光伏發(fā)電并網(wǎng)及電能計量問題的探究

張林森 李立

摘要：隨著經(jīng)濟的全球化，工業(yè)經(jīng)濟越來越突出。工業(yè)發(fā)展過程中離不開能源的消耗，近些年來國內(nèi)外大力發(fā)展并探索一些新的能源來解決目益匱乏的能源問題。核能、潮汐能、風(fēng)能、太陽能等，盡管這些能源領(lǐng)域都已經(jīng)做出了一些科研成果，但是對于光伏電能質(zhì)量尤其是分布式光伏發(fā)電的研究還不是很成熟，所以本文將從光伏發(fā)電技術(shù)的原理、電能的計量等方面做出一些探討。

關(guān)鍵詞：光伏；發(fā)電并網(wǎng)；電能計量

我國目前使用最多的發(fā)電方式是火力發(fā)電。但這種發(fā)電方式對煤炭資源的需求量大，容易對環(huán)境造成嚴(yán)重污染，且隨著社會的發(fā)展，人們的用電量逐漸加大，傳統(tǒng)的發(fā)電方式也難以滿足我們對電量的需求。光伏發(fā)電技術(shù)的出現(xiàn)很好地彌補了我國傳統(tǒng)發(fā)電方式的不足之處。光伏發(fā)電能為我們提供更多的電能，其綠色、環(huán)保的發(fā)電方式也避免了像傳統(tǒng)的發(fā)電方式一樣對環(huán)境造成污染。但光伏發(fā)電的電能計量方式與傳統(tǒng)發(fā)電的電量計量方式不同，因此本文對光伏發(fā)電并網(wǎng)的電能計量問題的分析探討不僅是必要的而且是重要的。

1光伏發(fā)電并網(wǎng)技術(shù)

光伏并網(wǎng)設(shè)備可將光伏電池中的直流電轉(zhuǎn)換為50Hz的交流電，其主要設(shè)備為逆變器、濾波電路和控制電路。光伏并網(wǎng)設(shè)備所采用的系統(tǒng)可分為帶蓄電池的可調(diào)度式系統(tǒng)和不帶蓄電池的不可調(diào)度式系統(tǒng)?？烧{(diào)度式系統(tǒng)可以抵抗一定的外界因素，當(dāng)停止光照時仍能實現(xiàn)一定時長的供電，但較不可調(diào)度式系統(tǒng)增加了蓄電池，因此成本較大。而不通過蓄電池實現(xiàn)調(diào)度的光伏系統(tǒng)，主要調(diào)控策略有以下三種：第一，逆變器控制策略。逆變器是并網(wǎng)的重要設(shè)備，主要由電子元件組成，具有抗干擾、過載保護、限流保護等特點，其好壞直接關(guān)系供電質(zhì)量和電網(wǎng)性能。逆變器的控制目標(biāo)是維持交流電流為穩(wěn)定的正弦波，具有以下2個特點：（1）輸出端直接與電網(wǎng)相接，而區(qū)域電網(wǎng)是擾動的；（2）并網(wǎng)的電流必須與電網(wǎng)電壓的頻率相同、相角相同。第二，電流環(huán)。逆變器中的電流環(huán)可以隨著電流基準(zhǔn)迅速變化，其工作過程為：首先計算瞬間并網(wǎng)電流與基準(zhǔn)并網(wǎng)的電流的差值，再經(jīng)過比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)調(diào)節(jié)過程得到調(diào)制波Ireg，經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制（SinusoidalPWM，簡稱SPWM），再經(jīng)放大后得到與電網(wǎng)頻率相同、相角相同的正弦波電流。第三，鎖相環(huán)。由于并網(wǎng)的電流必須與電網(wǎng)電壓的頻率相同、相角相同，因此需要時刻跟蹤區(qū)域電網(wǎng)的相位，這需用到鎖相環(huán)技術(shù)（PLL）。PLL是一個閉環(huán)系統(tǒng)，它可以跟蹤區(qū)域電網(wǎng)的頻相響應(yīng)。當(dāng)前，常用的PLL技術(shù)有模擬鎖相環(huán)、數(shù)字鎖相環(huán)、混合鎖相環(huán)、軟件鎖相環(huán)等。

