CN108303668A - 基于三相高压电能的数字化计量仿真装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于三相高压电能的数字化计量仿真装置。本发明包括升源部分、一次高压部分和二次采集及测试设备部分，所述的二次采集及测试设备部分包括母线合并单元、间隔合并单元、间隔层交换机、站控层交换机、数字电能表、电子式互感器校验仪、合并单元测试仪、数字电能表校验仪、数字电能表校验仪溯源基准器及智能变电站电能监测装置；数字电能表、智能变电站电能检测装置、数字电能表校验仪、数字电能表校验仪溯源基准器、合并单元测试仪和电子式互感器校验仪发出MMS信号给站控层交换机。本发明能够复现、仿真、分析和验证变电站现场运行中出现的各类数字化计量问题，为数字电能计量相关的实验和理论研究提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明涉及智能变电站数字化计量技术领域，特别是一种基于三相高压电能的数字化计量仿真装置。
背景技术
传统电子式电能计量系统由电磁式互感器和电子式电能表组成，二次大量使用电缆传输信号，误差因素众多。不同于传统的模拟电能计量系统，数字化电能计量系统的整体架构发生了根本性的改变，整个系统由电子式电流互感器（ECT）、电子式电压互感器（EVT）、合并单元、数字化电能表构成，电子式互感器（含合并单元）替代了传统电磁式互感器，光纤通信取代了大量的电线电缆，电子式电能表也被数字化电能表代替。数字化电能计量具有绝缘结构简单、无爆炸、无二次开路危险、数字信号分享更为容易，带负载能力强等优点，且在2009年国家电网公司提出了建设坚强智能电网的发展目标，并启动了智能电网试点工程建设。智能变电站作为智能电网的一个重要环节，在全国各地得到了推广建设。智能变电站的基本要求是全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化，能够自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等功能。数字化计量系统作为智能变电站的重要组成部分，以数字化为特征，以计量某点电能为目标，根据互感器为电子式互感器或传统电磁式互感器，分为全数字化计量装置和半数字化计量装置。基于互感器、合并单元、数字化电能表技术的数字化电能计量系统在智能变电站中得到了广泛应用。
数字化电能计量系统与模拟电能计量系统有以下不同特点：1.数字化电能计量系统各个设备存在机理上的相互联系，不可分割，必须作为一个整体进行研究，同时，数字化电能表本身只是完成了一个数字计算器的功能，单独研究数字化电能表的准确度并无实际意义，应当将两者视为一个整体进行溯源，方能对其计量性能进行评估；2.合并单元和数字化电能表之间的数据通信在过程层总线网络传输条件下，设备存在网络功能的适应性考核问题，当发生网络功能异常或者传输回路发生故障时，数字化电能表的不同处理机制可能会引起电能计量的误差，需要研究网络异常条件下的系统自适应性；3.数据传输的安全性问题，数字化电能计量系统由于数据为网络化传输，网络信息存在安全性问题，窃电手段可能会在技术上升级，尽管IEC已经颁布了IEC 62351标准来处理IEC 61850通信的安全性问题，但是对于数字化电能计量的安全性并无明确规定说明，急需对网络传输安全性进行考核分析，避免电力公司的损失；4.数字化电能计量系统的计量工程模型和模拟电能计量系统也有很大区别，数字化电能计量准确性受设备性能指标、现场工况的影响较大，需要建立数字化电能计量系统的工程模型，准确评估数字化电能计量系统的实际误差。
