淺談分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目的電能計(jì)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(xiàng)目在近年來發(fā)展越來越迅速，對(duì)補(bǔ)充電網(wǎng)供電具有重要作用。對(duì)實(shí)際發(fā)展現(xiàn)狀來看，面對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)展，要做好電能計(jì)量管理工作，其直接影響著用戶和發(fā)電項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，并且對(duì)電力市場(chǎng)也會(huì)產(chǎn)生一定影響。確定光伏發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)對(duì)電網(wǎng)運(yùn)行帶來的影響，且確定其電能計(jì)量要求與要點(diǎn)，通過可靠控制，來推動(dòng)我國整個(gè)電力行業(yè)的健康發(fā)展。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電；電能計(jì)量；并網(wǎng)

近年來因?yàn)楣夥l(fā)電組件成本降低，以及政府政策鼓勵(lì)等因素的推動(dòng)，我國分布式光伏發(fā)電項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵，要提高對(duì)此方面的重視，并制定科學(xué)方案，通過有效措施進(jìn)行管理優(yōu)化。 

光伏發(fā)電主要是通過光生伏打效應(yīng)，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(dòng)來產(chǎn)生電勢(shì)能，達(dá)到光能向電勢(shì)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(dú)立式發(fā)電兩種，并網(wǎng)發(fā)電即利用標(biāo)準(zhǔn)接口與公用電網(wǎng)連接，類似于一個(gè)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(dú)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(fù)載，而對(duì)于的能量則是通過充電控制器處理后，被以化學(xué)能的形式存儲(chǔ)在蓄電池內(nèi)。 

2.1 確定電能計(jì)量方案

光伏發(fā)電電能計(jì)量需要根據(jù)實(shí)際形式來確定相應(yīng)的計(jì)量方法，且發(fā)電量需要單獨(dú)計(jì)算。以國家相關(guān)規(guī)定作為依據(jù)，完成上網(wǎng)電價(jià)與電網(wǎng)電價(jià)的計(jì)算，同時(shí)還要對(duì)電能劑量表進(jìn)行分類，包括關(guān)口計(jì)量和并網(wǎng)計(jì)量兩種。關(guān)口計(jì)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(jì)算，并網(wǎng)發(fā)電量以及電價(jià)補(bǔ)貼則可以通過電能表來計(jì)量，假如為自發(fā)自用模式，則是針對(duì)上網(wǎng)和自發(fā)電量二者差值進(jìn)行計(jì)量。

其中，需要格外注意與配電網(wǎng)連接的光伏發(fā)電項(xiàng)目電能計(jì)量，要明確上網(wǎng)電量計(jì)量點(diǎn)和下網(wǎng)電量計(jì)量點(diǎn)，一般可以按照產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)來進(jìn)行設(shè)置。在實(shí)際操作中，多選擇專業(yè)計(jì)量裝置來進(jìn)行關(guān)口計(jì)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(jì)分析。另外，對(duì)于部分設(shè)置有升壓站的光伏發(fā)電項(xiàng)目，電能計(jì)量點(diǎn)為升壓站高壓一側(cè)節(jié)點(diǎn)。相對(duì)應(yīng)的無升壓站的光伏發(fā)電項(xiàng)目，并網(wǎng)點(diǎn)為輸出匯總點(diǎn)。

