专利名称：电网量测和监测系统及其方法
技术领域：
本发明涉及电网量测系统及电网量测方法和电网监测方法，尤其涉及一种基本局域电网的量测系统及其量测方法和局域电网的量测系统及局域电网的监测方法。
背景技术：
目前我国高压电网分成不同层次的局域电网，其包括500kV、220kV、110kV、60kV、 35kV、20kV、10kV等若干变输电组成的电力网络，超高电压通过各级变电站最终转变为低电压，例如I IOkV高压电通过变电站以后将转变为60kV、35kV、20kV、IOkV高压电，IOkV高压电通过变电室以后将转变为380/220V的低压电配送给千家万户的低压用户。在电网电能的计量中，不仅380/220V的低压用户需要计量电能，高压用户、输变电之间也需要计量电能以便结算。一般地，在变压器的一次侧连接有一个高压电能测量装置，该高压电能测量装置可以是高压电能表、电能计量柜等可对高压电能进行计量的仪表或装置。虽然世界上不同国家的电网层次不尽相同，但是世界各国目前的高压电能测量都由电压互感器、电流互感器和低压电能表三者组合而成。通过电压互感器，把高电压转化为低电压，通过电流互感器，把大电流转化为小电流以后，再通过低压电能表计量，其最高准确度约定为0.7%，满足不了电能结算的实际需要；而且互感器体积庞大，难以拆卸，无法实施三合一的整体计量校准或检定。从理论上说，整个电网应该是一个闭合系统，遵循能量守恒定律，即一个局域电网中用于测量该局域电网整个电能消耗的高压电能测量装置的测量值应该等于该局域电网中各用户的电能表测量值之和，但是目前高压电能测量装置的精度约定为0. 7%，变压器本身和电网线路存在损耗，甚至还存在一些非用户的损耗，如窃电等，因此测量得到的该局域网络整个电能消耗与所测量得到的其所有用户电能消耗往往存在较大差别，但是，到目前为止整个电网的电能测量没有建立核查体系。中国发明专利ZL200910000667. 0公开了一种新型的三相电能测量装置(该专利已经提交了 PCT申请并在美国、加拿大、澳大利亚等国得到受理)，其基本原理框图如图I所示，它采用V/V和I/V新技术、三相四线“虚地”星型结构形式，实现了高压电能高准确度的测量，该装置包括能够进行三相电压检测和三相电流检测的传感单元1-6，能够接收传感单元1-6的检测数据并进行电能测算的测量单元M7，及用于将测量单元M7的测算数据通过无线发送到工作区的数据发送单元T8。该新型的三相电能测量装置在现场工作的准确度可以达到0. 2%，甚至更高。相比于局域电网中现有的高压电能测量装置，该新型的三相电能测量装置准确度大大提高，用该新型的三相电能测量装置取代局域电网中现有的高压电能测量装置，无疑是一种最好的选择，然而，整个国家电网中的高压电能测量装置数量庞大，从经济角度考虑整体替换并不可行，因此目前迫切需要一种既能提高电网的计量水准而又经济且易行的解决方案。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了如下的解决方案一种基本局域电网量测系统，包括一个变压器，用于将高压电变换为低压电；一个与电网供电线连接的高压电能测量装置，用于对所述基本局域电网的电能进行测量；若干个用户电能表，用于对低压用户使用的电能进行计量；及若干输电线路；该量测系统还包括一个与电网供电线连接的标准高压电能测量装置和一个数据处理设备；其中，所述标准高压电能测量装置用于对所述基本局域电网的电能进行测量，并且所述标准高压电能测量装置的测量准确度比所述高压电能测量装置的测量准确度高；所述数据处理设备用于接收所述标准高压电能测量装置的测量数据和所述高压电能测量装置的测量数据，通过比对方式对所述高压电能测量装置进行整体校准或检定。进一步，上述基本局域电网量测系统的数据处理设备还用于对上述电能测量数据进行处理以获得用户电能表的电能测量误差、所述变压器的磁滞损耗和局域电网的非用户的线路损耗。本发明还提供了一种基本局域电网量测系统的电网量测方法，其包括如下步骤 根据预设的采样时间At获取一个基本局域电网中用于计量所述基本局域电网电能的所述高压电能测量装置的测量数据；根据该预设的采样时间At获取一个用于现场校准所述基本局域电网中所述高压电能测量装置的所述标准高压电能测量装置的测量数据；对所获取的所述高压电能测量装置的测量数据与所述标准高压电能测量装置的测量数据进行处理。