分布式光伏发电并网计量点配置研究

发布时间：2021-12-15所属分类：电工职称论文浏览：1次

摘 要： 摘要：合理选取与配置分布式光伏发电并网的计量点，对上下网电量、发电量的准确计算和计量装置的安全稳定运行有着非常重要的影响。介绍了分布式光伏发电系统的背景与原理，并分析了分布式光伏发电并网存在的问题。结合分布式光伏发电特点与电能计量点的设置原则，详细

　　摘要：合理选取与配置分布式光伏发电并网的计量点，对上下网电量、发电量的准确计算和计量装置的安全稳定运行有着非常重要的影响。介绍了分布式光伏发电系统的背景与原理，并分析了分布式光伏发电并网存在的问题。结合分布式光伏发电特点与电能计量点的设置原则，详细研究了分布式光伏发电高/低压并网以及不同运营模式下的并网计量点与关口计量点的选取与设置问题。针对可能出现的光伏并网用户窃电的情况进行原理分析与实验验证，并提出了解决办法。

　　关键词：分布式光伏发电;并网;并网计量点;防窃电

　　随着近代工业的飞速发展，一次能源的枯竭成为一个无法回避的问题。近年来，国内外都积极发展新能源，核电、风电、太阳能、潮汐发电等。分布式清洁能源[1]是当今世界新能源利用的新方向，具有广阔的发展前景，其中分布式光伏发电作为新能源的重要组成部分，以其独有的环保性和经济性以及投资省、发电方式灵活、与环境兼容等特点与大电网联合运行。国家公布的相关规划提出，2015年分布式光伏发电要达到1 000万kW。同时，明确提出鼓励在中东部地区建设与建筑结合的分布式光伏发电系统。由此可见，分布式光伏发电是未来的重要发展方向。

　　分布式光伏发电特指采用光伏组件将太阳能直接转换为电能的分布式发电系统，它是一种新型的、具有广阔发展前景的发电和能源综合利用方式，它倡导就近发电、就近并网、就近转换、就近使用的原则，不仅能够有效提高同等规模光伏发电站的发电量，同时还有效解决了电力在升压及长途运输中的损耗问题[2]。目前应用最为广泛的分布式光伏发电系统，是建在城市建筑物屋顶的光伏发电项目。该类项目必须接入公共电网，与公共电网一起为附近的用户供电。

　　当前，对分布式光伏发电技术系统本身的研究已经得到了广泛的重视，然而对于分布式光伏发电站并网计量点的选取与设置等问题的研究和实际应用还不够深入，而这些问题的解决对于分布式光伏发电技术今后的实际并网应用极其重要。分布式光伏发电并网后将对整个电力系统的运行、控制、保护、运营、计量与贸易结算管理等各方面产生巨大的影响，将彻底改变传统电力系统的规划、调度、计量管理方式，使电网结构更加复杂化。以往对电力系统的一些研究并没有考虑分布式光伏发电技术对计量的影响因素，现在必须进行深入研究。

　　本文对分布式光伏发电站并网计量点的选取与配置等相关问题进行了深入研究，以更好地支持分布式光伏发电站科学设置计量点、合理配置光伏发电计量装置。此外，本文还针对可能出现的光伏并网用户骗取国家补贴的情况，对光伏窃电进行了原理分析与实验验证，并提出了防窃电的措施。

　　1 分布式光伏发电及并网

　　1.1 分布式光伏发电典型结构

　　分布式光伏发电系统的基本设备包括光伏电池组件、光伏方阵支架、直流汇流箱、直流配电柜、并网逆变器、交流配电柜等设备，另外还有供电系统监控装置和环境监测装置，如图1所示，其运行模式是在有太阳辐射条件下，光伏发电系统的太阳能电池组件将太阳能转换输出的电能，经过直流汇流箱集中送入直流配电柜，由并网逆变器逆变成交流电供给建筑自身负载，多余或不足的电力通过联接电网来调节。其中，太阳能电池组件将太阳能转换为电能的基本原理为“光伏效应”，即一些特殊半导体物质受到太阳光照射后部分粒子吸收光子移动，产生电势能，将光能转化为电能。

　　1.2 分布式光伏发电并网影响

　　分布式光伏发电以分布式发电形式接入公共电网，大量光伏的接入使得公共电网系统从放射状结构变为多电源结构，配网潮流的大小和方向有可能发生显著改变，将对电力系统尤其是公共电网的静态特性、继电保护和电能质量产生影响，主要体现在以下4个方面[3]。

　　(1)对电网规划产生影响。负荷预测是电网规划设计的基础，能否准确地预测负荷是电网规划的前提条件。分布式光伏的并网，加大了其所在区域的负荷预测难度，改变了既有的负荷增长模式。

