2003年以來，也就是中國的城市和農村電網進行大規模改造、建設之后，電力系統對三相多功能表的需求量迅速增長， 2004年產量估計約70萬臺，以不足全國電能表總產量1%的份額，創造11%的電能表總產值。由此，國際、國內電表企業紛紛看好商機，抓緊新技術開發，不斷推出三相多功能表的新產品，以滿足電能表市場的應用需求。
與傳統的機械表相比，采用電子計量原理的三相多功能表，具有高精度、多參數測量、諧波功率電能計量等優勢。從總體評價，三相多功能表還是穩態電力負荷計量產品，由于其應用領域擴大，電力系統對電表不斷提出新的技術要求。現有的三相多功能表性能和品質，都不能完全適應電力系統的需求。因此，如何正確把握產品技術發展趨勢，改進產品設計，將三相多功能表技術水準推向一個新的高度，無疑是電表行業和電力系統共同關注的課題。
一、引進的三相多功能電能表新(xin)技(ji)術
引進的三相多功能表新技術，代表目前國際上電能表技術的前沿水平：
1、高精度、長壽命計量
準確度為0.1%的有功電能計量，超過IEC在線計量的高準確度要求，其誤差曲線的帶寬為 /-0.05%；
0.2 S級三相基波表，具有分相的2—50次諧波有功功率計量；
0.2S級長壽命的(de)電(dian)網關口表，具有電(dian)能質量計(ji)量模塊。
2、高速率、實時測量
交流采樣速率為256點/周波，記錄周期短為10毫秒；
電能(neng)質量計量：63次諧波、電壓(ya)閃變(bian)(bian)、故(gu)障錄波78微秒的(de)瞬變(bian)(bian)，供電可靠性指(zhi)標的(de)記錄為99.9999999%。
3、開放式、高速率通信技術應用
開放式通信協議IEC62056-61/62/53/46/42，抄表、費率、負荷控制數據交換；
互聯網(wang)通信(xin)，自動發(fa)送E-mail報警信(xin)號、系統(tong)運行狀態刷新、數據記(ji)錄，通過以太(tai)網(wang)連接到某些(xie)國際知(zhi)名的電(dian)量(liang)計費(fei)系統(tong)的關口表，Web服務(wu)器可直接讀(du)取電(dian)表各(ge)種實際數據、電(dian)能質量(liang)參數，無(wu)需(xu)任何專用軟件。
4、三相電能計量專用芯片
采用低頻濾波法計量諧波無功功率的三相計量芯片，高位∑-△A/D，負荷動態范圍1000：1，線性度0.1%，具有溫度測量功能，片上接口可直接與微分電流互感器連接；
精度優于0.1%的三相SOC單芯片，21位2階∑-△A/D，32位可編程的電能量計算引擎，負荷動態范圍2000 ：1，片內集成：高速(su)8051單(dan)片機、硬實時鐘、LCD驅動(dong)電路(lu)、看門狗(gou)電路(lu)、定時器、多種(zhong)存儲器、多種(zhong)通信接口等。
5、諧波功率電能計量標準
在歐洲：三相0.01級標準表，具有諧波功率計量功能；建立起諧波有功功率、諧波視在功率的計量傳遞標準；
在美國：電能表自動校準系統，在任意波形諧波總含量30%以下，計量準確度為 /-0.005%—0.05%；高精度三相標準表，在功率因數低于0.5（60—90），計量準確度為 /-0.02%/功率因數；電能功率標準源，提供七種非正弦信號的無功功率計算方法。
