摘要：智能变电站集中式电能计量技术采用先进的硬件平台和软件处理技术，支持全光纤以太网接入，组网结构灵活，能够适应不同规模智能变电站电能计量的需求。
关键词：智能变电站；集中式；电能计量技术
1.引言
智能变电站应用智能一次设备及先进的通信、控制、信息技术，构建高度集成一体化的系统和信息化平台，具备全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化等特点。目前大多数变电站仍沿用的分布式计量模式采用的是技能间隔配置电能表,这种模式比较直观清晰,但是缺点也比较多,例如组网复杂、维护成本和工程造价高等。而集中式电能计量终端依靠智能变电站强大的信息化平台的支持,简化了组网,因此使工程成本大大减少。
集中式电能计量技术建立在智能变电站先进、可靠的高度集成化信息平台上，大大节约了工程成本，是智能变电站新一代电能计量技术。
1)全光纤以太网数字接入
智能变电站采用电子式互感器，将电量信号通过合并单元经光纤组网送至电能计量终端，实现电能采集和处理。光纤数字接入方式无需大量电缆，1台集中式电能计量终端即可完成全站的电能量采集、处理及信息远传。
2)集约、低碳、环保的设计理念
新型集中式电能计量模式仅需1台集中式电能计量终端即可完成全站的电能信息采集，符合智能变电站集约、低碳、环保的设计要求。
3)信息化程度高
集中式电能计量装置有专用的远程维护平台，可实现远程在线维护、监视等功能，信息化程度高。
2. 集中式电能计量组网架构
智能变电站电能计量组网架构主要有光纤点对点接入、光纤组网接入和光纤混合接入3种组网模式。集中式电能计量组网架构灵活，板件扩展即插即用，可通过不同的功能板件的配置满足不同电压等级、不同规模智能变电站的多样化需求。
1)光纤点对点接入
该模式无需光纤以太网交换机，成本低，但要求计量终端具有强大的接入和数据集中合并处理能力。对这种接入模式，集中式电能计量终端需配置多块采集功能板，每块采集功能板可采集多路间隔信号，可根据现场间隔数量灵活配置采集板数目。采集功能板对信号进行采集和处理后通过智能背板实现信息的共享。由计量主板完成计量和信息集中处理任务。采集功能板配置灵活，即插即用，能满足不同规模变电站的计量需求。
2) 光纤组网接入
间隔合并单元输出的数字信号接入光纤以太网交换机，组网后由光缆接入计量终端的采集功能板。计量终端仅需配置1块采集功能板、l块计量主板、1块智能交换板即可完成全站的电能计量。
3) 光纤混合接入
根据电压等级或控制小室分别组网，同一电压等级或控制小室的间隔合并单元输出信号分别经光纤交换机组网后接入计量终端的采集功能板。
3.集中式电能计量硬件特点
集中式电能计量标准配置板件由电源板、采集功能板、计量主板、智能背板总线组成。集中式电能计量要实现全站信号的采集和计量，数据共享平台是硬件设计的关键和重点，采集功能板为计量终端的前置数据服务器，完成信号的采集、处理和数据共享服务功能。采集功能板采用MPC8247处理器及嵌入式实时操作系统。每块采集板提供8路光纤接入口，可点对点接入8路间隔合并单元输出信号或接入光纤以太网交换机的组网输出信号。计量主板为计量终端的核心单元，完成全站所有间隔的电能计量及计量信号的远传任务。计量主板采用MPC8247处理器及嵌入式实时操作系统，对外提供4路光纤以太网口或电以太网口，可无缝接入远方抄表系统、计量分析系统或调度系统等完成电量的远传任务。智能背板总线内置百兆数据总线交换芯片、百兆管理总线交换芯片和低压差分信号(LVDS)控制总线，为计量终端提供实时高速共享平台。
4. 集中式电能计量的软件技术
4.1 软件模块架构
集中式电能计量终端软件采用Vxworks操作系统及模块化设计思想，不同的板件之间通过智能背板总线实现数据的共享。
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1)前置数据处理服务器模块
