淺談分布式電源電能計(jì)量裝置

王嘉暉

（國(guó)家電網(wǎng)福建省電力有限公司國(guó)網(wǎng)莆田供電公司，福建 莆田 351100）

0 引言

分布式電源是“碳達(dá)峰、碳中和”能源轉(zhuǎn)型大勢(shì)所趨，隨著分布式電源的快速發(fā)展，其電出口及與公用電網(wǎng)的連接點(diǎn)計(jì)量成為重中之重，本文重點(diǎn)討論如何實(shí)現(xiàn)對(duì)布式電源發(fā)電量和電力用戶上、下網(wǎng)電量的準(zhǔn)確計(jì)量。

1 分布式電源的特點(diǎn)

分布式電源是在用戶所在場(chǎng)地或附近建設(shè)安裝，運(yùn)行方式以用戶自發(fā)電為主、多余電量上網(wǎng)，且配電網(wǎng)系統(tǒng)平衡調(diào)節(jié)為特征的發(fā)電設(shè)施或有電力輸出的能量綜合利用多聯(lián)供設(shè)施。 其包括光伏發(fā)電、天然氣發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電、風(fēng)能發(fā)電、地?zé)崮馨l(fā)電、海洋能發(fā)電、資源綜合利用發(fā)電（含煤礦瓦斯發(fā)電）、燃?xì)廨啓C(jī)及潮汐能發(fā)電等。 目前，我國(guó)主要是以發(fā)展光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電為主，尤其是光伏發(fā)電的技術(shù)研發(fā)及市場(chǎng)應(yīng)用已經(jīng)相對(duì)成熟。

分布式電源是“碳達(dá)峰、碳中和”能源轉(zhuǎn)型大勢(shì)所趨，具有投資小、占地少、無(wú)限和可持續(xù)利用、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，但跟傳統(tǒng)集中電源相比，有許多弊端。 分布式電源因分散、隨機(jī)變動(dòng)、量多雜等特點(diǎn)，對(duì)配電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行產(chǎn)生極大的影響，嚴(yán)重影響電網(wǎng)電能質(zhì)量。 （1）分布式電源輸出功率具有隨機(jī)性和波動(dòng)性，因光伏發(fā)電和風(fēng)能發(fā)電等會(huì)受到不同環(huán)境地域、不同季節(jié)、不同時(shí)段的影響，從而使得輸出的負(fù)荷極不穩(wěn)定。 （2）分布式電源電能質(zhì)量波動(dòng)大，并網(wǎng)后容易引起電壓波形畸變、三相負(fù)荷不平衡、諧波等一系列問(wèn)題，配網(wǎng)系統(tǒng)在并網(wǎng)端設(shè)置電能質(zhì)量在線監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，若其電能質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，應(yīng)立即斷網(wǎng)運(yùn)行，從而保證配網(wǎng)系統(tǒng)穩(wěn)定性，待電網(wǎng)電壓和頻率等電能質(zhì)量恢復(fù)正常后，再延時(shí)并網(wǎng)。 （3）分布式電源負(fù)荷潮流出現(xiàn)雙向流動(dòng)與換向頻繁現(xiàn)象，用戶可能是受電一端也可能是發(fā)電一端，負(fù)荷的潮流方向會(huì)受到用戶自身應(yīng)用方式的限制。 （4）分布式電源并網(wǎng)頻率高，因并網(wǎng)拉閘與合閘操作過(guò)程中產(chǎn)生沖擊過(guò)電壓，在一定程度上影響到計(jì)量表計(jì)的安全性。 （5）由于用戶既可能是受電端又可能是發(fā)電端，必須保證雙向準(zhǔn)確計(jì)量。

2 分布式電源計(jì)量點(diǎn)設(shè)置原則

Q/GDW 10347—2016《電能計(jì)量裝置通用設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定了分布式電源接入公共電網(wǎng)按照以下三條原則設(shè)置計(jì)量點(diǎn)：

（1） 運(yùn)營(yíng)模式為發(fā)電量全部上網(wǎng)的統(tǒng)籌統(tǒng)銷模式：在供用電設(shè)施產(chǎn)權(quán)分界處設(shè)置關(guān)口計(jì)量點(diǎn)，同時(shí)計(jì)量電價(jià)補(bǔ)償電量和關(guān)口電量，如圖1 所示。