需要指出：盡管IT產(chan)業新(xin)技術(shu)(shu)的應用，推動了進口電(dian)能(neng)(neng)表(biao)技術(shu)(shu)的快速發(fa)展，但是現(xian)在(zai)進口的在(zai)線(xian)電(dian)能(neng)(neng)表(biao)產(chan)品技術(shu)(shu)不規范，0.1級(ji)電(dian)能(neng)(neng)表(biao)、任(ren)意波形功(gong)率和電(dian)能(neng)(neng)計量(liang)、0—360計量(liang)等關注的問題正在(zai)探索，電(dian)能(neng)(neng)表(biao)誤差穩定性(xing)、可靠性(xing)指標尚未(wei)量(liang)化，器件(jian)損壞、數據(ju)丟失、自檢有(you)誤的情況時有(you)發(fa)生(sheng)，這(zhe)些情況說明(ming)進口電(dian)能(neng)(neng)表(biao)技術(shu)(shu)走向成熟還有(you)一個很長的過程。
二、國產三相多功能電(dian)能表新技術
國(guo)產電子式三相多(duo)功能表技術開發(fa)起步較晚，近幾(ji)年(nian)，注(zhu)重吸收國(guo)際計(ji)量技術與管理經驗，強化自主開發(fa)，取得了許多(duo)新的技術成果：
1、三相多功能表
0.2S級有功功率計量，16位∑-△A/D，160M IPS的DSP，交流采樣速率256點/周波，運行和備用兩套費率時段，負荷曲線記錄和容量為4M字節的存儲器，寬電源電壓范圍，互感器合成誤差補償，變壓器銅損、鐵損計算；
0.5S級三相基波有功表；
采用三相SOC單芯片或三相有功、無功計量芯片的低端三相多功能表設計，從技術上適應電表量大、面廣的市場需求；
高壓電能表，采用電子式傳感器，懸浮式電源設計，有功電能計量準確度為0.5級，用于10千伏中壓電網直接計(ji)量電能量。
2、諧波功率、電能計量
三相諧波表，有功功率計量0.2S級，無功功率計量0.5S級，高準確度的基波和諧波有功電能計量，采用實時積分法計算總有功電能，通過FFT算法，提供基波、諧波電能量和諧波功率方向；
沖擊負荷電能計量理論與算法，應用廣義功率理論，定義任意波形的單相電路和三相電路的功率，應用正弦電路功率理論、傳統非正弦電路功率理論和廣義功率理論進行沖擊負荷的有功、無功、視在、畸變、三相不對稱功率電能的計算；
基于IIR型Hilbert數字濾波法的諧波無功功率的測量，Hilbert數字濾波器具有優越的頻率響應特性，數值計算簡單，經計算的諧波無功功率，與仿真實驗結果只差0.02%；
; 諧(xie)波有功功率潮流(liu)分析方法，經研究指(zhi)出：FFT理論具有局限性，實際的電力(li)負荷(he)，除基波和整數倍頻成份外，尚有間諧(xie)波存(cun)在，需要開發(fa)電能表新的算法。
3、三相電能計量專用芯片
具有基波/諧波電能計量的三相多功能計量芯片，16位∑-△A/D、24位DSP，負荷動態范圍1000:1，線性度0.1%，測量帶寬21次諧波，集成溫度傳感器；
采用Hilbert數字濾波器計量諧波無功功率的三相計量芯片；
采用數字并行算法和降低(di)晶振頻(pin)率技術的低(di)功耗三相有功功率計量芯片。
4、基于GPRS通信網的用電需求側管理系統及其終端
該(gai)系統(tong)具有遠程抄(chao)表(biao)、用電異(yi)常信息報警、電能質量檢測(ce)(ce)、線損分析、無功(gong)電壓管理和電力(li)負荷控制(zhi)管理等功(gong)能，系統(tong)指標為：并發數(shu)據量不(bu)小(xiao)5萬采集點(dian)，一次(ci)采通率(lv)不(bu)小(xiao)于95%，二次(ci)采通率(lv)不(bu)小(xiao)于99.5%，遙(yao)測(ce)(ce)合格率(lv)大于98%，對(dui)時精度小(xiao)于100毫秒。
5、關口表遠程校準系統
