CN102608472A - 电网量测和监测系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电网量测和监测系统，包括：一个由若干变输电组成的局域电网；一个用于对整个局域电网的电能进行测量的高压电能测量装置；一个用于对整个局域电网的电能进行准确测量的标准高压电能测量装置；一个用于接收、处理、储存、发送、显示测量结果的数据处理装置；至少一个用户高压电能测量装置和至少一个标准用户高压电能测量装置；及一个用于对所获得的数据进行处理、量测、显示、监测的数据处理中心。本发明还提供了一种电网量测方法和监控方法。本发明提供的方案既能解决高压电能计量不准确的问题，又可以得到电力系统急待需要而一直无法解决的两个重要参数的值即铁损和线损；同时可以监测整个电网的运行状况。

Description

电网量测和监测系统及其方法

技术领域

本发明涉及电网量测系统及电网量测方法和电网监测方法，尤其涉及一种基本局域电网的量测系统及其量测方法和局域电网的量测系统及局域电网的监测方法。

背景技术

目前我国高压电网分成不同层次的局域电网，其包括500kV、220kV、110kV、60kV、35kV、20kV、10kV等若干变输电组成的电力网络，超高电压通过各级变电站最终转变为低电压，例如110kV高压电通过变电站以后将转变为60kV、35kV、20kV、10kV高压电，10kV高压电通过变电室以后将转变为380/220V的低压电配送给千家万户的低压用户。在电网电能的计量中，不仅380/220V的低压用户需要计量电能，高压用户、输变电之间也需要计量电能以便结算。一般地，在变压器的一次侧连接有一个高压电能测量装置，该高压电能测量装置可以是高压电能表、电能计量柜等可对高压电能进行计量的仪表或装置。

虽然世界上不同国家的电网层次不尽相同，但是世界各国目前的高压电能测量都由电压互感器、电流互感器和低压电能表三者组合而成。通过电压互感器，把高电压转化为低电压，通过电流互感器，把大电流转化为小电流以后，再通过低压电能表计量，其最高准确度约定为0.7％，满足不了电能结算的实际需要；而且互感器体积庞大，难以拆卸，无法实施三合一的整体计量校准或检定。

从理论上说，整个电网应该是一个闭合系统，遵循能量守恒定律，即一个局域电网中用于测量该局域电网整个电能消耗的高压电能测量装置的测量值应该等于该局域电网中各用户的电能表测量值之和，但是目前高压电能测量装置的精度约定为0.7％，变压器本身和电网线路存在损耗，甚至还存在一些非用户的损耗，如窃电等，因此测量得到的该局域网络整个电能消耗与所测量得到的其所有用户电能消耗往往存在较大差别，但是，到目前为止整个电网的电能测量没有建立核查体系。

中国发明专利ZL200910000667.0公开了一种新型的三相电能测量装置(该专利已经提交了PCT申请并在美国、加拿大、澳大利亚等国得到受理)，其基本原理框图如图1所示，它采用V/V和I/V新技术、三相四线“虚地”星型结构形式，实现了高压电能高准确度的测量，该装置包括：能够进行三相电压检测和三相电流检测的传感单元1-6，能够接收传感单元1-6的检测数据并进行电能测算的测量单元M7，及用于将测量单元M7的测算数据通过无线发送到工作区的数据发送单元T8。该新型的三相电能测量装置在现场工作的准确度可以达到0.2％，甚至更高。

相比于局域电网中现有的高压电能测量装置，该新型的三相电能测量装置准确度大大提高，用该新型的三相电能测量装置取代局域电网中现有的高压电能测量装置，无疑是一种最好的选择，然而，整个国家电网中的高压电能测量装置数量庞大，从经济角度考虑整体替换并不可行，因此目前迫切需要一种既能提高电网的计量水准而又经济且易行的解决方案。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了如下的解决方案：一种基本局域电网量测系统，包括：一个变压器，用于将高压电变换为低压电；一个与电网供电线连接的高压电能测量装置，用于对所述基本局域电网的电能进行测量；若干个用户电能表，用于对低压用户使用的电能进行计量；及若干输电线路；该量测系统还包括一个与电网供电线连接的标准高压电能测量装置和一个数据处理设备；其中，所述标准高压电能测量装置用于对所述基本局域电网的电能进行测量，并且所述标准高压电能测量装置的测量准确度比所述高压电能测量装置的测量准确度高；所述数据处理设备用于接收所述标准高压电能测量装置的测量数据和所述高压电能测量装置的测量数据，通过比对方式对所述高压电能测量装置进行整体校准或检定。

进一步，上述基本局域电网量测系统的数据处理设备还用于对上述电能测量数据进行处理以获得用户电能表的电能测量误差、所述变压器的磁滞损耗和局域电网的非用户的线路损耗。

本发明还提供了一种基本局域电网量测系统的电网量测方法，其包括如下步骤：根据预设的采样时间Δt获取一个基本局域电网中用于计量所述基本局域电网电能的所述高压电能测量装置的测量数据；根据该预设的采样时间Δt获取一个用于现场校准所述基本局域电网中所述高压电能测量装置的所述标准高压电能测量装置的测量数据；对所获取的所述高压电能测量装置的测量数据与所述标准高压电能测量装置的测量数据进行处理。