圖1 統(tǒng)籌統(tǒng)銷計(jì)量點(diǎn)設(shè)置圖

（2）運(yùn)營(yíng)模式為自發(fā)自用余量上網(wǎng)模式，采用圖2所示的三點(diǎn)計(jì)量法：計(jì)量點(diǎn)1 為上網(wǎng)計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量用戶與公用電網(wǎng)相互相交換的電量；計(jì)量點(diǎn)2 為發(fā)電計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量分布式電源發(fā)電量；計(jì)量點(diǎn)3 為用電量計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量用戶自用電，如圖2 所示。

圖2 自發(fā)自用余量上網(wǎng)模式計(jì)量點(diǎn)設(shè)置圖

（3）分布式電源自用電從發(fā)電設(shè)備外獲取工作電源，應(yīng)分別單獨(dú)設(shè)置計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量發(fā)電設(shè)備自用量和外部工作電源用電電量，采用方式如圖3 所示。 目前應(yīng)用最廣泛的模式為自發(fā)自用余量上網(wǎng)模式。

圖3 自用電從發(fā)電設(shè)備外獲取工作電源計(jì)量點(diǎn)設(shè)置圖

3 分布式電源計(jì)量點(diǎn)設(shè)置實(shí)例

某廠區(qū)建設(shè)分布式電站，10kV 光伏發(fā)電采用自發(fā)自用， 余電上網(wǎng)模式， 其廠區(qū)主接線方式為單母線接線，廠區(qū)自配光伏發(fā)電機(jī)組裝機(jī)容量為4 998.78kWp，配置2 臺(tái)SCB13-2500kVA/10.5 升壓變， 廠區(qū)自用電為2 臺(tái)SCB13-630kVA/10.5 的配變，正常時(shí)由光伏發(fā)電供電且余電上網(wǎng)， 當(dāng)光伏發(fā)電故障時(shí)由電網(wǎng)系統(tǒng)供電模式。

計(jì)量點(diǎn)設(shè)置核查：（1）發(fā)電計(jì)量點(diǎn)核查，根據(jù)直接接入公共電網(wǎng)的項(xiàng)目其關(guān)口計(jì)量點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在光伏發(fā)電側(cè)，即在具有明顯開(kāi)斷指示的并網(wǎng)點(diǎn)上設(shè)置1 套發(fā)電電流計(jì)費(fèi)表計(jì)；（2）上網(wǎng)計(jì)量點(diǎn)核查，在項(xiàng)目發(fā)電上網(wǎng)與用戶采用公用電網(wǎng)其相互相交換電量處即在其配電室10kV 進(jìn)線柜后設(shè)置1 套關(guān)口計(jì)量表計(jì)；（3）用電量計(jì)量點(diǎn)核查，用戶自用電均已在其配變低壓處設(shè)置低壓計(jì)量表計(jì)，本期不改變其計(jì)量模式。 上述計(jì)量點(diǎn)核查后應(yīng)滿足三點(diǎn)計(jì)量點(diǎn)設(shè)置原則。

計(jì)量點(diǎn)電流潮流方向核查：光伏發(fā)電側(cè)電流潮流方向僅為正單向發(fā)電，其發(fā)電計(jì)量關(guān)口表計(jì)應(yīng)為單向表；在項(xiàng)目發(fā)電上網(wǎng)與用戶采用公用電網(wǎng)相互相交換電量處電流潮流方向?yàn)殡p向，分別為項(xiàng)目發(fā)電上網(wǎng)電流正方向和用戶采用公用電網(wǎng)負(fù)方向，其關(guān)口計(jì)量應(yīng)改為雙向表；用戶自用電配變低壓處電流只有負(fù)載消耗單向電流，單向表計(jì)保持不變。