本发明还提供了如下的解决方案一种局域电网量测系统，包括一个主变压器， 用于将高电压变换为至少一个下一层次的次高电压；至少一条输电干线，用于分别与所述主变压器的输出端相连；至少一条从所述输电干线分出的分输电干线，用于给所述分输电干线的用户输送所述输电干线所输送的次高电压；一个与电网供电线连接的主高压电能测量装置，用于对所述局域电网的电能进行测量；至少一个用户高压电能测量装置，分别对所述分输电干线的电能进行测量；该量测系统还包括一个与所述局域电网供电线连接的主标准高压电能测量装置和一个主数据处理设备、至少一个用户标准高压电能测量装置和至少一个用户数据处理设备；所述至少一个用户标准高压电能测量装置用于分别对所述至少一条分输电干线的电能进行测量，并且所述至少一个用户标准高压电能测量装置的测量准确度分别比相应的所述至少一个用户高压电能测量装置的测量准确度高；所述至少一个用户数据处理设备用于分别接收相应的所述至少一个用户标准高压电能测量装置的测量数据和相应的所述至少一个用户高压电能测量装置的电能测量数据，通过比对方式对所述至少一个用户高压电能测量装置进行整体校准或检定，并获得所述至少一个用户高压电能测量装置的电能测量误差和所述至少一个分输电干线的非用户的线路损耗；所述主标准高压电能测量装置用于对所述局域电网的电能进行测量，并且所述主标准高压电能测量装置的测量准确度比所述主高压电能测量装置的测量准确度高；所述主数据处理设备用于接收所述主标准高压电能测量装置的测量数据、所述主高压电能测量装置的电能测量数据及来自于所述至少一个用户数据处理设备的数据，通过比对方式对所述主高压电能测量装置进行整体校准或检定，并获得所述主标准高压电能测量装置的电能测量误差、所述主变压器的磁滞损耗和所述局域电网的非用户的线路损耗。
本发明还提供了一种电网监测方法，其包括如下步骤根据预设的时间同步获取各个所述局域电网中数据处理装置的测量数据；将所获取的测量数据进行处理，通过数表的方式来实时得到电网各参数的具体运行状况；通过数理统计的方法来得到电网运行趋势；通过实际测量数据与正常运行数据的比较来实时监测电网安全运行状况。本发明提供的电网量测和监测系统及方法，不仅能实施对高压电能测量装置的整体校准或检定，提供高压电能测量装置的测量误差，解决高压电能计量不准确的问题；而且可以得到电力系统急待需要而一直无法解决的两个重要参数的值，即铁损和线损；同时按本发明的方法可以监测系统中每一台设备、每台表的运行状态以及整个电网的运行状况， 这对于建设坚强的智能电网具有关键性的意义。
图I为现有的三相电能测量装置示意图。图2为本发明的高压电能计量现场校准装置及其在电网中的连接示意图。图3为本发明的IOkV基本局域电网量测系统结构示意图。图4为本发明的IlOkV局域电网监测系统结构示意图。
具体实施例方式下面参照附图对本发明进行更全面的描述，其中说明本发明的示例性实施例。目前在我国的供电网络中500kV的超高压电通过500kV变压器变换为220kV的高压电，220kV的高压电通过220kV变压器变换为IIOkV的高压电，IIOkV的高压电通过IIOkV 变压器可变换为60kV、35kV、20kV、IOkV等高压电，60kV、35kV、20kV、IOkV的高压电均有可能通过变电室变换为380/220V的低压电配送给千家万户的低压用户。本发明的高压电能计量现场校准装置可以适用于500kV、220kV、110kV、60kV、35kV、20kV、IOkV等局域电网中。 图2为本发明的高压电能计量现场校准装置及其在电网中的连接示意图，为简化起见，图2 中只画出了三相中的一相，其它二相的连接方式与其相同。如图2所示，图右侧虚框为局域电网中现有的高压电能测量装置，它由电压互感器、电流互感器和低压电能表三者组合而成，通常与变压器的一次侧相连，有时也与变压器的二次侧相连，用于对该局域电网高压电能进行计量。