基于分布式能源發(fā)電上網(wǎng)的電能 計(jì)量模型設(shè)計(jì)

王麗

（廣東電網(wǎng)公司湛江供電局，廣東 湛江 524000）

近些年來(lái)，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速發(fā)展，工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)對(duì)能源的需求也在逐年增加，常規(guī)的化石能源消耗的越來(lái)越快，存量越來(lái)越少，從某種程度上來(lái)說(shuō)，快速的能源消耗和高速的經(jīng)濟(jì)發(fā)展已經(jīng)成為一對(duì)不可調(diào)和的矛盾，改變能源生產(chǎn)利用方式已經(jīng)迫在眉睫[1]。我國(guó)地域遼闊，可再生能源分布極其廣泛，利用其進(jìn)行發(fā)電能夠有效解決當(dāng)前的能源問(wèn)題，并且可再生能源環(huán)境污染小，具有可持續(xù)發(fā)展的潛力，大力發(fā)展分布式可再生能源意義重大。如何對(duì)分布式可再生能源發(fā)電上網(wǎng)的電能進(jìn)行有效計(jì)量至關(guān)重要，本文進(jìn)行了基于分布式能源發(fā)電上網(wǎng)的電能計(jì)量模型設(shè)計(jì)與應(yīng)用研究。

1 可再生分布式能源的發(fā)電原理

分布式電源通常具有3 種運(yùn)行方式，分別為獨(dú)立的運(yùn)行方式、與大電網(wǎng)并網(wǎng)的運(yùn)行方式及與大電網(wǎng)的互補(bǔ)運(yùn)行方式[2]。一般情況下采用與大電網(wǎng)并網(wǎng)的運(yùn)行方式。與大電網(wǎng)并網(wǎng)又可分為交流并網(wǎng)和直流并網(wǎng)兩類[3]。在國(guó)內(nèi)所建設(shè)的分布式電源中，其并網(wǎng)方式包括與低壓配電網(wǎng)進(jìn)行并網(wǎng)和與用戶的配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行并網(wǎng)兩種情況。第一種情況的模型如圖1所示，此時(shí)分布式能源可與低壓配電網(wǎng)配置統(tǒng)一的儲(chǔ)能裝置，并由電網(wǎng)企業(yè)統(tǒng)一進(jìn)行發(fā)電的采購(gòu)，這種模式主要在法國(guó)進(jìn)行應(yīng)用。

圖1 分布式電源接入低壓配電網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖

第二種情況分布式電源直接接入用戶的用電網(wǎng)絡(luò)中，模型如圖2所示，其所生產(chǎn)的電能首先供用戶使用，其次所剩的電量才售給電網(wǎng)企業(yè)。分布式能源所剩電量送至大電網(wǎng)時(shí)會(huì)有逆向的潮流產(chǎn)生。

圖2 分布式電源接入戶內(nèi)用電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

2 可再生分布式能源計(jì)量的技術(shù)特點(diǎn)分析

可再生分布式能源進(jìn)行計(jì)量與傳統(tǒng)的化石能源計(jì)量相比，其主要特點(diǎn)如下：

1）分布式電源的負(fù)荷整體波動(dòng)性較大，如風(fēng)電受風(fēng)力影響較大、太陽(yáng)能受日照幅度影響較大，潮汐發(fā)電受地月位置關(guān)系影響較大，且分布式電源所輸出的電能具有隨機(jī)性，穩(wěn)定性較差。

2）分布式電源并網(wǎng)時(shí)負(fù)荷的流動(dòng)具有雙向性，在分布式能源模型的框架下，用戶是用電端同時(shí)也是發(fā)電端，負(fù)荷整體的流動(dòng)性受用戶需求影響很大。

3）分布式電源的整體電能質(zhì)量需要受到有效的監(jiān)控：由于用戶端進(jìn)行發(fā)電，其并入到大電網(wǎng)的整體電能質(zhì)量需要得到有效的監(jiān)控。對(duì)于相關(guān)的電能質(zhì)量無(wú)法達(dá)到其標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)應(yīng)對(duì)分布式電源進(jìn)行禁止其運(yùn)行，進(jìn)而對(duì)大電網(wǎng)整體的電能可靠性和安全性進(jìn)行保證。

4）由于含有分布式電源的電網(wǎng)中用戶既是供電端又是受電端，因此需要保障計(jì)量裝置的可靠性和準(zhǔn)確性。

根據(jù)可再生分布式電源的上述特點(diǎn)，所設(shè)計(jì)的分布式電源發(fā)電上網(wǎng)電能計(jì)量裝置需滿足以下要求：首先是具備雙向的計(jì)量性，能夠?qū)τ脩艄╇姾褪茈姷碾p向潮流進(jìn)行有效計(jì)量；其次應(yīng)能夠?qū)崟r(shí)顯示出基本的電氣參數(shù)，滿足用戶對(duì)實(shí)時(shí)電氣信息的掌握；最后是要有效支持兩套費(fèi)率的階梯電價(jià)，同時(shí)具有可修改性，能夠滿足電價(jià)模型修改的需要。

3 分布式電能計(jì)量系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本文根據(jù)傳統(tǒng)的電能計(jì)量模型，將分布式電能計(jì)量系統(tǒng)分為4 個(gè)模塊，即站端的遙測(cè)計(jì)量系統(tǒng)、計(jì)量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、負(fù)荷管理系統(tǒng)及負(fù)荷集抄系統(tǒng)。同時(shí)引入家庭大數(shù)據(jù)能量管理系統(tǒng)，對(duì)用戶的分布式電源進(jìn)行有效管理。主要模塊如下。

1）計(jì)量子系統(tǒng)

