直流電能計量檢測系統(tǒng)的準確性分析

侯忠海

（呂梁市綜合檢驗檢測中心，山西 呂梁 033000）

0 引 言

近年來，受能源供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革和新能源戰(zhàn)略的影響，直流電逐漸成為電動汽車充電、光伏發(fā)電、軌道交通供電以及數(shù)字化變電站供配電等領(lǐng)域重點使用的能源[1]。直流電能計量結(jié)果不僅影響到電能單位的電能使用狀況，同時也影響到各行業(yè)領(lǐng)域?qū)﹄娔艿囊蕾嚩萚2]。尤其是在當前注重能源成本精準化管控的背景下，確保直流電能計量結(jié)果的準確性是維護電力能源市場公平性、穩(wěn)定性的內(nèi)在要求和現(xiàn)實需要。雖然近年來持續(xù)更新的直流電能計量檢測裝置提高了直流電能計量結(jié)果的準確性，但是仍然存在一些因素會干擾直流電能計量檢測系統(tǒng)運行的準確性。根據(jù)相關(guān)研究，如果直流電能檢測系統(tǒng)不準確造成整體直流電能計量產(chǎn)生1%的偏差，那么就會對用戶或電網(wǎng)公司造成重大的經(jīng)濟損失，進而影響到貿(mào)易結(jié)算的公平、公正[3]。因此，要對直流電能計量檢測系統(tǒng)的準確性問題給予足夠的關(guān)注。

1 直流電能計量檢測系統(tǒng)概述

直流電能計量檢測系統(tǒng)是對直流電能計量數(shù)據(jù)信息進行實時檢測和分析管理的信息系統(tǒng)，其基本原理是從檢測設(shè)備中獲取檢測數(shù)據(jù)后進行統(tǒng)計學(xué)分析并生成直流電能計量數(shù)據(jù)，根據(jù)檢測數(shù)據(jù)對計量裝置和用戶設(shè)備的運行情況進行綜合分析，確定直流電能使用狀況和直流電能計量裝置運行的實際狀況。

目前，在直流電能計量檢測方面，使用較多的主要有以專用電能計量芯片為載體的系統(tǒng)和以模數(shù)轉(zhuǎn)換器（Analog to Digital Converter，ADC）采集芯片為載體的系統(tǒng)。這兩類系統(tǒng)在使用時均需要將大電流和大電壓信號轉(zhuǎn)化成為弱電信號才能運行，同時系統(tǒng)在配置過程中增加了冗余設(shè)計，提高了檢測系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息的安全性和可靠性。

2 直流電能計量檢測中的誤差分析方法

直流電能計量檢測中，受部分因素的綜合影響，直流電能計量檢測系統(tǒng)的計量檢測功能存在準確性方面的偏差[4]。目前，關(guān)于直流電能計量檢測中的誤差主要使用相關(guān)測量方法進行識別和分析，分別是瓦秒法和脈沖法。

2.1 瓦秒法

瓦秒法是將直流電能表反映的功率與線路中的實際功率進行對比，進而判斷電能計量裝置的接線方式和結(jié)果是否正確。根據(jù)測量的轉(zhuǎn)數(shù)和消耗的時間計算出計量功率，即：

式中：P′為計量功率；C為電能表常數(shù)；t為測量的時間；N為測量的圈數(shù)或者脈沖。

根據(jù)獲得的計量功率，計算電能表的相對誤差：

式中：P為實際用電功率。

2.2 脈沖法

脈沖電能誤差分析方法是將測量得到的電能值轉(zhuǎn)化為脈沖，按照脈沖數(shù)計算得出電能的相對誤差。脈沖數(shù)計算公式為：

式中：m0為轉(zhuǎn)化的脈沖數(shù)；C0為測量儀的脈沖常數(shù)；N為被檢測電能表所轉(zhuǎn)的圈數(shù)；CL為被檢測電能表的脈沖常數(shù)。

