一种电能表失压电量追补误差分析系统及方法
技术领域
[0001] 本
发明涉及一种
电能表失压电量追补误差分析系统及方法，属于配用电自动化领域。
背景技术
[0002] 电能计量装置在现场运行过程中，失压是经常发生的故障之一。失压故障往往会造成少计电量，需要事后追补，目前一般采用人工分析计算的方法，存在的问题是计算方法不统一，费时费
力，不符合用电智能化要求。随着智能
电网的发展，电网运行的自动化
水平越来越高，失压电量追补也寻求采用新的自动化计算方法取代传统的人工计算。在此背景下，两种失压电量追补计算方法被提出来，一是功率替代法；二是
电压替代法。功率替代法是沿用传统电量追补方法，前提假设条件是三相负荷功率对称，以三相四线制中的A相失压为例，若电压从U0降至U1，则追补电量功率为：
[0003]
[0004] 式中，Ps是应追补电量的功率，Pavrage是B相和C相的正常
平均功率。该方法在一定程度上提高了电量追补准确度，同时也为电量追补提供了一种自动化计算方法，但缺点是前提假设调价苛刻，即需要假设三相负荷对称，在实际应用时误差大，且难以评估。电压替代法弱化了前提假设条件，只需要假设
三相电压对称，对负荷无要求。仍以三相四线制中的A相失压为例，则正确电量功率为：
[0005]
[0006] 式中，带下标的U和I分别是对应的相电压和相
电流， 和 追补是A、C相功率
角，电是A相电压顺
时针旋转120°之后B相电流的夹角，具体示意图如图1所示。比起功率替代法，该方法弱化了前提条件，因而误差更小，是最有希望实际应用的失压电量自动追补计算方法，也已经在国网和南网部分地区有示范应用。但该计算方法尚未大范围推广，最重要的原因就是采用该方法追补电量存在误差，且误差目前无有效方法评估。
[0007] 综上所述，目前因电能表失压引起的少计电量追补工作仍主要依靠人工计算，提出的电压替代法符合实际应用要求，但误差尚无法定量分析，阻碍了该方法的推广应用。因此，有必要提出一种电能表失压电量追补误差分析系统及方法，为电量追补误差提供参考。
发明内容
[0008] 本发明提供了一种电能表失压电量追补误差分析系统及方法，解决了采用电压替代法追补因电能表失压而少计电量的误差定量分析问题。
[0009] 为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
[0010] 一种电能表失压电量追补误差分析系统，包括三相电压测量单元、供电故障判断单元、三相
不平衡度计算单元、误差查找单元、数据存储和发送单元以及供电单元；
[0011] 三相电压测量单元包括三个电压
传感器和
信号处理模
块，用于连续实时测量线路电压；三个电压传感器分别用于测量三相电压，电压传感器连接
信号处理模块，信号处理模块连接供电故障判断单元和三相不平衡度计算单元供电故障判断单元、三相不平衡度计算单元、误差查找单元以及数据存储和发送单元依次顺序连接；
[0012] 供电故障判断单元接收三相电压测量单元的电压测量数据，并根据供电故障评判准则，实时判别是否有发生供电故障；
[0013] 三相不平衡度计算单元受供电故障判断单元控制，供电故障判断单元判别发生供电故障时，则停止计算三相不平衡度，否则实时计算三相电压的负序和零序不平衡度，并将计算结果存储并上传误差查找单元；
[0014] 误差查找单元根据负序和零序的三相不平衡度，以最大三相不平衡度为边界条件，采用内插法或函数拟合法确定电量追补误差值；
[0015] 数据存储和发送单元将电量追补误差值存储到本地，便于事后查看，同时发送至电
能量采集终端，作为电量追补误差参考值，评估追补电能量；
[0016] 供电单元为上述各单元模块提供电能。
[0017] 三相电压测量单元的传感为器是电磁式电压互感器或者
电子式电压互感器，包括三相三线制和三相四线制两种测量配置方式，信号处理模块用于电压信号调理、
采样和计算。
[0018] 误差查找单元设置有误差查找表，误差查找表预置电量追补误差数据，电量追补误差数据与负序不平衡度和零序不平衡度相关，以最大三相不平衡度为边界条件，通过内插法或函数拟合法确定任意不平衡度组合下的电量追补误差值。
[0019] 分析得出的电量追补误差值，通过数据存储和发送单元上送至电能量采集终端。
[0020] 供电单元采用
电池或者线圈取能或者电容取能。
[0021] 一种电能表失压电量追补误差分析方法，包括以下步骤：
[0022] 1)，三相电压测量单元实时测量三相电压；
[0023] 2)，供电故障判断单元通过计算三相各相电压幅值，对故障事件进行判别，一旦判别发生供电故障，则停止计算三相不平衡度计算或屏蔽计算结果，否则进入步骤3)；
[0024] 3)，三相不平衡度计算单元计算负序和零序负序三相不平衡度；
