淺談分布式光伏發(fā)電項目的電能計量及影響研究

張娟

安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801

 

摘 要：光伏發(fā)電項目在近年來發(fā)展越來越迅速，對補充電網(wǎng)供電具有重要作用。對實際發(fā)展現(xiàn)狀來看，面對光伏發(fā)電項目的發(fā)展，要做好電能計量管理工作，其直接影響著用戶和發(fā)電項目的經(jīng)濟效益，并且對電力市場也會產(chǎn)生一定影響。確定光伏發(fā)電項目并網(wǎng)對電網(wǎng)運行帶來的影響，且確定其電能計量要求與要點，通過可靠控制，來推動我國整個電力行業(yè)的健康發(fā)展。

關鍵詞：光伏發(fā)電；電能計量；并網(wǎng)

近年來因為光伏發(fā)電組件成本降低，以及政府政策鼓勵等因素的推動，我國分布式光伏發(fā)電項目不斷增多。而在分布式光伏發(fā)電快速發(fā)展的情況下，怎樣正確劑量項目發(fā)電量、上網(wǎng)電量與下網(wǎng)電量，是影響光伏發(fā)電并網(wǎng)質(zhì)量與項目經(jīng)濟效益的關鍵，要提高對此方面的重視，并制定科學方案，通過有效措施進行管理優(yōu)化。 

光伏發(fā)電主要是通過光生伏打效應，由太陽照射特殊物質(zhì)，促使其內(nèi)部部分粒子吸收一定光子，并按照一定方向移動來產(chǎn)生電勢能，達到光能向電勢能轉(zhuǎn)換發(fā)電的效果。一般分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)主要包括太陽能電池板、蓄電池、控制器、直流配電箱與交流配電箱等幾部分。分布式光伏發(fā)電分為并網(wǎng)發(fā)電與獨立式發(fā)電兩種，并網(wǎng)發(fā)電即利用標準接口與公用電網(wǎng)連接，類似于一個小型發(fā)電廠。其通過光伏數(shù)組來將接受到的太陽輻射能量轉(zhuǎn)換成高壓直流電，并通過逆變器逆變處理后向電網(wǎng)輸出與電網(wǎng)相同電壓的正弦交流電流[1]。與并網(wǎng)發(fā)電系統(tǒng)不同的獨立式發(fā)電系統(tǒng)，其是在閉路系統(tǒng)內(nèi)形成電路，由光伏數(shù)組將接收到的太陽輻射能量轉(zhuǎn)換成電能供給負載，而對于的能量則是通過充電控制器處理后，被以化學能的形式存儲在蓄電池內(nèi)。 

2.1 確定電能計量方案

光伏發(fā)電電能計量需要根據(jù)實際形式來確定相應的計量方法，且發(fā)電量需要單獨計算。以國家相關規(guī)定作為依據(jù)，完成上網(wǎng)電價與電網(wǎng)電價的計算，同時還要對電能劑量表進行分類，包括關口計量和并網(wǎng)計量兩種。關口計量的范圍包括公共電網(wǎng)與用戶二者之間上網(wǎng)和下網(wǎng)電量計算，并網(wǎng)發(fā)電量以及電價補貼則可以通過電能表來計量，假如為自發(fā)自用模式，則是針對上網(wǎng)和自發(fā)電量二者差值進行計量。

其中，需要格外注意與配電網(wǎng)連接的光伏發(fā)電項目電能計量，要明確上網(wǎng)電量計量點和下網(wǎng)電量計量點，一般可以按照產(chǎn)權分界點來進行設置。在實際操作中，多選擇專業(yè)計量裝置來進行關口計量，然后將得到的所有數(shù)據(jù)信息傳輸給管理部門，完成統(tǒng)計分析。另外，對于部分設置有升壓站的光伏發(fā)電項目，電能計量點為升壓站高壓一側(cè)節(jié)點。相對應的無升壓站的光伏發(fā)電項目，并網(wǎng)點為輸出匯總點。