数字化计量技术作为新兴计量技术，各地电力公司及相关设备厂商对其进行了大量的研究，研究了电子式互感器长期稳定性、可靠性问题和从数字量到模拟量的溯源比较体系等，但由于数字化电能计量系统检测技术、检定规程、相关标准尚不完善，检测设备，检测能力有待大幅度提升，严重制约着数字化电能计量系统的发展，且国家电网公司营销部于2016年4月下发文件，要求在2016-2020的5年内，完成数字电能计量体系建设，将其用于贸易结算，因此，数字化计量检测系统的建设已刻不容缓。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于三相高压电能的数字化计量仿真装置，该装置为与智能变电站环境基本一致的数字化计量检测系统，能够复现、仿真、分析和验证变电站现场运行中出现的各类数字化计量问题，为数字电能计量相关的实验和理论研究提供技术支撑，进而指导数字化计量设备的研究、培训、检测与评价，实现计量系统安全、可靠、稳定的运行，提升数字化计量系统数据的可信度，确保电网数字化计量体系建设研究工作的顺利进展。
为此，本发明采用如下的技术方案：基于三相高压电能的数字化计量仿真装置，包括升源部分、一次高压部分和二次采集及测试设备部分；
所述的升源部分包括三相程控源控制器、三相电压功放箱及三相电流功放箱；三相程控源控制器输出三相电压控制信号给电压功放箱，输出三相电流控制信号给三相电流功放箱；
所述的一次高压部分包括升压器、升流器、标准电压互感器、标准电流互感器、电子式电压互感器和电子式电流互感器；三相电压功放箱输出三相电压经过升压器升起一次电压，该一次电压输出给标准电压互感器和电子式电压互感器；三相电流功放箱输出三相电流通过升流器升起一次电流，该一次电流输出给标准电流互感器和电子式电流互感器；
所述的二次采集及测试设备部分包括母线合并单元、间隔合并单元、间隔层交换机、站控层交换机、数字电能表、电子式互感器校验仪、合并单元测试仪、数字电能表校验仪、数字电能表校验仪溯源基准器及智能变电站电能监测装置；
所述的标准电压互感器输出二次电压给合并单元测试仪、电子式互感器校验仪和数字电能表校验仪溯源基准器的标准电压输入端口；标准电流互感器输出二次电流给合并单元测试仪、电子式互感器校验仪和数字电能表校验仪溯源基准器的标准电流输入端口；电子式电压互感器输出FT3信号给母线合并单元；电子式电流互感器输出FT3信号给间隔合并单元；间隔合并单元输出数字报文给间隔层交换机；
所述的间隔层交换机输出数字报文给数字电能表、智能变电站电能检测装置、数字电能表校验仪、合并单元测试仪、电子式互感器校验仪和数字电能表校验仪溯源基准器；数字电能表、智能变电站电能检测装置、数字电能表校验仪、数字电能表校验仪溯源基准器、合并单元测试仪和电子式互感器校验仪发出MMS信号给站控层交换机。
所述的电子式互感器校验仪可以测试单相电子式电压/电流互感器的误差。所述的合并单元测试仪可以同时测试三相电子式电压互感器和三相电子式电流互感器的误差。所述的数字电能表校验仪能够校验数字电能表的误差，可以同时校验多台被测数字电能表。所述的数字电能表校验仪溯源基准器可以对数字电能表校验仪进行溯源。所述的数字电能表校验仪溯源基准器可以校验整体被测误差（电子式互感器+合并单元测试仪+间隔层交换机+数字电能表）。所述的智能变电站电能监测装置，具备报文录波功能，发现报文或电能差异时，进行原始报文回放分析。
作为上述技术方案的补充，所述的二次采集及测试设备部分还包括同步时钟，该同步时钟输出同步信号给合并单元测试仪、电子式互感器校验仪、母线合并单元和间隔合并单元。所述的同步时钟为整个数字化计量仿真装置提供同步信号秒脉冲/IRIG-B码。
作为上述技术方案的补充，所述的母线合并单元输出FT3信号给间隔合并单元。
作为上述技术方案的补充，所述的二次采集及测试设备部分还包括网络压力测试仪，该网络压力测试仪通过网线连接站控层交换机，输出干扰报文给间隔层交换机。所述的网络压力测试仪能任意设定各种网络流量，模拟实际情况下的交换机现场恶劣工况。