[0025] 负序三相不平衡度计算公式为式(1)：
[0026] 或
[0027] 式中，ε负为负序三相不平衡度， 为正序电压相量， 为负序电压相量，Vab、Vbc、Vca为三相线电压；
[0028] 零序三相不平衡度计算公式为式(2)：
[0029]
[0030] ε零为零序三相不平衡度，为正序电压相量，为零序电压相量；
[0031] 4)，误差查找单元设置有误差查找表，误差查找表预置电量追补误差数据，电量追补误差数据以负序不平衡度和零序不平衡度为边界条件计算；
[0032] 步骤4)具体包括以下步骤：
[0033] 401)记三相不平衡度ε为负序三相不平衡度ε负，令 UA、UB和UC为三相相电压， 为A、B相电压夹角， 为B、C相电压夹角，得到UA、UB和三相不平衡度满足式(3)：
[0034]
[0035] 402)设置边界，采用遍历数值计算方法；
[0036] 403)在步骤401)和步骤402)的条件下计算出x，再由式(4)计算电量追补误差数据η：
[0037] 当B相失压时，
[0038] 为A相电压替代B相电压之后的B相功率因数角，即A相电压顺时针旋转120°之后与B相电流的夹角； 为B相未失压情况下的功率因数角，即B相电压与电流夹角；
[0039] 当C相失压时，
[0040] 为B相电压替代C相电压之后的C相功率因数角，即B相电压顺时针旋转120°之后与C相电流的夹角； 为C相未失压情况下的功率因数角，即B相电压与电流夹角；
[0041] 当A相失压时，
[0042] 为C相电压替代A相电压之后的A相功率因数角，即C相电压顺时针旋转120°之后与A相电流的夹角； 为A相未失压情况下的功率因数角，即A相电压与电流夹角。
[0043] 5)，以最大三相不平衡度为边界条件，通过误差查找表采用内插法或者函数拟合法确定电量追补误差值；
[0044] 6)，电量追补误差值存储在本地同时发送至电能
数据采集终端，作为电量追补误差参考值。
[0045] 本发明的有益效果为：
[0046] (1)本发明实现了电能表失压电量追补误差的定量分析；目前国家标准对三相不平衡度仅特指负序不平度，步骤3)通过计算负序不平衡度和零序不平衡度，将单边界条件拓宽为双边界条件，使误差评估结果更符合实际。步骤5)通过采用内插法或者函数拟合法，在任意负序不平衡度和零序不平衡度组合下，可以确定误差值；
[0047] (2)本发明与已有的“电压替代法失压电量追补方法”结合使用，可以促进失压电量追补自动化计算推广应用；
[0048] (3)本发明中的电压测量单元安装于配电
变压器，还可用于实时监测线路的其他运行参数，作为配变监测终端使用。
附图说明
[0049] 下面结合附图和
实施例对本发明进一步说明；
[0050] 图1为电压替代法失压电量追补示意图；
[0051] 图2为电能表失压电量追补误差分析系统实施示意图；
具体实施方式
[0052] 下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
[0053] 如图1所示，一种电能表失压电量追补误差分析系统，包括三相电压测量单元、供电故障判断单元、三相不平衡度计算单元、误差查找单元、数据存储和发送单元以及供电单元。
[0054] 三相电压测量单元包括三个电压传感器和信号处理模块，用于连续实时测量线路电压；三个电压传感器分别用于测量三相电压，电压传感器连接信号处理模块，信号处理模块连接供电故障判断单元和三相不平衡度计算单元供电故障判断单元、三相不平衡度计算单元、误差查找单元以及数据存储和发送单元依次顺序连接；
[0055] 供电故障判断单元接收三相电压测量单元的电压测量数据，并根据供电故障评判准则，实时判别是否有发生供电故障；
[0056] 三相不平衡度计算单元受供电故障判断单元控制，供电故障判断单元判别发生供电故障时，则停止计算三相不平衡度或屏蔽计算结果，否则实时计算三相电压的负序和零序不平衡度，并将计算结果存储并上传；
[0057] 误差查找单元根据负序和零序的三相不平衡度，以最大三相不平衡度为边界条件，采用内插法或函数拟合法确定电量追补误差值；
[0058] 数据存储和发送单元将电量追补误差值存储到本地，便于事后查看，同时发送至电能量采集终端，作为电量追补误差参考值，评估追补电能量。
[0059] 供电单元为上述各单元模块提供电能。
[0060] 三相电压测量单元、三相电压测量单元、供电故障判断单元、三相不平衡度计算单元、误差查找单元、数据存储和发送单元、供电单元既可以分离，也可以一体化设计。
[0061] 三相电压测量单元的传感器是电磁式电压互感器或电子式电压互感器，包括三相三线制和三相四线制两种测量配置方式，信号处理模块用于电压信号调理、采样和计算。