2.2 計量點設置基本原則

進行分布式光伏發(fā)電項目電能計量，核心要求就是不會對用戶以及項目的經(jīng)濟效益產(chǎn)生影響，做好用戶和電力公司的權益保護。因此在設置計量點時，必須要嚴格按照專業(yè)原則來進行。**，光伏電并網(wǎng)時，需要對合理位置科學設置計量點，一般應保證計量點位置的可尋找性、便利性與可操作性，適合進行電能大小的計量，作為每個階段電力用戶消耗電力清點的對象，同時還可以通過其來進行電價補償統(tǒng)計。但是要注意不同區(qū)域之間的差異，結(jié)合實際用電情況，對電價差異與產(chǎn)權主體電量大小進行合理區(qū)分。**，發(fā)電上網(wǎng)分布式光伏電并網(wǎng)應設置貿(mào)易階段關口計量點，為上、下電網(wǎng)間貿(mào)易情況進行有效結(jié)算。在對此類計量點設置時，應將計量點設置在產(chǎn)權分解處，如果遇到無法設置的情況，則應在附近位置尋找設置合理的位置，而設置在其他位置產(chǎn)生的線路損耗需要由產(chǎn)權所有者承擔。第三，應用統(tǒng)購運營模式時，可以采用統(tǒng)一的方法來設置并網(wǎng)計量點與關口計量點，且發(fā)揮補償電價差值與電費計算功能。

2.3 電能計量裝置確定

在確定分布式光伏發(fā)電項目電能計量裝置時，必須要確保其具有較高的可靠性與準確性，且可以達到及時通信的效果。一般項目接入等級達到 10KV 的情況下，需要在關口計量處設置綜合性能優(yōu)良的電能表，做好裝置規(guī)格與型號的選擇。計量點設置的計量裝置，配置和技術均要滿足相關技術標準和流程，且不得低于二類電能計量裝置標準。裝置接入設計時，應保證不會對信息采集質(zhì)量產(chǎn)生干擾，對計量關口搭配專門的采集終端，并由終端來支撐一定數(shù)量的采集系統(tǒng)。如果接入電壓等級為 380KV，可以選擇無線采集的方式來獲取信息。110KV 等級電壓接入，應選擇專門的計量繞組，嚴禁將不相關的設備接入。另外，計量裝置應配置專門的柜箱，假如設置有電流互感器，還需要進行分柜處理。 

3.1 統(tǒng)購統(tǒng)銷運營模式

3.1.1 110kV 接入

10kV 分布式光伏發(fā)電統(tǒng)購統(tǒng)銷接入公共電網(wǎng)的光伏電站，應選擇高壓計量方案，將關口電能計量裝置設置在電力設施產(chǎn)權分界處，并配置三相多功能雙向電能表與負荷管理終端。且關口計量點還需要設置型號、規(guī)格以及準確度相同的電能表主、副各一套，通過專用關口計量電能表來實現(xiàn)電價補償與關口電費的計量。

3.1.2 380/220V 接入

380/220V 分布式光伏發(fā)電統(tǒng)購統(tǒng)銷接入公共電網(wǎng)的光伏電站，應選擇抵壓計量方案，將關口電能計量裝置設置在電力設施產(chǎn)權分界處，并配置三相四線（單相）智能電能表與Ⅱ型集中抄表集中器，負責對電流、電量、電壓等信息的采集。而對于電能量計量表可以采用合一的方式設置，并以并網(wǎng)電能表的方式來設置上、下網(wǎng)關口計量電能表。對于此種電壓等級的光伏電站，下網(wǎng)電量為逆變器和線路損耗。并且對于單個并網(wǎng)點接入容量不足 100kW 的，不對光伏發(fā)電企業(yè)功率因素進行監(jiān)測。

