光伏发电并网及电能计量问题的探究

张林森 李立

摘要：随着经济的全球化，工业经济越来越突出。工业发展过程中离不开能源的消耗，近些年来国内外大力发展并探索一些新的能源来解決目益匮乏的能源问题。核能、潮汐能、风能、太阳能等，尽管这些能源领域都已经做出了一些科研成果，但是对于光伏电能质量尤其是分布式光伏发电的研究还不是很成熟，所以本文将从光伏发电技术的原理、电能的计量等方面做出一些探讨。

关键词：光伏；发电并网；电能计量

我国目前使用最多的发电方式是火力发电。但这种发电方式对煤炭资源的需求量大，容易对环境造成严重污染，且随着社会的发展，人们的用电量逐渐加大，传统的发电方式也难以满足我们对电量的需求。光伏发电技术的出现很好地弥补了我国传统发电方式的不足之处。光伏发电能为我们提供更多的电能，其绿色、环保的发电方式也避免了像传统的发电方式一样对环境造成污染。但光伏发电的电能计量方式与传统发电的电量计量方式不同，因此本文对光伏发电并网的电能计量问题的分析探讨不仅是必要的而且是重要的。

1光伏发电并网技术

光伏并网设备可将光伏电池中的直流电转换为50Hz的交流电，其主要设备为逆变器、滤波电路和控制电路。光伏并网设备所采用的系统可分为带蓄电池的可调度式系统和不带蓄电池的不可调度式系统。可调度式系统可以抵抗一定的外界因素，当停止光照时仍能实现一定时长的供电，但较不可调度式系统增加了蓄电池，因此成本较大。而不通过蓄电池实现调度的光伏系统，主要调控策略有以下三种：第一，逆变器控制策略。逆变器是并网的重要设备，主要由电子元件组成，具有抗干扰、过载保护、限流保护等特点，其好坏直接关系供电质量和电网性能。逆变器的控制目标是维持交流电流为稳定的正弦波，具有以下2个特点：（1）输出端直接与电网相接，而区域电网是扰动的；（2）并网的电流必须与电网电压的频率相同、相角相同。第二，电流环。逆变器中的电流环可以随着电流基准迅速变化，其工作过程为：首先计算瞬间并网电流与基准并网的电流的差值，再经过比例环节、积分环节调节过程得到调制波Ireg，经过脉冲宽度调制（SinusoidalPWM，简称SPWM），再经放大后得到与电网频率相同、相角相同的正弦波电流。第三，锁相环。由于并网的电流必须与电网电压的频率相同、相角相同，因此需要时刻跟踪区域电网的相位，这需用到锁相环技术（PLL）。PLL是一个闭环系统，它可以跟踪区域电网的频相响应。当前，常用的PLL技术有模拟锁相环、数字锁相环、混合锁相环、软件锁相环等。

2分布式光伏发电并网对电能计量的影响

分布式光伏发电以集中式和分散式两种形式接入公共电网，大量的光伏接入使得原本呈放射状结构转变为多电源结构，配网电流的大小也性能将发生显著的变化，尤其是对电网系统的静电特性、继电保护和电能质量产生了极大的影响。主要体现下以下几个方面：第一，对电网的整体规划造成了一定的影响。负荷预测是电网规划的前提条件，分布式的并网，加大了在实际电能使用过程中的负荷预测难度，直接改变了原有的负荷增长模式。第二，对电能的质量产生影响。分布式光伏电的接人影响到电能的大小与接入的容量，而且馈线上的电压受到接入位置的影响，所以光伏发电应当通过逆变器接入电网，且这类电力电子器件常年暴露在野外，将会产生谐波污染。第三，对电能计量的影响。分布式光伏发电系统并入电网之前，它的电能流向比较单一化，但是当接入电网之后，则会改变原始电网到达负荷一瞬间的功率潮流分布，传统模式下的单向电能计量方式已无法适应现在的发展模式，需要将单向的计量方式改变成双向的计量模式。除此之外，计量点的选取与配置要考虑到在计量系统中合理体现电价的差值，分析发电的成本，合理制定计量服务原则。

3光伏发电并网的电能计量方法探究

3.1单向电能表计量法

如图1所示，两电表间读数的差值表示的是向电网输送的电量或从电网中获取的电量。但这种方法的缺点是需要使用两块电表，造成成本较高，且不能方便地显示出电能的方向。为了解决上述问题，我们需要设计出可以有效双向计量的电表。

3.2电能表计量法

由于在用电网络中负载不一定全部都由电阻构成。有一部分电能功率被称为无功功率，这部分电能被储存在电感和电容中，仅作交换用途而并没有被消耗。而用户实际消耗的电能则称为有功电能，这也是我们日常生活中电表所记录的电能。根据这个情况，我们应用ADC模数转化电路来采集电流、电压，并转换成数字信号，将这些信号传递到专用的芯片进行处理，以迅速计算出我们所需要的电能信息。但由于ADC采集电路时不可以采集到每一个时刻的信号，所以我们将ADC在一段时间内采集到的信号个数设为n，当n值很大而且采集的时间很短的时候，可以将采集到的信号近似地看作连续信号。将ADC在一段时间里等间隔连续采集的n个瞬时电压信号设为u，将n个瞬时电流信号设为i，将有效电压设为U，将有效电流设为I，则：运用相同的方法，我们可以计算出有效电流I。瞬时功率包含了两个分量。当电压电流幅值、相角稳定时，如果第一分量恒大于零，则表明它消耗功率，如果第一分量恒小于零，则表明它提供功率，这一分量是瞬时功率中的不可逆分量，我们将它称为有功分量；第二分量则根据正弦周期性变化，时正时负，并且平均值为零，这一分量是瞬时功率中的可逆分量，我们将它称为无功分量。有功功率又称为平均功率，定义为瞬时功率在一个周期内的平均值。通过分析，我们可以发现有功功率可以看作瞬时功率有功分量在一个周期里面的平均值。因此我们可以通过低通滤波器获取瞬时功率的有功分量，也就是“瞬时有功功率”，然后在时间上对“瞬时有功功率”进行积分得到电能。

4结束语

总而言之，分布式光伏发电并网引出了一系列问题，要很好地处理这些问题仍需要进一步的研究。对于电能的有效双向计量，应尽快实现计量模块成型投产。同时，电网公司应该出台相应的规范和鼓励政策，为光伏发电的推广创造条件。

参考文献：

[1]胡明磊.光伏发电并网的电能计量问题研究[J].技术与市场.2017（05）.

[2]李杨，徐志艳.光伏发电并网及电能计量问题探究[J].科技风.2012（11）.

（作者单位：宁夏中科嘉业新能源研究院（有限公司））