作为上述技术方案的补充，所述的三相程控源控制器通过网线连接站控层交换机。
作为上述技术方案的补充，所述的数字电能表脉冲输出给数字电能表校验仪、数字电能表校验仪溯源基准器和智能变电站电能检测装置。
作为上述技术方案的补充，所述的数字电能表校验仪输出数字报文给间隔层交换机。
作为上述技术方案的补充，所述的数字电能表校验仪溯源基准器输出数字报文给数字电能表校验仪，数字电能表校验仪输出脉冲给数字电能表检验仪溯源基准器。
作为上述技术方案的补充，所述的间隔层交换机通过网线连接站控层交换机。
作为上述技术方案的补充，所述的站控层交换机通过无线网连接数字化计量仿真及培训软件系统。通过数字化计量仿真及培训软件系统来进行数字化计量的仿真及培训。
本发明具有的有益效果如下：本发明能够复现、仿真、分析和验证变电站现场运行中出现的各类数字化计量问题，为数字电能计量相关的实验和理论研究提供技术支撑，进而指导数字化计量设备的研究、培训、检测与评价，实现计量系统安全、可靠、稳定的运行，提升数字化计量系统数据的可信度，确保电网数字化计量体系建设研究工作的顺利进展。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明基于三相高压电能的数字化计量仿真装置的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，本实施例以110kV高压为例。
请参照图1，图1为本发明提供的一种基于三相高压电能的数字化计量仿真装置的结构示意图，包括升源部分、一次高压部分和二次采集及测试设备部分。
所述的升源部分包括三相程控源控制器、三相电压功放箱及三相电流功放箱；三相程控源控制器输出三相电压控制信号给电压功放箱，输出三相电流控制信号给三相电流功放箱。三相程控源控制器通过网线连接站控层交换机。
所述的一次高压部分包括升压器、升流器、标准电压互感器、标准电流互感器、电子式电压互感器和电子式电流互感器；三相电压功放箱输出三相电压经过升压器升起一次电压，该一次电压输出给标准电压互感器和电子式电压互感器；三相电流功放箱输出三相电流通过升流器升起一次电流，该一次电流输出给标准电流互感器和电子式电流互感器。
所述的二次采集及测试设备部分包括同步时钟、网络压力测试仪、母线合并单元、间隔合并单元、间隔层交换机、站控层交换机、数字电能表、电子式互感器校验仪、合并单元测试仪、数字电能表校验仪、数字电能表校验仪溯源基准器及智能变电站电能监测装置。同步时钟输出同步信号给合并单元测试仪、电子式互感器校验仪、母线合并单元和间隔合并单元，为整个数字化计量仿真装置提供同步信号秒脉冲/IRIG-B码。网络压力测试仪通过网线连接站控层交换机，输出干扰报文给间隔层交换机。所述的母线合并单元输出FT3信号给间隔合并单元。
所述的标准电压互感器输出二次电压给合并单元测试仪、电子式互感器校验仪和数字电能表校验仪溯源基准器的标准电压输入端口；标准电流互感器输出二次电流给合并单元测试仪、电子式互感器校验仪和数字电能表校验仪溯源基准器的标准电流输入端口；电子式电压互感器输出FT3信号给母线合并单元；电子式电流互感器输出FT3信号给间隔合并单元；间隔合并单元输出数字报文给间隔层交换机，所述的间隔层交换机通过网线连接站控层交换机。
所述的间隔层交换机输出IEC61850数字报文给数字电能表、智能变电站电能检测装置、数字电能表校验仪、合并单元测试仪、电子式互感器校验仪和数字电能表校验仪溯源基准器；数字电能表、智能变电站电能检测装置、数字电能表校验仪、数字电能表校验仪溯源基准器、合并单元测试仪和电子式互感器校验仪发出MMS信号给站控层交换机。
