分布式电源接入用户及用户侧微电网双向电能计量研究

马勇

摘 要：随着国家清洁能源战略的大力推进，分布式电源近几年在国内得到了飞速的发展，分布式电力接入规模急剧增长。通过对分布式电源接入用户双向电能计量的分析，总结了当前分布式电源接入用户电能计量过程中的主要技术难点，以及为适应智能化发展，分布式电源接入用户的电能计量需做哪些调整。为解决我国分布式能源推进过程中的电能计量问题提供参考。

关键词：分布式电源；电能计量；微电网

中图分类号：TM933.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）20-0174-01

1 引言

电能计量是电力用户管理的基本条件之一，对于分布式电源的接入，首先需要确保其电能的精确计量[1]。但由于分布式电源具有大量不同于传统电力用户接入的特征，尤其是分布式电源用户要求双向计费，即在计量用户用电量的同时，还需要计量其作为电源时向电网输出的电能。另外，为了便于管理，还需要确保分布式电源电能计量的智能化和远程化。

本文首先根据分布式电源接入用户的特点分析了其电能双向计量的主要要求，并结合当前分布式电源接入用户电能计量的现状，总结了分布式电源用户接入过程中电能计量的主要技术难题。然后，结合当前智能化发展现状和趋势，分析了分布式电源接入过程中电能计量的智能化管理。

2 分布式电源接入用户双向电能计量需求分析

从我国目前的情况来看，分布式电源接入用户的电能计量要求可以大概归纳为以下两类：一类是分布式电源用户所有发电量均上网，这种情况下，不需要进行双向电能计量，只需要单向计量分布式电源的上网电量即可；另一类是“自发自用，余电上网”的模式，这也是目前绝大多数分布式电源的接入方式，在这种情况下，既需要计量用户的上网电量，还需要计量用户的用电量，也就是需要进行电能的双向计量。

为了实现电能计量和分布式微网的智能运行，不仅需要能够实时计量分布式电源接入用户的电能传输情况，还需要对用户的发电和用电行为进行智能分析，以实现对用户发电量和用电量的预测，从而实现电力微网的智能运行。这些需求都对分布式电源用户接入的电能计量提出了新的挑战。

3 分布式电源接入用户双向电能计量的技术难点分析

3.1 量程和精度

从已有的研究成果和实践经验来看，电能计量的进度受多种因素的影响，主要的包括电压、电流互感器误差，功率因素，外部环境，计量方式等。因为，我确保电能表的计量精度，需要根据特定的应用场景选择合适的互感器、计量方式等[2]。

分布式能源相较于传统能源有一个很大的不足在于，分布式能源通常具有较强的波动性和随机性。这就使得同一功率输出水平下，分布式能源的瞬时输出功率范围要远大于传统能源。为确保电能表的正常运行，就需要选择一个量程较宽的设备，这样才能满足不间断的电能计量。而由于在电能表中，电压、电流互感器具有一定的非线性，这使得电能表在低量程范围内的计量精度较低。因为对于分布式电源的电能计量需要选择一个量程较宽，而且精度等级较高的电能表，否则没法同时满足上述两个条件。

3.2 电能质量问题对电能表计量的影响

分布式能源由于波动大，而且随机性强，很难进行准确预测，这使得分布式能源的电能质量较差。具体表现在电流中谐波问题严重，电压波动较大等，这些都会对电能表的电能计量产生严重干扰。例如，对于分布式能源中的光伏发电系统，其接入电网会引起谐波污染，风力发电系统的接入則会引起电压的大范围波动问题，燃料电池的接入则可能会引起谐波污染和功率因素降低等。

4 精确的双向计量算法研究

正是由于分布式电源接入用户的电能计量存在上述种种技术难点，而随着分布式电源接入用户规模的急剧增长，使得其电能计量变得越来越重要，也受到了学术领域与工程领域的关注。大量学者和工程项目针对该问题展开了深入分析。

对于分布式电源接入用户，电能计量误差的主要原因在于非同步采样的泄露。吴振军[3]等人，通过总结现有分布式电源接入用户电能计量方法的优缺点，提出了一种固定采样频率条件下的电能计量方法，该电能计量方法可以在频率发生偏移的情况充分消除非同步采样导致的泄露误差，从而提高分布式电源接入用户的电能计量精度。并且在其文中的后续改进研究中，通过引入复化Simpson积分算法，进一步提高了分布式电源接入用户双向电能计量的精度，而且计算量增加较小，能够满足工程计算的要求，具有极强的实践应用价值。

史训涛[4]等人，针对分布式电源接入用户电能计量过程中谐波问题比较严重的问题，通过大量的实验探索和验证，归纳出了一组电能表在不同谐波强度下的计量特性系数，并通过多种评价方法和实验数据进行了验证，为分布式电源接入用户电能计量过程中谐波问题引起的误差提供了修正模型。实验数据显示，修正后的计量结果与实际电能吻合度较高，该计量特性系数为消除分布式电源接入用户电力计量过程中谐波问题的影响提供了一种很好的解决方法。将这一方法应用于工程实践，将对分布式电源微电网情况下的精确计量带来极大的方便。

未来的精确计量问题要针对分布式电源接人情况下的各种电能质量问题展开针对性的研究，提出满足不同用户需求的计量算法。同时，结合当前能源互联网和智能电网的发展趋势，对电能计量进行功能扩展，以适应智能化发展的需求。

5 双向电能计量的智能化分析

对于传统的电能表，其主要功能在于为电力用户与电网公司提供电能结算的依据，但随着分布式能源和能源互联网的发展，电能表的功能被极大的扩展。在具备原有基本计量功能的基础上，还需要具有较强的通讯能力、监测、控制能力等，只有具备这些能力才能实现智能化，以更好的服务于分布式能源的发展。

智能电表就是传统电能表朝着智能化发展的主要产品，它不仅具有电能计量的功能，同时还具有电力用户与电网信息交互的功能，可实时监控电力用户的用电情况，并可以根据需要实行远程自动控制。对于分布式电源接入用户的双向电能计量，为实现智能计量和管理，更需要进行智能化扩展，这样一方面可以充分发挥分布式能源削峰填谷的作用，同时还能大规模采集分布式能源的各种数据，以提高分布式能源的预测能力，从而提高分布式能源接入用户的电能计量精度。

6 结语

随着分布式能源的快速发展，分布式电源接入用户的规模将会呈现井喷式的增长，这对其接入过程中的双向电能计量提出了极为紧迫的要求。不仅需要研究分布式能源接入用户电能计量的各种技术难点，而且还需要尽快统一电能计量标准，对各类分布式电源接入的电能计量进行规范，以更好的服务于国家分布式能源发展战略，促进分布式能源快速有序发展。同时，为了适应当前和未来电力系统智能化管理的需求，需要在确保分布式电源接入用户双向电能计量需求的同时，充分考虑智能化通讯和管理的需求，以更好的发挥分布式能源在节能减排方面的优势。

参考文献

[1]申展，胡辉勇，雷金勇，等.分布式电源接入用户及用户侧微电网双向电能计量问题[J].南方电网技术，2015，（4）：14-21.

[2]周莉，刘开培.电能计量误差分析与电能计费问题的讨论[J].电工技术学报，2005，（2）：63-68.

[3]吴振军，冯为民，胡智宏，等.基于改进Simpson积分算法的电能计量方法[J].电力系统保护与控制，2012，（13）：14-18.

[4]史训涛，蒋金良，欧阳森，等.谐波情况下感应式电能表计量误差的校正模型[J].电力系统保护与控制，2011，（20）：106-110，130.endprint