分布式能源接入电力系统的新型计量系统

分布式能源接入电力系统的新型计量系统

王瑞莹刘艺歌王聘乐

（国网河南省电力公司延津县供电公司453200）

摘要：分布式能源具有便捷和本地部署方便等特点，易将其直接融入到智能变电站运行中。智能变电站在站内设备、层间通信与运维管理等方面取得较大进展，但厂站对主站的支撑能力仍有待提升，尤其是在电网新业务融合等方面还需要进一步改进。新能源系统、储能设备等设备接入到电力系统中，电网中的谐波含量大大增加，传统的电能计量系统已经无法满足多能源接入电网的计量需求。基于此，本文主要对分布式能源接入电力系统的新型计量系统进行分析探讨。

关键词：分布式能源；接入电力系统；新型计量系统

1、前言

电能量计量系统主要实现电厂上网、下网和联络线关口点电能量的计量，分时段存储、采集和处理，为结算和分析提供基本数据。随着电网日新月异的发展，特别是新能源系统接入到电力系统后，大量非线性元件的引入导致电网中的谐波含量增加，造成计量不准确。与此同时，新能源并网同样会对电网波形的频率和相位造成一定的影响。此外，谐波会造成用户用电设备的使用寿命降低，而在常用的基波或全波电能计量方式下，计量用户用电数据时不能区别谐波电能，会造成线性用户和电力部门的损失。因此，寻找一种新型计量系统，这种系统能够消除电网谐波的干扰，实现快速而准确的计量非常必要。

2、电能计量技术

电能计量在电能市场中相当于一个度量物体。而随着经济发展的迅速增长和改革的进一步深入以及各个电力市场的慢慢建立，一定会对电网的运营和管理提出新的要求。而且，随着企业的不断增加，其用电需求也不断增强，建设现代化的电力负荷管理系统是不可阻挡的。每个供电公司都有电力营销部门负责电量电费管理等日常管理工作。为了监视客户用电的变化，电力负荷管理系统必须对电力客户可进行实时监控，同时对欠费客户报警和进行有效的控制，对用电的用户进行实时用电的计量等。

智能电网中的配电自动化系统包括配电系统管理、与用户的交互和系统监视与控制。它采用的控制技术是IP技术，注重多个方面例如说：数据模型的建立、通信服务的扩展与系统接口的标准化。现在的智能配电自动化控制系统中，其发展的着重点是：全新的无功和电压控制系统、全新的停运相应系统、配电快速仿真系统、控制电能质量系统等等。这些系统需要更高的设备要求才能保证其合理运行。因为智能控制系统在很多方面都可以使用，系统对电网电能质量的要求增加了，不仅要控制，同时还要兼顾到用户要求，因为用户可以控制智能电表了解系统电能质量。智能型配电自动化可以通过实时电价，激勘用户参与电力系统的电能质量调节控制中；可以尽量就地平衡分布式发电电能，有助于可再生能源优化利用和电网节能损耗；可以辅助实施电压的无功优化；一个配电系统在紧急状态下可以自行编程，用来保证对一些很重要的用电设备持续不断供电。

综上所述，为了适应智能电网，传统电表已不得不被替换，计量系统不得不改变，只有这样才能实现抄表的数据实时采集、自动传送，才能使负荷管理真正产生作用，为进一步研究智能电网做准备。

3、新型电网电量计量方法

针对新能源发电系统并网时对系统产生的电能质量的改变，所述新型电能计量系统是在传统电能计量结构上的改进，传统电能计量结构如图1（a）、（b）所示。

图1传统电能计量结构

传统的模拟电能计量系统或近来流行的数字电能计量系统对电能的计量形式大多都是针对基波电能或是全波电能，没有考虑分布式新能源接入后谐波对电能计量的影响。基于此，本文在传统的计量系统中增加谐波计量模块作为改进。所改进的环节如图2中红色部分标出，一方面在智能计量仪表中增加谐波计量模块，其用于精确测量非线性用户产生的谐波；另一方面与电力部门进行信息交互，对电网调度和电力市场提供指导。图3为在图2的基础上提出的一个简易的改进计量结构图，其在传统的计量模式下考虑了新能源发电系统和遥测系统以及相应增加的谐波计量单元和计量数据库对计量得到的数据进行处理和分析，最后进行用电节能诊断。

图2分布式能源对电能计量的影响

图3，计量结构图

3.1新能源计量遥测系统

这种新型新能源计量遥测系统的关键就是远程自动化抄表系统，而远程自动抄表系统的主要部件是抄表集中器、抄表中继器、采集器和中央信息处理机四部分。

自动化抄表最为关键的就是其通道，一般采用电量远程传输通信信道。按照通信方法的不同，远程自动化抄表系统可以分为多种类型。其中按通信介质分为有线的远程抄表和无线的远程抄表。按通信手段分为载波式远程抄表和总线式远程抄表。常用的三种简单抄表方法如下。

A．有线远程自动化抄表

该系统的构成有两大部分：一部分是数据传输读取终端和微型计算机，连通它们的是RS232接口；另一部分是用户端，主要通过单片机模块进行控制。

B．无线远程自动化抄表

无线远程自动化抄表系统一般通过无线信号来实现远距离传送数据，其结构图如图4所示。

图4，远程自动抄表系统结构图

C．电能采集与传输方式

这种抄表方法是利用集中式脉冲系统方式和分布式直接传输方式。依据新能源发电系统的特性，适用于中小电力用户，在每个数据模块都连接有通信接口，而且可以相互传输数据和指令，最终用主数控平台进行总的控制。

3.2电能计量检验装置

A．虚负荷法和实负荷法

根据检验装置使用电源的不同，检验方法分为虚负荷法和实负荷法。实验室常用的检验装置为虚负荷法装置，实负荷法装置主要用于交流电能表的现场检验。采用实负荷法的检验装置中，电能表和功率表所测量的电能和功率，与负荷实际消耗或电源的实际供给的电能和功率是一致的，流过仪表电流回路的电流是由加于对应电压回路上的电压在负荷上所产生的电流。

B．数字程控型检验装置的组成和原理

数字程控型电能表检验装置主要由主控单片机、程控电源、标准电能表、误差计算器等几部分组成。此外，装置还有带显示器的键盘、打印机，并可和PC机通信。

数字程控电源由信号产生、功率放大、输出控制三大部分组成。信号电路用来产生多相正弦谐波信号，并完成对信号的频率相位和幅度的调节；输出控制电路完成对输出的启停、切换、保护等。通过新型计量方法可以逐步解决系统间接口编码不统一而导致的编码对照无法维护的问题，通过统一图模一体化接口可以解决网络拓扑统一数据源问题，进而解决线损模型、停复电管理诸多难题。

4、结语

我国能源和负荷分布不均衡，电力需长距离传输、大范围配置，电力能源结构仍以火电为主，分布式能源应用较少。随着电力需求的不断扩大，发展分布式能源并网，研究基于分布式能源接入的电力系统的计量系统，对提高电网稳定性、降低电能传输损耗具有重要意义。

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