摘要：随着分布式电源以及基于分布式电源的用户侧微电网的应用越来越广泛，用户与电网之间双向的电能流动使得传统的计量方式需要相应做出改变。分析了分布式电源接入用户及用户侧微电网双向计量的需求，重点讨论了分布式发电的独立计量方式，梳理了分布式发电并网引起的谐波、电压暂降、短时中断与闪变等电能质量问题对计量误差产生的影响，总结了智能电表通讯接口、协议、精确计量算法的现状和发展趋势以及智能电表在未来智能电网中的地位与作用，并提出了双向计量的模式和未来发展的方向。
关键词：分布式电源；双向计量；用户侧微电网
1背景概述
微电网技术是分布式可再生能源发电系统集成应用的核心之一，是智能电网建设的重要内容。在微电网的发展初期，对微电网研究大多关注与微电网规划、控制与运行相关的技术和设备研发，并通过示范工程对关键技术和设备进行功能的可行性验证。总结过去的科研项目和实践工作，可以发现存在两个方面的问题：一是与微电网相关的技术和设备的适用性存在着不足，无法适应以家庭、楼宇、小区为单元的用户侧微电网需求，也无法适应由于地域、环境和经济水平不同导致的对微电网需求的差异性；二是对工程的投入产出经济效益及后续推广的应用价值关注不够。本文介绍了用户侧微电网的特征及其基本结构，分析了用户侧微电网存在的问题与挑战，在此基础上阐述了用户侧微电网的关键技术。
2用户侧微电网关键技术
用户侧微电网的建设、推广依赖于与运营政策、规划设计、计量监控、控制保护以及能效管理等相关的一系列技术的发展和应用，用户侧微电网关键技术在很大程度上决定着用户侧微电网运行的效率和可靠性
2.1用户侧微电网优化运行与能效管理技术
（1）面向多类型用户的微电网优化运行与能效管理技术。研究基于不同地域气候特征下的可再生能源发电能力、用户用电负荷的统计学期望与用电行为规律，构建以经济效益最大化为目标函数的优化模型；研发高效能的优化算法，实现分布式电源发电计划与用户侧可控负荷运行策略的小时级、分钟级优化计算。
（2）面向多类型用户的微电网能量管理系统与能效管理终端。研发用户侧微电网能量管理系统和低成本嵌入式的用电能效管理终端，对接入的分布式电源及可控负荷进行有序调控，实现用户舒适度与能效管理提升率的有机平衡。上述研究为用户侧微电网的优化运行及能量管理提供依据。
（3）用户的互动用电行为特性及能耗分析方法。建立用户用电的行为特性模型，仿真研究用电需求变化和用电行为响应。研究用户能效检测技术及能耗计算方法，建立主要用电设备的能耗模型。
2.2用户侧微电网双向计量与监控技术
（1）用户侧微电网双向计量与监控一体化终端研发。研发具备双向高精度计量、电能质量监测等功能，并能实现对分布式电源、可控负荷及并网开关的监控的双向计量与监控一体化终端设备，可满足与其他能效管理终端、微电网能量管理系统的接口与响应要求。上述技术将为微电网的并网与规模化发展奠定基础。
（2）适用于用户侧微电网的双向计量技术与计费模式。考虑多种分布式电源接入情况下，微电网内电压波动、闪变、谐波、频率偏差等电能质量问题对计量精度的影响，研究适用于不同用户类型微电网的高精度双向计量方法。根据用户侧微电网的运营模式，实时统计用电数据，结合电价策略，提出合理的计费模式。
（3）考虑互操作性的用户侧微电网的监控与接口技术。研究分布式电源、储能单元、可控/不可控负荷的监控与接口技术要求。根据公共信息模型扩展导则和用户侧微电网的特点，研究用户侧微电网的公共信息模型。研究用户侧微电网内的通信协议，实现分布式能源、可控负荷、其他计量设备的通信互联；研究用户侧微电网与上级配电管理系统之间的通信协议，为实现微电网优化运行和分布式电源的远程监控提供技术保障。
2.3用户侧微电网的供电模式与规划设计方法