图左侧为本发明的高压电能计量现场校准装置，该校准装置包括一个标准高压电能测量装置和一个数据处理设备；标准高压电能测量装置作为一个现场工作标准与电网相连，用于对该局域电网电能进行准确测量，其可采用例如如上所述的中国发明专利 ZL200910000667. O公开的三相电能测量装置；数据处理设备用于接收标准高压电能测量装置的测量数据和高压电能测量装置的电能测量数据，通过比对方式可以实现对该高压电能测量装置的整体校准或检定，进一步对上述测量数据进行处理还可得到该局域电网中用户电能表的电能测量误差、变压器的磁滞损耗(铁损)和该局域电网的非用户的线路损耗， 必要时数据处理设备可以存储、显示、输出、发送相应的数据。所述测量数据可以是三相电流、三相电压、电能、有功功率、无功功率、相位等，数据处理设备可以与标准高压电能测量装置一体安装，也可与标准高压电能测量装置分离，为一个独立的设备。在本发明中，将高压电通过变压器直接变换为低压电的局域电网称为基本局域电网，例如60kV、35kV、20kV、10kV基本局域电网。图3以IOkV基本局域电网量测系统为例，示出了本发明的基本局域电网的量测系统结构，在该基本局域电网的量测系统中标准高压 电能测量装置和高压电能测量装置在电网中的连接方式同图2。具体到10kV基本局域电网 量测系统，其包括一个10kV配电变压器、一个高压电能计量现场校准装置、一个10kV高压 电能测量装置(未图示)及其供电的380/220V用户群。该系统高压电能计量现场校准装 置包括一个与10kV配电变压器连接的10kV标准高压电能测量装置和一个数据处理设备； 其中该10kV标准高压电能测量装置作为一个现场工作标准，用于对10kV基本局域电网进 行高准确度的量测；数据处理设备可以包括数接收模块，数据处理模块，数据存储模块， 显示模块，数据发送模块。其中数据接收模块用于接收来自于该10kV标准高压电能测量装 置的测量数据和10kV高压电能测量装置的测量数据，数据处理模块对上述接收的数据进 行数据处理，获得基本局域电网中变压器的磁滞损耗即铁损、线路的传输损耗即铜损及各 用户电能表的电能测量误差，数据存储模块用于将各数据和处理结果进行储存，以防止在 通信网络发生故障时丢失数据，发送模块用于发送已进行处理和/或储存的数据，通过显 示模块显示测量数据和/或处理结果，对该基本局域电网进行实时监测。当然，数据处理设 备可以与10kV标准高压电能测量装置一体安装，也可与10kV标准高压电能测量装置分离， 为一个独立的设备。进一步地，数据处理设备可以按照下述方式对所接收的10kV标准高压电能测量 装置的测量数据和10kv高压电能测量装置的测量数据进行处理，获得基本局域电网中变 压器的磁滞损耗即铁损、线路的传输损耗即铜损及各用户电能表的电能测量误差。如图3 所示，10kV基本局域电网量测系统中10kV配电变压器输出380/220V电压，按三相基本平衡 的方式配送到各家各户。n家负载L的用电通过n个用户电能表测量。在10kV配电变压器 一次侧安装的10kV标准高压电能测量装置与n个用户电能表的电能测量结果通过数据传 输网络同步读取传送，每次采集结果应满足下述式(1)
权利要求
1.一种基本局域电网量测系统，包括一个变压器，用于将高压电变换为低压电；一个与所述基本局域电网的供电线连接的高压电能测量装置，用于对所述基本局域电网的电能进行测量；若干个用户电能表，用于对低压用户使用的电能进行计量；及若干输电线路；其特征在于所述基本局域电网量测系统还包括一个与所述供电线连接的标准高压电能测量装置和一个数据处理设备；其中，所述标准高压电能测量装置用于对所述基本局域电网的电能进行测量，并且所述标准高压电能测量装置的测量准确度比所述高压电能测量装置的测量准确度高；所述数据处理设备用于接收所述标准高压电能测量装置的测量数据和所述高压电能测量装置的测量数据，通过比对方式对所述高压电能测量装置进行整体校准或检定。
2.根据权利要求I所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述数据处理设备与所述标准高压电能测量装置一体安装。
3.根据权利要求I所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述数据处理设备独立于所述标准高压电能测量装置。
4.根据权利要求I所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述基本局域电网是将60kV、35kV、20kV或IOkV高压电直接变换为低压电的电力网络。
