系统的误差，并且该校验方式的实际应用原理结构简单且

清晰，满足数字化变电站的实际需要，

4.2数字电能计量系统整体检定方法的测试结果

本文中我们采用数字电能计量系统整体检定技术对某市数字化变电站中的电

能计量系统进行现场检定，现进行简要分析和讨论。该数字化变电站采用标准规

格的电子式光学电流互感器，额定电流满足国家相关标准。数字电能表为同一公

司生产的三相数字式多功能电能表。采用传统电磁式电压互感器为被测电压互感器。将标准电流互感器的级别进行明确，对额定工作电流进行明确，并对标准电

压互感器和标准电能表校验仪的准确度级别进行明确。通过对比可知，额定功率