分布式電源接入用戶及用戶側微電網雙向電能計量問題探討

摘 要：為了保護生態(tài)環(huán)境，近年來國家大力發(fā)展清潔能源，分布式電源規(guī)?？焖僭鲩L，能夠邊遠區(qū)用戶和商業(yè)區(qū)用戶用電需求，提高供電的可靠性和安全性，有利于解決高峰用電問題。分布式電源的連接方式和傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)有一定的差異，計量方式也不同。因此，通過微電網雙向電能計量分析，有利于減少電能誤差，確保電能計量符合實際用電。本文分析了分布式電源以及微電網雙向計量的需求以及分布式電源獨立計量存在的問題。

關鍵詞：分布式電源；接入用戶；用戶側微電網；雙向電能計量

中圖分類號：TM933.4 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）33-0076-02

引 言

分布式電源指功率為數千瓦到50MW小型模塊式的獨立電源，這些電源一般是電力部門、電力用戶以及第三方，為了滿足高峰期城市居民、商業(yè)區(qū)居民用電需求，可以降低電網的投資成本，提高供電的可靠性。電能計量是電力用戶和供電公司結算的依據，是供電公司電力管理重要手段。然而傳統(tǒng)的電網是供電公司向電力用戶單向計量收費，不存在雙向電能計量問題。隨著分布式電網的發(fā)展，用戶不僅可以向電網公司購電，也可以向分布式電源持有者購電。這種雙向計量模式給電力計量增加了一定的難度。需要采用智能化電能進行雙向計量，滿足分布式電源的發(fā)展。

1 分布式電源以及微電網雙向電能計量需求

分布式電源目前有兩種計量方式：一種是上網電價法，這種計量方式將分布式電源全部上網售電，分布式電源并網點直接安裝在配電網上，不需要經過用戶電表計量，而是單獨安裝電表進行計量。電網公司和分布式電源持有者簽訂協(xié)議，按照協(xié)議價格收費。這種模式比較簡單，但是這種分布式電網需要經過國家相關部門的審核，審核通過以后才能使用。在使用過程中，受到國家嚴格限制。另外一種是凈電表計量，即分布式電源并網點直接接入到用戶的電能表，按照自發(fā)自用，余電上網的模式，電網公司和用戶根據雙向計量電表計算。所有電力用戶的用電情況，都可以同一時刻查看，這樣計量更加準確便利。目前，大部分電網第二種自發(fā)自用用電模式，只需要雙向電能表進行計量，不需要用戶、供電公司收費人員進行查看。但是，這種分布式電能的計量準確性與實際用電的計算方法有關。因此，電網周圍需要安裝監(jiān)控，防止有人故意損壞或者改造電能表。

2 分布式電源的獨立計量

近年來，國家大力發(fā)展太陽能光伏發(fā)電這種清潔能源，給予太陽能光伏發(fā)電政策和財政支持，根據分布式光伏發(fā)電量給予一定的財政補貼，“自發(fā)自用”和“全部上網”這兩種售電模式給予一定的財政補貼。所以，目前光伏發(fā)電除了用戶和電網的雙向計費，還涉及到財政補貼費用。由于分布式電源大多數采用“自發(fā)自用，余電上網”這種售點模式，所以只計量用戶與電網的雙向電能無法滿足用戶需求，所以對電網電能單獨計量，這樣才能確保計量的準確性。

2.1 分布式電源獨立計量

當前，分布式電源計量方式依然按照傳統(tǒng)的計量方式，將分布式電源作為一個獨立的發(fā)電廠，為每一個分布式電源配置一個計量表，實現(xiàn)分布式發(fā)電的電能數據采集和補貼，一般只安裝單向計量表。由于分布式電源屬于可再生能源，使用逆變器連接并網，計量器一般安裝在逆變器并網點。

