（国华巴彦淖尔（乌拉特中旗）风电有限公司）
摘要：为了提高电能计量的准确性、经济性以及可靠性，本论文结合新能源发电并网的特点对电能计量的影响作出详细的阐述与分析，同时提出了新能源并网方式下电能计量的接入方案，为电力系统电能计量提供依据，防止电能的损失，通过实际的计量结果来看，本论文提出的解决方案能够有效解决新能源并网方式下的电能计量问题。
关键词：新能源并网；分布式能源；电能计量
1风力发电的原理和技术
空旷的原野和辽阔的海面是风能的优质资源，风力发电是利用大自然中的空气以一定速度流动所产生的风能驱动风车的叶片旋转，将此旋转运动在增速机中转速提升，在由此产生的力矩带动下，发电机组中的导体通过切割磁力线产生感应电动势，外接的闭合回路在导体中会有电流产生，实现风能向电能的转换。依据目前的风车技术，只要风速大于3米/秒便可以产生电能，实现发电目的。
风力发电机一般有风轮、偏航装置、发电机组、塔架、限速安全机构和储能用蓄电池等部件构成。风轮是由2个或3个叶片组成的集风装置，它的作用是采集风的动能转变为风轮旋转的机械能。风轮后面的调向器也叫尾舵，它的功能是控制风轮的迎风方向，使风轮随时面对风向，最大限度地获取风能。限速安全机构的作用是对风轮的转速予以一定的限制，使之在规定的范围内保持相对稳定，起到保证风力发电机限速平稳运行的作用。塔架则是机组的承载和风轮的支撑机构。
由于自然界的风速极不稳定，其很强的随机性和间歇性致使风力发电机的输出功率也极不稳定，高峰和低谷落差甚大，所以，风力发电机发出的电能不能直接用在电负载上，而是先用铅酸蓄电池储存起来，以保持风力发电系统持续稳定的供电运行状态。
2.新能源发电对计量的影响
风力发电通常分为“离网”和“并网”两种类型。“离网型”风力发电一般独立运行，其发电规模很小，通过与其他能源发电技术相结合或者储能装置满足小规模供电需求，通常用以解决偏远地区的供电问题。“并网型”的风力发电是规模较大的风力发电场，由几十台或者成百上千台风电机组构成，其容量从几兆瓦到几千兆瓦甚至更高。并网运行的风力发电场和系统相联，可以得到大电网的补偿和支撑，能够更加充分的大范围开发利用风能，是国内外风电发展的主要方向。
风电机组是一种与常规水电和煤电机组差别较大的特殊发电设备，其原动力是自然风，是不可预料的，它是否处于发电状态以及输出功率的多少，对风速的依赖性很大，风速的不稳定性和间歇性决定了风电机组的出力也具有波动性和间歇性的特点，并网后对系统的电能质量产生影响。
2.1高次谐波对电能计量的影响
产生电源高次谐波的可能性比较多，常见的有发电机引起的高次谐波、变压器产生的高次谐波、系统接地故障引起的高次谐波。所谓的发电机引起的高次谐波是由于发电机三相绕组制作不对称、铁芯材质不均匀以及其他原因引起的，由于近年来制作工艺的不断改善，电源引起的高次谐波得到改善。变压器产生的高次谐波是因为铁芯饱和以及磁化曲线的非线性，这样导致磁化电流呈现尖顶波形，产生大量的奇次谐波，并且谐波大小与磁通回路的结构、铁芯的饱和程度有关，两者成正比关系，变压器中谐波分量所占比例较高的谐波分量有2次谐波、3次谐波、5次谐波。2次谐波主要在变压器投运时出现，所占比例超过50%-60%，正常运行时其2次谐波分量不超过15%，5次谐波是由于变压器的过励磁产生。故障引起的高次谐波主要是在系统发生接地、相间等故障时产生的，是一个暂态的高次谐波。高次谐波对电能计量的主要影响体现在准确性上，谐波含量的多少，直接影响着电能的计量是否准确，当谐波含量满足计量相关要求时，则误差影响较少，当谐波含量超过规定时，无论是常规的电磁感应计量表，还是全电子式计量表，都会受到很大程度的干扰，即计量误差随着谐波含量成正比关系。
2.2频率偏移对电能计量的影响
基于电磁感应的电能表是按电流全是基波来考虑的，所以在电压、电流幅值的不变的情况下，频率的改变会导致感应线圈阻抗的变化，使工作电压的磁通发生改变，同时转盘阻抗的变化将会导致电流磁通的变化，或者其他原因导致的磁通变化，这些因素都会影响电能表的测量精度，尤其是在在谐波的影响下，高次谐波与基波发生叠加，波形发生畸变，使得电压或者电流的频率发生改变。从电路原理以及电能表的工作原理可知，只有相同频率的电压电流才能产生平均功率，电能表也同样需要同频率的电压电流产生转矩，而畸变后的非周期性量导致转矩与平均功率成正比从而产生误差。
2.3电源间歇对电能计量的影响
根据实际运行情况来看，风力发电、太阳能发电等新能源发电具有不稳定性，受外界因素的影响比较大，随着季节和时间的变化而改变，当风力或太阳光照射强烈时，风机组或太阳能电池板会在高负荷的情况下运行，产生的大量的电能输送到电网，如果风力过小或者阴雨天、晚上无光照时，风力机组停机或者电池板无法输出电能量，或者较少的电能量，因此，新能源电能量具有间歇性，因此，在计量时要考虑这种间歇性电源对计量的影响。在负荷超出一定范围时，要考虑计量表的精度能否达到要求。