2.2 計(jì)量點(diǎn)設(shè)置基本原則

進(jìn)行分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目電能計(jì)量，核心要求就是不會(huì)對(duì)用戶以及項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響，做好用戶和電力公司的權(quán)益保護(hù)。因此在設(shè)置計(jì)量點(diǎn)時(shí)，必須要嚴(yán)格按照專業(yè)原則來進(jìn)行。**，光伏電并網(wǎng)時(shí)，需要對(duì)合理位置科學(xué)設(shè)置計(jì)量點(diǎn)，一般應(yīng)保證計(jì)量點(diǎn)位置的可尋找性、便利性與可操作性，適合進(jìn)行電能大小的計(jì)量，作為每個(gè)階段電力用戶消耗電力清點(diǎn)的對(duì)象，同時(shí)還可以通過其來進(jìn)行電價(jià)補(bǔ)償統(tǒng)計(jì)。但是要注意不同區(qū)域之間的差異，結(jié)合實(shí)際用電情況，對(duì)電價(jià)差異與產(chǎn)權(quán)主體電量大小進(jìn)行合理區(qū)分。**，發(fā)電上網(wǎng)分布式光伏電并網(wǎng)應(yīng)設(shè)置貿(mào)易階段關(guān)口計(jì)量點(diǎn)，為上、下電網(wǎng)間貿(mào)易情況進(jìn)行有效結(jié)算。在對(duì)此類計(jì)量點(diǎn)設(shè)置時(shí)，應(yīng)將計(jì)量點(diǎn)設(shè)置在產(chǎn)權(quán)分解處，如果遇到無法設(shè)置的情況，則應(yīng)在附近位置尋找設(shè)置合理的位置，而設(shè)置在其他位置產(chǎn)生的線路損耗需要由產(chǎn)權(quán)所有者承擔(dān)。第三，應(yīng)用統(tǒng)購運(yùn)營模式時(shí)，可以采用統(tǒng)一的方法來設(shè)置并網(wǎng)計(jì)量點(diǎn)與關(guān)口計(jì)量點(diǎn)，且發(fā)揮補(bǔ)償電價(jià)差值與電費(fèi)計(jì)算功能。

2.3 電能計(jì)量裝置確定

在確定分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目電能計(jì)量裝置時(shí)，必須要確保其具有較高的可靠性與準(zhǔn)確性，且可以達(dá)到及時(shí)通信的效果。一般項(xiàng)目接入等級(jí)達(dá)到 10KV 的情況下，需要在關(guān)口計(jì)量處設(shè)置綜合性能優(yōu)良的電能表，做好裝置規(guī)格與型號(hào)的選擇。計(jì)量點(diǎn)設(shè)置的計(jì)量裝置，配置和技術(shù)均要滿足相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和流程，且不得低于二類電能計(jì)量裝置標(biāo)準(zhǔn)。裝置接入設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)保證不會(huì)對(duì)信息采集質(zhì)量產(chǎn)生干擾，對(duì)計(jì)量關(guān)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(jí)為 380KV，可以選擇無線采集的方式來獲取信息。110KV 等級(jí)電壓接入，應(yīng)選擇專門的計(jì)量繞組，嚴(yán)禁將不相關(guān)的設(shè)備接入。另外，計(jì)量裝置應(yīng)配置專門的柜箱，假如設(shè)置有電流互感器，還需要進(jìn)行分柜處理。 

3.1 統(tǒng)購統(tǒng)銷運(yùn)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(yīng)選擇高壓計(jì)量方案，將關(guān)口電能計(jì)量裝置設(shè)置在電力設(shè)施產(chǎn)權(quán)分界處，并配置三相多功能雙向電能表與負(fù)荷管理終端。且關(guān)口計(jì)量點(diǎn)還需要設(shè)置型號(hào)、規(guī)格以及準(zhǔn)確度相同的電能表主、副各一套，通過專用關(guān)口計(jì)量電能表來實(shí)現(xiàn)電價(jià)補(bǔ)償與關(guān)口電費(fèi)的計(jì)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(yīng)選擇抵壓計(jì)量方案，將關(guān)口電能計(jì)量裝置設(shè)置在電力設(shè)施產(chǎn)權(quán)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(fù)責(zé)對(duì)電流、電量、電壓等信息的采集。而對(duì)于電能量計(jì)量表可以采用合一的方式設(shè)置，并以并網(wǎng)電能表的方式來設(shè)置上、下網(wǎng)關(guān)口計(jì)量電能表。對(duì)于此種電壓等級(jí)的光伏電站，下網(wǎng)電量為逆變器和線路損耗。并且對(duì)于單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接入容量不足 100kW 的，不對(duì)光伏發(fā)電企業(yè)功率因素進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

電網(wǎng)企業(yè)來就統(tǒng)購統(tǒng)銷發(fā)電量進(jìn)行結(jié)算，需要對(duì)營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中建立一個(gè)對(duì)應(yīng)的發(fā)電用戶檔案，并將電能表示數(shù)類型設(shè)置成“反向有功總”，負(fù)責(zé)對(duì)上網(wǎng)電量進(jìn)行計(jì)量，并以當(dāng)?shù)毓夥娬緲?biāo)桿上網(wǎng)電價(jià)政策為依據(jù)計(jì)算上網(wǎng)電價(jià)。而對(duì)于單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接入容量達(dá)到 100kW 的，需要對(duì)光伏發(fā)電項(xiàng)目功率因數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。另外，如果光伏發(fā)電項(xiàng)目業(yè)主并非用電用戶，則需要對(duì)營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中建立一個(gè)對(duì)應(yīng)的用電用戶檔案。而如果項(xiàng)目業(yè)主為用電用戶，則需要對(duì)營銷業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)中用電用戶檔案內(nèi)增設(shè)一個(gè)計(jì)量點(diǎn)。