本发明还提供了如下的解决方案：一种局域电网量测系统，包括：一个主变压器，用于将高电压变换为至少一个下一层次的次高电压；至少一条输电干线，用于分别与所述主变压器的输出端相连；至少一条从所述输电干线分出的分输电干线，用于给所述分输电干线的用户输送所述输电干线所输送的次高电压；一个与电网供电线连接的主高压电能测量装置，用于对所述局域电网的电能进行测量；至少一个用户高压电能测量装置，分别对所述分输电干线的电能进行测量；该量测系统还包括：一个与所述局域电网供电线连接的主标准高压电能测量装置和一个主数据处理设备、至少一个用户标准高压电能测量装置和至少一个用户数据处理设备；所述至少一个用户标准高压电能测量装置用于分别对所述至少一条分输电干线的电能进行测量，并且所述至少一个用户标准高压电能测量装置的测量准确度分别比相应的所述至少一个用户高压电能测量装置的测量准确度高；所述至少一个用户数据处理设备用于分别接收相应的所述至少一个用户标准高压电能测量装置的测量数据和相应的所述至少一个用户高压电能测量装置的电能测量数据，通过比对方式对所述至少一个用户高压电能测量装置进行整体校准或检定，并获得所述至少一个用户高压电能测量装置的电能测量误差和所述至少一个分输电干线的非用户的线路损耗；所述主标准高压电能测量装置用于对所述局域电网的电能进行测量，并且所述主标准高压电能测量装置的测量准确度比所述主高压电能测量装置的测量准确度高；所述主数据处理设备用于接收所述主标准高压电能测量装置的测量数据、所述主高压电能测量装置的电能测量数据及来自于所述至少一个用户数据处理设备的数据，通过比对方式对所述主高压电能测量装置进行整体校准或检定，并获得所述主标准高压电能测量装置的电能测量误差、所述主变压器的磁滞损耗和所述局域电网的非用户的线路损耗。

本发明还提供了一种电网监测方法，其包括如下步骤：根据预设的时间同步获取各个所述局域电网中数据处理装置的测量数据；将所获取的测量数据进行处理，通过数表的方式来实时得到电网各参数的具体运行状况；通过数理统计的方法来得到电网运行趋势；通过实际测量数据与正常运行数据的比较来实时监测电网安全运行状况。

本发明提供的电网量测和监测系统及方法，不仅能实施对高压电能测量装置的整体校准或检定，提供高压电能测量装置的测量误差，解决高压电能计量不准确的问题；而且可以得到电力系统急待需要而一直无法解决的两个重要参数的值，即铁损和线损；同时按本发明的方法可以监测系统中每一台设备、每台表的运行状态以及整个电网的运行状况，这对于建设坚强的智能电网具有关键性的意义。

附图说明

图1为现有的三相电能测量装置示意图。

图2为本发明的高压电能计量现场校准装置及其在电网中的连接示意图。

图3为本发明的10kV基本局域电网量测系统结构示意图。

图4为本发明的110kV局域电网监测系统结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。

目前在我国的供电网络中500kV的超高压电通过500kV变压器变换为220kV的高压电，220kV的高压电通过220kV变压器变换为110kV的高压电，110kV的高压电通过110kV变压器可变换为60kV、35kV、20kV、10kV等高压电，60kV、35kV、20kV、10kV的高压电均有可能通过变电室变换为380/220V的低压电配送给千家万户的低压用户。本发明的高压电能计量现场校准装置可以适用于500kV、220kV、110kV、60kV、35kV、20kV、10kV等局域电网中。图2为本发明的高压电能计量现场校准装置及其在电网中的连接示意图，为简化起见，图2中只画出了三相中的一相，其它二相的连接方式与其相同。如图2所示，图右侧虚框为局域电网中现有的高压电能测量装置，它由电压互感器、电流互感器和低压电能表三者组合而成，通常与变压器的一次侧相连，有时也与变压器的二次侧相连，用于对该局域电网高压电能进行计量。图左侧为本发明的高压电能计量现场校准装置，该校准装置包括一个标准高压电能测量装置和一个数据处理设备；标准高压电能测量装置作为一个现场工作标准与电网相连，用于对该局域电网电能进行准确测量，其可采用例如如上所述的中国发明专利ZL200910000667.0公开的三相电能测量装置；数据处理设备用于接收标准高压电能测量装置的测量数据和高压电能测量装置的电能测量数据，通过比对方式可以实现对该高压电能测量装置的整体校准或检定，进一步对上述测量数据进行处理还可得到该局域电网中用户电能表的电能测量误差、变压器的磁滞损耗(铁损)和该局域电网的非用户的线路损耗，必要时数据处理设备可以存储、显示、输出、发送相应的数据。所述测量数据可以是三相电流、三相电压、电能、有功功率、无功功率、相位等，数据处理设备可以与标准高压电能测量装置一体安装，也可与标准高压电能测量装置分离，为一个独立的设备。

