分布式電源接入用戶雙向計(jì)量、監(jiān)控與能效管理方法研究

葉劍新

摘要：隨著現(xiàn)階段經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于新能源來(lái)說(shuō)需要實(shí)現(xiàn)有效可持續(xù)化的發(fā)展和應(yīng)用。針對(duì)于現(xiàn)階段的電力能源來(lái)說(shuō)，可以實(shí)現(xiàn)大量的分布式新能源電源接入到電網(wǎng)內(nèi)部。因此雙向計(jì)量和監(jiān)控的一體化設(shè)備出現(xiàn)在了人們的生活當(dāng)中，對(duì)于傳統(tǒng)的電能表存在的缺點(diǎn)進(jìn)行了彌補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)總體任務(wù)的優(yōu)化，對(duì)于電能可以實(shí)現(xiàn)有效的管理。

關(guān)鍵詞：分布式電源;雙向計(jì)量;監(jiān)控;能效管理

引言

對(duì)于化石能源等傳統(tǒng)的能源來(lái)說(shuō)，具備不可再生性，日漸枯竭的能源促使人們需要對(duì)新能源進(jìn)行尋找代替。在此種背景下，大量的可再生新能源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用被得到了廣泛的重視。區(qū)別于傳統(tǒng)的能源，在太陽(yáng)能生物能、風(fēng)能、小水電資源等可再生資源的存在方式都屬于分布式。在大力推行新能源的同時(shí)，需要對(duì)新能源的發(fā)電進(jìn)行最大限度的倡導(dǎo)?，F(xiàn)階段城鎮(zhèn)化的不斷建設(shè)，電力客戶自身的用電需求量得到了不斷的增加和提升。

一、分布式電源

分布式發(fā)電，即為Distributed Generation，DG，其中包含多個(gè)技術(shù)，比如燃料電池、微型燃?xì)廨啓C(jī)、風(fēng)力發(fā)電技術(shù)、太陽(yáng)能光伏發(fā)電技術(shù)等。此種技術(shù)主要依靠于可再生新能源為主要燃料的小型發(fā)電設(shè)備，小型設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)負(fù)荷附近的就近分布。分布式電源在投資方面相對(duì)腳小，且占地較小，具有良好的節(jié)能環(huán)保性能。區(qū)別于傳統(tǒng)的集中能源，在實(shí)際的應(yīng)用當(dāng)中存在一定的弊端。對(duì)于人們現(xiàn)階段來(lái)說(shuō)，電能的質(zhì)量被定義為“導(dǎo)致用戶電力設(shè)備不能正常工作的電壓、電流或頻率偏差，造成用電設(shè)備故障或錯(cuò)誤動(dòng)作的任何電力問(wèn)題都是電能質(zhì)量問(wèn)題”。對(duì)于穩(wěn)態(tài)電能和暫態(tài)電能來(lái)說(shuō)，包含了多個(gè)方面的質(zhì)量問(wèn)題，靜態(tài)電能質(zhì)量問(wèn)題當(dāng)中，會(huì)出現(xiàn)諧波、頻率偏差、電壓波動(dòng)與閃變等現(xiàn)象;暫態(tài)電能質(zhì)量當(dāng)中會(huì)出現(xiàn)電壓凹陷、電壓凸起、暫態(tài)震蕩等。對(duì)于分布式的電源接入電網(wǎng)，其本身的輸出功能在隨機(jī)性和波動(dòng)性方面的特點(diǎn)，會(huì)造成一系列的問(wèn)題，比如變壓波形畸變、電壓波動(dòng)與閃變、三項(xiàng)不平衡、諧波等。

二、分布式電能以及微電網(wǎng)雙向計(jì)量需求

對(duì)于分布式的發(fā)電方式來(lái)說(shuō)，可以實(shí)現(xiàn)用戶和電網(wǎng)之間的互動(dòng)操作，對(duì)于處于用電高峰期的可再生分布式電源來(lái)說(shuō)，發(fā)電期間其用戶的符合減少的情況下，分布式發(fā)電的用戶側(cè)微電網(wǎng)就會(huì)出現(xiàn)向電網(wǎng)售電的狀態(tài)。

在家庭微電網(wǎng)的應(yīng)用分析方面，基于高級(jí)計(jì)量架構(gòu)進(jìn)行分析，可以包含測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng) （ MDMS）、雙向通信網(wǎng)絡(luò)、智能電表和用戶戶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于其計(jì)量和智能監(jiān)控的設(shè)備主要是借助于雙向計(jì)量和監(jiān)控一體化設(shè)備來(lái)進(jìn)行承擔(dān)，在設(shè)備方面包含了主站、智能設(shè)備、分布式電源、智能負(fù)載，可以實(shí)現(xiàn)上級(jí)主站或者微電網(wǎng)來(lái)進(jìn)行電價(jià)和調(diào)度信息的獲取;同時(shí)，還可以借助于RS-485、信息網(wǎng)絡(luò)等方式實(shí)現(xiàn)對(duì)分布式電源以及用電設(shè)備的有效監(jiān)控。

