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浅谈分布式光伏发电项目的电能计量及影响研究

发布时间: 2021-11-26  点击次数: 397次
安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定201801
 
摘 要:光伏发电项目在近年来发展越来越迅速,对补充电网供电具有重要作用。对实际发展现状来看,面对光伏发电项目的发展,要做好电能计量管理工作,其直接影响着用户和发电项目的经济效益,并且对电力市场也会产生一定影响。确定光伏发电项目并网对电网运行带来的影响,且确定其电能计量要求与要点,通过可靠控制,来推动我国整个电力行业的健康发展。
关键词:光伏发电;电能计量;并网

0 引言

近年来因为光伏发电组件成本降低,以及政府政策鼓励等因素的推动,我国分布式光伏发电项目不断增多。而在分布式光伏发电快速发展的情况下,怎样正确剂量项目发电量、上网电量与下网电量,是影响光伏发电并网质量与项目经济效益的关键,要提高对此方面的重视,并制定科学方案,通过有效措施进行管理优化。 

1 分布式光伏发电项目

光伏发电主要是通过光生伏打效应,由太阳照射特殊物质,促使其内部部分粒子吸收一定光子,并按照一定方向移动来产生电势能,达到光能向电势能转换发电的效果。一般分布式光伏发电系统主要包括太阳能电池板、蓄电池、控制器、直流配电箱与交流配电箱等几部分。分布式光伏发电分为并网发电与独立式发电两种,并网发电即利用标准接口与公用电网连接,类似于一个小型发电厂。其通过光伏数组来将接受到的太阳辐射能量转换成高压直流电,并通过逆变器逆变处理后向电网输出与电网相同电压的正弦交流电流[1]。与并网发电系统不同的独立式发电系统,其是在闭路系统内形成电路,由光伏数组将接收到的太阳辐射能量转换成电能供给负载,而对于的能量则是通过充电控制器处理后,被以化学能的形式存储在蓄电池内。 

2 分布式光伏发电项目电能计量要点

2.1 确定电能计量方案
光伏发电电能计量需要根据实际形式来确定相应的计量方法,且发电量需要单独计算。以国家相关规定作为依据,完成上网电价与电网电价的计算,同时还要对电能剂量表进行分类,包括关口计量和并网计量两种。关口计量的范围包括公共电网与用户二者之间上网和下网电量计算,并网发电量以及电价补贴则可以通过电能表来计量,假如为自发自用模式,则是针对上网和自发电量二者差值进行计量。
其中,需要格外注意与配电网连接的光伏发电项目电能计量,要明确上网电量计量点和下网电量计量点,一般可以按照产权分界点来进行设置。在实际操作中,多选择专业计量装置来进行关口计量,然后将得到的所有数据信息传输给管理部门,完成统计分析。另外,对于部分设置有升压站的光伏发电项目,电能计量点为升压站高压一侧节点。相对应的无升压站的光伏发电项目,并网点为输出汇总点。
2.2 计量点设置基本原则
进行分布式光伏发电项目电能计量,核心要求就是不会对用户以及项目的经济效益产生影响,做好用户和电力公司的权益保护。因此在设置计量点时,必须要严格按照专业原则来进行。第一,光伏电并网时,需要对合理位置科学设置计量点,一般应保证计量点位置的可寻找性、便利性与可操作性,适合进行电能大小的计量,作为每个阶段电力用户消耗电力清点的对象,同时还可以通过其来进行电价补偿统计。但是要注意不同区域之间的差异,结合实际用电情况,对电价差异与产权主体电量大小进行合理区分。第二,发电上网分布式光伏电并网应设置贸易阶段关口计量点,为上、下电网间贸易情况进行有效结算。在对此类计量点设置时,应将计量点设置在产权分解处,如果遇到无法设置的情况,则应在附近位置寻找设置合理的位置,而设置在其他位置产生的线路损耗需要由产权所有者承担。第三,应用统购运营模式时,可以采用统一的方法来设置并网计量点与关口计量点,且发挥补偿电价差值与电费计算功能。
2.3 电能计量装置确定
在确定分布式光伏发电项目电能计量装置时,必须要确保其具有较高的可靠性与准确性,且可以达到及时通信的效果。一般项目接入等级达到 10KV 的情况下,需要在关口计量处设置综合性能优良的电能表,做好装置规格与型号的选择。计量点设置的计量装置,配置和技术均要满足相关技术标准和流程,且不得低于二类电能计量装置标准。装置接入设计时,应保证不会对信息采集质量产生干扰,对计量关口搭配专门的采集终端,并由终端来支撑一定数量的采集系统。如果接入电压等级为 380KV,可以选择无线采集的方式来获取信息。110KV 等级电压接入,应选择专门的计量绕组,严禁将不相关的设备接入。另外,计量装置应配置专门的柜箱,假如设置有电流互感器,还需要进行分柜处理。 