　　(2)对电能质量产生影响。分布式光伏接入的重要影响是造成馈线上的电压分布改变，其影响的大小与接入容量、接入位置密切相关。光伏发电一般通过逆变器接入电网，这类电力电子器件的频繁开通和关断，容易产生谐波污染。

　　(3)对继电保护的影响。我国的配电网大多为单电源放射状结构，多采用速断、限时速断保护形式，不具备方向性。这种保护方式在现有的辐射型配电网上能够有效地保护全部线路，但是，在配电网中接入分布式电源后，其注入功率会使继电保护范围缩小，不能可靠地保护整体线路，甚至在其他并联分支故障时，引起安装分布式光伏的继电保护误动作。

　　(4)对电能计量的影响。分布式光伏发电系统并入公共电网之前，公共电网中电能的流向基本是单一方向的。光伏发电系统接入电网后，改变了原来电网到负荷的那一刻的功率潮流分布，传统的单向电能计量方式已不再适用，因此需将原有的电能计量模式由单向改为双向计量模式[4]。此外，一方面，分布式光伏发电站并网计量点的选取与配置对并网发电和计量服务也有一定的要求;另一方面，由于分布式光伏发电系统的发电成本仍然较高，如何在计量系统中合理地反映电价差别，也需重新考虑。

　　分布式光伏并网对电能质量、继电保护、电能计量等方面的影响，已有比较深入的研究[5—6]，而对光伏并网电能计量这方面的研究与探讨还比较少，相对欠缺。本文的主要工作就是针对分布式光伏发电站并网计量点的选取与配置等问题进行深入研究。

　　2 分布式光伏发电并网计量点配置研究

　　2.1 计量点设置原则

　　电能计量点是输、配电线路中装接电能计量装置的相应位置。在电网中若电能计量点不完善，便不能准确计算发、供、用电成本，给用电客户和供电企业都会带来不便与麻烦。因此，为保障用户和电力公司的合法经济利益，合理选取和设置分布式光伏发电站并网计量点具有重要意义。

　　(1)分布式光伏发电并入电网时，应设置并网计量点，用于光伏发电量统计和电价补偿。并网计量点的设置应能区分不同电价和产权主体的电量。

　　(2)发电上网的分布式光伏发电并网还应设置贸易结算关口计量点，用于上、下网电量的贸易结算。通常，确定关口计量点的基本原则为：贸易结算用的电能计量装置原则上应设置在供用电设施产权分界处。如果产权分界处不具备装设电能计量装置的条件，或为了方便管理将电能计量装置设置在其他合适位置的，其线路损耗由产权所有者承担。在受电变压器低压侧计量的高压供电，应加计变压器损耗[7]。

　　(3)分布式光伏发电接入公共电网的公共连接点也应设置计量点，用于考核电量和线损指标。

　　(4)若分布式光伏发电并网采用统购统销运营模式时，并网计量点和关口计量点可合一设置，同时完成电价补偿计算和关口电费计量功能，电能计量装置按关口计量点的要求配置。

　　2.2 典型计量点设置方案

　　一个带本地负载的光伏并网发电系统简化如图 2所示，A、B、C这3点分别代表光伏并网逆变器输出端、电网端、负载端;SA、SB、SC分别是 3 点的功率;M 点是公共连接点。在进行并网计量点选择时，通常根据分布式光伏发电系统中A、B、C、M点的位置分布并结合实际情况，选取合适的位置分别设置计量用的并网点和关口点。

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　　对于分布式光伏发电接入的电压等级应按照安全性、灵活性、经济性的原则，根据分布式光伏发电容量、导线载流量、上级变压器及线路可接纳能力、地区配电网情况综合比较后确定，可分为低压并网和高压并网 2 类。按照运营模式又可分为统购统销、自发自用/余电上网，对应的计量点的选取与设置分以下4种类型。

　　(1)低压并网统购统销

　　分布式光伏发电低压并网且采用统购统销运营模式时，并网点和关口点可合一设置，如图3中所示的B点，同时完成电价补偿计算和关口电费计量，电能计量装置按关口计量点的要求配置。

　　(2)低压并网自发自用/余电上网

　　分布式光伏发电低压并网且采用自发自用/余电上网运营模式时，并网点和关口点分别设置在图 4所示的A点和B点。

　　(3)高压并网统购统销

　　分布式光伏发电高压并网且采用统购统销运营模式时，并网点和关口点可合一设置，如图5中所示的B点，同时完成电价补偿计算和关口电费计量，电能计量装置按关口计量点的要求配置。