主要完成数字交流量的采集、采样数据的同步、数据预处理(傅里叶运算、采样插值)、数据处理、防窃电管理等功能。此功能模块主要在采集功能板实现，是计量终端的前置服务处理部分。经过计算处理的相量值实时放人数据共享区，由数据共享处理模块进行信息的分发和共享。
2)主功能处理模块
主要完成电能表的实时计量任务，并保存峰、平、谷历史电量，进行运行、越限、失压、失流、不平衡等事件信息的统计记录和双机冗余处理等任务。本模块为终端的核心处理软件，在计量主板内实现。
3)I/O处理模块
I/O处理模块完成电能计量终端清需量按钮输入、告警输出、负荷控制等I/O量处理功能。
4)通信处理模块
主要完成电量的远传任务，支持远程抄表。有多种通信协议可供选择，支持IEC 61850标准，互操作性好，可无缝接入电能计量分析系统和智能化变电站相关计量系统。
5)数据共享处理模块
数据共享处理模块实时监视前置数据处理服务器的共享数据区，将共享数据区的数据实时分发给主功能模块进行处理。实时监视任务采用Vxworks高优先级实时任务处理流程，保证了软件处理的实时性。
6)辅助软件模块
辅助软件包括显示软件、配置软件、调试软件等。显示软件支持大屏幕显示，下拉式菜单，方便信息的查询；配置软件完成全系统的配置，适应不同的工程现场需求。配置软件、调试软件均采用专用的调试网口实现。
4.2 软件实现关键技术
1)提高电能计量精度
集中式电能计量技术采用数字化光纤输入接口，不引入模拟采样和A/D转换误差，计算模块采用超级中断技术保证了中断的实时响应，可实时处理高达10 kHz采样速率的浮点运算。采样同步处理模块检测报文中采样计数实现站内数据的同步处理。采样插值处理模块实时检测采样数据，对采样信号进行采样插值处理，提高了计量精度。集中式电能计量终端的精度可达到0.1S级。
2)防窃电管理功能
集中式电能计量的防窃电管理功能模块实时监测光纤网的通信状态，当在运行过程中监测到光纤通信中断时，发出窃电预告警信号，提醒工作人员巡检故障线路。
3)双机冗余切换技术
计量装置是发电公司、电网公司与电力用户之间公平、公正结算电量的法定计量器具，可靠性是关键。常规变电站如果采用冗余设计，每个间隔均需要配置2块电能表，成本很高。集中式电能计量终端采用双机冗余设计方案，大大降低了硬件故障率，提高了可靠性。双机采用硬件竞争机制决定主机和从机。主机和从机同时进行电能计量，双机冗余处理模块实时获取对侧机状态，主机实时同步从机电能量数据。若主机故障，从机无缝切换成主机，同时发出主机故障告警信号。同样，若主机监测到从机故障，则发出从机故障告警信号，提醒工作人员及时处理。
5.结语
智能变电站高压集中式电能计量技术采用先进的硬件平台和软件设计技术，具有先进、可靠、集成等诸多优点，已在国内的智能变电站试点建设，目前，电子式互感器的运行经验少，其输出精度和稳定性的完全评估系统还处于筹建和探索阶段。国家电网公司已经制定了《智能电能表功能规范》，将为智能计量装置的研制及认证提供强有力的支持。
参考文献：
[1]智能变电站，国家重大技术装备王，2012.12.11
[2]王鹏，杨志良，钟永泰，等. 一种全数字高压电能计量系统 [J].电力系统自动化,2009.33（6）:70-72
作者简介：
陈媛媛（1977.3-），女，浙江绍兴人，西南交通大学本科，高级技师，工程师，单位：国网绍兴供电公司，研究方向：电能计量及电测仪表，
顾问（1981.11），男，浙江绍兴人，浙江科技学院本科，技师，工程师，单位：国网绍兴供电公司，研究方向：电能计量及电测仪表
论文作者:陈媛媛,顾问
论文发表刊物:《电力设备》2017年第12期
论文发表时间:2017/8/25
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