在本发明中，将高压电通过变压器直接变换为低压电的局域电网称为基本局域电网，例如60kV、35kV、20kV、10kV基本局域电网。图3以10kV基本局域电网量测系统为例，示出了本发明的基本局域电网的量测系统结构，在该基本局域电网的量测系统中标准高压电能测量装置和高压电能测量装置在电网中的连接方式同图2。具体到10kV基本局域电网量测系统，其包括一个10kV配电变压器、一个高压电能计量现场校准装置、一个10kV高压电能测量装置(未图示)及其供电的380/220V用户群。该系统高压电能计量现场校准装置包括一个与10kV配电变压器连接的10kV标准高压电能测量装置和一个数据处理设备；其中该10kV标准高压电能测量装置作为一个现场工作标准，用于对10kV基本局域电网进行高准确度的量测；数据处理设备可以包括：数接收模块，数据处理模块，数据存储模块，显示模块，数据发送模块。其中数据接收模块用于接收来自于该10kV标准高压电能测量装置的测量数据和10kV高压电能测量装置的测量数据，数据处理模块对上述接收的数据进行数据处理，获得基本局域电网中变压器的磁滞损耗即铁损、线路的传输损耗即铜损及各用户电能表的电能测量误差，数据存储模块用于将各数据和处理结果进行储存，以防止在通信网络发生故障时丢失数据，发送模块用于发送已进行处理和/或储存的数据，通过显示模块显示测量数据和/或处理结果，对该基本局域电网进行实时监测。当然，数据处理设备可以与10kV标准高压电能测量装置一体安装，也可与10kV标准高压电能测量装置分离，为一个独立的设备。

进一步地，数据处理设备可以按照下述方式对所接收的10kV标准高压电能测量装置的测量数据和10kV高压电能测量装置的测量数据进行处理，获得基本局域电网中变压器的磁滞损耗即铁损、线路的传输损耗即铜损及各用户电能表的电能测量误差。如图3所示，10kV基本局域电网量测系统中10kV配电变压器输出380/220V电压，按三相基本平衡的方式配送到各家各户。n家负载L的用电通过n个用户电能表测量。在10kV配电变压器一次侧安装的10kV标准高压电能测量装置与n个用户电能表的电能测量结果通过数据传输网络同步读取传送，每次采集结果应满足下述式(1)：

$\mathrm{\Δ}{E}_0=[{\left(\frac{u_{0A}}{u_{0N}}\right)}^2+{\left(\frac{u_{0B}}{u_{0N}}\right)}^2+{\left(\frac{u_{0C}}{u_{0N}}\right)}^2]P_{\mathrm{Fe}0}\mathrm{\Δt}+({i_{0A}}^2+{i_{0B}}^2+{i_{0C}}^2)R_{\mathrm{Cu}0}\mathrm{\Δt}+\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{0i}{\mathrm{\ΔE}}_{0\mathrm{Mi}}---\left(1\right)$

式中：

Δt为电能测量采样时间间隔；

ΔE₀为标准高压电能测量装置在采样时间间隔Δt内的电能测量结果；

u_0N为变压器的额定输出相电压，10kV变压器额定输出的相电压为5.7735kV；

u_0A、u_0B、u_0C为变压器一次侧三相电压测量结果，即实际输入相电压；

P_Fe0为该变压器在额定电压下的磁滞损耗(铁损)；

i_0A、i_0B、i_0C为变压器一次侧三相电流测量结果；

R_Cu0为该变压器和基本局域电网总的等效铜损电阻，该项值为基本局域电网的非用户的线路损耗；

W_0i为用户电能表Mi的刻度常数，((1-W_0i)100％)就是该用户电能表的电能测量误差，i的取值范围为1～n，其中n为该基本局域网络中用户电能表的总数；

ΔE_0Mi为用户电能表M_i在时间间隔Δt内的电能测量结果。

式(1)是一个多元一次方程，其未知数包括P_Fe0、R_Cu0和n个W_0i，即共有未知数n+2个，因此只需n+2次不同时刻采样的测量结果，便可对式(1)进行联立求解，从而得到每一个用户电能表的刻度常数(或者说它的电能测量误差)、10kV变压器的磁滞损耗(即铁损)和该基本局域电网的非用户的线路损耗。显然，式(1)不只针对10kV基本局域电网，60kV、35kV、20kV基本局域电网同样适用。

本发明还提供一种上述基本局域电网的量测方法，该方法包括如下步骤：根据预设的时间Δt获取一个基本局域电网中用于计量该基本局域电网电能的高压电能测量装置的测量数据；根据该预设的时间Δt获取一个用于现场校准该基本局域电网中高压电能测量装置的标准高压电能测量装置的测量数据；对所获取的高压电能测量装置的测量数据与标准高压电能测量装置的测量数据进行处理。

