用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端ertu方案的制作方法
【專利摘要】本發明涉及電能能效計量領域，具體涉及用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端ERTU方案，電能量采集終端一方面采集、存儲電表以串行通信形式輸出的電能數據；另外一方面將采集到的電能數據通過上行通信傳輸到調度端的電能量數據采集主站中，最后通過能效計量主站與調度端的電能量數據采集主站的數據交互獲取相應數據。解決了柔性直流輸電系統的系統級能效計量和設備級能效計量的能效計量問題。彌補了國內外對于柔性直流輸電系統能效計量的空白，為今后改進柔性直流輸電系統換流與輸電設備工藝水平、系統運行方式提供技術支撐。
【專利說明】
用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端ERTU方案
技術領域
[0001] 本發明屬于電能能效計量領域，特別涉及用于柔性直流輸電系統能效計量的電能 量采集終端ERTU方案。
【背景技術】
[0002] 與傳統交流輸電以及高壓直流輸電相比較，柔性直流輸電具有:可獨立控制有功 功率和無功功率，控制靈活;方便進行潮流反轉;進行故障電網快速恢復;換流站之間可相 互獨立控制，無需通信;在同等容量下，換流站占地面積顯著小于傳統高壓直流換流站;交 直流側諧波的諧波均大為減少等優勢。柔性直流輸電可以有效解決海上風電與分布式能源 并網、海島及偏遠地區供電、城市電網增容以及多端直流輸電等方面具有巨大潛力。
[0003] 隨著新型輸電系統的快速發展，不僅帶來了電力事業前所未有的發展，同時也給 電力系統的設備管理帶來了很多困難，電力部門也需要解決如何準確及時結算系統網損、 設備損耗等問題。

【發明內容】

[0004] 本發明的目的是提出一種適用于柔性直流輸電系統的系統級能效計量和設備級 能效計量的能效計量終端采集方案。
[0005] 為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：用于柔性直流輸電系統能效計量的 電能量采集終端系統，包括電能量數據采集主站，所述系統還包括能效計量主站、電能量計 量系統、至少一個電能量采集終端和至少一個電表;所述電能量數據采集主站與能效計量 主站、電能量計量系統和電能量采集終端連接，所述電能量采集終端與電表連接，用于采 集、存儲所述電表的電能數據，并將所采集的電能數據傳輸至所述電能量數據采集主站中， 再通過所述能效計量主站與所述電能量數據采集主站的數據交互獲取相應數據。
[0006]在上述的用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統中，所述電能量 采集終端所采集、存儲的電表的電能數據為所述電表以串行通信形式輸出，并通過上行通 信傳輸至所述電能量數據采集主站。
[0007]在上述的用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統中，所述電表包 括電子式電表和數字化電表。
[0008] 在上述的用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統中，所述電能量 采集終端包括ERTU和數字化ERTU。
[0009] 在上述的用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統中，所述電能量 計量系統包括常規電能量計量系統和數字化電能量計量系統，所述常規電能量計量系統采 用電磁式互感器將采集到的電壓、電流模擬量通過電纜傳送至所述電子式電表，通過所述 電子式電表進行處理計算;所述數字化電能量計量系統采用電子式互感器和合并單元來完 成電壓、電流數據的采集，輸出數字信號，然后通過IEC61850標準通信協議傳送至所述數字 化電表，通過所述數字化電表進行處理計算。
[0010]在上述的用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統中，所述常規電 能量計量通過公共電話網或電力程控網絡或Internet，經Fax/Modern專線Modern網絡系統 連接所述ERTU與所述電子式電表。
[0011]在上述的用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統中，所述數字化 電能量計量系統通過IEC61850標準通信協議經所述數字化ERTU分別連接所述電子式電表 和數字化電表，所述數字化電表連接所述合并單元。
[0012]在上述的用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統中，所述電子式 電表采用脈沖輸出電表或RS485接口電表。
