光伏發電并網及電能計量問題的探究

張林森 李立

摘要：隨著經濟的全球化，工業經濟越來越突出。工業發展過程中離不開能源的消耗，近些年來國內外大力發展并探索一些新的能源來解決目益匱乏的能源問題。核能、潮汐能、風能、太陽能等，盡管這些能源領域都已經做出了一些科研成果，但是對于光伏電能質量尤其是分布式光伏發電的研究還不是很成熟，所以本文將從光伏發電技術的原理、電能的計量等方面做出一些探討。

關鍵詞：光伏；發電并網；電能計量

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，因此本文對光伏發電并網的電能計量問題的分析探討不僅是必要的而且是重要的。

1光伏發電并網技術

光伏并網設備可將光伏電池中的直流電轉換為50Hz的交流電，其主要設備為逆變器、濾波電路和控制電路。光伏并網設備所采用的系統可分為帶蓄電池的可調度式系統和不帶蓄電池的不可調度式系統。可調度式系統可以抵抗一定的外界因素，當停止光照時仍能實現一定時長的供電，但較不可調度式系統增加了蓄電池，因此成本較大。而不通過蓄電池實現調度的光伏系統，主要調控策略有以下三種：第一，逆變器控制策略。逆變器是并網的重要設備，主要由電子元件組成，具有抗干擾、過載保護、限流保護等特點，其好壞直接關系供電質量和電網性能。逆變器的控制目標是維持交流電流為穩定的正弦波，具有以下2個特點：（1）輸出端直接與電網相接，而區域電網是擾動的；（2）并網的電流必須與電網電壓的頻率相同、相角相同。第二，電流環。逆變器中的電流環可以隨著電流基準迅速變化，其工作過程為：首先計算瞬間并網電流與基準并網的電流的差值，再經過比例環節、積分環節調節過程得到調制波Ireg，經過脈沖寬度調制（SinusoidalPWM，簡稱SPWM），再經放大后得到與電網頻率相同、相角相同的正弦波電流。第三，鎖相環。由于并網的電流必須與電網電壓的頻率相同、相角相同，因此需要時刻跟蹤區域電網的相位，這需用到鎖相環技術（PLL）。PLL是一個閉環系統，它可以跟蹤區域電網的頻相響應。當前，常用的PLL技術有模擬鎖相環、數字鎖相環、混合鎖相環、軟件鎖相環等。

2分布式光伏發電并網對電能計量的影響

分布式光伏發電以集中式和分散式兩種形式接入公共電網，大量的光伏接入使得原本呈放射狀結構轉變為多電源結構，配網電流的大小也性能將發生顯著的變化，尤其是對電網系統的靜電特性、繼電保護和電能質量產生了極大的影響。主要體現下以下幾個方面：第一，對電網的整體規劃造成了一定的影響。負荷預測是電網規劃的前提條件，分布式的并網，加大了在實際電能使用過程中的負荷預測難度，直接改變了原有的負荷增長模式。第二，對電能的質量產生影響。分布式光伏電的接人影響到電能的大小與接入的容量，而且饋線上的電壓受到接入位置的影響，所以光伏發電應當通過逆變器接入電網，且這類電力電子器件常年暴露在野外，將會產生諧波污染。第三，對電能計量的影響。分布式光伏發電系統并入電網之前，它的電能流向比較單一化，但是當接入電網之后，則會改變原始電網到達負荷一瞬間的功率潮流分布，傳統模式下的單向電能計量方式已無法適應現在的發展模式，需要將單向的計量方式改變成雙向的計量模式。除此之外，計量點的選取與配置要考慮到在計量系統中合理體現電價的差值，分析發電的成本，合理制定計量服務原則。

3光伏發電并網的電能計量方法探究

3.1單向電能表計量法

如圖1所示，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有效雙向計量的電表。

3.2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。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。通過分析，我們可以發現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。

4結束語

總而言之，分布式光伏發電并網引出了一系列問題，要很好地處理這些問題仍需要進一步的研究。對于電能的有效雙向計量，應盡快實現計量模塊成型投產。同時，電網公司應該出臺相應的規范和鼓勵政策，為光伏發電的推廣創造條件。

參考文獻：

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[2]李楊，徐志艷.光伏發電并網及電能計量問題探究[J].科技風.2012（11）.

（作者單位：寧夏中科嘉業新能源研究院（有限公司））