CN107345975B - 一种电能计量转换装置及应用该装置的方法 - Google Patents

一种电能计量转换装置及应用该装置的方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于电能计量技术领域，具体涉及一种电能计量转换装置及应用该装置的方法。本装置包括电压互感器及电流互感器，电流互感器为三只且采用减极性接法一一对应的接于三相线的相应相线上；电压互感器采用Yyn接法。该装置能使得我国现有的3×220V/380V电能计量表计能在480V/315V/270V电压等级并网的光伏电站实现无缝对接使用。本发明的另一个目的在于提供一种应用该装置的方法，也即通过选取特定变比的电流互感器及电压互感器，来实现我国现有电能计量系统在480V/315V/270V等电压等级接入的光伏电站低压侧的准确计量功能。

Description

一种电能计量转换装置及应用该装置的方法
技术领域
本发明属于电能计量技术领域，具体涉及一种电能计量转换装置及应用该装置的方法。
背景技术
8kW以下光伏电站一般以220V标准电压接入系统，8kW及以上光伏电站逆变器出口一般采用三相系统；而为了使光伏电站达到最大转换效率，节省投资，光伏电站出口电压通常采用315V/380V/315V/270V等电压等级并网。目前，除采用220/380V标准电压等级并网的光伏电站可采用国家现有的电能计量表计计量外，其他480V/315V/270V电压等级并网的光伏电站均不能在低压侧采用国家现有的电能计量表计进行计量。因此，目前采用出口电压为480V/315V/270V电压等级并网的光伏电站只能采用不同型号的升压变，也即将电压升至10kV后，在10kV侧并网，并在10kV侧计量。目前某些科研方案开始研制适用不同电压等级的电能表，但这需要制定一系列的电能表标准以及一系列的电能表检验标准，而且还须配套研制一系列标准来适应新电能表的使用，这无疑是一个巨大的系统工程，工程量相当于现有国家电能计量体系的几倍工程量，更需要巨大的资金支持和人工成本，十分不可取。如何寻求一种适用于上述状况的新型的电能转换计量系统，从而在采用国家现有的电能计量表计的前提下，实现对出口电压采用315V/380V/315V/270V电压等级并网的同步测试需求，并能确保测试数据的精确性，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的其中一个目的是克服上述现有技术的不足，提供一种电能计量转换装置，该装置能使得我国现有的3×220V/380V电能计量表计能在480V/315V/270V电压等级并网的光伏电站实现无缝对接使用，并能同步确保测试数据的精确性；本发明的另一个目的在于提供一种应用该装置的方法，该方法不但可实现我国现有电能计量系统在480V/315V/270V等电压等级接入的光伏电站低压侧的准确计量，使不同电压等级的光伏电站接入系统的方式更加灵活，而且大大拓展了光伏电站多点接入、分别计量和高压集中并网接入模式的范围；同时，还可实现为我国现有3×220V/380V电能计量表计在非220V/380V电网系统的计量提供理论依据及借鉴功能。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种电能计量转换装置，其特征在于：本装置包括沿三相线的电流行进方向而依次布置电压互感器及电流互感器，其中：电流互感器为三只且采用减极性接法一一对应的接于三相线的相应相线上，电流互感器的1TA-S1接口、1TA-S2接口、2TA-S1接口、2TA-S2接口、3TA-S1接口以及3TA-S2接口分别引出并构成用于连接电能计量表计的电流输出接口，且1TA-S2接口、2TA-S2接口和3TA-S2接口均接地；电压互感器采用Yyn接法，电压互感器的一次端子一一对应的接于三相线上，电压互感器的二次端子分别引出并构成用于连接电能计量表计的电压输出接口，电压互感器的接地端子n作接地处理。
一种应用上述电能计量转换装置的方法，其特征在于：
本装置中，以三相线的电源输入端口的电量为实际电量w1，以电压互感器的二次端子处的电量为计量电量w2，则
式中，w1为实际电量(kWh)；
w2为计量电量(kWh)；
U1为三相线的电源输入端口处电压(V)；
U2为电压互感器的电压输出接口处电压(V)；
Npt为电压互感器变比；
I1为三相线的电源输入端口处电流(A)；
I2为电流互感器的电流输出接口处电流(A)；