根據(jù)當(dāng)前最新的計(jì)量系統(tǒng)模型，采用智能電表模型作為計(jì)量模型，利用交互的終端進(jìn)行多路的控制，保證相關(guān)通訊功能的實(shí)現(xiàn)。同時(shí)構(gòu)建了大數(shù)據(jù)能量管理系統(tǒng)對(duì)分布式電源進(jìn)行管理，大數(shù)據(jù)能量管理系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 分布式電源接入低壓配電網(wǎng)型 戶內(nèi)能源管理系統(tǒng)

對(duì)于分布式能源發(fā)電上網(wǎng)直接入戶內(nèi)用電網(wǎng)絡(luò)的情況，所構(gòu)建的系統(tǒng)計(jì)量模型如圖4所示。

圖4 分布式電源接入戶內(nèi)用電網(wǎng)絡(luò)型 戶內(nèi)能源管理系統(tǒng)

所設(shè)計(jì)的圖3和圖4表示了分布式能源發(fā)電計(jì)量系統(tǒng)和用戶大數(shù)據(jù)能量管理系統(tǒng)，其是用戶未來(lái)智能配電網(wǎng)的重要組成部分。隨著智能配電網(wǎng)的逐步建設(shè)，智能交互終端一定會(huì)將分布式電源進(jìn)行充分利用，形成電能計(jì)量的信息采集及集中控制的一體化，所構(gòu)建局域的大數(shù)據(jù)能量管理系統(tǒng)如圖5所示。其分為4 個(gè)層次，包括系統(tǒng)控制層、通信層、傳感器層及設(shè)備層。

設(shè)備層包括用戶所用的各種電氣設(shè)備及所安裝的分布式電源裝置，傳感器層主要是對(duì)智能用電終端信息進(jìn)行收集，進(jìn)而有效實(shí)現(xiàn)高級(jí)的通信及控制功能，通信層主要對(duì)交互的終端及傳感器進(jìn)行信息有效傳輸，構(gòu)建局域的通信網(wǎng)絡(luò)，系統(tǒng)控制層主要是有效實(shí)現(xiàn)能源優(yōu)化及管理，構(gòu)建系統(tǒng)的信息交互內(nèi)網(wǎng)。

圖5 戶內(nèi)能源管理系統(tǒng)層次構(gòu)架

2）核心的技術(shù)設(shè)備

本文所構(gòu)建的分布式能源發(fā)電上網(wǎng)電能計(jì)量模型核心的技術(shù)設(shè)備主要有：

（1）智能插座設(shè)備

本文所采用的智能插座所實(shí)現(xiàn)的功能主要包括：對(duì)計(jì)量裝置的遙控、定時(shí)，有效對(duì)用電設(shè)備的功耗進(jìn)行降低，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信，并具有防止雷擊、短路、漏電能保護(hù)功能。通過(guò)智能插座能夠?qū)崿F(xiàn)與終端的智能交互，其通信方式有多種，包括WIFI、無(wú)線及藍(lán)牙等，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)信息的有效分享。

（2）智能終端設(shè)備

智能的交互終端用來(lái)實(shí)現(xiàn)家庭之間用電設(shè)備的智能化，其能夠?qū)彝?nèi)的用電設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的管理與監(jiān)控，并實(shí)時(shí)對(duì)用電信息及電能質(zhì)量進(jìn)行采集和有效分析，對(duì)用戶用電進(jìn)行合理的指導(dǎo)，有效對(duì)電網(wǎng)的峰谷負(fù)荷進(jìn)行調(diào)節(jié)，最大限度地實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)與用戶之間的互動(dòng)。

如何有效利用最優(yōu)算法實(shí)現(xiàn)分布式能源發(fā)電的合理利用是一個(gè)難點(diǎn)。本文采用現(xiàn)代優(yōu)化算法對(duì)最佳用電方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)，如圖6所示。

圖6 最優(yōu)化算法計(jì)算流程圖

首先將系統(tǒng)的輸入分為3 種主要情況，第一種是電價(jià)的參數(shù)，即分時(shí)的階梯上網(wǎng)電價(jià)，在對(duì)相關(guān)用電曲線電價(jià)參數(shù)進(jìn)行確定的條件下可將其轉(zhuǎn)換為分段函數(shù)來(lái)進(jìn)行有效的表達(dá)；第二種是各個(gè)測(cè)量點(diǎn)的用電曲線信息及相應(yīng)的歷史天氣情況，對(duì)這種情況用二次函數(shù)來(lái)進(jìn)行有效的擬合；第三種是對(duì)相關(guān)用電設(shè)備信息進(jìn)行有效的描述，包括設(shè)備的整體信息，運(yùn)行時(shí)段的假設(shè)條件等。

4 結(jié)論

伴隨著智能配電網(wǎng)的逐步建設(shè)，分布式能源發(fā)電系統(tǒng)逐步在配電網(wǎng)中得到應(yīng)用，對(duì)分布式能源發(fā)電上網(wǎng)的電能進(jìn)行計(jì)量有效計(jì)量意義重大，本文構(gòu)建了一種含分布式能源的配電計(jì)量模型的物理架構(gòu)、分析了核心設(shè)備的接入方式，為后續(xù)研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[1] 王曉蔚,王雅麗,等.電能量遠(yuǎn)程采集和分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].電氣自動(dòng)化,2002,24(6): 65-67.

[2] 羅志坤,萬(wàn)全,徐植堅(jiān).基于虛擬儀器的諧波電能計(jì)量與分析系統(tǒng)的研制[J].電測(cè)與儀表,2006(6): 24-25.

[3] 楊曉科,張懷中,等.諧波下的電能計(jì)量及電能質(zhì)量分析方法[J].電測(cè)與儀表,2004,41(8): 16-19.