2.2 分布式電源與儲能一體化計量

光伏發(fā)電并網計量一般是在逆變器并網以后安裝單向計量表，然后采用成熟的交流計量模式進行計量。如果光伏發(fā)電系統(tǒng)沒有儲能的功能，這種方式可以有序運行。但是太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)為了提高供電可靠性，大多數安裝了儲能裝置，由于太陽能光伏發(fā)電和儲能系統(tǒng)都是直流電流供電，在發(fā)電過程中逆變器會損耗一部分電能，將太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)和儲能裝置實現(xiàn)直流側并聯(lián)耦合，通過太陽能發(fā)電和儲能一體化設計，實現(xiàn)集中并網，可以提高供電的效率。采用一體化發(fā)電模式，在進行計量的時候需要考慮太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)供電不足或者儲能系統(tǒng)在電價低谷期間購電或者充電，在用電高峰期釋放部分電力滿足城市高峰期用電需求向電網售電。然而這部分電能不是太陽能光伏系統(tǒng)產生的，所以無法按照光伏發(fā)電方式進行發(fā)電方式進行計量。因此，使用逆變器并網的時候設置的單向計量器存在計量不準確等問題。目前國家財政沒有對儲能系統(tǒng)實施財政補貼政策，在實際運行中可能存在騙取財政補貼等問題。這些問題，可以采取以下方案解決：第一種方法是采用逆變器并網點的交流計量表的，但是設置雙向計量表，可以計量太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量和儲能系統(tǒng)的購電量，不會計算太陽能光伏系統(tǒng)的實際發(fā)電量。由于儲能系統(tǒng)的充放電效率比較低，可能計量的發(fā)電表遠遠小于實際太陽能光伏發(fā)電量。第二種方法是在太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的面板直流側設置直流計量表直接計算直流計量，從而避免了儲能充放電計量問題。

3 分布式電源接入用戶雙向電能計量技術存在的問題

3.1 量程和精度

雖然近年來在國家的大力倡導下，我國的分布式電源發(fā)電技術快速發(fā)展，在解決城市高峰用電緊張，降低電網建設投資成本方面發(fā)揮重要作用。然而在實際運行過程中，雙向計量在分布式電源計量中依然存在不少問題。電能計量的進度受到電壓、電流互感器、功率以及計量方式等方面的影響。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電量具有較大的隨機性和波動性，輸出功率范圍波動很大，需要計量量程比較寬的計量表才能滿足精度要求。實際運行過程中，電流和電壓互感器是非線性運行，電子電流表在低額度范圍計量精度比較低，互感器在25～100%的額定符合范圍內精度比較高。所以，為了確保計量準確，選擇過載超過4倍以上的電能表，才能滿足電能表計量寬度要求。

3.2 電能質量影響到電能計量表的計量準確性

由于太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量隨機性比較強，無法進行有效的預測，所以太陽能光伏發(fā)電質量比較差。在發(fā)電過程中電流受到諧波影響，電壓波動比較大，電能質量不穩(wěn)定。太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)并入電網中，可能造成諧波污染，風力發(fā)電系統(tǒng)接入電網可能造成電壓不穩(wěn)定等問題，逆變器和整流器運行過程中，可能導致微電網出現(xiàn)諧波諧振，進一步加劇諧波污染問題。諧波可能造成電流互感器非線性飽和、渦流、磁滯等線形，從而影響到整個電網的發(fā)電質量。

3.3 雙向計量的準確算法

由于光伏發(fā)電系統(tǒng)在接入電能計量表的時候存在技術上的難題，所以導致計量不準確。然而隨著分布式電源的快速發(fā)展，分布式電源的規(guī)模越來越大，分布式電源雙向計量問題越來越突出，受到學術界的關注，開始對其進行研究。吳振軍等人總結分布式電源計量方法的存在的缺陷，提出了固定采樣頻率條件下的計量方式，光伏發(fā)電系統(tǒng)頻率出現(xiàn)偏移的時候可以消除非同步采樣造成的誤差，從而提高分布式電源的計量準確度。

4 結束語

雖然分布式電源雙向計量存在不少問題，但是隨著可再生電源規(guī)模不斷擴大，并網過程的雙向計量問題越來越迫切。因此，需要進一步加強對分布式電源雙向計量的研究。智能電網的發(fā)展和互聯(lián)網的發(fā)展，不斷擴大智能電表的功能，從而實現(xiàn)智能化電網的發(fā)展要求。

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收稿日期：2018-10-12