山西大學物理實驗中心的研究人員蒙宇、董有爾等，在2014年第5期《測試技術學報》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)雙向測試電表的設計和性能測量，并對并網(wǎng)過程中相關參數(shù)進行了理論分析和計算，達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，實現(xiàn)了光伏發(fā)電并網(wǎng)的計量需要。

隨著工業(yè)的進步與全球能源結(jié)構的變化，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《關于做好分布式光伏發(fā)電并網(wǎng)服務工作的意見》等相關意見與規(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)運行情況以進行相關研究。

為了對光伏發(fā)電應用以及光伏并網(wǎng)進行研究，山西大學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)絡中，由于負載不一定全由電阻構成，故可能呈容性或感性。負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計

本文中設計的雙向電表基于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，通過單片機控制電能計量芯片，并將相關數(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、上位機可以方便的對電能表進行讀寫操作，在需要的情況下可分段記錄電能。也可在串口輸出加設藍牙、GPRS等模塊實現(xiàn)遠程抄表。