三、分布式電源接入用戶雙向計(jì)量、監(jiān)控與能效管理方法研究

首先，在硬件方案方面，雙向計(jì)量和監(jiān)控一體化的設(shè)備需要實(shí)現(xiàn)對(duì)電網(wǎng)質(zhì)量的檢測(cè)、雙向計(jì)量電能的費(fèi)用、計(jì)量分布式電源的發(fā)電補(bǔ)貼以及用電能效的體現(xiàn)等功能，需要借助于MCU+ 計(jì)量芯片方案來(lái)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，其中包含了雙向計(jì)量、CAN總線、信息網(wǎng)絡(luò)及RS-485模塊。在雙向計(jì)量模塊當(dāng)中，需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)方面的功能，在本文當(dāng)中，進(jìn)行綜合考慮之后決定借助于ADE7878/7593 計(jì)量芯片。在通信功能的模塊當(dāng)中，需要對(duì)不同的通信接口需求進(jìn)行實(shí)現(xiàn)和滿足，對(duì)于設(shè)備需要進(jìn)行多個(gè)模塊技術(shù)的集成，比如信息網(wǎng)絡(luò)、電力線載波、RS-485、CAN、紅外借口等。在后期可以和其他能效管理設(shè)備通信進(jìn)行接入，遠(yuǎn)程的抄表功能可以借助于紅外通信來(lái)完成，信息網(wǎng)絡(luò)主要適用于和其他分布式單元的通訊來(lái)進(jìn)行更多訊息的獲取。

其次，在軟件的設(shè)計(jì)方面，需要實(shí)現(xiàn)多個(gè)功能，其中包含了電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)、雙向獨(dú)立計(jì)量電能電費(fèi)、計(jì)量補(bǔ)貼、雙向通信等功能。對(duì)于整體系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要具有較高的實(shí)時(shí)性，任務(wù)較繁重，在操作系統(tǒng)方面可以利用輕量級(jí)的系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，比如FreeRTOS。在操作系統(tǒng)的支持下，對(duì)于設(shè)備軟件的流程設(shè)計(jì)需要基于不影響功能的前提條件下進(jìn)行任務(wù)的分解和研究。在總體任務(wù)設(shè)計(jì)方面，雙向計(jì)量和監(jiān)控一體化的設(shè)備任務(wù)涉及到了多個(gè)內(nèi)容，比如電網(wǎng)電能質(zhì)量檢測(cè)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、雙向電能計(jì)量以及人機(jī)交互等。在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，需要保證電網(wǎng)質(zhì)量的檢測(cè)準(zhǔn)確性，將其電網(wǎng)參數(shù)的采集處理任務(wù)設(shè)計(jì)為最高級(jí)部分。對(duì)于雙向計(jì)量任務(wù)來(lái)說(shuō)，也需要進(jìn)行優(yōu)先級(jí)的設(shè)置。對(duì)于不同時(shí)段下的不同場(chǎng)合通信任務(wù)來(lái)說(shuō)需要根據(jù)實(shí)際的情況進(jìn)行級(jí)別的設(shè)置。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的時(shí)間要求相對(duì)較短，可以設(shè)置為較低優(yōu)先級(jí)。在電能雙向計(jì)量任務(wù)來(lái)說(shuō)，可以借助于周期電能累計(jì)的模式來(lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于電能計(jì)量模式來(lái)說(shuō)需要進(jìn)行計(jì)量芯片的配置。本文當(dāng)中利用LINECYC寄存器來(lái)進(jìn)行對(duì)整體的周期積分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)主控芯片進(jìn)行中斷請(qǐng)求的發(fā)送。主控芯片在接收到請(qǐng)求指令之后可以進(jìn)行寄存器價(jià)值和狀態(tài)的讀取，以此來(lái)判斷正反向。針對(duì)于電能質(zhì)量的檢測(cè)任務(wù)，分布式的電源產(chǎn)生電能具有穩(wěn)定性較差、電壓波動(dòng)和閃變、諧波等現(xiàn)象問(wèn)題。雙向計(jì)量與監(jiān)控一體化設(shè)備對(duì)于諧波可以發(fā)揮一定的作用。針對(duì)于諧波進(jìn)行計(jì)量的過(guò)程當(dāng)中需要進(jìn)行定時(shí)電壓和瞬時(shí)電流值的采集確定。與此同時(shí)，還需要對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)任務(wù)進(jìn)行完成，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和讀取操作，對(duì)于設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)來(lái)做出有效的監(jiān)控和勘察，記錄設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)狀態(tài)信息的能效管理。除此之外，還可以對(duì)分布式的電源進(jìn)行監(jiān)控，將其反饋給上級(jí)電網(wǎng)內(nèi)部。

結(jié)束語(yǔ)：綜上所述，針對(duì)于分布式發(fā)電來(lái)說(shuō)，基于自身的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，其發(fā)電和使用的用戶也會(huì)越來(lái)越多?，F(xiàn)階段的分布式電源接入方面還存在著一定的問(wèn)題，集中體現(xiàn)在了電能準(zhǔn)確計(jì)量和計(jì)量模式方面。與此同時(shí)，還要對(duì)分布式電源的雙向計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)智能電表的合理化設(shè)計(jì)，最大限度的滿足電網(wǎng)和用戶之間的雙向電能互動(dòng)。

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