对于110kV以上的局域电网，其构成要比上述基本局域电网复杂，经一个主变压器变换后的高电压可能有多种层次。图4以110kV局域电网量测系统结构为例示出了本发明的局域电网量测系统的一种结构。在该系统中主标准高压电能测量装置、主高压电能测量装置、用户标准高压电能测量装置、用户高压电能测量装置在电网中的连接方式同图2。具体到110kV局域电网量测系统，其包括一个110kV主变压器、110kV主高压电能测量装置(未图示)、10kV和35kV主干线、60kV、20kV主干线(未图示)，及其供电的10kV用户群和35kV用户群、60kV和20kV用户群(未图示)，这些用户群中的每一个可以是上述基本局域电网中的任一个，这些用户群中用户为上述主干线的分干线上的用户；该110kV局域电网量测系统还包括与110kV主变压器连接的110kV主标准高压电能测量装置和与10kV、35kV用户变压器连接的10kV用户标准高压电能测量装置和35kV用户标准高压电能测量装置及其用户数据处理设备，及与60kV、20kV用户变压器连接的60kV用户标准高压电能测量装置和20kV用户标准高压电能测量装置及其用户数据处理设备(未图示)，这些标准高压电能测量装置可作为现场工作标准，用于对110kV、60kV、35kV、20kV、10kV电网进行高准确度的量测。该110kV局域电网量测系统还包括一个主数据处理设备，主数据处理设备可以包括：主数据接收模块，主数据处理模块，主数据存储模块，主显示模块，主数据发送模块。其中主数据接收模块用于接收来自于上述主标准高压电能测量装置和主高压电能测量装置发送的数据，并接收来自于用户数据处理设备的数据；主数据处理模块对这些接收到的数据进行数据处理，获得局域电网中变压器的磁滞损耗即铁损、局域电网的线路传输损耗即铜损及各用户高压电能测量装置的电能测量误差，主数据存储模块将各数据及处理结果进行储存，以防止在通信网络发生故障时丢失数据，主发送模块用于发送已进行处理和储存的数据，主显示单元用于显示测量的数据和处理的结果，对局域电网进行实时监测。当然，主数据处理设备与110kV主标准高压电能测量装置可以一体安装，也可与110kV主标准高压电能测量装置分离，为一个独立的设备。主数据处理设备的主数据处理模块还可进一步包括一个输电干线参数获取子模块和一个局域电网总参数获取子模块。

如图4所示，110kV局域电网量测系统中110kV主变压器通常输出60kV、35kV、20kV、10kV中的一种或几种主干线电压，按三相方式配送到各家60kV、35kV、20kV、10kV高压用户或进一步通过图3所示的60kV、35kV、20kV、10kV配电高压变压器向低压用户配电。各家60kV、35kV、20kV、10kV负载L的用电通过相应的用户高压电能测量装置测量。110kV、60kV、35kV、20kV、10kV用户变压器一次侧安装的用户标准高压电能测量装置作为现场工作标准与相应的用户高压电能测量装置的测量结果通过数据传输网络同步读取传送。

假设一个局域网络中一个主变压器的输出端共有K条输电干线用于输出不同层次的高压电，每一条输电干线上又分成若干条分输电干线，每一分输电干线上各有一个高压用户，该高压用户可以是上述基本局域电网中的一个。则对于局域网络中的每一条输电干线，例如10kV干线，每次采集结果应满足(2)式：

$\mathrm{\Δ}{E}_{1k}=({i_{\mathrm{Ak}}}^2+{i_{\mathrm{Bk}}}^2+{i_{\mathrm{Ck}}}^2)R_{\mathrm{Cuk}}\mathrm{\Δt}+\underset{1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{\mathrm{kj}}{\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{Mkj}}---\left(2\right)$

式中：

k为局域网络中第k条输电干线，取值范围为1～K，其中K为输电干线的总数；

Δt为电能测量时间间隔；

ΔE_1k为局域网络中第k条输电干线的标准高压电能测量装置在时间间隔Δt内的总电能测量结果；

i_Ak、i_Bk、i_Ck为局域网络中第k条输电干线的三相电流测量结果；

R_Cuk为局域网络中第k条输电干线总的等效线损电阻；

W_kj为局域网络中第k条输电干线中第j条分干线的高压电能测量装置M_kj的刻度常数，((1-W_kj)100％)就是该电能测量装置的电能测量误差，j取值范围为1～m，其中m为第k条输电干线中的分输电干线的总数；

ΔE_Mkj为局域网络中第k条输电干线中第j条分干线的高压电能测量装置M_kj在时间间隔Δt内的电能测量结果，j取值范围为1～m。

显然，式(2)也是一个多元一次方程，其未知数包括R_Cuk和m个W_kj，共有未知数m+1个，只需m+1次测量结果，便可对式(2)进行联立求解，从而得到局域网络中第k条输电干线每一分输电干线的用户高压电能测量装置的刻度常数(或者说它的电能测量误差)和局域网络中第k条输电干线的线路损耗。依据式(2)可求出每条输电干线的所有用户高压电能测量装置的刻度常数(或者说它的电能测量误差)和局域网络中每条输电干线的线路损耗，上述处理可由主数据处理设备的主数据处理单元的输电干线参数获取子模块完成。

