分布式電源接入用戶及用戶側微電網雙向電能計量研究

馬勇

摘 要：隨著國家清潔能源戰略的大力推進，分布式電源近幾年在國內得到了飛速的發展，分布式電力接入規模急劇增長。通過對分布式電源接入用戶雙向電能計量的分析，總結了當前分布式電源接入用戶電能計量過程中的主要技術難點，以及為適應智能化發展，分布式電源接入用戶的電能計量需做哪些調整。為解決我國分布式能源推進過程中的電能計量問題提供參考。

關鍵詞：分布式電源；電能計量；微電網

中圖分類號：TM933.4 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）20-0174-01

1 引言

電能計量是電力用戶管理的基本條件之一，對于分布式電源的接入，首先需要確保其電能的精確計量[1]。但由于分布式電源具有大量不同于傳統電力用戶接入的特征，尤其是分布式電源用戶要求雙向計費，即在計量用戶用電量的同時，還需要計量其作為電源時向電網輸出的電能。另外，為了便于管理，還需要確保分布式電源電能計量的智能化和遠程化。

本文首先根據分布式電源接入用戶的特點分析了其電能雙向計量的主要要求，并結合當前分布式電源接入用戶電能計量的現狀，總結了分布式電源用戶接入過程中電能計量的主要技術難題。然后，結合當前智能化發展現狀和趨勢，分析了分布式電源接入過程中電能計量的智能化管理。

2 分布式電源接入用戶雙向電能計量需求分析

從我國目前的情況來看，分布式電源接入用戶的電能計量要求可以大概歸納為以下兩類：一類是分布式電源用戶所有發電量均上網，這種情況下，不需要進行雙向電能計量，只需要單向計量分布式電源的上網電量即可；另一類是“自發自用，余電上網”的模式，這也是目前絕大多數分布式電源的接入方式，在這種情況下，既需要計量用戶的上網電量，還需要計量用戶的用電量，也就是需要進行電能的雙向計量。

為了實現電能計量和分布式微網的智能運行，不僅需要能夠實時計量分布式電源接入用戶的電能傳輸情況，還需要對用戶的發電和用電行為進行智能分析，以實現對用戶發電量和用電量的預測，從而實現電力微網的智能運行。這些需求都對分布式電源用戶接入的電能計量提出了新的挑戰。

3 分布式電源接入用戶雙向電能計量的技術難點分析

3.1 量程和精度

從已有的研究成果和實踐經驗來看，電能計量的進度受多種因素的影響，主要的包括電壓、電流互感器誤差，功率因素，外部環境，計量方式等。因為，我確保電能表的計量精度，需要根據特定的應用場景選擇合適的互感器、計量方式等[2]。

分布式能源相較于傳統能源有一個很大的不足在于，分布式能源通常具有較強的波動性和隨機性。這就使得同一功率輸出水平下，分布式能源的瞬時輸出功率范圍要遠大于傳統能源。為確保電能表的正常運行，就需要選擇一個量程較寬的設備，這樣才能滿足不間斷的電能計量。而由于在電能表中，電壓、電流互感器具有一定的非線性，這使得電能表在低量程范圍內的計量精度較低。因為對于分布式電源的電能計量需要選擇一個量程較寬，而且精度等級較高的電能表，否則沒法同時滿足上述兩個條件。

3.2 電能質量問題對電能表計量的影響

分布式能源由于波動大，而且隨機性強，很難進行準確預測，這使得分布式能源的電能質量較差。具體表現在電流中諧波問題嚴重，電壓波動較大等，這些都會對電能表的電能計量產生嚴重干擾。例如，對于分布式能源中的光伏發電系統，其接入電網會引起諧波污染，風力發電系統的接入則會引起電壓的大范圍波動問題，燃料電池的接入則可能會引起諧波污染和功率因素降低等。

4 精確的雙向計量算法研究

正是由于分布式電源接入用戶的電能計量存在上述種種技術難點，而隨著分布式電源接入用戶規模的急劇增長，使得其電能計量變得越來越重要，也受到了學術領域與工程領域的關注。大量學者和工程項目針對該問題展開了深入分析。