該系統由多路關口表的測量、校準回路和計算機通信網絡構成，就是將高精度三相標準表置于變電站內環境條件符合要求的場所，被測電流的變換是通過計量電流互感器的二次回路接入0.02級、5/0.5A的中間互感器，標(biao)準(zhun)表和(he)關口表的(de)(de)三相接(jie)線(xian)方式和(he)有功(gong)、無功(gong)計量方式是通過工(gong)控(kong)機指(zhi)令切(qie)換，關口表的(de)(de)實時誤(wu)差(cha)通過專用信道(dao)送至(zhi)系統(tong)主站，整個系統(tong)誤(wu)差(cha)為(wei)0.1%。
6、電能質量和電能計量標準
準確度為0.02%的數字式三相標準表，四象限測量，多種無功功率計量方式，諧波和基波有功功率計量，50次諧波分析，三相不對稱測量；
電力系統的正弦無功功率計量標準，它以電流比較儀技術為基礎，通過基本電學參量溯源，正弦無功 功率計量的擴展不確定度為7510-6；
電力系統的電能質量計量標準，包括：諧波電壓、電流測量，諧波次數從直流和2—100次整數倍諧波，任意次間諧波，諧波電壓擴展不確定度為0.02%，諧波電流擴展不確定度為0.04%；閃變，常用的指標是短時間閃變Pst（10min）和長時間閃變Plt（2h），該標準裝置的擴展不確定度為0.5%；頻率： 1Hz-21MHz，該裝置擴展不確定度為210-10；相位，該標準裝置擴展不確定度為0.02；
產品技術規范，鑒于國際上尚未有三相多功能表的統一標準，中國電工儀器儀表標準化技術委員會組織起草國家標準《多功能電能表 特殊要求》，現正進入審定階段。制定該標準的目的，是為制造商和使用電能的用戶提供一個產品技術規范，并使其體現產品訂貨技術規范的大部分內容，多功能表的通用要求，將參照中國相關國家標準的的內容。
綜上所述，經過十幾年的發展，中國的三相多功能表門類比較齊全，中、低端電表技術開發水平較高，特別是沖擊負荷電能計量理論與算法、諧波無功功率計量、具有諧波功率計量的三相專用芯片、高壓電能(neng)表、GPRS通信(xin)技(ji)術應用、電能(neng)遠(yuan)程校(xiao)準等技(ji)術項(xiang)目具有(you)(you)創新(xin)意義(yi)。但是也應該看到，高(gao)階電表技(ji)術沒有(you)(you)完全過(guo)關，電網關口計量仍以(yi)進口電表為主(zhu)打產品(pin)，這(zhe)是一個值得深思的問(wen)題。
三(san)、未來三(san)相多功能電能表技術的走向
正視現狀，展望未來，需要(yao)超前預測電表應(ying)用領域和技術(shu)要(yao)求的不斷變化，才能正確把握今后產品技術(shu)的走向。
1、應用領域的拓展：近幾年，中國的社會用電量迅速增長，全國聯網，特高壓電網建設，百萬千瓦級發電機并網，家居網絡化進程，電網經營管理改進和計量新技術應用等要素，推進電表應用領域的擴展，主要是：
從用電計量計費擴大到配電變壓器、變電站的經濟管理和用電需求側管理的計量；
從用戶計費擴大到發電廠上網電量、跨省電網聯絡線交換電量的計費；
從315千伏安及以上的大工業用戶計費擴大到100千伏安及以上的(de)商(shang)業(ye)(ye)、非(fei)工業(ye)(ye)、普通工業(ye)(ye)戶的(de)計費，以上電表應用領域的(de)擴大，引起計量(liang)(liang)點總(zong)量(liang)(liang)估計由(you)60萬個(ge)擴大到(dao)400萬個(ge)，電表應用需(xu)求量(liang)(liang)前景看(kan)好。
2、技術要求的更新：隨著電表應用范圍擴大，電力系統提出許多具有技術特點的計量要求
傳統計費電表的通用要求，有功、無功電能計量，大需量計量，費率時段，單方向、雙方向和不完整的四象限計量，多參數測量，多種計時要求，多種通信方式，自檢、報警，停電抄表，失壓、斷相、停電、失流、三相不對稱、編程預置、需量復位等事件記錄；