主变压器一次侧的主标准高压电能测量装置和输电干线的用户标准高压电能测量装置的电能输出关系应满足式(3)：

$\underset{1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{E}_k=\mathrm{W\ΔE}-({i_A}^2+{i_B}^2+{i_C}^2)R_{\mathrm{Cu}}\mathrm{\Δt}-[{\left(\frac{u_A}{u_N}\right)}^2+{\left(\frac{u_B}{u_N}\right)}^2+{\left(\frac{u_C}{u_N}\right)}^2]P_{\mathrm{Fe}}\mathrm{\Δt}---\left(3\right)$

式中：

k为局域网络中第k条输电干线，取值范围为1～K，其中K为输电干线的总数；

Δt为电能测量采样时间间隔；

ΔE_k为局域网络中第k条输电干线的用户标准高压电能测量装置在时间间隔Δt内的电能测量结果；

ΔE为局域网络中主变压器一次侧的主标准高压电能测量装置在时间间隔Δt内的电能测量结果；

W为局域网络中主变压器一次侧的主标准高压电能测量装置的刻度常数，((1-W)100％)就是该主标准高压电能测量装置的电能计量误差；

i_A、i_B、i_C为主变压器一次侧三相电流测量结果；

R_Cu为主变压器和所述局域电网总的等效铜损电阻，该项值为局域电网的线路损耗；

u_N为主变压器的额定输出相电压，对于110kV变压器，其值为63.5kV；

u_A、u_B、u_C为主变压器一次侧三相电压测量结果，即实际输入相电压；

P_Fe为该主变压器在额定电压下的磁滞损耗(铁损)。

显然，式(3)是一个三元一次方程，其未知数包括P_Fe、R_Cu和W，只需3次测量结果，便可联立求解该方程，从而得到局域网络中主变压器一次侧的主标准高压电能表的刻度常数(或者说它的电能测量误差)、主变压器的铁损和整个电网的非用户的线路损耗。上述处理可由主数据处理设备的主数据处理单元的局域电网总参数获取子模块完成。

虽然式(2)和式(3)是以110kV局域电网的形式得出的，事实上，上述公式不仅也可以应用到220kV和500kV的电网中，而且也能应用到新层次的局域电网中。进一步地，图4中110kV变压器一次侧的标准高压电能测量装置为现场工作标准，可是在式(3)中该装置处于被检状态，这首先说明现场校准途径不但可以由高压到低压，也可以从低压向高压，按照这一模式，只要有一级标准，比如10kV标准，就可实现对整个电网的现场校准。但同时用10kV校准装置和110kV校准装置作为现场工作标准可以互相验证和对电网进行双重监测，确保电能测量准确和电网安全。总之，通过图3和图4，利用式(1)、(2)、(3)可以建立各种情况下的量测系统。

除上述数据处理设备外，还可以有一个数据处理中心，该数据处理中心用于接收各用户电能表、各高压电能测量装置、各标准高压电能测量装置的测量值，并对接收到的数据进行处理，以获得各基本局域电网、各局域电网中各用户电能表、各高压电能测量装置的电能测量误差、变压器的铁损和非用户的线路损耗。

本发明也提供一种局域电网的监测方法，该方法包括如下步骤：根据预设的时间同步获取各个局域电网中各用户数据处理设备发送的数据；将所获取的电压、电流、相位、功率、电能等测量数据进行处理，所述处理为：通过数表的方式来实时得到电网各参数的具体状况；通过数理统计的方法来得到电网的运行趋势；通过实际测量数据与正常运行数据的比较来实时监测电网安全运行状况。

上述式(1)(2)(3)描述的方程组，它们的每一次实时的解，可能存在较大的偶然误差，但在量测系统中不断地持续求解，这些偶然误差通过方和根均处理就会以

(n为求解的次数)速率减小。经过一天的运行，这种电能测量误差平均值的标准偏差就可达到0.01％的水平。这意味着按上述方式组建的量测系统，最终不但可以得到每一个用户电能表电能测量误差，还可以得到该表误差变化的标准偏差，以判断该表的质量与运行状态。量测系统中多个用户表误差的平均值则可以反映出电能现场校准装置的误差，可见这个量测系统在计量网中实质上是一个核查标准体系，高压电能现场校准装置和电能表是可以相互监测的。

整个电网的量测系统实际上是由众多的子体系构成的，目前最典型的子体系是由10kV配电变压器及其供电的380/220V用户群体组成；往上稍大的一种用户群是通过110kV主变压器及10kV、20kV、35kV、60kV配电变压直接供电组成，还有一些别的组合方式(如500kV、220kV体系)，其量测系统都可以参照上述两种方式来解决。

总之，建立和维护这个量测系统，不但可以实时地掌握每一个用户的用电，还能掌握用户电能表的误差及其误差的稳定性(误差曲线的标准偏差)，同时还能得到铁损和线路损耗，这些数据通过数据处理中心或网络平台，电能供需双方可以共享其测量结果；该量测系统也可以实时监测电网安全运行状况。显然该量测系统的建立可以大大提高我国的电能计量水平，特别是高压电能计量和电网的管理水平，促进电网从测(电能计量)控(控制保护)分离逐步达到测控合一，丰富我国智能电网的内涵。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (34)