Nct为电流互感器变比；
为功率因数；
t为时间(h)；
将公式(2)进行变换，得到如下公式(3)
本装置需满足条件如下：
a、U2必须在304～456V之间；
b、上述Npt*Nct也即综合变比必须是2、3、4、5、6、8、10、12、15、20、30、40、50、60、80、100、120、150、160、200、240和250的其中一项。
优选的，上述方法包括以下步骤：
1)、电压互感器的变比的确定；
电压互感器的变比为光伏电站逆变器出口电压除以标准电压，再参考步骤1)中的电压互感器满足条件，得到以下表格：
2)、当480V/315V/270V电压等级分别按1.25/0.8/0.67的电压互感器变比来选取电压互感器时，当获得电压互感器的变比后，根据Npt*Nct也即综合变比必须是2、3、4、5、6、8、10、12、15、20、30、40、50、60、80、100、120、150、160、200、240和250的其中一项的要求，依靠逐个罗列并去除不满足综合变比要求的数值，获得对应的综合变比如下表：
3)、依靠步骤2)中的表格进行电流互感器及电压互感器的选取及安装，通过3×220V/380V电能计量表计，进行对480V/315V/270V电压等级并网的光伏电站的计量操作。
本发明的有益效果在于：
1)、本发明杜绝了480V/315V/270V电压等级并网的光伏电站低压侧无法通过现有3×220V/380V电能计量表计计量的缺陷，有效地解决了480V/315V/270V等电压等级接入系统的光伏电站的计量难题，并避免了因研制不同电压等级的电能表以及制定新电能表标准所需要的大量的资金投入，节省了巨量的人力物力成本。本发明使我国现有的3×220V/380V电能计量表计能在480V/315V/270V电压等级并网的光伏电站实现无缝对接使用，并使不同电压等级的光伏电站接入系统的方式更加灵活，同时大大拓展了光伏电站多点接入、分别计量和高压集中并网接入模式的范围。
2)此外，通过本发明所给出的计算方式，本发明不但可实现我国现有电能计量系统在480V/315V/270V等电压等级接入的光伏电站低压侧的准确计量，同时，还为我国现有3×220V/380V电能计量表计在非220V/380V电网系统的计量提供理论依据及借鉴功能。依据上述计算方式，不仅480V/315V/270V电压等级并网的光伏电站可使用上述方案，同时其他电压等级如400V等电压等级并网的光伏电站均能借鉴甚至直接采用本方案来进行，只需进行合适的电压互感器变比及电流互感器变比选取即可，最终为我国现有3×220V/380V电能计量表计在非220V/380V电网系统的计量提供直接依据。
附图说明
图1为本发明的装置结构示意图；
图2为本发明与3×220V/380V电能计量表计的接线状态图；
图3为现有的380V光伏电站电能计量表接线图。
具体实施方式
为便于理解，此处结合图1-2，对本发明的具体结构及工作方式作以下进一步描述：
本发明的算法及计量均是基于电能计量转换装置来实现的，如图1-2所示，电能计量转换装置的外部接口分为三部分：电源输入端口，电源输出端口和电能计量表计输出接口。
第一部分为电源输入端口，即为图1中的L1-1、L1-2和L1-3。
第二部分为电源输出端口，即为图1中的L2-1、L2-2和L2-3。
第三部分为电能计量表计输出接口，分为电压输出接口和电流输出接口，如图1所示，其中二次端子a、二次端子b和二次端子c和接地端子n为电压输出接口，而1TA-S1接口、1TA-S2接口、2TA-S1接口、2TA-S2接口、3TA-S1接口和3TA-S2接口为电流输出接口。
装置内部接线分为两部分：电压互感器和电流互感器。
电压互感器采用Yyn接线。如图1所示的电压互感器一次端子A、一次端子B和一次端子C分别接电源输入端口L1-1、电源输入端口L1-2和电源输入端口L1-3；电压互感器的二次端子a、二次端子b和二次端子c和接地端子n分别引出，形成电能计量表计的电压输出接口，接地端子n接地。
电流互感器共三只，三相线的每一相分别安装1只，采用减极性接法。电流互感器的1TA-S1接口、1TA-S2接口、2TA-S1接口、2TA-S2接口、3TA-S1接口和3TA-S2接口分别引出，形成电能计量表计的电流输出接口。1TA-S2接口、2TA-S2接口和3TA-S2接口接地。
实际进行计量操作时，如图1所示，光伏电站可直接采用一只3×220V/380V标准三相四线有功电能表配合上述电能计量转换装置进行计量。