5.根据权利要求I所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述高压电能测量装置是用于计量高压电能的仪表或装置。
6.根据权利要求I所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述标准高压电能测量装置包括传感单元、测量单元和数据发送单元；其中，所述传感单元用于三相电压和三相电流检测，所述测量单元用于接收来自所述传感单元的数据并进行电能测算，所述数据发送单元用于将来自于所述测量单元的测算数据通过无线方式发送到所述数据处理设备。
7.根据权利要求I所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述数据处理设备包括数据接收模块，数据处理模块和数据发送模块；其中，所述数据接收模块用于接收来自于所述标准高压电能测量装置和所述高压电能测量装置的数据；所述数据处理模块用于对上述接收的数据进行数据处理，通过比对方式对所述高压电能测量装置进行整体校准或检定；所述数据发送模块用于发送所述数据接收模块接收的数据和/或所述数据处理模块的处理结果。
8.根据权利要求7所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述数据处理设备还包括数据存储模块，用于将所述数据接收模块的数据和/或所述数据处理模块的处理结果进行储存，以防止在通信网络发生故障时丢失数据。
9.根据权利要求7所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述数据处理设备还包括显示模块，用于显示所述数据接收模块的测量数据和/或所述数据处理模块的处理结果，对所述基本局域电网进行监测。
10.根据权利要求I所述的基本局域电网量测系统，其特征在于还包括一个数据处理中心，用于对所接收的所述标准高压电能测量装置的测量数据和所述高压电能测量装置的测量数据进行处理。
11.根据权利要求I所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述数据处理设备还用于对所述数据接收模块的测量数据进行处理以获得用户电能表的电能测量误差、所述变压器的磁滞损耗和所述基本局域电网的非用户的线路损耗。
12.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述数据处理设备与所述标准高压电能测量装置一体安装。
13.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述数据处理设备独立于所述标准高压电能测量装置。
14.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述基本局域电网是将60kV、35kV、20kV或IOkV高压电直接变换为低压电的电力网络。
15.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述高压电能测量装置是用于计量高压电能的仪表或装置。
16.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述标准高压电能测量装置包括传感单元、测量单元和数据发送单元；其中，所述传感单元用于三相电压和三相电流检测，所述测量单元用于接收来自所述传感单元的测算数据并进行电能测算，所述数据发送单元用于将来自于所述测量单元的数据通过无线方式发送到所述数据处理设备。
17.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述数据处理设备包括数据接收模块，数据处理模块和数据发送模块；其中，所述数据接收模块用于接收来自于所述标准高压电能测量装置和所述高压电能测量装置的数据；所述数据处理模块用于对上述接收的数据进行数据处理，获得所述局域电网中变压器的损耗、线路的传输损耗及各用户电能表的电能测量误差；所述数据发送模块用于发送所述数据接收模块接收的数据和/或所述数据处理模块的处理结果。
