韓歡慶

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(lái)發(fā)展越來(lái)越迅速，對補充電網(wǎng)供電具有重要作用。對實(shí)際發(fā)展現狀來(lái)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(zhù)用戶(hù)和發(fā)電項目的經(jīng)濟效益，并且對電力市場(chǎng)也會(huì )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(lái)的影響，且確定其電能計量要求與要點(diǎn)，通過(guò)可靠控制，來(lái)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；電能計量；并網(wǎng)

近年來(lái)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(dòng)，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(guān)鍵，要提高對此方面的重視，并制定科學(xué)方案，通過(guò)有效措施進(jìn)行管理優(yōu)化。 

光伏發(fā)電主要是通過(guò)光生伏打效應，由太陽(yáng)照射特殊物質(zhì)，促使其內部部分粒子吸收一定光子，并按照一定方向移動(dòng)來(lái)產(chǎn)生電勢能，達到光能向電勢能轉換發(fā)電的效果。一般分布式光伏發(fā)電系統主要包括太陽(yáng)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(lèi)似于一個(gè)小型發(fā)電廠(chǎng)。其通過(guò)光伏數組來(lái)將接受到的太陽(yáng)輻射能量轉換成高壓直流電，并通過(guò)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)電系統不同的獨立式發(fā)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(yáng)輻射能量轉換成電能供給負載，而對于的能量則是通過(guò)充電控制器處理后，被以化學(xué)能的形式存儲在蓄電池內。 

2.1 確定電能計量方案

光伏發(fā)電電能計量需要根據實(shí)際形式來(lái)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(guān)規定作為依據，完成上網(wǎng)電價(jià)與電網(wǎng)電價(jià)的計算，同時(shí)還要對電能劑量表進(jìn)行分類(lèi)，包括關(guān)口計量和并網(wǎng)計量?jì)煞N。關(guān)口計量的范圍包括公共電網(wǎng)與用戶(hù)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(jià)補貼則可以通過(guò)電能表來(lái)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(jìn)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(diǎn)和下網(wǎng)電量計量點(diǎn)，一般可以按照產(chǎn)權分界點(diǎn)來(lái)進(jìn)行設置。在實(shí)際操作中，多選擇專(zhuān)業(yè)計量裝置來(lái)進(jìn)行關(guān)口計量，然后將得到的所有數據信息傳輸給管理部門(mén)，完成統計分析。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(diǎn)為升壓站高壓一側節點(diǎn)。相對應的無(wú)升壓站的光伏發(fā)電項目，并網(wǎng)點(diǎn)為輸出匯總點(diǎn)。

2.2 計量點(diǎn)設置基本原則

進(jìn)行分布式光伏發(fā)電項目電能計量，核心要求就是不會(huì )對用戶(hù)以及項目的經(jīng)濟效益產(chǎn)生影響，做好用戶(hù)和電力公司的權益保護。因此在設置計量點(diǎn)時(shí)，必須要嚴格按照專(zhuān)業(yè)原則來(lái)進(jìn)行。第一，光伏電并網(wǎng)時(shí)，需要對合理位置科學(xué)設置計量點(diǎn)，一般應保證計量點(diǎn)位置的可尋找性、便利性與可操作性，適合進(jìn)行電能大小的計量，作為每個(gè)階段電力用戶(hù)消耗電力清點(diǎn)的對象，同時(shí)還可以通過(guò)其來(lái)進(jìn)行電價(jià)補償統計。但是要注意不同區域之間的差異，結合實(shí)際用電情況，對電價(jià)差異與產(chǎn)權主體電量大小進(jìn)行合理區分。第二，發(fā)電上網(wǎng)分布式光伏電并網(wǎng)應設置貿易階段關(guān)口計量點(diǎn)，為上、下電網(wǎng)間貿易情況進(jìn)行有效結算。在對此類(lèi)計量點(diǎn)設置時(shí)，應將計量點(diǎn)設置在產(chǎn)權分解處，如果遇到無(wú)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(xiàn)路損耗需要由產(chǎn)權所有者承擔。第三，應用統購運營(yíng)模式時(shí)，可以采用統一的方法來(lái)設置并網(wǎng)計量點(diǎn)與關(guān)口計量點(diǎn)，且發(fā)揮補償電價(jià)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(shí)，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(shí)通信的效果。一般項目接入等級達到 10KV 的情況下，需要在關(guān)口計量處設置綜合性能優(yōu)良的電能表，做好裝置規格與型號的選擇。計量點(diǎn)設置的計量裝置，配置和技術(shù)均要滿(mǎn)足相關(guān)技術(shù)標準和流程，且不得低于二類(lèi)電能計量裝置標準。裝置接入設計時(shí)，應保證不會(huì )對信息采集質(zhì)量產(chǎn)生干擾，對計量關(guān)口搭配專(zhuān)門(mén)的采集終端，并由終端來(lái)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(wú)線(xiàn)采集的方式來(lái)獲取信息。110KV 等級電壓接入，應選擇專(zhuān)門(mén)的計量繞組，嚴禁將不相關(guān)的設備接入。另外，計量裝置應配置專(zhuān)門(mén)的柜箱，假如設置有電流互感器，還需要進(jìn)行分柜處理。 

