淺談分布式光伏發電項目的電能計量及影響研究
更新時間：2022-01-06
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淮亞利
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定201801
摘 要：光伏發電項目在近年來發展越來越迅速，對補充電網供電具有重要作用。對實際發展現狀來看，面對光伏發電項目的發展，要做好電能計量管理工作，其直接影響著用戶和發電項目的經濟效益，并且對電力市場也會產生一定影響。確定光伏發電項目并網對電網運行帶來的影響，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的健康發展。
關鍵詞：光伏發電；電能計量；并網
0 引言
近年來因為光伏發電組件成本降低，以及政府政策鼓勵等因素的推動，我國分布式光伏發電項目不斷增多。而在分布式光伏發電快速發展的情況下，怎樣正確劑量項目發電量、上網電量與下網電量，是影響光伏發電并網質量與項目經濟效益的關鍵，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化。
1 分布式光伏發電項目
光伏發電主要是通過光生伏打效應，由太陽照射特殊物質，促使其內部部分粒子吸收一定光子，并按照一定方向移動來產生電勢能，達到光能向電勢能轉換發電的效果。一般分布式光伏發電系統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。分布式光伏發電分為并網發電與獨立式發電兩種，并網發電即利用標準接口與公用電網連接，類似于一個小型發電廠。其通過光伏數組來將接受到的太陽輻射能量轉換成高壓直流電，并通過逆變器逆變處理后向電網輸出與電網相同電壓的正弦交流電流[1]。與并網發電系統不同的獨立式發電系統，其是在閉路系統內形成電路，由光伏數組將接收到的太陽輻射能量轉換成電能供給負載，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。
2 分布式光伏發電項目電能計量要點
2.1 確定電能計量方案
光伏發電電能計量需要根據實際形式來確定相應的計量方法，且發電量需要單獨計算。以相關規定作為依據，完成上網電價與電網電價的計算，同時還要對電能劑量表進行分類，包括關口計量和并網計量兩種。關口計量的范圍包括公共電網與用戶二者之間上網和下網電量計算，并網發電量以及電價補貼則可以通過電能表來計量，假如為自發自用模式，則是針對上網和自發電量二者差值進行計量。
其中，需要格外注意與配電網連接的光伏發電項目電能計量，要明確上網電量計量點和下網電量計量點，一般可以按照產權分界點來進行設置。在實際操作中，多選擇專業計量裝置來進行關口計量，然后將得到的所有數據信息傳輸給管理部門，完成統計分析。另外，對于部分設置有升壓站的光伏發電項目，電能計量點為升壓站高壓一側節點。相對應的無升壓站的光伏發電項目，并網點為輸出匯總點。
2.2 計量點設置基本原則
進行分布式光伏發電項目電能計量，核心要求就是不會對用戶以及項目的經濟效益產生影響，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原則來進行。第一，光伏電并網時，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計。但是要注意不同區域之間的差異，結合實際用電情況，對電價差異與產權主體電量大小進行合理區分。第二，發電上網分布式光伏電并網應設置貿易階段關口計量點，為上、下電網間貿易情況進行有效結算。在對此類計量點設置時，應將計量點設置在產權分解處，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生的線路損耗需要由產權所有者承擔。第三，應用統購運營模式時，可以采用統一的方法來設置并網計量點與關口計量點，且發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良的電能表，做好裝置規格與型號的選擇。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量產生干擾，對計量關口搭配專門的采集終端，并由終端來支撐一定數量的采集系統。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 分布式光伏發電項目電能計量方案
3.1 統購統銷運營模式
3.1.1 110kV 接入
10kV 分布式光伏發電統購統銷接入公共電網的光伏電站，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、規格以及準確度相同的電能表主、副各一套，通過關口計量電能表來實現電價補償與關口電費的計量。
3.1.2 380/220V 接入
380/220V 分布式光伏發電統購統銷接入公共電網的光伏電站，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，并以并網電能表的方式來設置上、下網關口計量電能表。對于此種電壓等級的光伏電站，下網電量為逆變器和線路損耗。并且對于單個并網點接入容量不足 100kW 的，不對光伏發電企業功率因素進行監測。
電網企業來就統購統銷發電量進行結算，需要對營銷業務應用系統中建立一個對應的發電用戶檔案，并將電能表示數類型設置成“反向有功總”，負責對上網電量進行計量，并以當地光伏電站標gan上網電價政策為依據計算上網電價。而對于單個并網點接入容量達到 100kW 的，需要對光伏發電項目功率因數進行監測。另外，如果光伏發電項目業主并非用電用戶，則需要對營銷業務應用系統中建立一個對應的用電用戶檔案。而如果項目業主為用電用戶，則需要對營銷業務應用系統中用電用戶檔案內增設一個計量點。
3.2 自發自用，余量上網模式
對于分布式光伏發電自發自用，余量上網模式，在進行項目電能計量時，需要設置關口計量電能表與并網電能表，前者用于計量用戶和電網間上、下網電量，后者用于光伏發電計費補償。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。通過并網電能表計量便可得到分布式光伏發電電量（E1），而用戶上網電量（E2）、下網電量（E3）可以通過關口計量電能表計量得到，最后根據上述計量結果便可得到用戶自發自用電量，相互之間的關系為：E4=E1-E3。
在自發自用時需要對每個并網點設置單套并網電能表，并按照專業標準對產權分界點來設置計量表。而在余量上網時，需要對每個并網點均設置單套并網電能表，并與計費補償。且對于產權分界點還需要根據用戶和業主的協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 安科瑞光伏電站電力監控裝置及解決方案
4.1 交流220V并網
交流220V并網的光伏發電系統多用于居民屋頂光伏發電，裝機功率在8kW左右。戶用光伏電站今年發展非常迅猛，根據能源局網站提供的數據，截至2021年6月底，全國累計納入2021年財政補貼規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自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能。光伏電站規模較小，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
根據電網Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網技術規定》，8kW~400kW可380V并網，這類分布式光伏多為工商業企業屋頂光伏，自發自用，余電上網。分布式光伏接入配電網前，應明確計量點，計量點設置除應考慮產權分界點外，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的相關規定，以及相關標準、規程要求。電能表采用智能電能表，技術性能應滿足電網公司關于智能電能表的相關標準。用于結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，實現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380V電網，實現自發自用，余電上網。在380V并網點前需要安裝計量電表用于計量光伏發電量，同時在企業電網和公共電網連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業上網電量，數據均應上傳供電部門用電信息采集系統，用于光伏發電補貼和上網電量結算。
部分光伏電站并網點需要監測并網點電能質量，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量監測裝置。部分光伏電站為自發自用，余電不上網模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網輸送電能。
這種并網模式單體光伏電站規模適中，可通過云平臺采用光伏發電數據和儲能系統運行數據，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
根據《能源局關于2019年風電、光伏發電項目建設有關事項通知》（國發新能〔2019〕49號），對于需要補貼的新建工商業分布式光伏發電項目，需要滿足單點并網裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網運行安全技術要求的前提下，通過內部多點接入配電系統。
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。由于裝機容量較大，可能對公共電網造成比較大的干擾，因此供電部門對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能質量以及和調度的通信要求都比較高。
光伏電站并網點需要監測并網點電能質量，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量監測裝置。
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，經過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據情況可不設置)，最后經過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網。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：
5 結束語
光伏發電作為新能源項目，對于傳統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發展理念。為進一步推動光伏發電項目的發展，必須要做好電能計量工作，不斷總結實踐經驗，來為后續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.分布式光伏發電項目的電能計量及影響研究.
[3]安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.
作者簡介：淮亞利，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無線測溫系統的研發與應用
