光伏發電并網的電能計量問題研究

摘要：隨著我國人口、經濟的增長以及科技的日益發達，傳統的發電模式已經逐漸不能滿足人們的電量的需求，且傳統發電模式對環境的污染較大，因此光伏發電受到了各個國家的大力推動。由于光伏發電并網的電能計量方式與傳統的電能計量方式存在一定差別，因此隨著這種發電方式的逐漸普及，相匹配的電能計量技術也需要進行研究。

關鍵詞：光伏發電；并網；電能計量；發電方式；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM615 文章編號：1009-2374（2016）28-0144-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.072

我國目前使用最多的發電方式是火力發電。但這種發電方式對煤炭資源的需求量大，容易對環境造成嚴重污染，且隨著社會的發展，人們的用電量逐漸加大，傳統的發電方式也難以滿足我們對電量的需求。光伏發電技術的出現很好地彌補了我國傳統發電方式的不足之處。光伏發電能為我們提供更多的電能，其綠色、環保的發電方式也避免了像傳統的發電方式一樣對環境造成污染。但光伏發電的電能計量方式與傳統發電的電量計量方式不同，因此本文將對光伏發電并網的電能計量問題進行探討。

1 光伏發電及光伏發電并網系統

光伏發電是太陽能發電的其中一種方式，其功率可大可小、易于維護。光伏發電應用的是光生伏特效應原理，光生伏特效應是指半導體在受到光的照射時產生電動勢的現象。太陽能發電中的光伏發電是應用光生伏特效應將太陽的輻射轉換為電能。光伏發電并網指由光伏發電產生的直流電經過逆變器后，轉換為符合市區用電要求的交流電之后，并入公共電網的一種發電方式。

2 并網準則

對于以10（20）千伏電壓等級接入電網或同時以10（20）千伏、380（220）伏兩種電壓等級接入電網的分布式新能源發電項目，由局本部提供并網服務：以380（220）伏電壓等級接入電網的項目，由各區（市）局提供并網服務。分布式光伏發電項目接入電壓等級，應根據項目所在地電網結構和光伏發電項目分布的實際情況確定，可參考原則如表1所示：

第一，分布式光伏電能計量表應符合相關電能表技術規定，應具備雙向計量、分時計量、電量凍結等功能、支持載波、RS485、無線多種通信方式、適合不同使用環境下數據采集需要。

第二，220V計量點應配置S485單相電子式電能表或單相電子式載波電能表。

第三，380V計量點和10kV計量點應配置葡萄三相電子式電能國標、三相電子式載波電能表式或三相電子式多功能電子表，表計應符合《三相電子式多功能電能表技術標準》。

第四，分布式光伏發電項目接入電網時，需要在并網接入處和發電側同時設置計量點。并網計量點應設置在分布式電源接入配電網的產權分界處，分布式光伏電源發電側應盡量集中，各個集中發電點設置一個計量點。

3 傳統電能計量方法

3.1 高供高計

高壓供電，高壓側計量主要用于國家電壓標準10kV及以上的高壓供電系統，需經過高壓電壓互感器、高壓電流互感器計量。其電表額定電壓等級為三相三線三元件或者三相四線三元件。計算用電量需乘PT、CT倍率。10kV/315kVA受電變壓器以上的大用戶為高供高計。

3.2 高供低計

高壓供電，低壓側計量主要用于35kV、10kV以上的供電系統，需經過低壓電流互感器計量，計算用電量需乘CT倍率10kV/500kVA及以下為高供低計。

3.3 低供低計

低壓供電，低壓側計量主要用于用10kV公用配電器的220V、380V供電用戶。低壓側計量是我國目前城鄉應用最普遍的電能計量方式。

4 光伏發電并網的電能計量方法探究

光伏發電的特別之處，如果其產生的電能可以在滿足電荷后還有盈余，則可以將剩余的電能輸送給電網，但如果其產生的電能不能滿足自身電荷，則需要從電網中獲取電能。但傳統的電能計算方法一般是采用單向計量方式，只能記錄電網提供的電能而不能同時記錄輸送給電網的電能，因此傳統的電能計量方法不能滿足光伏發電并網的電能計量需求。為了能夠同時計量向電網輸送的電能以及從電網獲取的電能，我們可以采用以下兩種方法來解決這個問題：

4.1 單向電能表計量法

如圖1所示，電能表1計量的是從逆變器輸出的電能，電能表2記錄的是居民用電消耗的電能。如果在讀數時，電能表1的數值大于電能表2的數值，則表示光伏發電產生的電能在滿足居民用電后還有剩余，將剩余的電能輸送給了電網。若電能表2的數值大于電能表1的數值，則表示光伏發電產生的電能不能滿足居民用電所需，需要從電網中獲取電能。兩電表間讀數的差值表示的是向電網輸送的電量或從電網中獲取的電量。但這種方法的缺點是需要使用兩塊電表，造成成本較高，且不能方便地顯示出電能的方向。為了解決上述問題，我們需要設計出可以雙向計量的電表。