1.一种基本局域电网量测系统，包括：一个变压器，用于将高压电变换为低压电；一个与所述基本局域电网的供电线连接的高压电能测量装置，用于对所述基本局域电网的电能进行测量；若干个用户电能表，用于对低压用户使用的电能进行计量；及若干输电线路；其特征在于：所述基本局域电网量测系统还包括一个与所述供电线连接的标准高压电能测量装置和一个数据处理设备；

其中，所述标准高压电能测量装置用于对所述基本局域电网的电能进行测量，并且所述标准高压电能测量装置的测量准确度比所述高压电能测量装置的测量准确度高；所述数据处理设备用于接收所述标准高压电能测量装置的测量数据和所述高压电能测量装置的测量数据，通过比对方式对所述高压电能测量装置进行整体校准或检定。

2.根据权利要求1所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述数据处理设备与所述标准高压电能测量装置一体安装。

3.根据权利要求1所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述数据处理设备独立于所述标准高压电能测量装置。

4.根据权利要求1所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述基本局域电网是将60kV、35kV、20kV或10kV高压电直接变换为低压电的电力网络。

5.根据权利要求1所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述高压电能测量装置是用于计量高压电能的仪表或装置。

6.根据权利要求1所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述标准高压电能测量装置包括传感单元、测量单元和数据发送单元；

其中，所述传感单元用于三相电压和三相电流检测，所述测量单元用于接收来自所述传感单元的数据并进行电能测算，所述数据发送单元用于将来自于所述测量单元的测算数据通过无线方式发送到所述数据处理设备。

7.根据权利要求1所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述数据处理设备包括：数据接收模块，数据处理模块和数据发送模块；

其中，所述数据接收模块用于接收来自于所述标准高压电能测量装置和所述高压电能测量装置的数据；所述数据处理模块用于对上述接收的数据进行数据处理，通过比对方式对所述高压电能测量装置进行整体校准或检定；所述数据发送模块用于发送所述数据接收模块接收的数据和/或所述数据处理模块的处理结果。

8.根据权利要求7所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述数据处理设备还包括：

数据存储模块，用于将所述数据接收模块的数据和/或所述数据处理模块的处理结果进行储存，以防止在通信网络发生故障时丢失数据。

9.根据权利要求7所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述数据处理设备还包括：

显示模块，用于显示所述数据接收模块的测量数据和/或所述数据处理模块的处理结果，对所述基本局域电网进行监测。

10.根据权利要求1所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：还包括一个数据处理中心，用于对所接收的所述标准高压电能测量装置的测量数据和所述高压电能测量装置的测量数据进行处理。

11.根据权利要求1所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述数据处理设备还用于对所述数据接收模块的测量数据进行处理以获得用户电能表的电能测量误差、所述变压器的磁滞损耗和所述基本局域电网的非用户的线路损耗。

12.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述数据处理设备与所述标准高压电能测量装置一体安装。

13.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述数据处理设备独立于所述标准高压电能测量装置。

14.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述基本局域电网是将60kV、35kV、20kV或10kV高压电直接变换为低压电的电力网络。

15.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述高压电能测量装置是用于计量高压电能的仪表或装置。

16.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述标准高压电能测量装置包括传感单元、测量单元和数据发送单元；

其中，所述传感单元用于三相电压和三相电流检测，所述测量单元用于接收来自所述传感单元的测算数据并进行电能测算，所述数据发送单元用于将来自于所述测量单元的数据通过无线方式发送到所述数据处理设备。

17.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述数据处理设备包括：数据接收模块，数据处理模块和数据发送模块；

其中，所述数据接收模块用于接收来自于所述标准高压电能测量装置和所述高压电能测量装置的数据；所述数据处理模块用于对上述接收的数据进行数据处理，获得所述局域电网中变压器的损耗、线路的传输损耗及各用户电能表的电能测量误差；所述数据发送模块用于发送所述数据接收模块接收的数据和/或所述数据处理模块的处理结果。

18.根据权利要求17所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述数据处理设备还包括：数据存储模块，用于将所述数据接收模块的数据和/或所述数据处理模块的处理结果进行储存，以防止在通信网络发生故障时丢失数据。

19.根据权利要求17所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述数据处理设备还包括：显示模块，用于显示所述数据接收模块的测量数据和/或所述数据处理模块的处理结果，对所述基本局域电网进行监测。

20.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：还包括一个数据处理中心，用于对所接收的所述标准高压电能测量装置的测量数据和所述高压电能测量装置的测量数据进行处理。

