淺談分布式電源電能計量裝置

王嘉暉

（國家電網福建省電力有限公司國網莆田供電公司，福建 莆田 351100）

0 引言

分布式電源是“碳達峰、碳中和”能源轉型大勢所趨，隨著分布式電源的快速發展，其電出口及與公用電網的連接點計量成為重中之重，本文重點討論如何實現對布式電源發電量和電力用戶上、下網電量的準確計量。

1 分布式電源的特點

分布式電源是在用戶所在場地或附近建設安裝，運行方式以用戶自發電為主、多余電量上網，且配電網系統平衡調節為特征的發電設施或有電力輸出的能量綜合利用多聯供設施。 其包括光伏發電、天然氣發電、生物質能發電、風能發電、地熱能發電、海洋能發電、資源綜合利用發電（含煤礦瓦斯發電）、燃氣輪機及潮汐能發電等。 目前，我國主要是以發展光伏發電和風能發電為主，尤其是光伏發電的技術研發及市場應用已經相對成熟。

分布式電源是“碳達峰、碳中和”能源轉型大勢所趨，具有投資小、占地少、無限和可持續利用、節能環保等優點，但跟傳統集中電源相比，有許多弊端。 分布式電源因分散、隨機變動、量多雜等特點，對配電系統的安全穩定運行產生極大的影響，嚴重影響電網電能質量。 （1）分布式電源輸出功率具有隨機性和波動性，因光伏發電和風能發電等會受到不同環境地域、不同季節、不同時段的影響，從而使得輸出的負荷極不穩定。 （2）分布式電源電能質量波動大，并網后容易引起電壓波形畸變、三相負荷不平衡、諧波等一系列問題，配網系統在并網端設置電能質量在線監測裝置進行實時監測，若其電能質量不達標，應立即斷網運行，從而保證配網系統穩定性，待電網電壓和頻率等電能質量恢復正常后，再延時并網。 （3）分布式電源負荷潮流出現雙向流動與換向頻繁現象，用戶可能是受電一端也可能是發電一端，負荷的潮流方向會受到用戶自身應用方式的限制。 （4）分布式電源并網頻率高，因并網拉閘與合閘操作過程中產生沖擊過電壓，在一定程度上影響到計量表計的安全性。 （5）由于用戶既可能是受電端又可能是發電端，必須保證雙向準確計量。

2 分布式電源計量點設置原則

Q/GDW 10347—2016《電能計量裝置通用設計規范》中規定了分布式電源接入公共電網按照以下三條原則設置計量點：

（1） 運營模式為發電量全部上網的統籌統銷模式：在供用電設施產權分界處設置關口計量點，同時計量電價補償電量和關口電量，如圖1 所示。

圖1 統籌統銷計量點設置圖

（2）運營模式為自發自用余量上網模式，采用圖2所示的三點計量法：計量點1 為上網計量點，計量用戶與公用電網相互相交換的電量；計量點2 為發電計量點，計量分布式電源發電量；計量點3 為用電量計量點，計量用戶自用電，如圖2 所示。

圖2 自發自用余量上網模式計量點設置圖

（3）分布式電源自用電從發電設備外獲取工作電源，應分別單獨設置計量點，計量發電設備自用量和外部工作電源用電電量，采用方式如圖3 所示。 目前應用最廣泛的模式為自發自用余量上網模式。

圖3 自用電從發電設備外獲取工作電源計量點設置圖

3 分布式電源計量點設置實例

某廠區建設分布式電站，10kV 光伏發電采用自發自用， 余電上網模式， 其廠區主接線方式為單母線接線，廠區自配光伏發電機組裝機容量為4 998.78kWp，配置2 臺SCB13-2500kVA/10.5 升壓變， 廠區自用電為2 臺SCB13-630kVA/10.5 的配變，正常時由光伏發電供電且余電上網， 當光伏發電故障時由電網系統供電模式。

計量點設置核查：（1）發電計量點核查，根據直接接入公共電網的項目其關口計量點應設置在光伏發電側，即在具有明顯開斷指示的并網點上設置1 套發電電流計費表計；（2）上網計量點核查，在項目發電上網與用戶采用公用電網其相互相交換電量處即在其配電室10kV 進線柜后設置1 套關口計量表計；（3）用電量計量點核查，用戶自用電均已在其配變低壓處設置低壓計量表計，本期不改變其計量模式。 上述計量點核查后應滿足三點計量點設置原則。

計量點電流潮流方向核查：光伏發電側電流潮流方向僅為正單向發電，其發電計量關口表計應為單向表；在項目發電上網與用戶采用公用電網相互相交換電量處電流潮流方向為雙向，分別為項目發電上網電流正方向和用戶采用公用電網負方向，其關口計量應改為雙向表；用戶自用電配變低壓處電流只有負載消耗單向電流，單向表計保持不變。