（1）用户侧微电网的规划设计。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆研究不同供电模式对应的用户侧微电网架构的规划与优化设计方法，包括给出不同微电网架构下的分布式光伏、储能及其他单元的约束条件，提出系统容量及配套分布式电源的选型、定容和布点原则，给出整体最优的规划设计方案。在用户侧微电网大规模建设和并网情况下，为有效改善配电网整体运行效益，提高系统稳定性，需研究多个用户侧微电网之间的协调规划。
（2）用户侧微电网的供电模式及系统架构。根据典型运营模式下的用户供电可靠性与经济性要求，基于典型用户的负荷特性与典型地域的气候特征，研究确定用户的微电网供电模式：分布式独立供电、互补供电、离网/并网切换供电和可动态重构供电，设计对应的规范化能量构架与通信架构。
2.4用户侧微电网的典型运营模式与技术经济评价方法
（1）考虑全寿命周期的用户侧微电网技术经济评价。研究微电网在典型商业运营模式下的投入产出模型；分析分布式电源多样性和能源结构、可再生分布式电源与储能系统的配比对微电网运营成本效益的影响；研究基于全寿命周期的用户侧微电网技术经济评价方法。上述研究是用户侧微电网商业运营的基础。
（2）用户侧微电网的商业运营模式。研究不同地域气候特征下不同类型用户的运营模式，建立以电网公司、用户或者第三方为投资主体的各种运营模式下利益相关方的资收益模型；研究适合现阶段社会发展现状的小区、企业等用户侧微电网典型运营模式。
（3）适用于用户侧微电网的激励机制与需求响应策略。研究各类需求响应策略对不同用户的用电负荷特性及分布式电源发电特性的影响，分析需求侧响应策略的作用效果；结合现阶段电网负荷特性和用户用电习惯，基于用户侧微电网典型运营模式，制定基于电价和激励机制的需求响应策略。
3微电网计量其他相关问题
3.1计量数据的通信传输
未来微电网很有可能积极发展需求响应第二技术以及有助于微电网的能效优化，这可能会对计量信息的多样性，以及实时数据传输处理提出新的挑战。我国境内需要结合目前国际先进的标准协议，以及国内的实际情况，制定出符合当前国情，又保留一定扩展空间的电脑数据采集协议，和数据传输协议，以及对未来新的微电网计量的需求。
3.2计量电表的精度和量程
电能计量的准确性与很多因素相关，比如电压互感器，电流互感器的规格、环境参数等。在安徽电网中有大量的分布式电源存在，和传统计量环境相比，分布式电源存在较大的波动性和随机性，而且输出功率的范围很大。因此，在微电网中应用的计量电表需要，比较宽的量程才能够满足其精确度。
3.3电能质量对计量的影响。
由于分布式电源主要以间接性可再生能源为主，导致发电波动比较大，而且负荷很不稳定，会使微电网中的电能质量比较突出。微电网中，谐波含量很大，对电能计量的影响也较显著，谐波对电能计量的影响主要体现在两个方面。第一，计量装量对谐波功率的影响特征；第二，谐波有功率不为零。
4结果与讨论
随着分布式发电的快速增长，双向计量的需求越来越急迫，需要制订规范的双向计量标准，统一各类分布式电源的双向计量及补贴计量规范，促进分布式发电快速有序的发展。目前的计量模式、计量方法需要根据分布式发电的需求做出调整，智能电表的功能需要按照满足电网与用户双向互动的需求而不断丰富，通讯手段也需要不断扩展，在满足双向计量、独立计量和数据采集与监控功能基础上，为用户与电网之间的双向互动提供通道，充分发挥智能电表在未来智能电网中的作用。
参考文献：
[1]高雄. 用户侧微电网双向计量终端及计量模式研究[D]. 浙江大学， 2016.
[2]张少强. 微电网实验平台设计研究[J]. 伺服控制， 2015（5）：62-64.
作者简介：
李德恒（1982.4-），男，宁夏固原人，宁夏大学电力系统及其自动化，工程师，单位：国网宁夏电力公司固原供电公司，研究方向：电能计量信息采集。
论文作者:李德恒
论文发表刊物:《电力设备》2017年第26期
论文发表时间:2018/1/6
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