21.根据权利要求11-20任意一项所述的基本局域电网量测系统，其特征在于：所述数据处理设备的数据处理模块对所接收的数据按照下述式(1)进行处理：

$\mathrm{\Δ}{E}_0=[{\left(\frac{u_{0A}}{u_{0N}}\right)}^2+{\left(\frac{u_{0B}}{u_{0N}}\right)}^2+{\left(\frac{u_{0C}}{u_{0N}}\right)}^2]P_{\mathrm{Fe}0}\mathrm{\Δt}+({i_{0A}}^2+{i_{0B}}^2+{i_{0C}}^2)R_{\mathrm{Cu}0}\mathrm{\Δt}+\underset{1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{0i}{\mathrm{\ΔE}}_{0\mathrm{Mi}}---\left(1\right)$

式中：

Δt为电能测量采样时间间隔；

ΔE₀为所述标准高压电能测量装置在采样时间间隔Δt内的电能测量结果；

u_0N为所述变压器的额定输出相电压；

u_0A、u_0B、u_0C为所述变压器一次侧三相电压测量结果，即实际输入相电压；

P_Fe0为所述变压器在额定电压下的磁滞损耗；

i_0A、i_0B、i_0C为所述变压器一次侧三相电流测量结果；

R_Cu0为所述变压器和所述基本局域电网线路总的等效铜损电阻，该项值为所述基本局域电网的非用户的线路损耗；

W_0i为所述用户电能表M_i的刻度常数，((1-W_0i)100％)就是所述用户电能表的电能测量误差，i的取值范围为1～n，其中n为该基本局域网络中用户电能表的总数；

ΔE_0Mi为所述用户电能表M_i在时间间隔Δt内的电能测量结果；

在上述式(1)中代入n+2次不同时刻采样的所述测量数据，对上述方程进行联立求解，从而得到所述用户电能表的电能测量误差、所述变压器在额定电压下的磁滞损耗和所述基本局域电网的非用户的线路损耗。

22.一种局域电网量测系统，包括：一个主变压器，用于将高电压变换为至少一个下一层次的次高电压；至少一条输电干线，用于分别与所述主变压器的输出端相连；至少一条从所述输电干线分出的分输电干线，用于给所述分输电干线的用户输送所述输电干线所输送的次高电压；一个与电网供电线连接的主高压电能测量装置，用于对所述局域电网的电能进行测量；至少一个用户高压电能测量装置，分别对所述分输电干线的电能进行测量；其特征在于：

所述局域电网量测系统还包括：一个与所述局域电网供电线连接的主标准高压电能测量装置和一个主数据处理设备、至少一个用户标准高压电能测量装置和至少一个用户数据处理设备；其中，

所述至少一个用户标准高压电能测量装置用于分别对所述至少一条分输电干线的电能进行测量，并且所述至少一个用户标准高压电能测量装置的测量准确度分别比相应的所述至少一个用户高压电能测量装置的测量准确度高；

所述至少一个用户数据处理设备用于分别接收相应的所述至少一个用户标准高压电能测量装置的测量数据和相应的所述至少一个用户高压电能测量装置的电能测量数据，通过比对方式对所述至少一个用户高压电能测量装置进行整体校准或检定，并获得所述至少一个用户高压电能测量装置的电能测量误差和所述至少一个分输电干线的非用户的线路损耗；

所述主标准高压电能测量装置用于对所述局域电网的电能进行测量，并且所述主标准高压电能测量装置的测量准确度比所述主高压电能测量装置的测量准确度高；

所述主数据处理设备用于接收所述主标准高压电能测量装置的测量数据、所述主高压电能测量装置的电能测量数据及来自于所述至少一个用户数据处理设备的数据，通过比对方式对所述主高压电能测量装置进行整体校准或检定，并获得所述主标准高压电能测量装置的电能测量误差、所述主变压器的磁滞损耗和所述局域电网的非用户的线路损耗。

23.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于：所述至少一个分输电干线的高压用户是如权利要求1-21任意一项所述的基本局域电网。

24.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于：所述主数据处理设备与所述主标准电能测量装置一体安装。

25.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于：所述主数据处理设备独立于所述主标准电能测量装置。

26.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于：所述局域电网是500kV、220kV或110kV电力网络。

27.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于：所述主高压电能测量装置和所述至少一个用户高压电能测量装置是用于计量高压电能的仪表或装置。

28.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于：所述主标准高压电能测量装置包括传感单元、测量单元和数据发送单元；

其中，所述传感单元用于三相电压和三相电流的检测，所述测量单元用于接收来自所述传感单元的数据并进行电能测算，所述数据发送单元用于将来自于所述测量单元的测算数据通过无线方式发送到所述主数据处理设备。

29.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于：所述主数据处理设备包括：主数据接收模块，主数据处理模块和主数据发送模块；

其中，所述主数据接收模块用于接收来自于所述主标准高压电能测量装置和所述主高压电能测量装置的数据及来自于所述至少一个用户数据处理设备的数据；所述主数据处理模块，用于对上述接收的数据进行数据处理，获得所述局域电网中主变压器的磁滞损耗、线路的传输损耗及所述主标准电能测量装置的电能测量误差；所述主数据发送模块，发送所述主数据接收模块接收的数据和/或所述数据处理模块的处理结果。