3.2 自發(fā)自用，余量上網(wǎng)模式

對(duì)于分布式光伏發(fā)電自發(fā)自用，余量上網(wǎng)模式，在進(jìn)行項(xiàng)目電能計(jì)量時(shí)，需要設(shè)置關(guān)口計(jì)量電能表與并網(wǎng)電能表，前者用于計(jì)量用戶和電網(wǎng)間上、下網(wǎng)電量，后者用于光伏發(fā)電計(jì)費(fèi)補(bǔ)償。并且，要求所設(shè)置的關(guān)口計(jì)量電能表具有支持正反向計(jì)量、整點(diǎn)電量凍結(jié)以及分時(shí)計(jì)量等功能，此外還可以測(cè)量電流、電 壓、功率、功率因數(shù)。通過并網(wǎng)電能表計(jì)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(guān)口計(jì)量電能表計(jì)量得到，*后根據(jù)上述計(jì)量結(jié)果便可得到用戶自發(fā)自用電量，相互之間的關(guān)系為：E4=E1-E3。

在自發(fā)自用時(shí)需要對(duì)每個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)設(shè)置單套并網(wǎng)電能表，并按照專業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)來設(shè)置計(jì)量表。而在余量上網(wǎng)時(shí)，需要對(duì)每個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)均設(shè)置單套并網(wǎng)電能表，并與計(jì)費(fèi)補(bǔ)償。且對(duì)于產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)還需要根據(jù)用戶和業(yè)主的協(xié)議來設(shè)置關(guān)口計(jì)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(guān)口計(jì)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(jí)，同時(shí)相關(guān)電流互感器精度不得低于 0.2S 級(jí)、電壓互感器精度不得低于 0.2 級(jí)。

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(jī)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(jì)納入2021年國家財(cái)政補(bǔ)貼規(guī)模戶用光伏項(xiàng)目裝機(jī)容量為586.14萬千瓦，這相當(dāng)于6個(gè)月在居民屋頂建造了四分之一個(gè)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(hù)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(duì)于光伏電站的管理者來說，通過云平臺(tái)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(shù)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(yīng)明確計(jì)量點(diǎn)，計(jì)量點(diǎn)設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點(diǎn)外，還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個(gè)計(jì)量點(diǎn)均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計(jì)量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T 448的相關(guān)規(guī)定，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)滿足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計(jì)量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)程自動(dòng)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(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計(jì)量電表用于計(jì)量光伏發(fā)電量，同時(shí)在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計(jì)量電表，用于計(jì)量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補(bǔ)貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

       部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)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(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)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(hù)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(tái)采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)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(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項(xiàng)目建設(shè)有關(guān)事項(xiàng)通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號(hào)），對(duì)于需要國家補(bǔ)貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目，需要滿足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運(yùn)行**技術(shù)要求的前提下，通過內(nèi)部多點(diǎn)接入配電系統(tǒng)。

       此類分布式光伏裝機(jī)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(jī)容量較大，可能對(duì)公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對(duì)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(diǎn)需要監(jiān)測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)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(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。

       上圖為一個(gè)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(shè)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(jī)容量比較大，涉及到的保護(hù)和測(cè)控設(shè)備比較多，主要如下表：

       光伏發(fā)電作為新能源項(xiàng)目，對(duì)于傳統(tǒng)電能項(xiàng)目來講具有較強(qiáng)的補(bǔ)充效果，緩解電能資源不足的難題，同時(shí)更符合綠色持續(xù)發(fā)展理念。為進(jìn)一步推動(dòng)光伏發(fā)電項(xiàng)目的發(fā)展，必須要做好電能計(jì)量工作，不斷總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，來為后續(xù)的管理工作提供可靠指導(dǎo)。

 

【參考文獻(xiàn)】

[1]趙瀟逸，楊德超.分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目電能計(jì)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(xiàng)目的電能計(jì)量及影響研究.

[3]安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).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(cè)溫系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用