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智能变电站是电网运行的控制执行单元和数据采集源头,关系着整个电网安全、可靠运行和电能准确计量。模拟量输入合并单元作为智能变电站的重要组成部分,具有稳定可靠、信号输出数字化网络化的优点,因此得以大规模应用,是推进电网智能化建设的重要核心设备。由于模拟量输入合并单元运行环境恶劣,入网测试不够全面,导致投运过程中出现了不少计量性能相关问题,如准确度不稳定、通道间同步误差较大。《国家电网模拟量输入式合并单元入网测试规范》能够较为全面地测试模拟量输入合并单元的性能,但其中的部分试验项目并没有充分考虑模拟量输入合并单元硬件构成、功能模块、数据处理的特点及实际运行情况,对模拟量输入合并单元计量性能测试不全面,无法准确评估其计量性能。 本文针对模拟量输入合并单元存在的计量性能问题,以及现有技术规范对其性能测试的不足之处,开展模拟量输入合并单元计量性能评价关键技术研究。为准确评价模拟量输入合并单元的计量性能,本文提出其计量性能相关检测技术规范,并研发高准确度多路功率型任意波形发生器用于提供检测环境,研发模拟量输入合并单元计量性能校验系统用于其计量性能评价。功率型任意波形发生器和模拟量输入合并单元计量性能校验系统用于构建计量性能评价试验平台,以开展模拟量输入合并单元计量性能评价试验研究。建立了模拟量输入合并单元计量误差模型并仿真计算,从电能计量特性角度,对模拟量输入合并单元计量误差来源进行了分析和检测项目研究。并深入分析模拟量输入合并单元与电子式互感器、电子式电能表检测原理、检测装置、试验项目、试验参数的区别与联系。在此基础上,本文提出了模拟量输入合并单元计量性能测试试验内容,主要包括误差性能相关试验、时间性能相关试验、电磁兼容与温度影响试验,并制定了模拟量输入合并单元计量性能检测技术规范。研发了高准确度多路功率型任意波形发生器,其中高准确度电流互感器是功率波形准确输出的关键和设计难点。为此,提出了一种基于互感系数自校准的高精度Rogowski线圈电流互感器设计,即在50Hz频率下,运用高准确度铁芯电流互感器来校正Rogowski线圈电流互感器的互感系数,校正后的Rogowski线圈电流互感器用于宽频带范围的电流测量。Rogowski线圈输出信号为电流微分信号,本文设计了两种新型数字积分算法应用于Rogowski线圈互感器,进一步提高电流测量准确度。设计的多路功率型任意波形发生器功能完善、准确度高,能够为测试模拟量输入合并单元提供各种波形的功率信号,已用于规范中检测项目测试。模拟量输入合并单元计量性能校验系统的整体准确度等级主要由数据采集部分的准确度决定,而高精度数据采集一般采用∑-Δ型ADC,难以实现实时触发采集,会带来很大的输入信号相位测量误差,无法满足校验系统的同步误差小于2分的要求。本文提出了一种基于TDC同步采样的数据采集方法测量并校正∑-Δ型ADC采集卡触发误差,以实现∑-Δ型 ADC采集卡的同步触发采样。设计的模拟量输入合并单元计量性能校验系统通过国家高电压计量站的校准,所实现的校验系统整体准确度为0.05级,可用于校验0.2级及以下模拟量输入合并单元的计量性能。 本研究在解决上述关键问题的基础上,形成了完整的模拟量输入合并单元计量性能评价体系,包括计量性能检测技术规范和计量性能评价试验平台,并选择了主流设备厂家的模拟量输入合并单元设备开展计量性能评价试验研究。实际测试试验证明,本文所研发的高准确度多路功率型任意波形发生器和模拟量输入合并单元计量性能校验系统能够配合完成检测技术规范中所有测试项目的测试和性能评价分析,能够发现模拟量输入合并单元存在的计量性能问题,具有实用性,符合模拟量输入合并单元计量性能评价体系需求。而经测试发现被测模拟量输入合并单元存在不同程度的计量性能问题,不符合规范要求。基于以上研究成果,本文最终提交《国家电网公司模拟量输入合并单元计量性能检测技术规范-送审稿》,以保证入网的模拟量输入合并单元具有符合要求的计量性能,提高智能电网数字电能计量的准确度。