浅谈分布式电源电能计量装置

王嘉晖

（国家电网福建省电力有限公司国网莆田供电公司，福建 莆田 351100）

0 引言

分布式电源是“碳达峰、碳中和”能源转型大势所趋，随着分布式电源的快速发展，其电出口及与公用电网的连接点计量成为重中之重，本文重点讨论如何实现对布式电源发电量和电力用户上、下网电量的准确计量。

1 分布式电源的特点

分布式电源是在用户所在场地或附近建设安装，运行方式以用户自发电为主、多余电量上网，且配电网系统平衡调节为特征的发电设施或有电力输出的能量综合利用多联供设施。 其包括光伏发电、天然气发电、生物质能发电、风能发电、地热能发电、海洋能发电、资源综合利用发电（含煤矿瓦斯发电）、燃气轮机及潮汐能发电等。 目前，我国主要是以发展光伏发电和风能发电为主，尤其是光伏发电的技术研发及市场应用已经相对成熟。

分布式电源是“碳达峰、碳中和”能源转型大势所趋，具有投资小、占地少、无限和可持续利用、节能环保等优点，但跟传统集中电源相比，有许多弊端。 分布式电源因分散、随机变动、量多杂等特点，对配电系统的安全稳定运行产生极大的影响，严重影响电网电能质量。 （1）分布式电源输出功率具有随机性和波动性，因光伏发电和风能发电等会受到不同环境地域、不同季节、不同时段的影响，从而使得输出的负荷极不稳定。 （2）分布式电源电能质量波动大，并网后容易引起电压波形畸变、三相负荷不平衡、谐波等一系列问题，配网系统在并网端设置电能质量在线监测装置进行实时监测，若其电能质量不达标，应立即断网运行，从而保证配网系统稳定性，待电网电压和频率等电能质量恢复正常后，再延时并网。 （3）分布式电源负荷潮流出现双向流动与换向频繁现象，用户可能是受电一端也可能是发电一端，负荷的潮流方向会受到用户自身应用方式的限制。 （4）分布式电源并网频率高，因并网拉闸与合闸操作过程中产生冲击过电压，在一定程度上影响到计量表计的安全性。 （5）由于用户既可能是受电端又可能是发电端，必须保证双向准确计量。

2 分布式电源计量点设置原则

Q/GDW 10347—2016《电能计量装置通用设计规范》中规定了分布式电源接入公共电网按照以下三条原则设置计量点：

（1） 运营模式为发电量全部上网的统筹统销模式：在供用电设施产权分界处设置关口计量点，同时计量电价补偿电量和关口电量，如图1 所示。

图1 统筹统销计量点设置图

（2）运营模式为自发自用余量上网模式，采用图2所示的三点计量法：计量点1 为上网计量点，计量用户与公用电网相互相交换的电量；计量点2 为发电计量点，计量分布式电源发电量；计量点3 为用电量计量点，计量用户自用电，如图2 所示。

图2 自发自用余量上网模式计量点设置图

（3）分布式电源自用电从发电设备外获取工作电源，应分别单独设置计量点，计量发电设备自用量和外部工作电源用电电量，采用方式如图3 所示。 目前应用最广泛的模式为自发自用余量上网模式。

图3 自用电从发电设备外获取工作电源计量点设置图

3 分布式电源计量点设置实例

某厂区建设分布式电站，10kV 光伏发电采用自发自用， 余电上网模式， 其厂区主接线方式为单母线接线，厂区自配光伏发电机组装机容量为4 998.78kWp，配置2 台SCB13-2500kVA/10.5 升压变， 厂区自用电为2 台SCB13-630kVA/10.5 的配变，正常时由光伏发电供电且余电上网， 当光伏发电故障时由电网系统供电模式。

计量点设置核查：（1）发电计量点核查，根据直接接入公共电网的项目其关口计量点应设置在光伏发电侧，即在具有明显开断指示的并网点上设置1 套发电电流计费表计；（2）上网计量点核查，在项目发电上网与用户采用公用电网其相互相交换电量处即在其配电室10kV 进线柜后设置1 套关口计量表计；（3）用电量计量点核查，用户自用电均已在其配变低压处设置低压计量表计，本期不改变其计量模式。 上述计量点核查后应满足三点计量点设置原则。

计量点电流潮流方向核查：光伏发电侧电流潮流方向仅为正单向发电，其发电计量关口表计应为单向表；在项目发电上网与用户采用公用电网相互相交换电量处电流潮流方向为双向，分别为项目发电上网电流正方向和用户采用公用电网负方向，其关口计量应改为双向表；用户自用电配变低压处电流只有负载消耗单向电流，单向表计保持不变。

计量点电流电压变比核查：光伏发电侧的计量电流互感器电流为（2500×2）/（1.738×10.5）=275A，变比应配置300/5 0.2S 级， 电压互感器采用10.5/0.1 0.2S级；配电室10kV 进线柜后的关口计量表计，配变负载电流为（630×2）/（1.738×10.5）=69A，发电电流为=275A变比应配置300/5 0.2S 级，二者取大为275A，计量电流互感器变比应配置300/5 0.2S 级， 电压互感器采用10.5/0.1 0.2S 级； 用户自用电配变低压处计量电流互感器变比保持原有。

