山西大學(xué)物理實驗中心的研究人員蒙宇、董有爾等，在2014年第5期《測試技術(shù)學(xué)報》上撰文，太陽能光伏發(fā)電作為一種零排放、零污染的可再生能源，已經(jīng)受到世界各國的關(guān)注和青睞。為了滿足小型光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)測試記錄雙向電能的需求，本文基于Cirrus Logic公司的電能計量芯片CS 5463與宏晶科技公司的STC12C5A60S2芯片，完成了并網(wǎng)雙向測試電表的設(shè)計和性能測量，并對并網(wǎng)過程中相關(guān)參數(shù)進(jìn)行了理論分析和計算，達(dá)到了實時判別光伏發(fā)電和電網(wǎng)供電方向和分別記錄各自所供電能的目標(biāo)，實現(xiàn)了光伏發(fā)電并網(wǎng)的計量需要。

隨著工業(yè)的進(jìn)步與全球能源結(jié)構(gòu)的變化，人類對能源的要求越來越高，而化石能源卻逐漸枯竭，故新型能源的發(fā)展已受到世界各國的重視，目前太陽能做為一種綠色環(huán)保無污染的新型能源已受到許多國家的青睞。

我國是光伏組件生產(chǎn)及出口大國． 在我國政府政策扶持下，光伏產(chǎn)業(yè)得到了支持與發(fā)展，同時國家電網(wǎng)發(fā)布了《關(guān)于做好分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)服務(wù)工作的意見》等相關(guān)意見與規(guī)定，使用戶可以在發(fā)電量充足的情況下將余電并入電網(wǎng)，而當(dāng)發(fā)電量不足時由電網(wǎng)供能。

因此，需要實現(xiàn)雙向計量收費，然而市場上并沒有可以記錄雙向電能的并網(wǎng)電能表，且相關(guān)并網(wǎng)測試系統(tǒng)也價格昂貴。所以需要一種雙向電能表，可分別記錄并入電網(wǎng)的電能與從電網(wǎng)消耗的電能，并同時能測量有功功率、功率因數(shù)、有效電壓、有效電流等參數(shù)供用戶查看并網(wǎng)運行情況以進(jìn)行相關(guān)研究。

為了對光伏發(fā)電應(yīng)用以及光伏并網(wǎng)進(jìn)行研究，山西大學(xué)近代物理實驗室搭建了一套光伏并網(wǎng)系統(tǒng)。如圖所示，太陽能電池板將太陽輻射能轉(zhuǎn)換為電能，并通過控制器存儲在蓄電池中，在需要時通過并網(wǎng)逆變器將蓄電池中的直流電能逆變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻同相同幅的交流電能后并入電網(wǎng)。

由于市面上沒有可雙向計量的電表，故只能用2個單向電能表替代，1個用于記錄并網(wǎng)逆變器輸出的電能，另1個用于記錄用戶使用了的電能。但它們并不能實時指示電能的方向，且多一個電能表便增加了損耗與成本。為此，本文根據(jù)交流電能測量與電能方向判斷的原理設(shè)計出一款多功能的雙向電能表。
雙向電能表測量原理

在用電網(wǎng)絡(luò)中，由于負(fù)載不一定全由電阻構(gòu)成，故可能呈容性或感性。負(fù)載呈感性時電流相位滯后于電壓，而在容性電路中電流相位超前于電壓相位。理想的電感和電容為儲能原件，它們可儲存能量而不消耗電能，我們將這部分僅用來交換而沒有消耗的電能功率稱為無功功率。定義有效電壓與有效電流的乘積為視在功率，用戶實際消耗的電能稱為有功電能。我們?nèi)粘Ｉ钪械碾姸缺硭涗浀木褪怯泄﹄娔堋?br />
雙向電能表硬件及軟件的設(shè)計

本文中設(shè)計的雙向電表基于CirrusLogic公司的高速精確電能計量芯片CS5463宏晶公司的高速單片機(jī)STC12C5A60S2。通過信號采集電路將電流、電壓信號轉(zhuǎn)換為CS 5463量程范圍內(nèi)可測的電壓信號，通過單片機(jī)控制電能計量芯片，并將相關(guān)數(shù)據(jù)顯示與輸出。

結(jié)束語

太陽能發(fā)電等小型分布式發(fā)電系統(tǒng)在我國已經(jīng)廣泛使用，隨著政府政策的支持，已經(jīng)逐步實行并網(wǎng)。本文所設(shè)計的雙向電能表不僅可以計量正反向電能，還能測量其他電能參數(shù)，利于檢測并網(wǎng)狀態(tài)。

同時通過串口、上位機(jī)可以方便的對電能表進(jìn)行讀寫操作，在需要的情況下可分段記錄電能。也可在串口輸出加設(shè)藍(lán)牙、GPRS等模塊實現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表。