計(jì)量點(diǎn)電流電壓變比核查：光伏發(fā)電側(cè)的計(jì)量電流互感器電流為（2500×2）/（1.738×10.5）=275A，變比應(yīng)配置300/5 0.2S 級(jí)， 電壓互感器采用10.5/0.1 0.2S級(jí)；配電室10kV 進(jìn)線柜后的關(guān)口計(jì)量表計(jì)，配變負(fù)載電流為（630×2）/（1.738×10.5）=69A，發(fā)電電流為=275A變比應(yīng)配置300/5 0.2S 級(jí)，二者取大為275A，計(jì)量電流互感器變比應(yīng)配置300/5 0.2S 級(jí)， 電壓互感器采用10.5/0.1 0.2S 級(jí)； 用戶自用電配變低壓處計(jì)量電流互感器變比保持原有。

4 智能電網(wǎng)配網(wǎng)自動(dòng)化

智能電鍍配網(wǎng)自動(dòng)化主要包括高級(jí)配網(wǎng)自動(dòng)化、配電快速仿真與模擬、 分布式電源運(yùn)行AC／DC 微網(wǎng)運(yùn)行、新興電力電子裝置、配電SCADA 監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集、配電地理系統(tǒng)（GIS），其發(fā)展的重點(diǎn)為全新無(wú)功和電壓控制系統(tǒng)、控制電能質(zhì)量系統(tǒng)等，需要高質(zhì)量設(shè)備才能保證其系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行，智能配電自動(dòng)化可通過(guò)實(shí)時(shí)電價(jià)鼓勵(lì)用戶積極參與電網(wǎng)系統(tǒng)電能質(zhì)量智能控制，并在電網(wǎng)故障的情況下保證其重要負(fù)荷用電，提高其供電可靠性。

分布式電源由于其自身特點(diǎn)，需對(duì)其計(jì)量裝置提出更高要求，才能滿足當(dāng)前智能電網(wǎng)發(fā)展的需要。

5 分布式電源電能計(jì)量裝置的計(jì)量技術(shù)要求

5.1 電能計(jì)量裝置配置原則

（1）經(jīng)互感器接入的貿(mào)易結(jié)算電能計(jì)量裝置按計(jì)量點(diǎn)配置計(jì)量專用電壓、 電流互感器或?qū)Ｓ枚卫@組，不得接入與計(jì)量無(wú)關(guān)的設(shè)備。

（2）電能計(jì)量專用電流、電壓互感器或?qū)Ｓ枚卫@組至電能表的二次回路上有計(jì)量專用試驗(yàn)接線盒，電能表與試驗(yàn)接線盒一對(duì)一原則配置。

（3）I、II 類電能計(jì)量裝置根據(jù)互感器及二次回路組合誤差優(yōu)化配置電能表，其他經(jīng)互感器接入的電能計(jì)量裝置進(jìn)行互感器和電能表的合理配置。

5.2 功能需求

（1）原則上應(yīng)選擇多功能電能表或智能電能表，由于分布式電源的供用電關(guān)系以及電力系統(tǒng)負(fù)荷潮流變化引起具有正反電流方向的計(jì)量點(diǎn)，應(yīng)配置具有計(jì)量雙向有功和四象限的多功能電能表。 而且三相電能表還應(yīng)該擁有電壓、電流、電功率因數(shù)的測(cè)量與顯示的功能，從而更好地實(shí)現(xiàn)電力自動(dòng)計(jì)算與電力統(tǒng)計(jì)預(yù)測(cè)需要。

（2）四象限無(wú)功電能除能分別記錄、顯示外，還可通過(guò)軟件編程，實(shí)現(xiàn)組合無(wú)功1 和組合無(wú)功2 的計(jì)算、記錄和顯示。

（3）電能表應(yīng)當(dāng)能夠支持階梯電價(jià)轉(zhuǎn)換功能，具有分時(shí)和分相計(jì)量功能。

（4）應(yīng)具備對(duì)電功率與電能量的凍結(jié)功能，便于電網(wǎng)與用戶之間對(duì)電能進(jìn)行查詢及統(tǒng)計(jì)和對(duì)供電與用電信息進(jìn)行分析。

（5）電能表具有自檢功能，并提供相應(yīng)報(bào)警信號(hào)—電壓互感器失態(tài)、電流互感器斷線、電源失常、自檢故障等輸出，失壓計(jì)量功能滿足DT/T566 的規(guī)定。