計量點電流電壓變比核查：光伏發電側的計量電流互感器電流為（2500×2）/（1.738×10.5）=275A，變比應配置300/5 0.2S 級， 電壓互感器采用10.5/0.1 0.2S級；配電室10kV 進線柜后的關口計量表計，配變負載電流為（630×2）/（1.738×10.5）=69A，發電電流為=275A變比應配置300/5 0.2S 級，二者取大為275A，計量電流互感器變比應配置300/5 0.2S 級， 電壓互感器采用10.5/0.1 0.2S 級； 用戶自用電配變低壓處計量電流互感器變比保持原有。

4 智能電網配網自動化

智能電鍍配網自動化主要包括高級配網自動化、配電快速仿真與模擬、 分布式電源運行AC／DC 微網運行、新興電力電子裝置、配電SCADA 監控與數據采集、配電地理系統（GIS），其發展的重點為全新無功和電壓控制系統、控制電能質量系統等，需要高質量設備才能保證其系統安全可靠運行，智能配電自動化可通過實時電價鼓勵用戶積極參與電網系統電能質量智能控制，并在電網故障的情況下保證其重要負荷用電，提高其供電可靠性。

分布式電源由于其自身特點，需對其計量裝置提出更高要求，才能滿足當前智能電網發展的需要。

5 分布式電源電能計量裝置的計量技術要求

5.1 電能計量裝置配置原則

（1）經互感器接入的貿易結算電能計量裝置按計量點配置計量專用電壓、 電流互感器或專用二次繞組，不得接入與計量無關的設備。

（2）電能計量專用電流、電壓互感器或專用二次繞組至電能表的二次回路上有計量專用試驗接線盒，電能表與試驗接線盒一對一原則配置。

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

5.2 功能需求

（1）原則上應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系以及電力系統負荷潮流變化引起具有正反電流方向的計量點，應配置具有計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該擁有電壓、電流、電功率因數的測量與顯示的功能，從而更好地實現電力自動計算與電力統計預測需要。

（2）四象限無功電能除能分別記錄、顯示外，還可通過軟件編程，實現組合無功1 和組合無功2 的計算、記錄和顯示。

（3）電能表應當能夠支持階梯電價轉換功能，具有分時和分相計量功能。

（4）應具備對電功率與電能量的凍結功能，便于電網與用戶之間對電能進行查詢及統計和對供電與用電信息進行分析。

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

（6）具有通信接口，滿足負荷采集信息需要。 通信協議應滿足DL/T645—2007 要求，同時應增加RS485、載波、微功率無線等通信接口，關口表應配置2 個獨立通信接口。

5.3 技術需求

（1）分布式電源每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置。

分布式電源的計量，由于其負荷波動范圍較寬，如風能、太陽能這類發電受環境影響的發電裝置更為明顯，所以，多功能電能表或智能電能表在設計時應考慮配置高寬負載的電能表為主，且其實際計量準確度在最小負載情況下應滿足1.0 級的要求。

用戶一般情況下既擁有用電模式還具有發電模式，電能表的雙向計量務必保證準確性，對于正向功率與反向功率要體現出一致性的誤差特性，準確進行計量。

（2）誤差帶寬相關要求

為了保證電能表運行時在寬負載范圍內的誤差曲線能夠保證平坦，需要相應指標對其進行嚴格的核對。 誤差帶寬一般指的是一個絕對值，是通過對檢定誤差的最大值與最小值之間進行作差運算，所得出的絕對值，通過這樣的數值指標從而鑒別出電能表運行時在負載變化的范圍之內的誤差曲線整體的平整性。

（3）準確度等級要求

電能計量裝置類別為I 級時電能表準確度等級有功為0.2S,無功為2 級；類別為II 級時電能表準確度等級有功為0.5S,無功為2 級。

（4）低負荷計量要求

為提高低負荷計量的準確性，選用過載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

電能計量裝置中電壓互感器二次回路電壓降應不大于其額定二次電壓的0.2%。

（7）在動態負荷的條件下對計量準確度進行考核

一些小型分布式電源， 存在著波動性負荷的現象，在此類動態負荷的情況下應對電能計量準確度與需求量給予一定程度量考核。

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

（9）用于結算和考核的分布式電源計量裝置，應安裝采集設備，接入用電信息采集系統中，實現用電信息的遠程自動采集。

（10）分布式電源電能計量裝置投運前，應由電網企業和電源產權歸屬方共同完成竣工驗收。

6 結語

本文從實際出發， 對分布式電源特點進行闡述，分布式電源由于其自身特點，需對其計量裝置提出更高要求，才能滿足當前智能電網發展的需要；并依據分布式電源配置原則，分析分布式電源計量功能和技術要求，根據工程實例，提出符合智能電網發展的分布式電源電能計量裝置。