光伏发电系统并网的电能计量分析汤业强

光伏发电系统并网的电能计量分析汤业强

汤业强

广东电网有限责任公司清远供电局广东清远511500

摘要：随着近年来，我国的社会经济快速发展，电力能源又是经济发展的重要支撑部分，所以电能的需求量也在逐年攀升。我国发电方式以火力发电为主，但是火电消耗化石能源，对环境的破坏也是十分的严重。近年来，我国对新能源和节能减排的重视程度不断提高，光伏发电，风力发电已经占据了不小的份额。本文就对光伏发电并网的电能计量进行研究。

关键词：光伏发电并网电能计量

前言

我国发电方式有火力发电、水力发电、核能发电和新能源发电等，其中火力发电占主要份额，但是火力发电需要消耗大量的化石能源，而化石能源属于不可再生能源，长此以往就必须要考虑到化石能源的储量问题。火力发电时会产生大量的一氧化碳、二氧化碳，加剧了全球的温室效应，对环境的破坏非常严重。最近几年，随着新能源发电技术日渐成熟，我国光伏发电装机容量也在迅猛增长。光伏发电是将太阳能通过半导体界面的光生伏特效应直接转化为电能，发电过程不需消耗化石能源，且不产生其他废弃污染排放物，是一种环保的绿色能源。[1]

一、光伏发电的概念与光伏发电并网系统

光伏发电是利用太阳能来进行发电的一种方式，其发电原理是半导体受到光照之后会产生电动势的现象。光伏发电系统的装机功率是可以按建造面积调节的，对硬件和厂房顶的需求也比较广泛，后期维护人员的维护非常的简单快捷。但是光伏发电受环境的影响严重，只有在光照的地方才能够进行光伏发电，而且与传统的火力发电相比，光伏发电的稳定性较差，属于靠天靠光照吃饭。光伏发电并网指的是将光伏发电产生的直流电通过逆变器的转换作用将其转换为交流电，然后并入到电网之中，以此来实现对电能的上网，通过电网运输到需求侧，提高了光伏电能的利用。

二、集中式、分布式光伏发电并网

光伏发电并网分为集中式和分布式。集中式光伏并网指的是在一些规模庞大，太阳能资源充足的地区，将光伏发电站直接并入到中压或者是高压的国家电网当中实现并网，通过电力设施向远距离的负荷进行供电。集中式光伏并网对设备的需求较大，除了光伏发电系统之外，还需要配套的电网设施来实现电能的输送。集中式光伏并网需要进行长距离的电能输送，会干扰电网系统的正常运行，还会涉及到无功补偿、线路损耗问题等问题，所以无功功率、电压控制和电网频率的调节均需要就地稳压处理，实现电能优质上网。分布式光伏并网指的是将居民或者工商业楼顶的光伏发电设施并入国家的电网，实现发电上网。分布式光伏并网多数以自发自用余电上网的形式并网，所以可以从一定程度上解决业主的用电问题，将光伏发电系统接入到大电网并网运行，与大电网互为支撑，是今后光伏发电技术发展的主要方向，通过并网能够扩张光伏发电使用的范围和灵活性。

集中式光伏并网的电能计算和分布式光伏并网的电能计算有一些不同，这主要是因为采取集中式并网的光伏发电区域电能比较稳定，而且电压较大，可以将光伏电站视为一个电源，在进行电能计量的时候也可以将光伏电站视为一般的发电系统进行电能计量，本文在此不再详述。而使用分布式光伏并网的区域大多是居民区和工业区，光伏发电系统靠太阳光照发电，电能非常不稳定、电压较小、而且自身还带有负荷，这时就不能将光伏设备简单视为一个电源。具体表现为，如果发电功率可以满足居民的日常用电而且在用电结束后有电能富余，这时就将这部分电能并入到电网中进行发电，如果发电功率不能满足自身的用电需求，用户就还需要从电网中获取功率，展示出用电的属性。所以在进行电能计量的时候如果仍然使用传统的电能计量方式，那么就很容易产生错误。

根据研究我们可以发现，光伏发电并网的电能计量方法与传统的电能计量方法主要存在两点不同：

一是传统的电能计量方法一般只能够统计出从电网支出的电能，但光伏发电并网由于不仅接受来自电网提供的电能，还能够向电网提供一部分的电能[2]。如果光伏发电满足了自身的功率需求，在有电能剩余的情况下，它会将这部分电能输送到电网之中的其他负载进行消耗，因此在进行光伏发电并网的电能计量的时候要统计输入到电网之中的电能和从电网输出的电能；

二是由于传统的电能计量方法只需要记录一个方向的电能，采用的是单相的电能计量方式，在进行电能计量的时候也不需要考虑电能的方向，而光伏发电并网由于其需要记录正反两个方向的电能，所以在进行电能计算的时候，要先识别出电能的方向，然后再进行正负加减计算，计算出总的电能[3]。目前在光伏发电的电能计量当中主要有两种电能计量方法，一种是使用两个单向计量电表来进行电能计量，另外一种是使用双向计量电表来进行电能计量，在经过专家学者大量研究之后发现，使用两个单相计量电表从可靠性、经济性、难易度上来讲，都不如双向计量电表来的方便，所以当前普遍采用双向计量电表来进行光伏发电的电能计算。