[0013]用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端ERTU方案，包括以下步驟： [0014] (1)確定柔性直流輸電系統能效計量的采集量，所述能效計量包括系統級能效計 量和設備級能效計量，所述系統級能效計量的采集量為所述柔性直流輸電系統傳輸過程 中，輸出有功電能與輸入有功電能的差值;所述設備級能效計量的采集量為分別采集聯結 變壓器、換流閥、電抗器、直流輸電線路兩端的電能量、有功功率、電壓、電流的數據;上述采 集量直接獲取或間接計算得到所述柔性直流輸電系統以及設備的能量損耗數值；
[0015] (2)確定柔性直流輸電系統能效計量的數據項，根據步驟（1)確定的采集量，所述 能效計量的數據項包括直流與交流計量點的數據項;所述交流計量點的數據項包括三相電 壓、電流、功率因數、總功率、正反向電量、ABC三相電量以及電量時標;所述直流計量點的數 據項包括電壓、電流、功率、正反向電量及電量時標;上述數據項的采集協議和數據格式為 DL/T645協議規定的數據格式，采用二次側數值;采樣間隔為設置5-60分鐘或默認60分鐘；
[0016] (3)確定了步驟(2)中所述能效計量的數據項后，采用上述的用于柔性直流輸電系 統能效計量的電能量采集終端系統進行數據的采集并將數據上傳至所述電能量數據采集 主站。
[0017] 上述的用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統，包括:常規電子 式電表、數字化電表或數字化電表與常規安裝式電表混合，ERTU電能量采集終端，電能量計 量系統，能效計量主站。所述ERTU電能量采集終端和電表相連，其用于采集所述電表的用電 數據并上傳給電能量計量系統；所述電能量計量系統與ERTU電能量采集終端、能效計量主 站連接。
[0018] 柔性直流輸電系統能效是針對柔性直流輸電系統傳輸過程中，系統輸出有功電能 與輸入的有功電能的差值，同時為了進一步研究系統內部設備能效，分別采集聯結變壓器、 換流閥、電抗器、直流輸電線路兩端的電能量、有功功率、電壓、電流等數據，從而直接或通 過間接計算得到柔性直流輸電系統以及相關設備的能量損耗數值。確定用于能效計量的相 關數據項，包括直流與交流計量點。交流計量點需要的數據包括三相電壓、電流、功率因數、 總功率、正反向電量、ABC三相電量以及這些電量凍結或采集時所對應的時間標識信息，即 電量時標;直流計量點數據包括電壓、電流、功率、正反向電量及所對應的時間標識信息，即 電量時標。
[0019]在確定計量點和所需的數據后，可以采用用于柔性直流輸電系統能效計量的電能 量采集終端系統，以實現數據的采集和將數據上傳至電能量數據采集主站。電能量采集終 端一方面采集、存儲電能表以串行通信形式輸出的電能數據;另外一方面將采集到的電能 數據通過上行通信傳輸到調度端的電能量數據采集主站中，最后通過能效計量主站與調度 部門電能量數據采集主站的數據交互獲取相應數據。電能量計量系統可以配置常規電能量 計量系統和數字化電能量計量系統。常規電能量計量系統主要采用電磁式互感器將采集到 的電壓、電流模擬量通過電纜傳送到傳統電表中，通過電表進行處理計算;數字化電能量計 量系統采用電子式互感器和合并單元來完成電壓、電流數據的采集，輸出數字信號，然后通 過IEC61850標準通信協議傳送給數字電表進行數據的處理和計算。
[0020] 本發明的有益效果是:提出了適用于柔性直流輸電系統的系統級能效計量和設備 級能效計量的能效計量終端采集方案，彌補了國內外對于柔性直流輸電系統能效計量的空 白，為今后改進柔性直流輸電系統換流與輸電設備工藝水平、系統運行方式提供技術支撐。
【附圖說明】
[0021] 圖1為本發明一個實施例的典型雙端柔性直流輸電系統拓撲結構示意圖；
[0022] 圖2為本發明一個實施例的電子式電表電能量采集終端系統示意圖；
[0023] 圖3為本發明一個實施例的電子式電表、數字化電表電能量采集終端系統示意圖；
[0024] 其中，①-聯接變壓器，②-啟動電阻，③-橋臂電抗器，④-換流閥，⑤-電抗器，⑥-電纜，⑦-能效計量主站，⑧-電能量計量系統，⑨-FAX/Modern專線Modern網絡，⑩-公共電 話網或電力程控網絡或11^從11的，@41?1'1]，@-脈沖輸出電表或者1?485接口電表，?-能 效計量主站，⑧-電能量計量系統，數字化ERTU，@-電子式電表，數字化電表， -合并單元。
【具體實施方式】
[0025]下面結合附圖對本發明的實施方式進行詳細描述。
[0026] 實施例：
[0027] 如圖2、圖3所示，本實施例是通過以下的技術方案實現的，用于柔性直流輸電系統 能效計量的電能量采集終端系統，包括電能量數據采集主站，所述系統還包括能效計量主 站、電能量計量系統、至少一個電能量采集終端和至少一個電表;所述電能量數據采集主站 與能效計量主站、電能量計量系統和電能量采集終端連接，所述電能量采集終端與電表連 接，用于采集、存儲所述電表的電能數據，并將所采集的電能數據傳輸至所述電能量數據采 集主站中，再通過所述能效計量主站與所述電能量數據采集主站的數據交互獲取相應數 據。