4 智能电网配网自动化

智能电镀配网自动化主要包括高级配网自动化、配电快速仿真与模拟、 分布式电源运行AC／DC 微网运行、新兴电力电子装置、配电SCADA 监控与数据采集、配电地理系统（GIS），其发展的重点为全新无功和电压控制系统、控制电能质量系统等，需要高质量设备才能保证其系统安全可靠运行，智能配电自动化可通过实时电价鼓励用户积极参与电网系统电能质量智能控制，并在电网故障的情况下保证其重要负荷用电，提高其供电可靠性。

分布式电源由于其自身特点，需对其计量装置提出更高要求，才能满足当前智能电网发展的需要。

5 分布式电源电能计量装置的计量技术要求

5.1 电能计量装置配置原则

（1）经互感器接入的贸易结算电能计量装置按计量点配置计量专用电压、 电流互感器或专用二次绕组，不得接入与计量无关的设备。

（2）电能计量专用电流、电压互感器或专用二次绕组至电能表的二次回路上有计量专用试验接线盒，电能表与试验接线盒一对一原则配置。

（3）I、II 类电能计量装置根据互感器及二次回路组合误差优化配置电能表，其他经互感器接入的电能计量装置进行互感器和电能表的合理配置。

5.2 功能需求

（1）原则上应选择多功能电能表或智能电能表，由于分布式电源的供用电关系以及电力系统负荷潮流变化引起具有正反电流方向的计量点，应配置具有计量双向有功和四象限的多功能电能表。 而且三相电能表还应该拥有电压、电流、电功率因数的测量与显示的功能，从而更好地实现电力自动计算与电力统计预测需要。

（2）四象限无功电能除能分别记录、显示外，还可通过软件编程，实现组合无功1 和组合无功2 的计算、记录和显示。

（3）电能表应当能够支持阶梯电价转换功能，具有分时和分相计量功能。

（4）应具备对电功率与电能量的冻结功能，便于电网与用户之间对电能进行查询及统计和对供电与用电信息进行分析。

（5）电能表具有自检功能，并提供相应报警信号—电压互感器失态、电流互感器断线、电源失常、自检故障等输出，失压计量功能满足DT/T566 的规定。

（6）具有通信接口，满足负荷采集信息需要。 通信协议应满足DL/T645—2007 要求，同时应增加RS485、载波、微功率无线等通信接口，关口表应配置2 个独立通信接口。

5.3 技术需求

（1）分布式电源每个计量点均应装设双向电能计量装置。

分布式电源的计量，由于其负荷波动范围较宽，如风能、太阳能这类发电受环境影响的发电装置更为明显，所以，多功能电能表或智能电能表在设计时应考虑配置高宽负载的电能表为主，且其实际计量准确度在最小负载情况下应满足1.0 级的要求。

用户一般情况下既拥有用电模式还具有发电模式，电能表的双向计量务必保证准确性，对于正向功率与反向功率要体现出一致性的误差特性，准确进行计量。

（2）误差带宽相关要求

为了保证电能表运行时在宽负载范围内的误差曲线能够保证平坦，需要相应指标对其进行严格的核对。 误差带宽一般指的是一个绝对值，是通过对检定误差的最大值与最小值之间进行作差运算，所得出的绝对值，通过这样的数值指标从而鉴别出电能表运行时在负载变化的范围之内的误差曲线整体的平整性。

（3）准确度等级要求

电能计量装置类别为I 级时电能表准确度等级有功为0.2S,无功为2 级；类别为II 级时电能表准确度等级有功为0.5S,无功为2 级。

（4）低负荷计量要求

为提高低负荷计量的准确性，选用过载4 倍及以上的电能表。

（5）电压互感器、电流互感器误差要求，如表1~2所示。

表1 电流互感器误差限值

表2 电压互感器误差限值

（6）电压互感器二次压降要求

电能计量装置中电压互感器二次回路电压降应不大于其额定二次电压的0.2%。

（7）在动态负荷的条件下对计量准确度进行考核

一些小型分布式电源， 存在着波动性负荷的现象，在此类动态负荷的情况下应对电能计量准确度与需求量给予一定程度量考核。

（8）分布式电源计量装置应安装于公共位置并考虑相应的封闭措施，便于计量设备的检查和管理。

（9）用于结算和考核的分布式电源计量装置，应安装采集设备，接入用电信息采集系统中，实现用电信息的远程自动采集。

（10）分布式电源电能计量装置投运前，应由电网企业和电源产权归属方共同完成竣工验收。

6 结语

本文从实际出发， 对分布式电源特点进行阐述，分布式电源由于其自身特点，需对其计量装置提出更高要求，才能满足当前智能电网发展的需要；并依据分布式电源配置原则，分析分布式电源计量功能和技术要求，根据工程实例，提出符合智能电网发展的分布式电源电能计量装置。