新提出的通用要求，運行和備用兩套費率時段，0-360計量，具有時標的視在電能計量，小需量計量，Qh計量，溫度誤差自動補償，諧波電壓、電流總含量和諧波污染程度測量，防竊電基礎技術，同時，計費電表要準確可靠，功能簡單、實用；
關口表的特殊要求，高準確度提高到0.1級，電表穩定性和可靠性指標要量化，低負荷計量，需量周期、費率時段的同步和主、副表實時比對，電表遠程校準等；
大工業戶計量的特殊要求，諧波、沖擊負荷計量，功率越限報警，主變壓器損耗計量，互感器合成誤差補償，電能質量計量等；
中等容量戶計量的特殊要求，大電流計量，半波通過電流互感器計量，三相不平衡、不對稱計量；
變電站進線、出線計量的特殊要求，主變壓器損耗計量，變電站的有功、無功、視在電能平衡計量，無功功率控制信號輸出，用戶線路的特殊要求，參照大工業戶計量的特殊要求內容；
配電變壓器計量的特殊要求，停電采集，三相不平衡、不對稱測量，中性線電流測量，變壓器油溫測量，變壓器損耗計量和有功、無功、視在電能平衡，電力線路損耗電量的核實, 等；
用電需求側管理系統終端的特殊要求，功率越限報警和主動上報，電力負荷開關投切信號輸出等。
同時，為整頓與抑遏目前出現(xian)的(de)對(dui)三相(xiang)多(duo)功能表功能要求過多(duo)，技術條件(jian)出臺無序(xu)的(de)情況，建議電力系統按不(bu)同應用領域制(zhi)訂統一(yi)的(de)技術規(gui)范。
注：諧波污染程度，暫定義為：非(fei)基波視在功率/基波視在功率
3、產品技術的發展趨向
三相多功能表技術要跟蹤應用需求的不斷變化，也就明示了今后產品技術的發展趨向：
電表多門類：由單一的計費產品發展到關口計量、配電變壓器計量、變電站計量、大工業戶計量、中等容量戶計量、用電需求側管理系統及終端6類產品，分別制訂產品技術規范；
關口電能表，要發展高精度、高穩定性、高可靠性、快速測量、0-360計量、多通信方式和協議，經國際、國內同類電表的比較，提出量化指標和測試方法；
計費用三相多功能表要計量準確、簡單可靠、講求實用，逐步發展三相SOC單芯片，開發具有諧波電壓、電流總含量和諧波污染程度的測量技術，研究溫度、電壓、頻率、相位改變的自適應計量；
諧波有功、無功、視在功率電能計量實用化產品，改進諧波下的功率因數計算方法，推進電能質量市場建立與發展，也為提高冶煉企業、電氣化鐵路的計量準確度做準備；
早期三相多功能表需要更新換代，要通過調查研究，提出新一代電表技術規范；
基于GPRS通信網的用電需求側管理系統及終端，要改進實時性和可靠性技術，從長遠看，即使將來電力不緊張，用于配電變壓器計量與抄表、居民用電遠程抄表，其發展前景也很好；
電力網損耗計量與防竊電基礎技術，包括：電量具有時標，電量波動分析軟件，電量異常報警與主動上報，變壓器、電力線路損耗計量，電力系統節點、母線和電力線路的電量平衡計量；
全國聯網、省網的總電量計量、計算和電能量數據組網，要提到議事日程；
加強國內電能(neng)(neng)質量(liang)和電能(neng)(neng)計(ji)量(liang)標準(zhun)建(jian)(jian)設(she)，包括：基(ji)波、諧(xie)波功(gong)率電能(neng)(neng)計(ji)量(liang)標準(zhun)的建(jian)(jian)設(she)，進口急需而國內缺門的國際新型計(ji)量(liang)標準(zhun)設(she)備，滿足在線電表新產品計(ji)量(liang)溯源的要(yao)求(qiu)；。
研究制訂三相多功能表質量評價標準與測試方法，提高在電(dian)網(wang)上(shang)運行電(dian)表的(de)整體技術品質。
河(he)北德普 研(yan)發部
2012年8月16日(ri) |
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