2分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)對電能計量的影響

分布式光伏發(fā)電以集中式和分散式兩種形式接入公共電網(wǎng)，大量的光伏接入使得原本呈放射狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)槎嚯娫唇Y(jié)構(gòu)，配網(wǎng)電流的大小也性能將發(fā)生顯著的變化，尤其是對電網(wǎng)系統(tǒng)的靜電特性、繼電保護和電能質(zhì)量產(chǎn)生了極大的影響。主要體現(xiàn)下以下幾個方面：第一，對電網(wǎng)的整體規(guī)劃造成了一定的影響。負荷預(yù)測是電網(wǎng)規(guī)劃的前提條件，分布式的并網(wǎng)，加大了在實際電能使用過程中的負荷預(yù)測難度，直接改變了原有的負荷增長模式。第二，對電能的質(zhì)量產(chǎn)生影響。分布式光伏電的接人影響到電能的大小與接入的容量，而且饋線上的電壓受到接入位置的影響，所以光伏發(fā)電應(yīng)當(dāng)通過逆變器接入電網(wǎng)，且這類電力電子器件常年暴露在野外，將會產(chǎn)生諧波污染。第三，對電能計量的影響。分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)并入電網(wǎng)之前，它的電能流向比較單一化，但是當(dāng)接入電網(wǎng)之后，則會改變原始電網(wǎng)到達負荷一瞬間的功率潮流分布，傳統(tǒng)模式下的單向電能計量方式已無法適應(yīng)現(xiàn)在的發(fā)展模式，需要將單向的計量方式改變成雙向的計量模式。除此之外，計量點的選取與配置要考慮到在計量系統(tǒng)中合理體現(xiàn)電價的差值，分析發(fā)電的成本，合理制定計量服務(wù)原則。

3光伏發(fā)電并網(wǎng)的電能計量方法探究

3.1單向電能表計量法

如圖1所示，兩電表間讀數(shù)的差值表示的是向電網(wǎng)輸送的電量或從電網(wǎng)中獲取的電量。但這種方法的缺點是需要使用兩塊電表，造成成本較高，且不能方便地顯示出電能的方向。為了解決上述問題，我們需要設(shè)計出可以有效雙向計量的電表。

3.2電能表計量法

由于在用電網(wǎng)絡(luò)中負載不一定全部都由電阻構(gòu)成。有一部分電能功率被稱為無功功率，這部分電能被儲存在電感和電容中，僅作交換用途而并沒有被消耗。而用戶實際消耗的電能則稱為有功電能，這也是我們?nèi)粘Ｉ钪须姳硭涗浀碾娔?。根?jù)這個情況，我們應(yīng)用ADC模數(shù)轉(zhuǎn)化電路來采集電流、電壓，并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，將這些信號傳遞到專用的芯片進行處理，以迅速計算出我們所需要的電能信息。但由于ADC采集電路時不可以采集到每一個時刻的信號，所以我們將ADC在一段時間內(nèi)采集到的信號個數(shù)設(shè)為n，當(dāng)n值很大而且采集的時間很短的時候，可以將采集到的信號近似地看作連續(xù)信號。將ADC在一段時間里等間隔連續(xù)采集的n個瞬時電壓信號設(shè)為u，將n個瞬時電流信號設(shè)為i，將有效電壓設(shè)為U，將有效電流設(shè)為I，則：運用相同的方法，我們可以計算出有效電流I。瞬時功率包含了兩個分量。當(dāng)電壓電流幅值、相角穩(wěn)定時，如果第一分量恒大于零，則表明它消耗功率，如果第一分量恒小于零，則表明它提供功率，這一分量是瞬時功率中的不可逆分量，我們將它稱為有功分量；第二分量則根據(jù)正弦周期性變化，時正時負，并且平均值為零，這一分量是瞬時功率中的可逆分量，我們將它稱為無功分量。有功功率又稱為平均功率，定義為瞬時功率在一個周期內(nèi)的平均值。通過分析，我們可以發(fā)現(xiàn)有功功率可以看作瞬時功率有功分量在一個周期里面的平均值。因此我們可以通過低通濾波器獲取瞬時功率的有功分量，也就是“瞬時有功功率”，然后在時間上對“瞬時有功功率”進行積分得到電能。

4結(jié)束語

總而言之，分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)引出了一系列問題，要很好地處理這些問題仍需要進一步的研究。對于電能的有效雙向計量，應(yīng)盡快實現(xiàn)計量模塊成型投產(chǎn)。同時，電網(wǎng)公司應(yīng)該出臺相應(yīng)的規(guī)范和鼓勵政策，為光伏發(fā)電的推廣創(chuàng)造條件。

參考文獻：

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[2]李楊，徐志艷.光伏發(fā)電并網(wǎng)及電能計量問題探究[J].科技風(fēng).2012（11）.

（作者單位：寧夏中科嘉業(yè)新能源研究院（有限公司））