　　(4)自发自用/余电上网高压并网

　　分布式光伏发电高压并网且采用自发自用/余电上网运营模式时，并网点和关口点分别设置在图 6所示的A点和B点。

　　3 分布式光伏发电并网窃电研究

　　由于分布式光伏发电的入网门槛较低，以及国家度电补贴政策的利润诱惑，有可能存在不法的分布式光伏项目业主为骗取补贴而自行更改接线，造成电能计量表虚高的情况。

　　3.1 窃电原理分析

　　光伏用户通过在并网出口计费电能表后引入市电的方式骗取国家电价补贴，窃电电路原理图从略。

　　用户通过调整其内部接线方式，当负载消耗的功率大于光伏发电功率时，将市电通过交流引回至关口表前，将负载消耗的市电冒充分布式电源的发电量。该电路接线方式相当于使关口计量表的电流虚高，从而使光伏发电量虚高以骗取国家补贴。

　　3.2 模拟实验分析

　　本文对上述接线方式进行了模拟试验。试验结果如表1所示。

　　对比未窃电电能表和窃电电能表，两者测量的发电有功差值为 1.19 kWh，，占实际电量的 38.9%，该部分电能为虚高的电能，与理论计算结果相符。试验结果表明，通过这种私改接线方式，关口表计量数据偏高，不法用户可获取额外的补贴。

　　3.3 防窃电措施

　　为预防可能存在的分布式光伏并网业主窃电行为，规范用电市场以及调整供电秩序，本文从以下几个方面提出了防窃电措施。

　　一是加大智能电能表推广应用，对所有光伏项目发电计量点安装智能表，确保对采集数据的实时在线监测。

　　二是对已投运低压光伏项目，加大现场用电检查力度，缩短用电检查周期，重点关注关口表前后接线。

　　三是利用现有用电信息采集和稽查监控系统，结合日照情况、关口表电量、总表电量，单独对光伏发电项目相关数据进行跟踪分析，设置报警阈值，实施常态监控。

　　四是进一步加强装表接电管理，对光伏项目发电出口电能表均安装用电信息采集系统，并通过规范化走线、表箱、封签等硬件手段防范此种行为发生。

　　五是可以在同一地区建立若干个光伏发电量的参考站点，对于偏离参考站点过多的计量表进行重点稽查。

　　六是可在逆变器输出线中叠加入特定的载波信号，同时计量表中增加载波信号识别模块。如：对私改接线的情况，计量表进线中无载波信号，计量表不工作，同时电能采集终端发送报警信息。

　　七是进一步深入分析并开展技术研究，以现有用电信息采集系统为基础，研究开发软件防范功能和硬件防范设备。

　　4 结束语

　　为适应当前分布式光伏发电受国家政策鼓励即将大量增加的趋势和要求，以及为完善分布式光伏发电并网计量管理相关的技术支持与标准规范，本文针对高/低压并网以及统购统销、自发自用/余电上网等不同运营模式，对分布式光伏发电站并网计量点的选取与配置进行了分析与研究，为促进分布式光伏发电准确计量与公平结算，为光伏并网和计量服务提供了技术支撑，以保障用户和电力企业的合法经济利益。另外，针对光伏发电并网可能存在的用户窃电行为，本文对光伏窃电原理及实验验证进行了分析，并提出了对应的解决措施，有利于规范用电市场以及调整供电秩序。——论文作者：王忠东，黄奇峰，赵双双，杨世海，陈铭明

　　D 参考文献：

　　[1] 徐国智.分布式能源的作用与发展前景探析[J].电源技术应用,2013(5):372-373.

　　[2] 杨卫东,薛峰,徐泰山,等.光伏并网发电系统对电网的影响及相关需求分析[J].水电自动化与大坝监测,2009, 33(4):35-43.

　　[3] 杨素琴,韩念杭,罗念华.分布式发电系统并网影响研究综述[J].自动化与仪器仪表,2012(1):15-18.

　　[4] 殷杰,赵庚申,赵耀.光伏并网发电系统电能质量分析及双向计量方法的研究[C].北京:第12届中国光伏大会暨国际光伏展览会,2012.

　　[5] 陈海淼,段献忠,陈金富.分布式发电对配网静态电压稳定性的影响[J].电网技术，2006,30(19):27-30.

　　[6] 陈树勇,鲍海,吴春洋,等.分布式光伏发电并网功率直接控制方法[J].中国电机工程学报，2011,31(10)：6-11.

　　[7] 李杨，徐志艳.光伏发电并网及电能计量问题探究[J]. 科技前沿，2012(22)：61-71.