变电站电测仪表测量误差及处理方法

2022-04-08国网吉林省电力有限公司长春供电公司王鹏飞

电力设备管理 2022年6期

国网吉林省电力有限公司长春供电公司王鹏飞刘畅

变电站随着信息化程度不断提升变得越来越智能，而变电站的主要作用是对输电、配电一种智能衔接。因此需要完成电压、电流的输出和智能传输工作。在变电站中采用合并单元是将变电站与数字化结合的基础。变电站中的计量工作采用数字化的计量方式，具有数据采集及时，数据扩展方便等优势。在变电站中电测仪表是用来实施检测时常用的仪器，但在测量的过程中会造成一定的误差，最常见的误差为测量系统误差，这种误差和大部分的客观误差一样，是受设备和技术的约束而无法消除的误差，只能通过技术的提升和测量设备的更新不断的缩小，无法完全消除[1-2]。还有一种误差是由于测量人员工作中没有按照规范进行操作，导致测量结果不准确，要求测量人员端正自己的工作态度，严格要求检测的流程的准确性。检测仪表的误差主要是检测结果的精度问题，排除不可避免的客观性误差和人为操作误差外，检测仪表的误差要提升检测设备的可靠性，以及在一定的范围内提升测量的技术，减少误差的产生。

在进行变电站电测仪表测量误差消除的过程当中，需要对未工作的电测仪表进行检测和检查。首先保证不是因为设备故障造成测量精度下降。有问题的设备进行更换和维修。防止客观误差因设备故障扩大。面对不同的变电站要选择合适的电测仪表，降低因为适配性低造成的检测误差。

1 设计电测仪表测量数据采样方法

随着智能变电站概念的引入，电测仪表的测量方式也朝着现代化的方向不断发展。电测仪表测量的误差应从采样部分就开始设法降低。电测仪表的数据采样可以采取FFT算法进行采样[3]，将测量数据的信号的长度设置为N，则采样信号的频域为：

上述公式中，F[j]为在频率dft的时候的数据序列关系式，序列为f(n)，可从公式(1)中计算出连续性，将数据采样方法应用到实际的测量当中，测量数据的采集的序列f(n)属于无限序列，因此在数据的采样过程中需要对该序列进行截取，否则测量后的数据无法通过特定的软件进行统一化处理[4]。而结果的条件的计算过程为对该数据的线号进行矩形加窗的过程。在采样的过程中，相当于为了减少误差进行时域的叠加计算。

2 设计变电站电测仪表测量误差消除算法

变电站的电压合并单元和电流合并单元都可以采取上述的采样方式进行采样，并实现数据的处理。而电测仪表测量的测量过程如图1所示。

图1 电测仪表测量的测量过程

对电站电测仪表测量的原理进行分析，得到想要实现变电站的电测仪表测量的同步性，就得首先对电网中电压测量的电压和电流数据进行同步。然后经过实时通信系统对数据进行同步的数据传输，信息的接收系统主要为WAMS，安装在变电站的电网控制中心[5]，可实现对变电站电测仪表转型状态的监测，并进行区域间的控制和保护。理论上电测仪表测量后的数据处理是不会造成误差的，但计算机在进行计算的时候会产生固有的客观误差。不考虑客观误差的情况下，电能测量的计算公式为：

公式(2)中，θ未变电站的电压和电流之间的实际测量值和标准差值。I为变站点的电流，电能误差的计算公式为：

公式(3)中的A1为变电站电测仪表测量的实际数值，A2为变电站的测量数值，根据之前对误差的分析，该计算结果中是不包括客观不可避免误差的，而测量合并单元的电能时，不仅要单独进行电流和电压的误差计算，还应将电流电压的相角差的误差计算在内，将公式(2)与公式(3)进行结合可以得到变电站电测仪表测量误差：

变电站电测仪表测量的智能化程度越高，对合并单元配合传统互感器的要求越高，因此变电站电测仪表在进行数据采样的时候，计算工作的重点在于合并单元的电压，数字化后的电能消耗考虑了很多的约束条件，电能计量系统的计算也不再是简单的电流匹配计算，而是要基于合并单元采样的电压、电流数据进行适配分析，分析结果如表1所示。

表1 合并单元的角差数据

然后再进行同步性处理，最后进行数据的组帧光纤传输。最后再进行测量结果的分析。通过对变电站电测仪表测量特征的分析，以及对数字化电能表工作原理的研究。将误差修正的算法进行优化，首先要对计算误差、合并单元相位误差和计算机计算形成原因进行了解。然后才能实现误差的处理。