電網(wǎng)企業(yè)來就統(tǒng)購統(tǒng)銷發(fā)電量進行結(jié)算，需要對營銷業(yè)務應用系統(tǒng)中建立一個對應的發(fā)電用戶檔案，并將電能表示數(shù)類型設置成“反向有功總”，負責對上網(wǎng)電量進行計量，并以當?shù)毓夥娬緲藯U上網(wǎng)電價政策為依據(jù)計算上網(wǎng)電價。而對于單個并網(wǎng)點接入容量達到 100kW 的，需要對光伏發(fā)電項目功率因數(shù)進行監(jiān)測。另外，如果光伏發(fā)電項目業(yè)主并非用電用戶，則需要對營銷業(yè)務應用系統(tǒng)中建立一個對應的用電用戶檔案。而如果項目業(yè)主為用電用戶，則需要對營銷業(yè)務應用系統(tǒng)中用電用戶檔案內(nèi)增設一個計量點。

3.2 自發(fā)自用，余量上網(wǎng)模式

對于分布式光伏發(fā)電自發(fā)自用，余量上網(wǎng)模式，在進行項目電能計量時，需要設置關口計量電能表與并網(wǎng)電能表，前者用于計量用戶和電網(wǎng)間上、下網(wǎng)電量，后者用于光伏發(fā)電計費補償。并且，要求所設置的關口計量電能表具有支持正反向計量、整點電量凍結(jié)以及分時計量等功能，此外還可以測量電流、電 壓、功率、功率因數(shù)。通過并網(wǎng)電能表計量便可得到分布式光伏發(fā)電電量（E1），而用戶上網(wǎng)電量（E2）、下網(wǎng)電量（E3）可以通過關口計量電能表計量得到，*后根據(jù)上述計量結(jié)果便可得到用戶自發(fā)自用電量，相互之間的關系為：E4=E1-E3。

在自發(fā)自用時需要對每個并網(wǎng)點設置單套并網(wǎng)電能表，并按照專業(yè)標準對產(chǎn)權分界點來設置計量表。而在余量上網(wǎng)時，需要對每個并網(wǎng)點均設置單套并網(wǎng)電能表，并與計費補償。且對于產(chǎn)權分界點還需要根據(jù)用戶和業(yè)主的協(xié)議來設置關口計量電能表，其中 10kV 按照主、副模式配置，380V 按照單表配置。要求 10kV 關口計量電能表與并網(wǎng)電能表具有較高精度，且不得低于 0.5S 級，同時相關電流互感器精度不得低于 0.2S 級、電壓互感器精度不得低于 0.2 級。

4.1 交流220V并網(wǎng)

       交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在8kW左右。戶用光伏電站今年發(fā)展非常迅猛，根據(jù)國家能源局網(wǎng)站提供的數(shù)據(jù)，截至2021年6月底，國內(nèi)累計納入2021年國家財政補貼規(guī)模戶用光伏項目裝機容量為586.14萬千瓦，這相當于6個月在居民屋頂建造了四分之一個三峽水電站。

       部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.2 交流380V并網(wǎng)

       根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產(chǎn)權分界點外，還應考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術要求符合DL/T 448的相關規(guī)定，以及相關標準、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應滿足國家電網(wǎng)公司關于智能電能表的相關標準。用于結(jié)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(tǒng)，實現(xiàn)用電信息的遠程自動采集。

       光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

       部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。

       這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

4.3 10kV或35kV并網(wǎng)

       根據(jù)《國家能源局關于2019年風電、光伏發(fā)電項目建設有關事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行**技術要求的前提下，通過內(nèi)部多點接入配電系統(tǒng)。

       此類分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機容量較大，可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。

       光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。

       上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設置)，*后經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設備比較多，主要如下表：

       光伏發(fā)電作為新能源項目，對于傳統(tǒng)電能項目來講具有較強的補充效果，緩解電能資源不足的難題，同時更符合綠色持續(xù)發(fā)展理念。為進一步推動光伏發(fā)電項目的發(fā)展，必須要做好電能計量工作，不斷總結(jié)實踐經(jīng)驗，來為后續(xù)的管理工作提供可靠指導。

 

【參考文獻】

[1]趙瀟逸，楊德超.分布式光伏發(fā)電項目電能計量及接線分析[J].信息記錄材料，2017,18（10）：21-22.

[2]李鵬.分布式光伏發(fā)電項目的電能計量及影響研究.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.

 

作者簡介：張娟，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無線測溫系統(tǒng)的研發(fā)與應用