如何實(shí)現(xiàn)復(fù)雜動態(tài)條件下的電能精準(zhǔn)計(jì)量及電能表的測試與評價

隨著新型電力系統(tǒng)建設(shè)的不斷推進(jìn)，電網(wǎng)中供電與用電負(fù)荷呈現(xiàn)大波動、強(qiáng)隨機(jī)和快時變的復(fù)雜動態(tài)特性，一直沿用的電能計(jì)量測試方法無法保證電能準(zhǔn)確計(jì)量，因此，研究動態(tài)條件下的電能計(jì)量問題刻不容緩，通過建立全場景測試信號、研發(fā)動態(tài)誤差專用系統(tǒng)等，能有效提高電能計(jì)量能力。

電能表作為電力貿(mào)易結(jié)算的關(guān)鍵設(shè)備，其計(jì)量準(zhǔn)確性直接關(guān)系到千家萬戶的切身利益。面對這一重大技術(shù)挑戰(zhàn)，組建了專門的科研攻關(guān)團(tuán)隊(duì)，開啟了一段充滿挑戰(zhàn)的科研探索之旅。

針對動態(tài)測試信號不全面問題，團(tuán)隊(duì)建立了覆蓋全場景動態(tài)負(fù)荷特性的測試信號體系，首創(chuàng)三大類十三個小類電能表動態(tài)測試信號模型，這個模型包含了暫時性、短時性、長時確定性以及隨機(jī)性等多種工作模態(tài)，可以靈活輸出穩(wěn)態(tài)功率測試信號、正弦OOK動態(tài)測試信號、正弦m序列偽隨機(jī)動態(tài)測試信號以及正弦CS序列偽隨機(jī)動態(tài)測試信號等，這些信號模型的設(shè)計(jì)充分考慮了電源側(cè)和負(fù)荷側(cè)的各種復(fù)雜工況，能夠全面模擬實(shí)際電網(wǎng)中的動態(tài)場景變化規(guī)律。

在測試方法上，我們實(shí)現(xiàn)了測試信號完整循環(huán)周期的同步控制，通過精確控制動態(tài)測試電流參比信號的歸零循環(huán)，使用完整循環(huán)周期的動態(tài)測試信號進(jìn)行動態(tài)誤差測試，有效解決了測試信號隨機(jī)啟動、停止情況下每次測試信號導(dǎo)通、關(guān)斷時間不一致的問題，無需通過延長測試時間抵消隨機(jī)啟停的誤差來源，實(shí)現(xiàn)了短時間內(nèi)動態(tài)誤差的精準(zhǔn)測試。

為使檢測設(shè)備更先進(jìn)，我們自主研發(fā)了國內(nèi)外首套電能表動態(tài)誤差同步測試系統(tǒng)，包括雙電流回路和單電流回路兩種配置。雙電流回路系統(tǒng)由動態(tài)誤差同步測試裝置、標(biāo)準(zhǔn)表和標(biāo)準(zhǔn)功率源組成，更加便攜，可靈活搭配，溯源簡單；單電流回路系統(tǒng)采用一體化設(shè)計(jì)，由功率源直接輸出測試信號，自動化程度高，操作便捷，算法模型升級便利，更適合批量化檢測。兩套系統(tǒng)經(jīng)中國計(jì)量科學(xué)研究院、湖南省計(jì)量科學(xué)研究院校準(zhǔn)。

值得一提的是，為了填補(bǔ)國際標(biāo)準(zhǔn)空白，提升國際話語權(quán)，我們開展了大量基礎(chǔ)性工作，在長達(dá)數(shù)月的測試中，積累了海量數(shù)據(jù)，包括不同版本電能表在各種測試方案下的表現(xiàn)數(shù)據(jù)、現(xiàn)場校驗(yàn)儀的動態(tài)誤差測試數(shù)據(jù)以及不同測試時間下的比對結(jié)果等，這些數(shù)據(jù)為我們參與國際標(biāo)準(zhǔn)制定提供了堅(jiān)實(shí)支撐。我們積極建立國際溝通渠道，與IECTC13WG11工作組保持密切合作，與各國專家就負(fù)荷潮流快速變化對誤差的影響、測試設(shè)備準(zhǔn)確性等關(guān)鍵問題進(jìn)行了深入探討。經(jīng)過兩年多的不懈努力，成功推動相關(guān)IEC國際標(biāo)準(zhǔn)的立項(xiàng)，為全球計(jì)量領(lǐng)域貢獻(xiàn)了中國方案。

技術(shù)人員正在使用動態(tài)誤差同步測試系統(tǒng)開展電能表動態(tài)誤差測試。圖/李琳

經(jīng)過不斷耕耘，我們攻克了復(fù)雜動態(tài)條件下的電能表動態(tài)誤差測試技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了從穩(wěn)態(tài)計(jì)量到動態(tài)計(jì)量性能評價的歷史性突破。動態(tài)計(jì)量核心成果經(jīng)院士鑒定達(dá)到國際領(lǐng)先水平。已授權(quán)發(fā)明專利4項(xiàng)、實(shí)用新型專利6項(xiàng)，出版專著2部，發(fā)布團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)2項(xiàng)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)1項(xiàng)。

研究成果得到了廣泛應(yīng)用，依托本系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)累計(jì)安全開展國內(nèi)外10余家主流電能表動態(tài)測試超2000小時，積累了寶貴的測試數(shù)據(jù)。目前，已與2家設(shè)備制造廠家簽訂專利實(shí)施許可合同，成果已在國產(chǎn)計(jì)量芯片、電能表、高端儀器制造企業(yè)、電力公司、中試機(jī)構(gòu)全產(chǎn)業(yè)鏈應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)成果轉(zhuǎn)化，拉動全產(chǎn)業(yè)鏈創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益，以自主可控的原創(chuàng)技術(shù)帶動全行業(yè)新質(zhì)生產(chǎn)力進(jìn)步，有力推進(jìn)現(xiàn)代先進(jìn)測量體系建設(shè)。

電能計(jì)量看似屬于專業(yè)技術(shù)范疇，實(shí)則關(guān)系國計(jì)民生，精準(zhǔn)計(jì)量不僅是技術(shù)問題，更是公平正義的體現(xiàn)。在加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)的當(dāng)下，我們將始終牢記“精準(zhǔn)計(jì)量、服務(wù)民生”的使命，繼續(xù)深耕動態(tài)計(jì)量技術(shù)研究，為推動現(xiàn)代先進(jìn)測量體系建設(shè)貢獻(xiàn)自己的力量。相信通過持續(xù)創(chuàng)新和不懈努力，一定能夠?yàn)殡娏π袠I(yè)的高質(zhì)量發(fā)展提供更加強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，讓每一度電都能得到準(zhǔn)確的計(jì)量。■