所述的数字电能表脉冲输出给数字电能表校验仪、数字电能表校验仪溯源基准器和智能变电站电能检测装置。所述的数字电能表校验仪输出IEC61850数字报文给间隔层交换机。所述的数字电能表校验仪溯源基准器输出IEC61850数字报文给数字电能表校验仪，数字电能表校验仪输出脉冲给数字电能表检验仪溯源基准器。所述的站控层交换机通过无线网连接数字化计量仿真及培训软件系统。通过数字化计量仿真及培训软件系统来进行数字化计量的仿真及培训，实现仿真和培训功能。
所述的升流器，型式：户外、单相、油浸正立式SLQ-110W3；输入端：0-240V（电流取25A）；输出端：0-2400A；要求功率：5000VA左右；要求工频耐压126kV，连续工作；额定绝缘水平：126/230/550KV；系统额定电压：110kV；系统最高电压：126kV；系统额定频率：50Hz；执行现行标准：标准GB 20840.1-2010/GB 20840.2-2014《电流互感器》。
所述的升压器，110kV升压变压器，形式：户外、单相、油浸、电磁式；输入端：0-100V/110/√3V；输出端：0-110/√3kV；级次组合：0.2/0.5/3P；额定输出：100/250/300VA；额定电压因数：1.2倍连续，1.5倍30s；额定绝缘水平：126/230/550kV；外绝缘爬电比距：≥31mm/kV；系统额定电压：110kV，系统最高电压：126kV；系统额定频率：50Hz，执行现行标准：标准GB 20840.1/GB 20840.3《电压互感器》。
所述的标准电流互感器，110kV电流互感器；型式：户外、单相、油浸正立式LB7-110W3；额定变比：1000-2000/1A；级次组合：0.05S；额定输出：15VA，定绝缘水平：126/230/550KV；额定短时热电流：40kA；额定动稳定电流：100kA；系统额定电压：110kV，系统最高电压：126kV，系统额定频率：50Hz；执行现行标准：标准GB 20840.1-2010/GB 20840.2-2014《电流互感器》
所述的标准电压互感器，110KV，形式：户外、单相、油浸、电磁式JDCF-126W3额定变比：（110000/√3）/（100/√3）/（100/√3））/100V；级次组合：0.05；额定输出：100/250/300VA；额定电压因数：1.2倍连续，1.5倍30s；额定绝缘水；126/230/550kV；外绝缘爬电比距：≥31mm/kV；系统额定电压：110kV；系统最高电压：126kV；系统额定频率：50Hz；执行现行标准：标准GB 20840.1/GB 20840.3《电压互感器》。
所述的电子式电流互感器，罗氏电流互感器；电压等级：110kV，设备最高电压：126kV；准确度等级：0.2S/5P30；额定一次电流：2000A，额定二次数字输出电流：额定保护电流：463（01CFH）,额定测量电流11585（2D41H），额定频率：50Hz。
所述的电子式电压互感器，电容型电压互感器；电压等级：110kV，设备最高电压：126kV；准确度等级：0.2/3P；额定二次数字输出电流：2D41H；额定频率：50Hz。
所述的数字电表接收IEC61850-9数字信号，并发出脉冲信号。
所述的电子式互感器校验仪可以测试单相电子式电压/电流互感器的误差，精度0.05级。
所述的合并单元测试仪可以同时测试三相电子式电压互感器和三相电子式电流互感器的误差，精度0.05级。
所述的数字电能表校验仪能够校验数字电能表的误差，可以同时校验3台被测数字电能表，精度0.05级。
所述的数字电能表校验仪溯源基准器可以对所述的数字电能表校验仪进行溯源，精度0.01级。
所述的数字电能表校验仪溯源基准可以校验整体被测误差（电子式互感器+合并单元测试仪+间隔层交换机+数字电能表），整体精度0.05级。