以三相线的电源输入端口的电量为实际电量w1，以电压互感器的二次端子处的电量为计量电量w2，则
式中，w1为实际电量(kWh)；
w2为计量电量(kWh)；
U1为三相线的电源输入端口处电压(V)；
U2为电压互感器的电压输出接口处电压(V)；
Npt为电压互感器变比；
I1为三相线的电源输入端口处电流(A)；
I2为电流互感器的电流输出接口处电流(A)；
Nct为电流互感器变比；
为功率因数；
t为时间(h)；
标准的3×220V/380V三相四线有功电能表电压适应范围为0.8～1.2Un,即304～456V，同时，现有的380V光伏电站电能计量表接线如图3所示，此时由于无外接电压互感器，使得我国现有3×220V/380V电能计量表计输入电压变比固定为1，不能任意设定。电流互感器变比也固定为(10、15、20、25、30、40、50、60、75、100、150、200、250、300、400、500、600、750、800、1000、1200、1250)/5，即对应变比值为2、3、4、5、6、8、10、12、15、20、30、40、50、60、80、100、120、150、160、200、240和250，也是不能任意设定。
显然，如果采用电能转换装置后，电能表仍按Nct整定电流倍率，将导致发电量计量错误。为了不发生以上错误计量，可以将式(2)做以下变换，得到如下公式(3)，
此时的w2即看作315V/315V/270V电压等级光伏电站发电量计量值。
如果将式(3)中Nct*Npt定义为电能计量转换装置的综合转换率Nzh，将电能表电流倍率按Nzh整定，则发电量计量结果不会偏差，实现480V/315V/270V等电压等级光伏电站的电能计量。
从上述可知，只要合理选择电能计量转换装置电压互感器变比(Npt)，就能限制电能计量转换装置输出电压，满足标准的3×220V/380V电能表的接入，同时，电能表电流倍率按电能计量转换装置的综合转换率Nzh整定，就能保证准确计量。但国家现有的计量系统电能表电流倍率不是任意整定的，而是按电流互感器标准变比选择整定的。
因此，本装置若需满足我国现有3×220V/380V电能计量表计接入需求，需满足以下条件：
a、满额输出电压必须在304～456V之间；
b、上述Npt*Nct也即综合变比必须是2、3、4、5、6、8、10、12、15、20、30、40、50、60、80、100、120、150、160、200、240和250的其中一项。
此时，不同电压等级光伏电站电能计量转换装置电压互感器可采用下表变比(Npt)，使电能计量转换装置输出电压适合标准的3×220V/380V三相四线有功电能表。
目前我国现有低压电能计量表原理为接入低压电压及电流。标准电压为Un(Un＝380V)，满足其波动范围值均满足计量要求，即输入电压要求为0.8～1.2倍标准电压(304～456V)；电流为通过选择合适变比电流互感器转换为5A的电流。而480/315/270V均不再满足计量电压波动范围内，不能直接接入电度表。为满足此类电压计量必须通过增加本装置内电压互感器，需要将非标电压480/315/270V转换为满足计量要求的电压范围内304～456V,计算比值为(1.05～1.58)/(0.69～1.03)/(0.59～0.89),而480/380＝1.26，315/380＝0.82，270/380＝0.71，此时需要考虑输入电度表的电压越接近标准电压则计量越准确。同时，还需考虑到在满足乘以电流互感器变比值(即2、3、4、5、6、8、10、12、15、20、30、40、50、60、80、100、120、150、160、200、240、250)后仍在现有倍率值之内(即2、3、4、5、6、8、10、12、15、20、30、40、50、60、80、100、120、150、160、200、240、250)。至此，本装置电压倍率选择与1.26/0.82/0.71最接近的电压倍率值1.25/0.8/0.67乘以现有电流倍率值(即2、3、4、5、6、8、10、12、15、20、30、40、50、60、80、100、120、150、160、200、240、250)后通过排列组合，逐个对比得出满足条件的综合倍率为(5、10、15、50、100、150、250)/(2、4、8、10、20、40、80、100、160、200、240)/(2、4、8、10、20、40、100、160、200)。如若选择其他电压互感器变比(即电压倍率)则计算结果(即综合倍率)不满足现有变比值，且电压偏差大造成计量误差大。故480/315/270V输出电压所采用的电压变比的最终确定值为1.25/0.8/0.67。下表中的电压互感器的变比，也即光伏电站逆变器出口电压除以标准电压，是参考上述条件之后所得到的：