[0062] 供电故障判断单元的故障判别准则依照相关国家标准，也可以根据实际需要高于现有标准。
[0063] 误差查找单元设置有误差查找表，误差查找表预置电量追补误差数据，电量追补误差数据与负序不平衡度和零序不平衡度相关，以最大三相不平衡度为边界条件，通过内插法或函数拟合法确定任意不平衡度组合下的电量追补误差值。
[0064] 分析得出的电量追补误差值，通过数据存储和发送单元上送至电能量采集终端。
[0065] 供电单元采用电池或者线圈取能或者电容取能方式。
[0066] 本实施例为三相四线制，假设A相发生失压，将正常的B相电压矢量逆时针旋转120°或顺时针旋转240°，用以替代失压相电压，从而计算相对正确的电能量。由上述原理可知，若三相电压本身不平衡，则会产生电量计算误差，该误差与相电压替代误差相关，包括电压幅值差和
相位差。
[0067] 为了评估电量追补误差，首先必须评估用B相电压替代A相电压的幅值差和
相位差。以10kV线路实施为例，如图2所示，三相电压测量单元采用JSZW3-10A电压互感器将10kV变为100V，在通过
电阻分压或其他信号变换方式，将100V转为5V，最后通过A/D转换器将模拟量转为
数字量，发送至后续功能单元。
[0068] 供电故障判断单元接收三相电压测量单元的测量数据，按照既设
阈值，判断是否发生供电故障，一旦判别发生供电故障，则停止计算三相不平衡度或屏蔽计算结果。若无供电故障，则由三相不平衡度计算单元实时计算三相电压的负序和零序不平衡度。
[0069] 一种电能表失压电量追补误差分析方法，包括以下步骤：
[0070] 1)，三相电压测量单元实时测量三相电压；
[0071] 2)，供电故障判断单元通过计算三相各相电压幅值，对故障事件进行判别，一旦判别发生供电故障，则停止计算三相不平衡度计算或屏蔽计算结果，否则进入步骤3)；
[0072] 3)，三相不平衡度计算单元计算负序和零序负序三相不平衡度；
[0073] 负序三相不平衡度计算公式为式(1)：
[0074] 或
[0075] 式中，ε负为负序三相不平衡度， 为正序电压相量， 为负序电压相量，Vab、Vbc、Vca为三相线电压；
[0076] 零序三相不平衡度计算公式为式(2)：
[0077]
[0078] ε零为零序三相不平衡度，为正序电压相量，为零序电压相量。
[0079] 4)，误差查找单元设置有误差查找表，误差查找表预置电量追补误差数据，电量追补误差数据以负序不平衡度和零序不平衡度为边界条件计算；
[0080] 步骤4)具体包括以下步骤：
[0081] 401)记三相不平衡度ε为负序三相不平衡度ε负，令 UA、UB和UC为三相相电压， 为A、B相电压夹角， 为B、C相电压夹角，得到UA、UB和三相不平衡度满足式(3)：
[0082]
[0083] 402)设置边界，采用遍历数值计算方法；
[0084] 403)在步骤401)和步骤402)的条件下计算出x，再由式(4)计算电量追补误差数据η：
[0085] 如图2所示，当B相失压时，
[0086] 为A相电压替代B相电压之后的B相功率因数角，即A相电压顺时针旋转120°之后与B相电流的夹角； 为B相未失压情况下的功率因数角，即B相电压与电流夹角；
[0087] 当C相失压时，
[0088] 为B相电压替代C相电压之后的C相功率因数角，即B相电压顺时针旋转120°之后与C相电流的夹角； 为C相未失压情况下的功率因数角，即B相电压与电流夹角；
[0089] 当A相失压时，
[0090] 为C相电压替代A相电压之后的A相功率因数角，即C相电压顺时针旋转120°之后与A相电流的夹角； 为A相未失压情况下的功率因数角，即A相电压与电流夹角。
[0091] 5)，以最大三相不平衡度为边界条件，通过误差查找表采用内插法或者函数拟合法确定电量追补误差值；
[0092] 6)，电量追补误差值存储在本地同时发送至电能数据采集终端，作为电量追补误差参考值。
[0093] 具体误差数据如表1所示。假设计算得出负序和零序不平衡度均为1％，则通过数据查找表可知，电能量追补误差最大约为0.36％。
[0094] 表1预置误差查找表
[0095]
[0096]
[0097] 本地数据存储可以为固态
硬盘，数据发送单元可以通过有线或无线的通信方式上送至电能量采集终端。供电单元可以采用电池、线圈取能、电容取能等多种取能方式。
[0098] 本领域内的技术人员可以对本发明进行改动或变型的设计但不脱离本发明的思想和范围。因此，如果本发明的这些
修改和变型属于本发明
权利要求及其等同的技术范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