3 分布式光伏发电项目电能计量方案

3.1 统购统销运营模式
3.1.1 110kV 接入
10kV 分布式光伏发电统购统销接入公共电网的光伏电站,应选择高压计量方案,将关口电能计量装置设置在电力设施产权分界处,并配置三相多功能双向电能表与负荷管理终端。且关口计量点还需要设置型号、规格以及准确度相同的电能表主、副各一套,通过专用关口计量电能表来实现电价补偿与关口电费的计量。
3.1.2 380/220V 接入
380/220V 分布式光伏发电统购统销接入公共电网的光伏电站,应选择抵压计量方案,将关口电能计量装置设置在电力设施产权分界处,并配置三相四线(单相)智能电能表与Ⅱ型集中抄表集中器,负责对电流、电量、电压等信息的采集。而对于电能量计量表可以采用合一的方式设置,并以并网电能表的方式来设置上、下网关口计量电能表。对于此种电压等级的光伏电站,下网电量为逆变器和线路损耗。并且对于单个并网点接入容量不足 100kW 的,不对光伏发电企业功率因素进行监测。
电网企业来就统购统销发电量进行结算,需要对营销业务应用系统中建立一个对应的发电用户档案,并将电能表示数类型设置成“反向有功总",负责对上网电量进行计量,并以当地光伏电站上网电价政策为依据计算上网电价。而对于单个并网点接入容量达到 100kW 的,需要对光伏发电项目功率因数进行监测。另外,如果光伏发电项目业主并非用电用户,则需要对营销业务应用系统中建立一个对应的用电用户档案。而如果项目业主为用电用户,则需要对营销业务应用系统中用电用户档案内增设一个计量点。
3.2 自发自用,余量上网模式
对于分布式光伏发电自发自用,余量上网模式,在进行项目电能计量时,需要设置关口计量电能表与并网电能表,前者用于计量用户和电网间上、下网电量,后者用于光伏发电计费补偿。并且,要求所设置的关口计量电能表具有支持正反向计量、整点电量冻结以及分时计量等功能,此外还可以测量电流、电 压、功率、功率因数。通过并网电能表计量便可得到分布式光伏发电电量(E1),而用户上网电量(E2)、下网电量(E3)可以通过关口计量电能表计量得到,最后根据上述计量结果便可得到用户自发自用电量,相互之间的关系为:E4=E1-E3。
在自发自用时需要对每个并网点设置单套并网电能表,并按照专业标准对产权分界点来设置计量表。而在余量上网时,需要对每个并网点均设置单套并网电能表,并与计费补偿。且对于产权分界点还需要根据用户和业主的协议来设置关口计量电能表,其中 10kV 按照主、副模式配置,380V 按照单表配置。要求 10kV 关口计量电能表与并网电能表具有较高精度,且不得低于 0.5S 级,同时相关电流互感器精度不得低于 0.2S 级、电压互感器精度不得低于 0.2 级。

4 安科瑞光伏电站电力监控装置及解决方案

4.1 交流220V并网
       交流220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电,装机功率在8kW左右。户用光伏电站今年发展非常迅猛,根据国家能源局网站提供的数据,截至2021年6月底,全国累计纳入2021年国家财政补贴规模户用光伏项目装机容量为586.14万千瓦,这相当于6个月在居民屋顶建造了四分之一个三峡水电站。
       部分小型光伏电站为自发自用,余电不上网模式,这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置,避免往电网输送电能。光伏电站规模较小,而且比较分散,对于光伏电站的管理者来说,通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要,安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面:
4.2 交流380V并网
       根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》,8kW~400kW可380V并网,这类分布式光伏多为工商业企业屋顶光伏,自发自用,余电上网。分布式光伏接入配电网前,应明确计量点,计量点设置除应考虑产权分界点外,还应考虑分布式电源出口与用户自用电线路处。每个计量点均应装设双向电能计量装置,其设备配置和技术要求符合DL/T 448的相关规定,以及相关标准、规程要求。电能表采用智能电能表,技术性能应满足国家电网公司关于智能电能表的相关标准。用于结算和考核的分布式电源计量装置,应安装采集设备,接入用电信息采集系统,实现用电信息的远程自动采集。
       光伏阵列接入组串式光伏逆变器,或者通过汇流箱接入逆变器,然后接入企业380V电网,实现自发自用,余电上网。在380V并网点前需要安装计量电表用于计量光伏发电量,同时在企业电网和公共电网连接处也需要安装双向计量电表,用于计量企业上网电量,数据均应上传供电部门用电信息采集系统,用于光伏发电补贴和上网电量结算。
       部分光伏电站并网点需要监测并网点电能质量,包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等,需要安装单独的电能质量监测装置。部分光伏电站为自发自用,余电不上网模式,这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置,避免往电网输送电能。
       这种并网模式单体光伏电站规模适中,可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据,安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面:
4.3 10kV或35kV并网
       根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项通知》(国发新能〔2019〕49号),对于需要国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目,需要满足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用的要求,支持在符合电网运行安全技术要求的前提下,通过内部多点接入配电系统。
       此类分布式光伏装机容量一般比较大,需要通过升压变压器升压后接入电网。由于装机容量较大,可能对公共电网造成比较大的干扰,因此供电部门对于此规模的分布式光伏电站稳控系统、电能质量以及和调度的通信要求都比较高。
       光伏电站并网点需要监测并网点电能质量,包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等,需要安装单独的电能质量监测装置。
       上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图,光伏阵列接入光伏汇流箱,经过直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情况可不设置),最后经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。由于光伏电站装机容量比较大,涉及到的保护和测控设备比较多,主要如下表:

5 结束语

       光伏发电作为新能源项目,对于传统电能项目来讲具有较强的补充效果,缓解电能资源不足的难题,同时更符合绿色持续发展理念。为进一步推动光伏发电项目的发展,必须要做好电能计量工作,不断总结实践经验,来为后续的管理工作提供可靠指导。
 
【参考文献】
[1]赵潇逸,杨德超.分布式光伏发电项目电能计量及接线分析[J].信息记录材料,2017,18(10):21-22.
[2]李鹏.分布式光伏发电项目的电能计量及影响研究.
[3]安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.
 
作者简介:何花,女,安科瑞电气股份有限公司,主要从事无线测温系统的研发与应用
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