高電壓分相計量電能脈沖實現技術

【摘 要】近年來，一體化高壓電能表開始應用到電力行業中，然而高壓電能表各相位間產生的高壓電位差，使得高速通信只能通過光纖或是無線通信的方式傳遞，這從根本上增加了硬件成本。為了解決上述問題，人們研發出了一種新的電能脈沖實現技術，該技術的基礎是高壓分相電能計量與慢速通信。高電壓分相計量電能脈沖實現技術的工作原理是：在B相中將A相和C相的電能信息綜合疊加，從而計算出該周期內電能的增加量，進而把增加的電能以電能脈沖的形式在下個周期內發出。這種技術具有準確度高、成本低等優點，因此成為了近年來研究的重點課題之一。

【關鍵詞】高電壓；電能脈沖；分相計量

0.前言

隨著科技的發展，電力事業的規模越來越大。傳統的三相電表已逐漸不能滿足發展的需要，因此一體化高壓電能表被研發出來，并在很多地方得到了應用。傳統的三相電能表能將低壓側的電流信號、電壓等直接傳進專門的計量芯片中，從而計算出點能量，并將其轉化為相應的電量脈沖。然而，在一體化高壓電能表中，各相位之間存在電壓差，這使得其不能像三相電能表那樣計算電能總量以及獲得電能脈沖。為了達到這一目的，人們研究出了一種新的技術電能脈沖實現技術，即通過分開計算，然后匯總結果的方式計算電量，進而將電能量轉化為電能脈沖。本文比較了三相電能表和一體化高壓電能表的工作原理，重點介紹了高電壓分相計量電能脈沖實現技術，希望能幫助讀者更好的了解該技術。

1.三相電能表和一體化高壓電能表工作原理比較

1.1三相電能表的工作原理

上圖是三相電能表的工作原理示意圖，從圖中我們可以看出大電流和高壓分別通過電流互感器和電壓互感器轉變為小電流和低壓，然后經過特殊的處理，轉變為弱信號，弱信號經由三相電能計量芯片傳導至CPU，最終轉變成電能脈沖。三相電能表的電流和電壓經過電壓互感器以及電流互感器的處理后又流入了精密小電壓、電流互感器，使得電壓本身就很低，因此不會在各個相位之間產生電壓差，CPU可以直接將電能量在計量芯片中計算出來。三相電能表對CPU的要求不是很高，因此三相電能表的硬件設備成本不高。

1.2一體化高壓電能表工作原理

一體化高壓電能表工作原理示意圖如上，從圖中我們可以看出一體化高壓電能表的工作流程：一體化高壓電能表具有三個相位，即A相位、B相位和C相位，三個相位相互獨立，又連在一起。A相位、B相位、C相位間有高壓絕緣，他們之間的信號由光纖傳播。高電壓、大電流通過電壓傳感器以及電流傳感器分別進入A、B、C相位，由于三個相位之間有很大的電壓差，因此不能直接將各相位的電流、電壓信號一起接入到計量芯片中。因此，必須在三個相位上分別計量電量的結果，通過計量芯片轉化為信號，再由光纖傳導至B相位匯總，即A相位的計量芯片計算出A相位的電量，C相位的計量芯片計算出C相位的電量，然后通過光纖將電量信息匯總到B相位。B相位將所有電量信息綜合后釋放電能脈沖。在電能脈沖產生過程中，B相位中的電能綜合單元要不斷判斷A相位和C相位傳遞過來的電量信息，而A相位與C相位的電量信息時通過光纖傳導，因此速度十分地塊，這就要求B相位中綜合單元的CPU具備相當高的性能，進而增大了硬件的成本。由此可知，要想降低硬件成本，就必須充B相位讀取A相位和C相位的間隔時間入手，要想降低CPU單位時間的處理量，就要相應的增加B相位讀取A相位和C相位的時間。

2.高電壓分相計量電能脈沖實現技術

本文所提出的電能脈沖實現技術是基于分相計量以及慢速率通信的一種脈沖實現技術。首先，看下圖：

這是一幅電能脈沖實現的原理圖，也是本文電能脈沖實現技術的依據。圖中橫坐標為傳導周期，即A相位和C相位傳導一次信號的間隔時間；縱坐標為電量，即A相位和C相位單位時間內傳遞的電量綜合。B相電能綜合單位每間隔T時間向A相位和C相位讀取一次電量的信息，并將信息綜合，因此要降低CPU的要求就要延長間隔時間。但是，時間間隔太長又會引起電量信息的不準確。基于上述源于，本文將電量和間隔時間進行了細化處理，也就是把的單位間隔時間T分成N等分，同時將電量E也分成N等分，進而計算每一等分間的電量增量，這樣極大的提高了計量的準確度。

在上圖中，我們假設零時刻時為起始點，電量也為零，t1時刻對應電量為E1，tn-1時刻對應的電量為En-1，tn時刻對應的電量為En，tn+1時刻對應的電量為En+1。隨著時間的改變，電能量隨之增加，由此可以得出單位時間內的電能增量。當然，任意兩段單位時間內的電量增量都不相同，所以，需要不斷調整每個周期T的電能累加梯度。具體做法是，將B相位綜合得到的電量作為每次的累加初值，以T時間內電能總增量除以N作為累加步長。比如，計算零時刻到t1時刻的電量增量就是用t1時刻對應的電量E1減去零時刻的電量，最終的結果就是電量增量，然后再用電量增量除以N得到累加步長。當N的取值越大時得到的數值也越準確，同時所需要的硬件性能的指標也就越低，因此可以在理論上實現電能脈沖，并且不影響電量的計量結果的準確性。

3.結語

電是人們日常生活中必不可缺的元素，電力行業的發展也直接影響到人們的日常生活。近年來，全國建立了很多大型的發電站，配電網絡已經基本覆蓋所有城市和農村。為了節約成本，電力部門一般采用高壓送電的方式傳送電能，然后經過變電站將高壓轉化為低壓，供給人們日常使用。電能表作為電網的基礎部分，也是不可缺少的部分，其作用不言而喻。一體化高壓電能表的使用，是電力行業發展的需要也是必然，然其對硬件設備的要求很高，使得企業的成本投資增大。本文以慢速率通信方式為基礎，探討了一種不影響電量結果的電能脈沖技術，希望對讀者有所幫助。 [科]

【參考文獻】

［１］郭琳云，尹項根，嚴新榮等.高電壓分相計量電能脈沖實現技術[J].電力自動化設備，2010，30(4):112-114.

［２］張文亮，劉壯志，王明俊，等.智能電網的研究進展及發展趨勢[J].電網技術.2009.33(13);1-11.

［３］陳應林，黃德祥. 數字式電能計量系統及檢定裝置設計[J].電力自動化設備，2009.29(4);114-117.

［４］European Commission. European technology platform smart-grids; vision and strategy for Europe’s electricity networks of the future[EB/OL].[2009-08-10].