18.根据权利要求17所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述数据处理设备还包括数据存储模块，用于将所述数据接收模块的数据和/或所述数据处理模块的处理结果进行储存，以防止在通信网络发生故障时丢失数据。
19.根据权利要求17所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述数据处理设备还包括显示模块，用于显示所述数据接收模块的测量数据和/或所述数据处理模块的处理结果，对所述基本局域电网进行监测。
20.根据权利要求11所述的基本局域电网量测系统，其特征在于还包括一个数据处理中心，用于对所接收的所述标准高压电能测量装置的测量数据和所述高压电能测量装置的测量数据进行处理。
21.根据权利要求11-20任意一项所述的基本局域电网量测系统，其特征在于所述数据处理设备的数据处理模块对所接收的数据按照下述式(I)进行处理Afio:
22.—种局域电网量测系统，包括一个主变压器，用于将高电压变换为至少一个下一层次的次高电压；至少一条输电干线，用于分别与所述主变压器的输出端相连；至少一条从所述输电干线分出的分输电干线，用于给所述分输电干线的用户输送所述输电干线所输送的次高电压；一个与电网供电线连接的主高压电能测量装置，用于对所述局域电网的电能进行测量；至少一个用户高压电能测量装置，分别对所述分输电干线的电能进行测量; 其特征在于所述局域电网量测系统还包括一个与所述局域电网供电线连接的主标准高压电能测量装置和一个主数据处理设备、至少一个用户标准高压电能测量装置和至少一个用户数据处理设备；其中，所述至少一个用户标准高压电能测量装置用于分别对所述至少一条分输电干线的电能进行测量，并且所述至少一个用户标准高压电能测量装置的测量准确度分别比相应的所述至少一个用户高压电能测量装置的测量准确度高；所述至少一个用户数据处理设备用于分别接收相应的所述至少一个用户标准高压电能测量装置的测量数据和相应的所述至少一个用户高压电能测量装置的电能测量数据，通过比对方式对所述至少一个用户高压电能测量装置进行整体校准或检定，并获得所述至少一个用户高压电能测量装置的电能测量误差和所述至少一个分输电干线的非用户的线路损耗；所述主标准高压电能测量装置用于对所述局域电网的电能进行测量，并且所述主标准高压电能测量装置的测量准确度比所述主高压电能测量装置的测量准确度高；所述主数据处理设备用于接收所述主标准高压电能测量装置的测量数据、所述主高压电能测量装置的电能测量数据及来自于所述至少一个用户数据处理设备的数据，通过比对方式对所述主高压电能测量装置进行整体校准或检定，并获得所述主标准高压电能测量装置的电能测量误差、所述主变压器的磁滞损耗和所述局域电网的非用户的线路损耗。
23.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于所述至少一个分输电干线的高压用户是如权利要求1-21任意一项所述的基本局域电网。
24.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于所述主数据处理设备与所述主标准电能测量装置一体安装。
25.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于所述主数据处理设备独立于所述主标准电能测量装置。
26.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于所述局域电网是500kV、 220kV或IlOkV电力网络。
27.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于所述主高压电能测量装置和所述至少一个用户高压电能测量装置是用于计量高压电能的仪表或装置。
28.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于所述主标准高压电能测量装置包括传感单元、测量单元和数据发送单元；其中，所述传感单元用于三相电压和三相电流的检测，所述测量单元用于接收来自所述传感单元的数据并进行电能测算，所述数据发送单元用于将来自于所述测量单元的测算数据通过无线方式发送到所述主数据处理设备。