所述的网络压力测试仪能任意设定各种网络流量，模拟实际情况下的交换机现场恶劣工况。
所述的智能变电站电能监测装置，具备报文录波功能，发现报文或电能差异时，进行原始报文回放分析。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.基于三相高压电能的数字化计量仿真装置，包括升源部分、一次高压部分和二次采集及测试设备部分，其特征在于，
所述的升源部分包括三相程控源控制器、三相电压功放箱及三相电流功放箱；三相程控源控制器输出三相电压控制信号给电压功放箱，输出三相电流控制信号给三相电流功放箱；
所述的一次高压部分包括升压器、升流器、标准电压互感器、标准电流互感器、电子式电压互感器和电子式电流互感器；三相电压功放箱输出三相电压经过升压器升起一次电压，该一次电压输出给标准电压互感器和电子式电压互感器；三相电流功放箱输出三相电流通过升流器升起一次电流，该一次电流输出给标准电流互感器和电子式电流互感器；
所述的二次采集及测试设备部分包括母线合并单元、间隔合并单元、间隔层交换机、站控层交换机、数字电能表、电子式互感器校验仪、合并单元测试仪、数字电能表校验仪、数字电能表校验仪溯源基准器及智能变电站电能监测装置；
所述的标准电压互感器输出二次电压给合并单元测试仪、电子式互感器校验仪和数字电能表校验仪溯源基准器的标准电压输入端口；标准电流互感器输出二次电流给合并单元测试仪、电子式互感器校验仪和数字电能表校验仪溯源基准器的标准电流输入端口；电子式电压互感器输出FT3信号给母线合并单元；电子式电流互感器输出FT3信号给间隔合并单元；间隔合并单元输出数字报文给间隔层交换机；
所述的间隔层交换机输出数字报文给数字电能表、智能变电站电能检测装置、数字电能表校验仪、合并单元测试仪、电子式互感器校验仪和数字电能表校验仪溯源基准器；数字电能表、智能变电站电能检测装置、数字电能表校验仪、数字电能表校验仪溯源基准器、合并单元测试仪和电子式互感器校验仪发出MMS信号给站控层交换机。
2.根据权利要求1所述的基于三相高压电能的数字化计量仿真装置，其特征在于，所述的二次采集及测试设备部分还包括同步时钟，该同步时钟输出同步信号给合并单元测试仪、电子式互感器校验仪、母线合并单元和间隔合并单元。
3.根据权利要求1或2所述的基于三相高压电能的数字化计量仿真装置，其特征在于，所述的母线合并单元输出FT3信号给间隔合并单元。
4.根据权利要求1或2所述的基于三相高压电能的数字化计量仿真装置，其特征在于，所述的二次采集及测试设备部分还包括网络压力测试仪，该网络压力测试仪通过网线连接站控层交换机，输出干扰报文给间隔层交换机。
5.根据权利要求1或2所述的基于三相高压电能的数字化计量仿真装置，其特征在于，所述的三相程控源控制器通过网线连接站控层交换机。
6.根据权利要求1或2所述的基于三相高压电能的数字化计量仿真装置，其特征在于，所述的数字电能表脉冲输出给数字电能表校验仪、数字电能表校验仪溯源基准器和智能变电站电能检测装置。
7.根据权利要求1或2所述的基于三相高压电能的数字化计量仿真装置，其特征在于，所述的数字电能表校验仪输出数字报文给间隔层交换机。
8.根据权利要求1或2所述的基于三相高压电能的数字化计量仿真装置，其特征在于，所述的数字电能表校验仪溯源基准器输出数字报文给数字电能表校验仪，数字电能表校验仪输出脉冲给数字电能表检验仪溯源基准器。
9.根据权利要求1或2所述的基于三相高压电能的数字化计量仿真装置，其特征在于，所述的间隔层交换机通过网线连接站控层交换机。
10.根据权利要求1或2所述的基于三相高压电能的数字化计量仿真装置，其特征在于，所述的站控层交换机通过无线网连接数字化计量仿真及培训软件系统。
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