分布式電源接入用戶及用戶側(cè)微電網(wǎng)雙向電能計(jì)量研究

馬勇

摘 要：隨著國家清潔能源戰(zhàn)略的大力推進(jìn)，分布式電源近幾年在國內(nèi)得到了飛速的發(fā)展，分布式電力接入規(guī)模急劇增長。通過對分布式電源接入用戶雙向電能計(jì)量的分析，總結(jié)了當(dāng)前分布式電源接入用戶電能計(jì)量過程中的主要技術(shù)難點(diǎn)，以及為適應(yīng)智能化發(fā)展，分布式電源接入用戶的電能計(jì)量需做哪些調(diào)整。為解決我國分布式能源推進(jìn)過程中的電能計(jì)量問題提供參考。

關(guān)鍵詞：分布式電源；電能計(jì)量；微電網(wǎng)

中圖分類號：TM933.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0174-01

1 引言

電能計(jì)量是電力用戶管理的基本條件之一，對于分布式電源的接入，首先需要確保其電能的精確計(jì)量[1]。但由于分布式電源具有大量不同于傳統(tǒng)電力用戶接入的特征，尤其是分布式電源用戶要求雙向計(jì)費(fèi)，即在計(jì)量用戶用電量的同時，還需要計(jì)量其作為電源時向電網(wǎng)輸出的電能。另外，為了便于管理，還需要確保分布式電源電能計(jì)量的智能化和遠(yuǎn)程化。

本文首先根據(jù)分布式電源接入用戶的特點(diǎn)分析了其電能雙向計(jì)量的主要要求，并結(jié)合當(dāng)前分布式電源接入用戶電能計(jì)量的現(xiàn)狀，總結(jié)了分布式電源用戶接入過程中電能計(jì)量的主要技術(shù)難題。然后，結(jié)合當(dāng)前智能化發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢，分析了分布式電源接入過程中電能計(jì)量的智能化管理。

2 分布式電源接入用戶雙向電能計(jì)量需求分析

從我國目前的情況來看，分布式電源接入用戶的電能計(jì)量要求可以大概歸納為以下兩類：一類是分布式電源用戶所有發(fā)電量均上網(wǎng)，這種情況下，不需要進(jìn)行雙向電能計(jì)量，只需要單向計(jì)量分布式電源的上網(wǎng)電量即可；另一類是“自發(fā)自用，余電上網(wǎng)”的模式，這也是目前絕大多數(shù)分布式電源的接入方式，在這種情況下，既需要計(jì)量用戶的上網(wǎng)電量，還需要計(jì)量用戶的用電量，也就是需要進(jìn)行電能的雙向計(jì)量。

為了實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量和分布式微網(wǎng)的智能運(yùn)行，不僅需要能夠?qū)崟r計(jì)量分布式電源接入用戶的電能傳輸情況，還需要對用戶的發(fā)電和用電行為進(jìn)行智能分析，以實(shí)現(xiàn)對用戶發(fā)電量和用電量的預(yù)測，從而實(shí)現(xiàn)電力微網(wǎng)的智能運(yùn)行。這些需求都對分布式電源用戶接入的電能計(jì)量提出了新的挑戰(zhàn)。

3 分布式電源接入用戶雙向電能計(jì)量的技術(shù)難點(diǎn)分析

3.1 量程和精度

從已有的研究成果和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來看，電能計(jì)量的進(jìn)度受多種因素的影響，主要的包括電壓、電流互感器誤差，功率因素，外部環(huán)境，計(jì)量方式等。因?yàn)椋掖_保電能表的計(jì)量精度，需要根據(jù)特定的應(yīng)用場景選擇合適的互感器、計(jì)量方式等[2]。

分布式能源相較于傳統(tǒng)能源有一個很大的不足在于，分布式能源通常具有較強(qiáng)的波動性和隨機(jī)性。這就使得同一功率輸出水平下，分布式能源的瞬時輸出功率范圍要遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)能源。為確保電能表的正常運(yùn)行，就需要選擇一個量程較寬的設(shè)備，這樣才能滿足不間斷的電能計(jì)量。而由于在電能表中，電壓、電流互感器具有一定的非線性，這使得電能表在低量程范圍內(nèi)的計(jì)量精度較低。因?yàn)閷τ诜植际诫娫吹碾娔苡?jì)量需要選擇一個量程較寬，而且精度等級較高的電能表，否則沒法同時滿足上述兩個條件。

3.2 電能質(zhì)量問題對電能表計(jì)量的影響

分布式能源由于波動大，而且隨機(jī)性強(qiáng)，很難進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測，這使得分布式能源的電能質(zhì)量較差。具體表現(xiàn)在電流中諧波問題嚴(yán)重，電壓波動較大等，這些都會對電能表的電能計(jì)量產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。例如，對于分布式能源中的光伏發(fā)電系統(tǒng)，其接入電網(wǎng)會引起諧波污染，風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的接入則會引起電壓的大范圍波動問題，燃料電池的接入則可能會引起諧波污染和功率因素降低等。