29.根据权利要求22所述的局域电网量测系统，其特征在于所述主数据处理设备包括主数据接收模块，主数据处理模块和主数据发送模块；其中，所述主数据接收模块用于接收来自于所述主标准高压电能测量装置和所述主高压电能测量装置的数据及来自于所述至少一个用户数据处理设备的数据；所述主数据处理模块，用于对上述接收的数据进行数据处理，获得所述局域电网中主变压器的磁滞损耗、线路的传输损耗及所述主标准电能测量装置的电能测量误差；所述主数据发送模块，发送所述主数据接收模块接收的数据和/或所述数据处理模块的处理结果。
30.根据权利要求29所述的局域电网量测系统，其特征在于所述主数据处理设备还包括主数据存储模块，用于将所述数据接收模块的数据和/或所述数据处理模块的处理结果进行储存，以防止在通信网络发生故障时丢失数据。
31.根据权利要求29所述的局域电网量测系统，其特征在于所述主数据处理设备还包括主显示模块，用于显示所述数据接收模块的测量数据和/或所述数据处理模块的处理结果，对所述局域电网进行监测。
32.根据权利要求22-31任意一项所述的局域电网量测系统，其特征在于所述主数据处理设备的主数据处理模块包括一个输电干线参数获取子模块和一个局域电网总参数获取子模块，其中所述输电干线参数获取子模块对所述主数据接收模块接收的数据按照下式(2)进行处理aeU = ^Ak + iBk + iCk )尺CukAt + 文 wU3^Mk3 ⑵I式中k为所述局域网络中第k条输电干线，取值范围为I K，其中K为所述输电干线的总数；At为电能测量采样时间间隔；AElk为所述局域网络中第k条输电干线的标准高压电能测量装置在时间间隔At内的总电能测量结果；iAk> iBk、ick为所述局域网络中第k条输电干线的三相电流测量结果；Rcuk为所述局域网络中第k条输电干线总的等效线损电阻；Wkj为所述局域网络中第k条输电干线中第j条分输电干线的高压电能测量装置Mkj的刻度常数，((I-Wkj) 100% )就是该高压电能测量装置的电能测量误差，j取值范围为I m， 其中m为第k条输电干线中的分输电干线的总数；AEmw为所述局域网络中第k条输电干线中第j条分干线的高压电能测量装置Mw在时间间隔Δ 内的电能测量结果，j取值范围为I m ;在上述方程式(2)中代入m+1次不同时刻采样的测量数据，通过联立求解，得到第k条输电干线的所述用户高压电能测量装置的电能测量误差和第k条输电干线的线路损耗；所述电网总参数获取子模块按照下式(3)对相关数据进行处理
33.一种根据权利要求1-21任意一项所述的基本局域电网量测系统的电网量测方法， 其特征在于包括如下步骤根据预设的采样时间At获取一个基本局域电网中用于计量所述基本局域电网电能的所述高压电能测量装置的测量数据；根据该预设的采样时间At获取一个用于现场校准所述基本局域电网中所述高压电能测量装置的所述标准高压电能测量装置的测量数据；对所获取的所述高压电能测量装置的测量数据与所述标准高压电能测量装置的测量数据进行处理。
34.一种根据权利要求22-32任意一项所述的电网监测方法，其特征在于包括如下步骤根据预设的时间同步获取各个所述局域电网中数据处理装置的测量数据；将所获取的测量数据进行处理，通过数表的方式来实时得到电网各参数的具体运行状况；通过数理统计的方法来得到电网运行趋势；通过实际测量数据与正常运行数据的比较来实时监测电网安全运行状况。
全文摘要
本发明公开了一种电网量测和监测系统，包括一个由若干变输电组成的局域电网；一个用于对整个局域电网的电能进行测量的高压电能测量装置；一个用于对整个局域电网的电能进行准确测量的标准高压电能测量装置；一个用于接收、处理、储存、发送、显示测量结果的数据处理装置；至少一个用户高压电能测量装置和至少一个标准用户高压电能测量装置；及一个用于对所获得的数据进行处理、量测、显示、监测的数据处理中心。本发明还提供了一种电网量测方法和监控方法。本发明提供的方案既能解决高压电能计量不准确的问题，又可以得到电力系统急待需要而一直无法解决的两个重要参数的值即铁损和线损；同时可以监测整个电网的运行状况。
文档编号G01R31/00GK102608472SQ20121009598
公开日2012年7月25日 申请日期2012年4月1日 优先权日2012年4月1日
发明者王立新, 瞿清昌, 边海龙, 郑志受 申请人:中国计量科学研究院