4.2 電能表計量法

由于在用電網絡中負載不一定全部都由電阻構成。有一部分電能功率被稱為無功功率，這部分電能被儲存在電感和電容中，僅作交換用途而并沒有被消耗。而用戶實際消耗的電能則稱為有功電能，這也是我們日常生活中電表所記錄的電能。根據這個情況，我們應用ADC模數轉化電路來采集電流、電壓，并轉換成數字信號，將這些信號傳遞到專用的芯片進行處理，以迅速計算出我們所需要的電能信息。但由于ADC采集電路時不可以采集到每一個時刻的信號，所以我們將ADC在一段時間內采集到的信號個數設為n，當n值很大而且采集的時間很短的時候，可以將采集到的信號近似地看作連續信號。將ADC在一段時間里等間隔連續采集的n個瞬時電壓信號設為u，將n個瞬時電流信號設為i，將有效電壓設為U，將有效電流設為I，則：

運用相同的方法，我們可以計算出有效電流I。我們將瞬時功率設為p，將有功功率設為P，將視在功率設為S，將功率因數設為Fp，則：

我們可以用有功功率P的正負值來判定功率方向，當P為正值時，功率方向為正，當P為負值時，功率方向則為負。又或者，我們首先設任意一個二端網絡，將任意時刻值設為t，將瞬時功率設為p，將端口電壓設為u，將端口電流設為i，則：

設正弦穩態下端口電壓為U，則：

由上述公式可以看到，瞬時功率包含了兩個分量。當電壓電流幅值、相角穩定時，如果第一分量恒大于零，則表明它消耗功率，如果第一分量恒小于零，則表明它提供功率，這一分量是瞬時功率中的不可逆分量，我們將它稱為有功分量；第二分量則根據正弦周期性變化，時正時負，并且平均值為零，這一分量是瞬時功率中的可逆分量，我們將它稱為無功分量。有功功率又稱為平均功率，定義為瞬時功率在一個周期內的平均值，記為P，則：

根據等式我們可以得到，有功功率可以看作瞬時功率有功分量在一個周期里面的平均值。因此我們可以通過低通濾波器獲取瞬時功率的有功分量，也就是“瞬時有功功率”，然后在時間上對“瞬時有功功率”進行積分得到電能。

5 光伏發電并網的電能計量方法與傳統電能計量方法比較

根據研究我們可以發現，光伏發電并網的電能計量方法與傳統的電能計量方法主要存在兩點不同：一是傳統的電能計量方法只能夠記錄電網提供的電能，但光伏發電并網由于不僅接受來自電網提供的電能，在其滿足自身用電且有電能剩余的情況下，它也會向電網輸送電能，因此光伏發電并網計量方法不僅要記錄電網提供的電能，也要計量其向電網輸送的電能；二是由于傳統的電能計量方法只需要記錄一個方向的電能，為單向計量方法，不需要識別電能方向，而光伏發電并網由于其需要記錄兩個相反方向的電能，因此光伏發電并網的電能計算方法需要識別出電能的方向再分別計算。而在光伏發電并網的兩種計量方法中，由于使用兩個單向電能表計量的經濟性與便利性都不如使用雙向電能表，因此使用雙向電能表去計量光伏發電并網的電能，是目前更為合適的方法。

6 結語

目前，隨著國家的大力支持和鼓勵，越來越多的居民用戶已經參與到光伏發電并網的應用中。但在一種新的發電用電方式被普及的同時，與其相匹配的電能計量方式的研究也要得到重視。只有準確地計量出相關的電能數據，我們才能對這種新的發電用電方式進行更深入的分析，也才能讓好的新方式得到更快的推廣。光伏發電并網比起傳統的發電用電方式，不僅能為我們提供更多的電能，彌補傳統發電的電能不足，而且這種發電方式更加的環保，對人類的可持續發展也做出了很大的貢獻。本文在這里介紹的光伏發電并網的電能計量方法都有很強的實用性，希望在不久的將來，這種方式能夠得到更好的推廣和應用，也希望可以繼續研究出新的電能計量技術和方法，以得到更準確、全面的電能數據。

參考文獻

[1] 高曉雷.光伏發電并網及電量計量問題的探究[J].電氣制造，2013，（9）.

作者簡介：程禹智（1977-），男，廣東陽江人，廣州供電局有限公司計量中心工程師，碩士，研究方向：現場計量。

（責任編輯：秦遜玉）