（6）具有通信接口，滿足負(fù)荷采集信息需要。 通信協(xié)議應(yīng)滿足DL/T645—2007 要求，同時(shí)應(yīng)增加RS485、載波、微功率無(wú)線等通信接口，關(guān)口表應(yīng)配置2 個(gè)獨(dú)立通信接口。

5.3 技術(shù)需求

（1）分布式電源每個(gè)計(jì)量點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計(jì)量裝置。

分布式電源的計(jì)量，由于其負(fù)荷波動(dòng)范圍較寬，如風(fēng)能、太陽(yáng)能這類發(fā)電受環(huán)境影響的發(fā)電裝置更為明顯，所以，多功能電能表或智能電能表在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮配置高寬負(fù)載的電能表為主，且其實(shí)際計(jì)量準(zhǔn)確度在最小負(fù)載情況下應(yīng)滿足1.0 級(jí)的要求。

用戶一般情況下既擁有用電模式還具有發(fā)電模式，電能表的雙向計(jì)量務(wù)必保證準(zhǔn)確性，對(duì)于正向功率與反向功率要體現(xiàn)出一致性的誤差特性，準(zhǔn)確進(jìn)行計(jì)量。

（2）誤差帶寬相關(guān)要求

為了保證電能表運(yùn)行時(shí)在寬負(fù)載范圍內(nèi)的誤差曲線能夠保證平坦，需要相應(yīng)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格的核對(duì)。 誤差帶寬一般指的是一個(gè)絕對(duì)值，是通過(guò)對(duì)檢定誤差的最大值與最小值之間進(jìn)行作差運(yùn)算，所得出的絕對(duì)值，通過(guò)這樣的數(shù)值指標(biāo)從而鑒別出電能表運(yùn)行時(shí)在負(fù)載變化的范圍之內(nèi)的誤差曲線整體的平整性。

（3）準(zhǔn)確度等級(jí)要求

電能計(jì)量裝置類別為I 級(jí)時(shí)電能表準(zhǔn)確度等級(jí)有功為0.2S,無(wú)功為2 級(jí)；類別為II 級(jí)時(shí)電能表準(zhǔn)確度等級(jí)有功為0.5S,無(wú)功為2 級(jí)。

（4）低負(fù)荷計(jì)量要求

為提高低負(fù)荷計(jì)量的準(zhǔn)確性，選用過(guò)載4 倍及以上的電能表。

（5）電壓互感器、電流互感器誤差要求，如表1~2所示。

表1 電流互感器誤差限值

表2 電壓互感器誤差限值

（6）電壓互感器二次壓降要求

電能計(jì)量裝置中電壓互感器二次回路電壓降應(yīng)不大于其額定二次電壓的0.2%。

（7）在動(dòng)態(tài)負(fù)荷的條件下對(duì)計(jì)量準(zhǔn)確度進(jìn)行考核

一些小型分布式電源， 存在著波動(dòng)性負(fù)荷的現(xiàn)象，在此類動(dòng)態(tài)負(fù)荷的情況下應(yīng)對(duì)電能計(jì)量準(zhǔn)確度與需求量給予一定程度量考核。

（8）分布式電源計(jì)量裝置應(yīng)安裝于公共位置并考慮相應(yīng)的封閉措施，便于計(jì)量設(shè)備的檢查和管理。

（9）用于結(jié)算和考核的分布式電源計(jì)量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)程自動(dòng)采集。

（10）分布式電源電能計(jì)量裝置投運(yùn)前，應(yīng)由電網(wǎng)企業(yè)和電源產(chǎn)權(quán)歸屬方共同完成竣工驗(yàn)收。

6 結(jié)語(yǔ)

本文從實(shí)際出發(fā)， 對(duì)分布式電源特點(diǎn)進(jìn)行闡述，分布式電源由于其自身特點(diǎn)，需對(duì)其計(jì)量裝置提出更高要求，才能滿足當(dāng)前智能電網(wǎng)發(fā)展的需要；并依據(jù)分布式電源配置原則，分析分布式電源計(jì)量功能和技術(shù)要求，根據(jù)工程實(shí)例，提出符合智能電網(wǎng)發(fā)展的分布式電源電能計(jì)量裝置。