3.1 統購統銷(xiāo)運營(yíng)模式

3.1.1 110kV 接入

10kV 分布式光伏發(fā)電統購統銷(xiāo)接入公共電網(wǎng)的光伏電站，應選擇高壓計量方案，將關(guān)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(guān)口計量點(diǎn)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(guò)專(zhuān)用關(guān)口計量電能表來(lái)實(shí)現電價(jià)補償與關(guān)口電費的計量。

3.1.2 380/220V 接入

380/220V 分布式光伏發(fā)電統購統銷(xiāo)接入公共電網(wǎng)的光伏電站，應選擇抵壓計量方案，將關(guān)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(xiàn)（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(lái)設置上、下網(wǎng)關(guān)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(xiàn)路損耗。并且對于單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接入容量不足 100kW 的，不對光伏發(fā)電企業(yè)功率因素進(jìn)行監測。

電網(wǎng)企業(yè)來(lái)就統購統銷(xiāo)發(fā)電量進(jìn)行結算，需要對營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)應用系統中建立一個(gè)對應的發(fā)電用戶(hù)檔案，并將電能表示數類(lèi)型設置成“反向有功總"，負責對上網(wǎng)電量進(jìn)行計量，并以當地光伏電站上網(wǎng)電價(jià)政策為依據計算上網(wǎng)電價(jià)。而對于單個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)接入容量達到 100kW 的，需要對光伏發(fā)電項目功率因數進(jìn)行監測。另外，如果光伏發(fā)電項目業(yè)主并非用電用戶(hù)，則需要對營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)應用系統中建立一個(gè)對應的用電用戶(hù)檔案。而如果項目業(yè)主為用電用戶(hù)，則需要對營(yíng)銷(xiāo)業(yè)務(wù)應用系統中用電用戶(hù)檔案內增設一個(gè)計量點(diǎn)。

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(jìn)行項目電能計量時(shí)，需要設置關(guān)口計量電能表與并網(wǎng)電能表，前者用于計量用戶(hù)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(guān)口計量電能表具有支持正反向計量、整點(diǎn)電量?jì)鼋Y以及分時(shí)計量等功能，此外還可以測量電流、電 壓、功率、功率因數。通過(guò)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(hù)上網(wǎng)電量（E2）、下網(wǎng)電量（E3）可以通過(guò)關(guān)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(hù)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)需要對每個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)設置單套并網(wǎng)電能表，并按照專(zhuān)業(yè)標準對產(chǎn)權分界點(diǎn)來(lái)設置計量表。而在余量上網(wǎng)時(shí)，需要對每個(gè)并網(wǎng)點(diǎn)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(diǎn)還需要根據用戶(hù)和業(yè)主的協(xié)議來(lái)設置關(guān)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(guān)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(shí)相關(guān)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)電系統多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在8kW左右。戶(hù)用光伏電站今年發(fā)展非常迅猛，根據國家能源局網(wǎng)站提供的數據，截至2021年6月底，全國累計納入2021年國家財政補貼規模戶(hù)用光伏項目裝機容量為586.14萬(wàn)千瓦，這相當于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(lèi)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。光伏電站規模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來(lái)說(shuō)，通過(guò)云平臺來(lái)管理此類(lèi)光伏電站非常有必要，安科瑞在這類(lèi)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)

       根據國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，這類(lèi)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(diǎn)，計量點(diǎn)設置除應考慮產(chǎn)權分界點(diǎn)外，還應考慮分布式電源出口與用戶(hù)自用電線(xiàn)路處。每個(gè)計量點(diǎn)均應裝設雙向電能計量裝置，其設備配置和技術(shù)要求符合DL/T 448的相關(guān)規定，以及相關(guān)標準、規程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應滿(mǎn)足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)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(shí)現用電信息的遠程自動(dòng)采集。

       光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過(guò)匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實(shí)現自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計量電表用于計量光伏發(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量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數據均應上傳供電部門(mén)用電信息采集系統，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結算。

       部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監測并網(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，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類(lèi)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模適中，可通過(guò)云平臺采用光伏發(fā)電數據和儲能系統運行數據，安科瑞在這類(lèi)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《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項目建設有關(guān)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(mǎn)足單點(diǎn)并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶(hù)用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術(shù)要求的前提下，通過(guò)內部多點(diǎn)接入配電系統。

       此類(lèi)分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過(guò)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(mén)對于此規模的分布式光伏電站穩控系統、電能質(zhì)量以及和調度的通信要求都比較高。

       光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監測并網(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，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監測裝置。

       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(guò)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(jīng)過(guò)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，對于傳統電能項目來(lái)講具有較強的補充效果，緩解電能資源不足的難題，同時(shí)更符合綠色持續發(fā)展理念。為進(jìn)一步推動(dòng)光伏發(fā)電項目的發(fā)展，必須要做好電能計量工作，不斷總結實(shí)踐經(jīng)驗，來(lái)為后續的管理工作提供可靠指導。

 

[1]趙瀟逸，楊德超.分布式光伏發(fā)電項目電能計量及接線(xiàn)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(jiǎn)介：韓歡慶，女，安科瑞電氣股份有限公司，主要從事無(wú)線(xiàn)測溫系統的研發(fā)與應用