2.4分布式电源双向性对电能计量的影响
新能源发电是智能电网发展必然的产物，使得原来的负荷端可以变为电源端，当自己的用电量大于发电量时，从系统中获取电能，此时可以认为是用电负荷端，当自己的用电量小于发电量时，产生电能剩余，将多余的电力发送给电力系统，此时认为是电源点，因此，这种潮流方向的双向性导致二次计量同样能够实现双向计量。
3.新能源并网方式下影响计量问题的处理措施
3.1采用智能计量表计
随着智能电网的不断发展，计量方式以及表计也得到了飞速的发展，智能电表已在智能化白变电站中广泛使用，所谓的智能电表是一种智能组件，包含一个或者多个智能电子设备，其采集回路可以是光数字采集，也可以是传统的感应式模拟量采集，两种采集方式各有优缺点，他们的相同之处在于其内部的软件、数据处理、程序算法等特性基本相同，同样具有能够计算高次谐波的能力，能够正确计量系统故障中整个动态过程的电能计量，能够实现电能量的双向采集以及处理功能。
3.2风电并网对电能质量影响的治理
风电场一般均处于线路末端，输送距离较长，自身所配置的无功补偿系统在满出力的情况下不能满足所需的无功，在风速波动较大的情况下，对系统的电能质量影响较大，只靠投切电容器组已不能满足无功的需求，需要在风电场并网点处加装动态无功补偿装置以确保无功功率的恢复，增强线路运行的稳定性，从而对电能质量进行治理。
（一）风电场对无功补偿装置的要求
风电场的无功补偿分为静态和动态无功补偿两种。静态无功补偿装置的容量较为稳定，用来补偿系统正常运行时的无功功率损耗，如异步机的励磁和变压器的运行损耗，一般在异步机的端口母线处加装并联电容器。动态无功补偿装置的容量变化较大，用来补偿风速扰动或者故障时异步机所吸收的大容量的无功功率。
异步机组自身无法进行无功调节，在发出有功功率时还要吸收无功功率来进行励磁，若发生故障或者扰动，则从系统吸收的无功功率更多，为了避免这种现象，达到无功功率在风电场内部的就地平衡，需要风电场具备一定的无功调节能力。因此可在风电场并网点加装动态无功补偿装置，且装置须具有灵敏、快速和平滑调节无功的能力，能按照风电场频繁变化的无功需求来调节其输出的无功功率容量，实现适时、适量的快速补偿，维持电压稳定，改善风电场的电能质量。
（二）无功补偿装置的分类及其性能
无功补偿装置可按补偿方式来分类，分为静态补偿型和动态补偿型。
静态无功补偿装置主要有：并联电容器、饱和电抗器。性能是：装置的阻抗都是固定的，只能用于补偿固定的无功需求，无法满足系统在出现故障或扰动时容量快速变化的无功需求，无法实现动态无功补偿，因此静态补偿装置一般都不会单独使用，而是与动态型补偿装置来配合使用。
动态无功补偿装置主要有：同步调相机、品闸管控制电抗器、晶闸管投切电容器、静止无功补偿器、静止同步补偿器等。性能是：装置可按系统的无功需求，动态、快速且连续地调节补偿装置所发出的无功功率的容量，实现适量、适时的无功补偿以及电压支撑，从而改善风电场并网点处发生的电压偏差、电压波动等，改善系统的电能质量。
（三）风电场无功补偿装置的选择
风电场在并网运行发电时，为了调整风电场并网点及其母线附近的无功潮流分布，从而改善电压偏差、电压波动、电压总谐波畸变率和三相电压不平衡，改善风电并网的电能质量，需要在风电场并网点处并联动态无功补偿装置。传统的无功补偿是在被补偿的节点安装电容器、电抗器等，通过机械开关实现无功补偿装置的投入与切出。静止无功补偿装置的出现，用电力电子元件代替机械开关，从而实现了无功补偿的快速平滑调节。
风电场在进行电能质量治理时，经常选取的无功补偿装置有静止无功补偿器、静止同步补偿器、并联电容器等。其中并联电容器由于投资少、能耗低、控制简单、运行维护方便等优点，在风电场电能质量治理中得到了广泛应用。然而由于并联电容器不具备无功调节能力，不能满足风电场频繁变化的无功需求，需要加装动态型无功补偿装置。静止无功补偿器和静止同步补偿器可以提供动态和稳态的无功补偿，适用于风电场故障或扰动期间无功功率缺额的快速补偿。在双馈机系统中，可考虑在风电场并网母线处加装静止无功补偿器或静止同步补偿器装置实现动态补偿无功功率，提高风电场电能质量。
4.结束语
本论文通过对电力谐波、频率以及新能源发电的间歇性、双向性等特点进行分析与研究，从而得出在新能源发电并网方式下对计量的主要影响，如果克服这些影响将是我们今后计量专业的主要工作，因此，本论文具有以下特点：
（1）具有实践性。本文提出的各种问题以及对计量的影响因素切合实际。
（2）具有指导性。本文提出的观点在电力系统运行中具有普遍性，因此可以作为处理电力系统计量问题的依据。
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作者简介：
柴锦锋，身份证号：15012219910225xxxx