上图中的功能我们可以使用MATLAB来进行模拟。具体操作时，MATLAB的模数转换器输出的一般是偏移的二进制码，而MATLAB中的乘法器是四位有符号数乘法器，因而需要将模数转换器输出的偏移二进制码转换成二进制补码后才能相乘，具体的转换规则本文不再叙述。MATLAB环境中的滤波器系数采用的是浮点数，在相乘时要注意浮点数的乘法法则。在第一次设置参数时，工作人员要将从电网汲取的功率电流设定为正、向电网回馈功率电流设定为负。数据最终进入积分器对时间进行积分获得电能，实现对电能的双向计量。

三、光伏发电并网准则

对于以10千伏电压等级接入电网或同时以10千伏、380（220）伏两种电压等级接入电网的光伏发电，一般由地市供电部门提供并网服务，如果是以380（220）伏电压等级接入电网的项目，一般由县区供电部门提供并网服务。分布式光伏发电项目接入电压等级，应根据项目所在地电网结构和光伏发电项目分布的实际情况确定，具体的原则如下表所示

资料来源：分布式新能源发电项目并网接入服务指导意见

首先，在进行分布式并网的时候，要采取双向计量、分时计量的方式来进行计量，还要支持载波、RS485、无线电等多种信号交流，满足在不同环境下的数据采集需求。然后，220V的计量点还应该配置双向计量的单相电子电能表，来实现对电能的正确统计。其次，还应该在380V计量点和10KV的计量点配置三相电子式国标电能表或者是三相电子式载波电能表，电能表的计量参数应该符合国家颁布的《三相电子式多功能电能表技术标准》[6]。最后，分布式光伏发电在进行并网的时候，应该在发电侧和入网处都设置计量点，统计电能数据。

四、光伏并网给电网带来的影响

光伏发电属于太阳能发电的一种，其本身带有明显的不稳定性特点，这种电能的不稳定性会给电网带来一定的冲击，影响电网的稳定性，为了解决这种问题，我们针对分布式光伏发电并网原则上采取就地就近消耗的方法来减少对电网的冲击。虽然国家对新能源并网频率进行了限制，但是我国电网的调频任务主要还是又传统的电厂来承担，随着新能源的大量并网，可供参与调频的电厂数量会越来越少，这样会加大调频的难度和调频的成本。除此之外，新能源的波动性也对电网的调峰容量提出了新的要求，而我国电网的调峰能力较差。考虑到这些因素，我们在进行新能源并网的过程中，可以在新能源并网的过程中对各个新能源进行协调控制，在一些时间段可考虑使用储能代替并网的方法来解决这个问题。实现对新能源的正确利用，减少能源的浪费。

五、结语

近年来，国家对光伏发电并网的重视程度越来越高，呼吁更多的居民将自家可利用的资源建造光伏发电系统并入电网，提高能源利用效率。但是每一种新的能源在出现的时候都会引起电能计量方式的革新，专家和学者要加大对新型电能计量方式的研究，将其与新能源发电相匹配。只能正确的计量出新能源发出的电能，我们才能对新能源发电的优点和缺点进行科学有效的分析，然后对新能源发电模式进行适当的修正和调整，提高新能源利用效率，促进新能源的发展，弥补传统火力发电的不足。新能源发电是一种可持续的清洁能源，符合国家的科学发展观，实现了人类的可持续发展，也对环境的保护起到了带头作用。本文主要介绍了集中式和分布式光伏并网发电的电能计量方法，希望能够帮助工作人员进行准确计量电能。同时专家和学者也要继续对光伏发电并网的电能计量研究，不断提高电能计量的准确度。

参考文献

[1]WangNB,LuL,LvQQ,etal.METHODFORCONSTRUCTINGREAL-TIMESOLARIRRADIATIONMETERINGNETWORKOFGIGAWATTSLEVELPHOTOVOLTAICPOWERGENERATIONBASE:,US20160092611[P].2016.

[2]石振刚,张洋瑞,任鹏,等.并网光伏发电系统对电能计量影响研究[J].河北电力技术,2015,34(5):17-19.

[3]高龙梅.分布式光伏发电项目的电能计量及影响[J].中小企业管理与科技,2017(21).

[4]姚昆,赵森,郑志强,等.一种并网型风光联合发电系统的电能计量系统:,CN205945095U[P].2017.

[5]刘冉.刍议并网光伏发电系统对电能计量的影响[J].工程技术:引文版,2016(5):00205-00205.

[6]LangYJ,TaoWC,ZhuHF.DesignofaBi-directionalSmartElectricMeterforDistributedPhotovoltaicPowerGeneration[J].ElectricalAutomation,2015.