根據(jù)獲得的脈沖數(shù)，計算相對誤差為：

式中：m為實測脈沖數(shù)。

3 影響直流電能計量檢測系統(tǒng)準確性的因素及其控制策略

雖然直流電能表生產(chǎn)標準的細化和技術(shù)的提升使得直流電能計量檢測系統(tǒng)運行的準確性有所提升，但是在實際分析中發(fā)現(xiàn)仍然存在相應(yīng)的誤差[5]。對此，相關(guān)主體需要根據(jù)影響因素及其影響的機理采取相應(yīng)的措施加以控制或干預(yù)，盡可能降低或者消除這些因素對直流電能計量檢測系統(tǒng)準確性的影響。

電能表是直流電能計量檢測系統(tǒng)中的重要數(shù)據(jù)采集單元，目前直流電能計量檢測系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)和使用過程中可以選擇的電能表接入方式主要有直接接入式和間接接入式兩種[6]。直接接入式是直接將電能表串接到直流電路上，其結(jié)果是負荷的電壓、電流直接進入電能表。而間接接入式是搭配直流分流器將直流電能表接入到直流電路上，其結(jié)果是負荷的電壓、電流在經(jīng)過電流互感器和電壓互感器后再進入電能表。在直流電能計量檢測中，直接接入的方式容易使電能表受內(nèi)部空間和元件自熱等因素的影響而出現(xiàn)誤差，而間接接入方式會因為被檢測電能表的小信號電壓輸入阻抗等因素而出現(xiàn)電能計量方面的偏差。在實際選擇電能表接入方式時，要根據(jù)直流電路的電壓、電流情況進行針對性選擇。一般來說，在高壓計量或者低壓大負荷計量時，宜選擇使用間接接入的方式。同時，在使用間接接入方式時，需要注意對小信號電壓的輸入因素進行檢測和防范。

電能表是一種緊密性較高的裝置，對其精確性的評價需要根據(jù)溯源結(jié)構(gòu)圖計算電能的相對誤差。由于部分產(chǎn)品缺少相應(yīng)的溯源途徑，進而使得電能表自身的準確性評價和校準缺乏原始的數(shù)據(jù)信息支持[7]。在實際的電能表選擇和測試時，相關(guān)主體要注意向產(chǎn)品供應(yīng)方索要溯源結(jié)構(gòu)圖，并對電能相對誤差進行嚴謹計算，確保誤差在合理范圍內(nèi)。同時，在后期電能表計量校準時，要根據(jù)不同的量程選擇相應(yīng)的分壓器和分流器，以保證電流、電壓檢測的準確性和校準的有效性。直流電能表屬性檢測中需要注意的問題如表1所示。

表1 直流電能表屬性檢測中需要注意的問題

目前，我國的直流電能計量檢測系統(tǒng)主要有直流靜態(tài)計量檢測系統(tǒng)和直流動態(tài)計量檢測系統(tǒng)，這兩種檢測系統(tǒng)都存在準確性方面的問題。其中，直流靜態(tài)計量檢測系統(tǒng)的準確性容易受微控制器、直流比較儀等設(shè)備或裝置的影響，而直流動態(tài)檢測系統(tǒng)在應(yīng)用中受直流電能紋波的影響。基于此，在實際的直流電能計量檢測系統(tǒng)開發(fā)、運行與維護中，要采取相應(yīng)的措施來提高計量檢測系統(tǒng)整體的準確性，例如直流加交流共同輸出、全自動檢定等[8]。

4 結(jié) 論

綜上所述，直流電能計量檢測系統(tǒng)是能源改革背景下直流電能使用情況集中管理的基礎(chǔ)。相關(guān)主體在布局和使用直流電能計量檢測系統(tǒng)時，應(yīng)當采取優(yōu)化電能表接入方式、關(guān)注電能表自身屬性等措施來提高檢測系統(tǒng)的準確性。