對于分布式電源接入用戶，電能計量誤差的主要原因在于非同步采樣的泄露。吳振軍[3]等人，通過總結現有分布式電源接入用戶電能計量方法的優缺點，提出了一種固定采樣頻率條件下的電能計量方法，該電能計量方法可以在頻率發生偏移的情況充分消除非同步采樣導致的泄露誤差，從而提高分布式電源接入用戶的電能計量精度。并且在其文中的后續改進研究中，通過引入復化Simpson積分算法，進一步提高了分布式電源接入用戶雙向電能計量的精度，而且計算量增加較小，能夠滿足工程計算的要求，具有極強的實踐應用價值。

史訓濤[4]等人，針對分布式電源接入用戶電能計量過程中諧波問題比較嚴重的問題，通過大量的實驗探索和驗證，歸納出了一組電能表在不同諧波強度下的計量特性系數，并通過多種評價方法和實驗數據進行了驗證，為分布式電源接入用戶電能計量過程中諧波問題引起的誤差提供了修正模型。實驗數據顯示，修正后的計量結果與實際電能吻合度較高，該計量特性系數為消除分布式電源接入用戶電力計量過程中諧波問題的影響提供了一種很好的解決方法。將這一方法應用于工程實踐，將對分布式電源微電網情況下的精確計量帶來極大的方便。

未來的精確計量問題要針對分布式電源接人情況下的各種電能質量問題展開針對性的研究，提出滿足不同用戶需求的計量算法。同時，結合當前能源互聯網和智能電網的發展趨勢，對電能計量進行功能擴展，以適應智能化發展的需求。

5 雙向電能計量的智能化分析

對于傳統的電能表，其主要功能在于為電力用戶與電網公司提供電能結算的依據，但隨著分布式能源和能源互聯網的發展，電能表的功能被極大的擴展。在具備原有基本計量功能的基礎上，還需要具有較強的通訊能力、監測、控制能力等，只有具備這些能力才能實現智能化，以更好的服務于分布式能源的發展。

智能電表就是傳統電能表朝著智能化發展的主要產品，它不僅具有電能計量的功能，同時還具有電力用戶與電網信息交互的功能，可實時監控電力用戶的用電情況，并可以根據需要實行遠程自動控制。對于分布式電源接入用戶的雙向電能計量，為實現智能計量和管理，更需要進行智能化擴展，這樣一方面可以充分發揮分布式能源削峰填谷的作用，同時還能大規模采集分布式能源的各種數據，以提高分布式能源的預測能力，從而提高分布式能源接入用戶的電能計量精度。

6 結語

隨著分布式能源的快速發展，分布式電源接入用戶的規模將會呈現井噴式的增長，這對其接入過程中的雙向電能計量提出了極為緊迫的要求。不僅需要研究分布式能源接入用戶電能計量的各種技術難點，而且還需要盡快統一電能計量標準，對各類分布式電源接入的電能計量進行規范，以更好的服務于國家分布式能源發展戰略，促進分布式能源快速有序發展。同時，為了適應當前和未來電力系統智能化管理的需求，需要在確保分布式電源接入用戶雙向電能計量需求的同時，充分考慮智能化通訊和管理的需求，以更好的發揮分布式能源在節能減排方面的優勢。

參考文獻

[1]申展，胡輝勇，雷金勇，等.分布式電源接入用戶及用戶側微電網雙向電能計量問題[J].南方電網技術，2015，（4）：14-21.

[2]周莉，劉開培.電能計量誤差分析與電能計費問題的討論[J].電工技術學報，2005，（2）：63-68.

[3]吳振軍，馮為民，胡智宏，等.基于改進Simpson積分算法的電能計量方法[J].電力系統保護與控制，2012，（13）：14-18.

[4]史訓濤，蔣金良，歐陽森，等.諧波情況下感應式電能表計量誤差的校正模型[J].電力系統保護與控制，2011，（20）：106-110，130.endprint