电能计量转换装置电流互感器变比(Nct)的选择至关重要，是电能计量转换装置能否实现国家现有的3×220V/380V标准三相四线有功电能表在480V/315V/270V等电压等级的光伏电站电能准确计量的关键所在。电能计量转换装置电流互感器变比(Nct)的选择既要考虑光伏电站容量的大小，同时还应兼顾电能计量转换装置的综合转换率Nzh能在标准电能表计量体系中整定。
当获得电压互感器的变比后，根据Npt*Nct也即综合变比必须是2、3、4、5、6、8、10、12、15、20、30、40、50、60、80、100、120、150、160、200、240和250的其中一项的要求，依靠排列组合，判断综合变比是否满足上述需求，即可获得电流互感器的相应变比，最终得到如下表格：
依靠上述表格进行电流互感器及电压互感器的选取及安装，通过3×220V/380V电能计量表计，进行对480V/315V/270V电压等级并网的光伏电站的计量操作。
综上，本发明通过特定变比的电压互感器及电流互感器的选取，进而安装形成电能计量转换装置，可实现国家现有电能计量系统对480V/315V/270V光伏电站的计量，使不同电压等级的光伏电站接入系统方式更加灵活，大大拓展了光伏电站接入系统模式的范围。同时，依据上述计算方式，不仅480V/315V/270V电压等级并网的光伏电站可使用上述方案，其他电压等级如400V等电压等级并网的光伏电站均能借鉴甚至直接采用本方案来进行，只需进行合适的电压互感器变比及电流互感器变比选取即可，最终为我国现有3×220V/380V电能计量表计在非220V/380V电网系统的计量提供直接依据。

Claims (1)

1.一种电能计量转换装置，其特征在于：本装置包括沿三相线的电流行进方向而依次布置电压互感器及电流互感器，其中：电流互感器为三只且采用减极性接法一一对应的接于三相线的相应相线上，电流互感器的1TA-S1接口、1TA-S2接口、2TA-S1接口、2TA-S2接口、3TA-S1接口以及3TA-S2接口分别引出并构成用于连接电能计量表计的电流输出接口，且1TA-S2接口、2TA-S2接口和3TA-S2接口均接地；电压互感器采用Yyn接法，电压互感器的一次端子一一对应的接于三相线上，电压互感器的二次端子分别引出并构成用于连接电能计量表计的电压输出接口，电压互感器的接地端子n作接地处理；
本装置的方法包括：
本装置中，以三相线的电源输入端口的电量为实际电量w1，以电压互感器的二次端子处的电量为计量电量w2，则
式中，w1为实际电量(kWh)；
w2为计量电量(kWh)；
U1为三相线的电源输入端口处电压(V)；
U2为电压互感器的电压输出接口处电压(V)；
Npt为电压互感器变比；
I1为三相线的电源输入端口处电流(A)；
I2为电流互感器的电流输出接口处电流(A)；
Nct为电流互感器变比；
为功率因数；
t为时间(h)；
将公式(2)进行变换，得到如下公式(3)
本装置需满足条件如下：
a、U2必须在304～456V之间；
b、上述Npt*Nct也即综合变比必须是2、3、4、5、6、8、10、12、15、20、30、40、50、60、80、100、120、150、160、200、240和250的其中一项；
并包括以下步骤：
1)、电压互感器的变比的确定；
电压互感器的变比为光伏电站逆变器出口电压除以标准电压，再参考步骤1)中的电压互感器满足条件，得到以下表格：
2)、当480V/315V/270V电压等级分别按1.25/0.8/0.67的电压互感器变比来选取电压互感器时，当获得电压互感器的变比后，根据Npt*Nct也即综合变比必须是2、3、4、5、6、8、10、12、15、20、30、40、50、60、80、100、120、150、160、200、240和250的其中一项的要求，依靠逐个罗列并去除不满足综合变比要求的数值，获得对应的综合变比如下表:
3)、依靠步骤2)中的表格进行电流互感器及电压互感器的选取及安装，通过3×220V/380V电能计量表计，进行对480V/315V/270V电压等级并网的光伏电站的计量操作。
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