3 测试实验

为了验证本文设计的方法的优越性，设计对比测试实验。采用本文设计的误差出路方法与传统的电磁误差处理方法、系统误差处理方法进行比较，比较消除误差的效果。

3.1 仪表计量误差校正方案设计

为得到真实可靠的仪表计量误差数据和校正方法的应用效果，在进行下述实验之前需要搭建一个误差校正实验平台。实验环境结构可分为两大部分，第一部分主要由实验室环境（自然）；第二部分主要由某计量检测中心误差校正环境（人为）构成。在上述搭建的实验环境中，需要将待校验的仪表和校验合格的标准测量表至于对同一标准下进行电力测量，然后需要将测得试验结果以脉冲信号的方式传输到校正系统。校正系统平台的脉冲接收器会将仪表脉冲进行输出，然后将其脉冲信号转化为电能，此过程采用实验台的误差计算器获得待检测与标准仪表间的误差，并将误差结果进行显示。最后检测人员可通过显示数据进行误差校正，直到误差校正可以满足当前规定标准。

3.2 实验准备

在进行实验之前首先要对实验环境的参数进行设置，对信号进行实时的采样，采集到的电测仪表测量数据传输到信号处理器的过程采用SPI传输方式。对实验数据的处理方式如图2所示。

图2 实验数据处理流程

数据处理的流程如图2所示，在进行数据的处理和运算的时候，首先要将实验数据的采样值进行扩大，使其更符合实际的数值。为了不对计算精度产生影响，取样时候的数据扩大倍数为250～350倍，对测量数据的网络传输协议进行指令的配置，配置结果如表2。

表2 网络配置指令

变电站电测仪表进行环境网络设置之后，检查设备是否有短路等现象的发生，如果发现实验设备出现异常应及时进行更换，并检查电压和接线问题。在实验电路正常的运行的前提下，连接使用电路到PC端。显示器中显示仿真数据和参数。

3.3 无信号干扰环境下的实验分析

基于上述提出的仪表计量误差校正方法，在无信号电力系统输出干扰条件下开展误差校正试验，实验各项基本条件均以电力系统的额定条件为基础，具体环境参数设置如下：

额定电压：U=220V

额定电流：I=3.0A（以A相为主）

最大电流：I=5.0A

工作频率：f=100Hz

实验环境温度：23±3℃

实验环境相对湿度：50%～65%

预设脉冲常数：10000IMP/kWh

当被测电力系统的输出信号为正弦信号时则证明测试环境可视为理想测试环境，在此环境中开展试验可得到更加精准的试验数据。通过电力测量仪表的方式对此电力系统的输出进行计量，运用本文方法对检测设备计量过程中出现的误差数据进行校对，并将校对后的数据输出当做本次实验结果进行分析。结果分析将完全参照《交流电测量设备特殊要求第22部分：静止式有功电能表（0.2S级和0.5S级）》的精度要求进行分析，测得电能测量详细数据如表3所示。

表3 电力测量仪表电力检测结果

将上表3中数据进行对比分析可知，使用上述方法对电测仪表的计量误差进行校对后，其测得数据精度基本符合规定中对测量结果精度的要求。通过此实验结果可证实上述方法具有可行性，即通过此方法能够在一定程度上提高变电站电测仪器的计量精度。但该实验不能代表其可以完全应用到实际当中，即实验处于无信号干扰下测得的数据无法完全贴合变电站的实际情况。因此，实验还需要进行一次有信号干扰的试验分析。

3.4 信号干扰环境下实验分析

将基础误差校正法、标准环境校正发、机器学习法以及本文方法共同置于有信号干扰的环境下进行对比。在实际检测过程中，会出现日常环境校正结果与计量检测中心得出的校正结果存在一定差异的现象，为此可利用对比标准结果与实际结果的方式确定不同误差校正方法的精度。有信号干扰的实验各项条件与规定均与无信号干扰环境实验相同，但本次试验对电流信号叠加5次占比率为15%的干扰信号，本次实验以A相检测校正结果作为分析数据。所得试验结果如图3所示。

图3 信号干扰环境下实验结果

由上图数据可知，有、无信号干扰条件下本文所提优化方法皆具有较高的校正效果。同时，将上述校正结果与《交流电测量设备特殊要求第22部分：静止式有功电能表（0.2S级和0.5S级）》的对变电站电检精度要求进行比对可知，经校正后的结果完全符合精度要求，由此可证明该方法的误差校正能力较高。对比其他两种方法后可知，其实际校正结果与专业计量检测得出的误差校正结果相差较大，并且数据精度与上述标准差距较大。