[0028] 在上述的用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統中，所述電能量 采集終端所采集、存儲的電表的電能數據為所述電表以串行通信形式輸出，并通過上行通 信傳輸至所述電能量數據采集主站。所述電表包括電子式電表和數字化電表。所述電能量 采集終端包括ERTU和數字化ERTU。所述電能量計量系統包括常規電能量計量系統和數字化 電能量計量系統，所述常規電能量計量系統采用電磁式互感器將采集到的電壓、電流模擬 量通過電纜傳送至所述電子式電表，通過所述電子式電表進行處理計算;所述數字化電能 量計量系統采用電子式互感器和合并單元來完成電壓、電流數據的采集，輸出數字信號，然 后通過IEC61850標準通信協議傳送至所述數字化電表，通過所述數字化電表進行處理計 算。所述常規電能量計量通過公共電話網或電力程控網絡或Internet，經Fax/Modern專線 Modern網絡系統連接所述ERTU與所述電子式電表。所述數字化電能量計量系統通過 IEC61850標準通信協議經所述數字化ERTU分別連接所述電子式電表和數字化電表，所述數 字化電表連接所述合并單元。所述電子式電表采用脈沖輸出電表或RS485接口電表。
[0029]用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端ERTU方案，包括以下步驟： [0030] (1)確定柔性直流輸電系統能效計量的采集量，所述能效計量包括系統級能效計 量和設備級能效計量，所述系統級能效計量的采集量為所述柔性直流輸電系統傳輸過程 中，輸出有功電能與輸入有功電能的差值;所述設備級能效計量的采集量為分別采集聯結 變壓器、換流閥、電抗器、直流輸電線路兩端的電能量、有功功率、電壓、電流的數據;上述采 集量直接獲取或間接計算得到所述柔性直流輸電系統以及設備的能量損耗數值；
[0031] (2)確定柔性直流輸電系統能效計量的數據項，根據步驟（1)確定的采集量，所述 能效計量的數據項包括直流與交流計量點的數據項;所述交流計量點的數據項包括三相電 壓、電流、功率因數、總功率、正反向電量、ABC三相電量以及電量時標;所述直流計量點的數 據項包括電壓、電流、功率、正反向電量及電量時標;上述數據項的采集協議和數據格式為 DL/T645協議規定的數據格式，采用二次側數值;采樣間隔為設置5-60分鐘或默認60分鐘；
[0032] (3)確定了步驟(2)中所述能效計量的數據項后，采用上述的用于柔性直流輸電系 統能效計量的電能量采集終端系統進行數據的采集并將數據上傳至所述電能量數據采集 主站。
[0033]柔性直流輸電系統系統級能效是針對柔性直流輸電系統傳輸過程中，系統輸出有 功電能與輸入的有功電能的差值，同時為了進一步研究系統內部設備級能效，分別采集聯 結變壓器、換流閥、電抗器、直流輸電線路兩端的電能量、有功功率、電壓、電流等數據，從而 直接或通過間接計算得到柔性直流輸電系統以及相關設備的能量損耗數值。確定用于能效 計量的相關數據項，包括直流與交流計量點。交流計量點需要的數據包括三相電壓、電流、 功率因數、總功率、正反向電量、ABC三相電量以及這些電量凍結或采集時所對應的時間標 識信息即電量時標;直流計量點數據包括電壓、電流、功率、正反向電量及所對應的時間標 識信息，即電量時標。圖1中的1、2、4計量點采集交流電能量數據;7計量點采集直流電能量 數據;需要用于能效計量的數據項如下，表1為交流計量點采集數據項，表2為直流計量點采 集數據。
[0034]表1交流計量點采集數據項
[0036]表2直流計量點采集數據項
[0038]在確定計量點和所需的數據后，可以采用上述的用于柔性直流輸電系統能效計量 的電能量采集終端系統以實現數據的采集和將數據上傳至主站。電能量采集終端一方面采 集、存儲電能表以串行通信形式輸出的電能數據；另外一方面將采集到的電能數據通過上 行通信傳輸到調度端的電能量數據采集主站中，最后通過能效計量主站與調度部門電能量 數據采集主站的數據交互獲取相應數據。
[0039] 若使用常規電子式電表，用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統 如圖2所示；電表與ERTU相連，ERTU通過公共電話網、電力程控網絡或Internet與Fax/ Modern專線網絡相連并和電能量計量系統進行信息交互。若使用數字化電表或數字化電表 與電子式電表混合的模式，用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統如圖3 所示;數字化電表與數字化ERTU相連，數字化ERTU與電能量計量系統相連，從能效計量主站 獲取并存儲相關數據。