4 精確的雙向計(jì)量算法研究

正是由于分布式電源接入用戶的電能計(jì)量存在上述種種技術(shù)難點(diǎn)，而隨著分布式電源接入用戶規(guī)模的急劇增長，使得其電能計(jì)量變得越來越重要，也受到了學(xué)術(shù)領(lǐng)域與工程領(lǐng)域的關(guān)注。大量學(xué)者和工程項(xiàng)目針對該問題展開了深入分析。

對于分布式電源接入用戶，電能計(jì)量誤差的主要原因在于非同步采樣的泄露。吳振軍[3]等人，通過總結(jié)現(xiàn)有分布式電源接入用戶電能計(jì)量方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出了一種固定采樣頻率條件下的電能計(jì)量方法，該電能計(jì)量方法可以在頻率發(fā)生偏移的情況充分消除非同步采樣導(dǎo)致的泄露誤差，從而提高分布式電源接入用戶的電能計(jì)量精度。并且在其文中的后續(xù)改進(jìn)研究中，通過引入復(fù)化Simpson積分算法，進(jìn)一步提高了分布式電源接入用戶雙向電能計(jì)量的精度，而且計(jì)算量增加較小，能夠滿足工程計(jì)算的要求，具有極強(qiáng)的實(shí)踐應(yīng)用價值。

史訓(xùn)濤[4]等人，針對分布式電源接入用戶電能計(jì)量過程中諧波問題比較嚴(yán)重的問題，通過大量的實(shí)驗(yàn)探索和驗(yàn)證，歸納出了一組電能表在不同諧波強(qiáng)度下的計(jì)量特性系數(shù)，并通過多種評價方法和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了驗(yàn)證，為分布式電源接入用戶電能計(jì)量過程中諧波問題引起的誤差提供了修正模型。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，修正后的計(jì)量結(jié)果與實(shí)際電能吻合度較高，該計(jì)量特性系數(shù)為消除分布式電源接入用戶電力計(jì)量過程中諧波問題的影響提供了一種很好的解決方法。將這一方法應(yīng)用于工程實(shí)踐，將對分布式電源微電網(wǎng)情況下的精確計(jì)量帶來極大的方便。

未來的精確計(jì)量問題要針對分布式電源接人情況下的各種電能質(zhì)量問題展開針對性的研究，提出滿足不同用戶需求的計(jì)量算法。同時，結(jié)合當(dāng)前能源互聯(lián)網(wǎng)和智能電網(wǎng)的發(fā)展趨勢，對電能計(jì)量進(jìn)行功能擴(kuò)展，以適應(yīng)智能化發(fā)展的需求。

5 雙向電能計(jì)量的智能化分析

對于傳統(tǒng)的電能表，其主要功能在于為電力用戶與電網(wǎng)公司提供電能結(jié)算的依據(jù)，但隨著分布式能源和能源互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，電能表的功能被極大的擴(kuò)展。在具備原有基本計(jì)量功能的基礎(chǔ)上，還需要具有較強(qiáng)的通訊能力、監(jiān)測、控制能力等，只有具備這些能力才能實(shí)現(xiàn)智能化，以更好的服務(wù)于分布式能源的發(fā)展。

智能電表就是傳統(tǒng)電能表朝著智能化發(fā)展的主要產(chǎn)品，它不僅具有電能計(jì)量的功能，同時還具有電力用戶與電網(wǎng)信息交互的功能，可實(shí)時監(jiān)控電力用戶的用電情況，并可以根據(jù)需要實(shí)行遠(yuǎn)程自動控制。對于分布式電源接入用戶的雙向電能計(jì)量，為實(shí)現(xiàn)智能計(jì)量和管理，更需要進(jìn)行智能化擴(kuò)展，這樣一方面可以充分發(fā)揮分布式能源削峰填谷的作用，同時還能大規(guī)模采集分布式能源的各種數(shù)據(jù)，以提高分布式能源的預(yù)測能力，從而提高分布式能源接入用戶的電能計(jì)量精度。

6 結(jié)語

隨著分布式能源的快速發(fā)展，分布式電源接入用戶的規(guī)模將會呈現(xiàn)井噴式的增長，這對其接入過程中的雙向電能計(jì)量提出了極為緊迫的要求。不僅需要研究分布式能源接入用戶電能計(jì)量的各種技術(shù)難點(diǎn)，而且還需要盡快統(tǒng)一電能計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)，對各類分布式電源接入的電能計(jì)量進(jìn)行規(guī)范，以更好的服務(wù)于國家分布式能源發(fā)展戰(zhàn)略，促進(jìn)分布式能源快速有序發(fā)展。同時，為了適應(yīng)當(dāng)前和未來電力系統(tǒng)智能化管理的需求，需要在確保分布式電源接入用戶雙向電能計(jì)量需求的同時，充分考慮智能化通訊和管理的需求，以更好的發(fā)揮分布式能源在節(jié)能減排方面的優(yōu)勢。

參考文獻(xiàn)

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[3]吳振軍，馮為民，胡智宏，等.基于改進(jìn)Simpson積分算法的電能計(jì)量方法[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2012，（13）：14-18.

[4]史訓(xùn)濤，蔣金良，歐陽森，等.諧波情況下感應(yīng)式電能表計(jì)量誤差的校正模型[J].電力系統(tǒng)保護(hù)與控制，2011，（20）：106-110，130.endprint