直流电能计量检测系统的准确性分析

2022-08-17侯忠海

通信电源技术 2022年7期

侯忠海

（吕梁市综合检验检测中心，山西吕梁 033000）

0 引言

近年来，受能源供给侧结构性改革和新能源战略的影响，直流电逐渐成为电动汽车充电、光伏发电、轨道交通供电以及数字化变电站供配电等领域重点使用的能源[1]。直流电能计量结果不仅影响到电能单位的电能使用状况，同时也影响到各行业领域对电能的依赖度[2]。尤其是在当前注重能源成本精准化管控的背景下，确保直流电能计量结果的准确性是维护电力能源市场公平性、稳定性的内在要求和现实需要。虽然近年来持续更新的直流电能计量检测装置提高了直流电能计量结果的准确性，但是仍然存在一些因素会干扰直流电能计量检测系统运行的准确性。根据相关研究，如果直流电能检测系统不准确造成整体直流电能计量产生1%的偏差，那么就会对用户或电网公司造成重大的经济损失，进而影响到贸易结算的公平、公正[3]。因此，要对直流电能计量检测系统的准确性问题给予足够的关注。

1 直流电能计量检测系统概述

直流电能计量检测系统是对直流电能计量数据信息进行实时检测和分析管理的信息系统，其基本原理是从检测设备中获取检测数据后进行统计学分析并生成直流电能计量数据，根据检测数据对计量装置和用户设备的运行情况进行综合分析，确定直流电能使用状况和直流电能计量装置运行的实际状况。

目前，在直流电能计量检测方面，使用较多的主要有以专用电能计量芯片为载体的系统和以模数转换器（Analog to Digital Converter，ADC）采集芯片为载体的系统。这两类系统在使用时均需要将大电流和大电压信号转化成为弱电信号才能运行，同时系统在配置过程中增加了冗余设计，提高了检测系统中数据信息的安全性和可靠性。

2 直流电能计量检测中的误差分析方法

直流电能计量检测中，受部分因素的综合影响，直流电能计量检测系统的计量检测功能存在准确性方面的偏差[4]。目前，关于直流电能计量检测中的误差主要使用相关测量方法进行识别和分析，分别是瓦秒法和脉冲法。

2.1 瓦秒法

瓦秒法是将直流电能表反映的功率与线路中的实际功率进行对比，进而判断电能计量装置的接线方式和结果是否正确。根据测量的转数和消耗的时间计算出计量功率，即：

式中：P′为计量功率；C为电能表常数；t为测量的时间；N为测量的圈数或者脉冲。

根据获得的计量功率，计算电能表的相对误差：

式中：P为实际用电功率。

2.2 脉冲法

脉冲电能误差分析方法是将测量得到的电能值转化为脉冲，按照脉冲数计算得出电能的相对误差。脉冲数计算公式为：

式中：m0为转化的脉冲数；C0为测量仪的脉冲常数；N为被检测电能表所转的圈数；CL为被检测电能表的脉冲常数。

根据获得的脉冲数，计算相对误差为：

式中：m为实测脉冲数。

3 影响直流电能计量检测系统准确性的因素及其控制策略

虽然直流电能表生产标准的细化和技术的提升使得直流电能计量检测系统运行的准确性有所提升，但是在实际分析中发现仍然存在相应的误差[5]。对此，相关主体需要根据影响因素及其影响的机理采取相应的措施加以控制或干预，尽可能降低或者消除这些因素对直流电能计量检测系统准确性的影响。

电能表是直流电能计量检测系统中的重要数据采集单元，目前直流电能计量检测系统设计、开发和使用过程中可以选择的电能表接入方式主要有直接接入式和间接接入式两种[6]。直接接入式是直接将电能表串接到直流电路上，其结果是负荷的电压、电流直接进入电能表。而间接接入式是搭配直流分流器将直流电能表接入到直流电路上，其结果是负荷的电压、电流在经过电流互感器和电压互感器后再进入电能表。在直流电能计量检测中，直接接入的方式容易使电能表受内部空间和元件自热等因素的影响而出现误差，而间接接入方式会因为被检测电能表的小信号电压输入阻抗等因素而出现电能计量方面的偏差。在实际选择电能表接入方式时，要根据直流电路的电压、电流情况进行针对性选择。一般来说，在高压计量或者低压大负荷计量时，宜选择使用间接接入的方式。同时，在使用间接接入方式时，需要注意对小信号电压的输入因素进行检测和防范。

电能表是一种紧密性较高的装置，对其精确性的评价需要根据溯源结构图计算电能的相对误差。由于部分产品缺少相应的溯源途径，进而使得电能表自身的准确性评价和校准缺乏原始的数据信息支持[7]。在实际的电能表选择和测试时，相关主体要注意向产品供应方索要溯源结构图，并对电能相对误差进行严谨计算，确保误差在合理范围内。同时，在后期电能表计量校准时，要根据不同的量程选择相应的分压器和分流器，以保证电流、电压检测的准确性和校准的有效性。直流电能表属性检测中需要注意的问题如表1所示。

表1 直流电能表属性检测中需要注意的问题

目前，我国的直流电能计量检测系统主要有直流静态计量检测系统和直流动态计量检测系统，这两种检测系统都存在准确性方面的问题。其中，直流静态计量检测系统的准确性容易受微控制器、直流比较仪等设备或装置的影响，而直流动态检测系统在应用中受直流电能纹波的影响。基于此，在实际的直流电能计量检测系统开发、运行与维护中，要采取相应的措施来提高计量检测系统整体的准确性，例如直流加交流共同输出、全自动检定等[8]。