[0040] 上述的用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統中，電能計量系統 可以配置常規電能計量系統和數字化電能計量系統。常規電能計量系統主要采用電磁式互 感器將采集到的電壓、電流模擬量通過電纜傳送到傳統的電子式電表中，通過電表進行處 理計算;數字化電能計量系統采用電子式互感器和合并單元來完成電壓、電流數據的采集， 輸出數字信號，然后通過IEC61850標準通信協議傳送給數字化電表進行數據的處理和計 算。
[0041 ]本實施例用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端ERTU方案，提出了適 用于柔性直流輸電系統的系統級能效計量和設備級能效計量的能效計量終端采集方案，為 今后改進柔性直流輸電系統換流與輸電設備工藝水平、系統運行方式提供技術支撐。
[0042]應當理解的是，本說明書未詳細闡述的部分均屬于現有技術。
[0043]雖然以上結合附圖描述了本發明的【具體實施方式】，但是本領域普通技術人員應當 理解，這些僅是舉例說明，可以對這些實施方式做出多種變形或修改，而不背離本發明的原 理和實質。本發明的范圍僅由所附權利要求書限定。
【主權項】
1. 用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端系統，包括電能量數據采集主 站，其特征在于:所述系統還包括能效計量主站、電能量計量系統、至少一個電能量采集終 端和至少一個電表;所述電能量數據采集主站與能效計量主站、電能量計量系統和電能量 采集終端連接，所述電能量采集終端與電表連接，用于采集、存儲所述電表的電能數據，并 將所采集的電能數據傳輸至所述電能量數據采集主站中，再通過所述能效計量主站與所述 電能量數據采集主站的數據交互獲取相應數據。2. 如權利要求1所述的電能量采集終端系統，其特征在于：所述電能量采集終端所采 集、存儲的電表的電能數據為所述電表以串行通信形式輸出，并通過上行通信傳輸至所述 電能量數據采集主站。3. 如權利要求2所述的電能量采集終端系統，其特征在于:所述電表包括電子式電表和 數字化電表。4. 如權利要求3所述的電能量采集終端系統，其特征在于：所述電能量采集終端包括 ERTU和數字化ERTU。5. 如權利要求4所述的電能量采集終端系統，其特征在于:所述電能量計量系統包括常 規電能量計量系統和數字化電能量計量系統，所述常規電能量計量系統采用電磁式互感器 將采集到的電壓、電流模擬量通過電纜傳送至所述電子式電表，通過所述電子式電表進行 處理計算;所述數字化電能量計量系統采用電子式互感器和合并單元來完成電壓、電流數 據的采集，輸出數字信號，然后通過IEC61850標準通信協議傳送至所述數字化電表，通過所 述數字化電表進行處理計算。6. 如權利要求5所述的電能量采集終端系統，其特征在于:所述常規電能量計量通過公 共電話網或電力程控網絡或Internet，經Fax/Modern專線Modern網絡系統連接所述ERTU與 所述電子式電表。7. 如權利要求5所述的電能量采集終端系統，其特征在于:所述數字化電能量計量系統 通過IEC61850標準通信協議經所述數字化ERTU分別連接所述電子式電表和數字化電表，所 述數字化電表連接所述合并單元。8. 如權利要求3所述的電能量采集終端系統，其特征在于:所述電子式電表采用脈沖輸 出電表或RS485接口電表。9. 用于柔性直流輸電系統能效計量的電能量采集終端ERTU方案，其特征在于，所述方 案包括以下步驟： (1) 確定柔性直流輸電系統能效計量的采集量，所述能效計量包括系統級能效計量和 設備級能效計量，所述系統級能效計量的采集量為所述柔性直流輸電系統傳輸過程中，輸 出有功電能與輸入有功電能的差值;所述設備級能效計量的采集量為分別采集聯結變壓 器、換流閥、電抗器、直流輸電線路兩端的電能量、有功功率、電壓、電流的數據;上述采集量 直接獲取或間接計算得到所述柔性直流輸電系統以及設備的能量損耗數值； (2) 確定柔性直流輸電系統能效計量的數據項，根據步驟（1)確定的采集量，所述能效 計量的數據項包括直流與交流計量點的數據項;所述交流計量點的數據項包括三相電壓、 電流、功率因數、總功率、正反向電量、ABC三相電量以及電量時標;所述直流計量點的數據 項包括電壓、電流、功率、正反向電量及電量時標;上述數據項的采集協議和數據格式為DL/ T645協議規定的數據格式，采用二次側數值;采樣間隔為設置5-60分鐘或默認60分鐘； (3)確定了步驟(2)中所述能效計量的數據項后，采用權利要求1至8中任一權利要求所 述的電能量采集終端系統進行數據的采集并將數據上傳至所述電能量數據采集主站。
【文檔編號】G08C19/00GK106093558SQ201610377607
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月31日
【發明人】楊瑤佳, 李勇匯, 張凱, 彭輝, 徐曉彤, 劉儉, 韓霄漢, 姚力, 胡瑛俊
【申請人】武漢大學, 國網浙江省電力公司電力科學研究院