分布式電源接入用戶雙向計量、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，對于新能源來說需要實現(xiàn)有效可持續(xù)化的發(fā)展和應(yīng)用。針對于現(xiàn)階段的電力能源來說，可以實現(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，對于傳統(tǒng)的電能表存在的缺點(diǎn)進(jìn)行了彌補(bǔ)，實現(xiàn)了對總體任務(wù)的優(yōu)化，對于電能可以實現(xiàn)有效的管理。

關(guān)鍵詞：分布式電源;雙向計量;監(jiān)控;能效管理

引言

對于化石能源等傳統(tǒng)的能源來說，具備不可再生性，日漸枯竭的能源促使人們需要對新能源進(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，需要對新能源的發(fā)電進(jìn)行最大限度的倡導(dǎo)。現(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)備需要實現(xiàn)負(fù)荷附近的就近分布。分布式電源在投資方面相對腳小，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，在實際的應(yīng)用當(dāng)中存在一定的弊端。對于人們現(xiàn)階段來說，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)備故障或錯誤動作的任何電力問題都是電能質(zhì)量問題”。對于穩(wěn)態(tài)電能和暫態(tài)電能來說，包含了多個方面的質(zhì)量問題，靜態(tài)電能質(zhì)量問題當(dāng)中，會出現(xiàn)諧波、頻率偏差、電壓波動與閃變等現(xiàn)象;暫態(tài)電能質(zhì)量當(dāng)中會出現(xiàn)電壓凹陷、電壓凸起、暫態(tài)震蕩等。對于分布式的電源接入電網(wǎng)，其本身的輸出功能在隨機(jī)性和波動性方面的特點(diǎn)，會造成一系列的問題，比如變壓波形畸變、電壓波動與閃變、三項不平衡、諧波等。

二、分布式電能以及微電網(wǎng)雙向計量需求

對于分布式的發(fā)電方式來說，可以實現(xiàn)用戶和電網(wǎng)之間的互動操作，對于處于用電高峰期的可再生分布式電源來說，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，基于高級計量架構(gòu)進(jìn)行分析，可以包含測數(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)。對于其計量和智能監(jiān)控的設(shè)備主要是借助于雙向計量和監(jiān)控一體化設(shè)備來進(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，可以實現(xiàn)上級主站或者微電網(wǎng)來進(jìn)行電價和調(diào)度信息的獲取;同時，還可以借助于RS-485、信息網(wǎng)絡(luò)等方式實現(xiàn)對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，雙向計量和監(jiān)控一體化的設(shè)備需要實現(xiàn)對電網(wǎng)質(zhì)量的檢測、雙向計量電能的費(fèi)用、計量分布式電源的發(fā)電補(bǔ)貼以及用電能效的體現(xiàn)等功能，需要借助于MCU+ 計量芯片方案來進(jìn)行實現(xiàn)，其中包含了雙向計量、CAN總線、信息網(wǎng)絡(luò)及RS-485模塊。在雙向計量模塊當(dāng)中，需要實現(xiàn)多個方面的功能，在本文當(dāng)中，進(jìn)行綜合考慮之后決定借助于ADE7878/7593 計量芯片。在通信功能的模塊當(dāng)中，需要對不同的通信接口需求進(jìn)行實現(xiàn)和滿足，對于設(shè)備需要進(jìn)行多個模塊技術(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進(jìn)行更多訊息的獲取。

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

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

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