30.根据权利要求29所述的局域电网量测系统，其特征在于：所述主数据处理设备还包括：

主数据存储模块，用于将所述数据接收模块的数据和/或所述数据处理模块的处理结果进行储存，以防止在通信网络发生故障时丢失数据。

31.根据权利要求29所述的局域电网量测系统，其特征在于：所述主数据处理设备还包括：

主显示模块，用于显示所述数据接收模块的测量数据和/或所述数据处理模块的处理结果，对所述局域电网进行监测。

32.根据权利要求22-31任意一项所述的局域电网量测系统，其特征在于：

所述主数据处理设备的主数据处理模块包括一个输电干线参数获取子模块和一个局域电网总参数获取子模块，其中所述输电干线参数获取子模块对所述主数据接收模块接收的数据按照下式(2)进行处理：

$\mathrm{\Δ}{E}_{1k}=({i_{\mathrm{Ak}}}^2+{i_{\mathrm{Bk}}}^2+{i_{\mathrm{Ck}}}^2)R_{\mathrm{Cuk}}\mathrm{\Δt}+\underset{1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{W}_{\mathrm{kj}}{\mathrm{\ΔE}}_{\mathrm{Mkj}}---\left(2\right)$

式中：

k为所述局域网络中第k条输电干线，取值范围为1～K，其中K为所述输电干线的总数；

Δt为电能测量采样时间间隔；

ΔE_1k为所述局域网络中第k条输电干线的标准高压电能测量装置在时间间隔Δt内的总电能测量结果；

i_Ak、i_Bk、i_Ck为所述局域网络中第k条输电干线的三相电流测量结果；

R_Cuk为所述局域网络中第k条输电干线总的等效线损电阻；

W_kj为所述局域网络中第k条输电干线中第j条分输电干线的高压电能测量装置M_kj的刻度常数，((1-W_kj)100％)就是该高压电能测量装置的电能测量误差，j取值范围为1～m，其中m为第k条输电干线中的分输电干线的总数；

ΔE_Mkj为所述局域网络中第k条输电干线中第j条分干线的高压电能测量装置M_kj在时间间隔Δt内的电能测量结果，j取值范围为1～m；

在上述方程式(2)中代入m+1次不同时刻采样的测量数据，通过联立求解，得到第k条输电干线的所述用户高压电能测量装置的电能测量误差和第k条输电干线的线路损耗；

所述电网总参数获取子模块按照下式(3)对相关数据进行处理：

$\underset{1}{\overset{K}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\Δ}{E}_k=\mathrm{W\ΔE}-({i_A}^2+{i_B}^2+{i_C}^2)R_{\mathrm{Cu}}\mathrm{\Δt}-[{\left(\frac{u_A}{u_N}\right)}^2+{\left(\frac{u_B}{u_N}\right)}^2+{\left(\frac{u_C}{u_N}\right)}^2]P_{\mathrm{Fe}}\mathrm{\Δt}---\left(3\right)$

式中：

k为局域网络中第k条输电干线，取值范围为1～K，其中K为所述输电干线的总数；

Δt为电能测量采样时间间隔；

ΔE_k为所述局域网络中第k条输电干线的所述用户标准高压电能测量装置在时间间隔Δt内的电能测量结果；

ΔE为所述局域网络中所述主变压器一次侧的所述主标准高压电能测量装置在时间间隔Δt内的电能测量结果；

W为所述局域网络中主变压器一次侧的所述主标准高压电能测量装置的刻度常数，((1-W)100％)为所述主标准高压电能测量装置的电能计量误差；

i_A、i_B、i_C为所述主变压器一次侧三相电流测量结果；

R_Cu为所述主变压器和供电线路总的等效铜损电阻，该项值即为供电线路的线路损耗；

u_N为所述主变压器的额定输出相电压；

u_A、u_B、u_C为所述主变压器一次侧三相电压测量结果，即实际输入相电压；

P_Fe为所述主变压器在额定电压下的磁滞损耗；

在上述式(3)中代入3次不同时刻采样的测量结果，通过联立求解，可得到所述主标准高压电能表的电能测量误差、所述主变压器的在额定电压下的磁滞损耗和所述局域电网的非用户的线路损耗。

33.一种根据权利要求1-21任意一项所述的基本局域电网量测系统的电网量测方法，其特征在于包括如下步骤：

根据预设的采样时间Δt获取一个基本局域电网中用于计量所述基本局域电网电能的所述高压电能测量装置的测量数据；

根据该预设的采样时间Δt获取一个用于现场校准所述基本局域电网中所述高压电能测量装置的所述标准高压电能测量装置的测量数据；

对所获取的所述高压电能测量装置的测量数据与所述标准高压电能测量装置的测量数据进行处理。

34.一种根据权利要求22-32任意一项所述的电网监测方法，其特征在于包括如下步骤：

根据预设的时间同步获取各个所述局域电网中数据处理装置的测量数据；

将所获取的测量数据进行处理，通过数表的方式来实时得到电网各参数的具体运行状况；通过数理统计的方法来得到电网运行趋势；通过实际测量数据与正常运行数据的比较来实时监测电网安全运行状况。

Images