精準(zhǔn)計(jì)量+實(shí)時(shí)監(jiān)控，安科瑞讓分布式光伏發(fā)電狀態(tài)“看得見(jiàn)”

摘要：闡述光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)維中的問(wèn)題和優(yōu)化措施，包括光伏組件的精細(xì)化運(yùn)維、匯流箱無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用、光伏系統(tǒng)中的逆變器維護(hù)、改善調(diào)壓措施，保障光伏發(fā)電系統(tǒng)正常有效運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：光伏發(fā)電，匯流技術(shù)，逆變器，調(diào)壓措施，安科瑞丁一187+6159=9093。

0、引言

太陽(yáng)能光伏發(fā)電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)光能到電能的轉(zhuǎn)換，由光伏組件陣列、直流匯流箱、逆變器、升壓變壓器等多部分組成，結(jié)構(gòu)復(fù)雜且長(zhǎng)時(shí)間帶電運(yùn)行，易出現(xiàn)問(wèn)題。需分析運(yùn)維情況，明確薄弱點(diǎn)并針對(duì)性解決，確保系統(tǒng)有效安全穩(wěn)定運(yùn)行。

1、光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)維中的問(wèn)題

光伏組件運(yùn)維難：組件數(shù)量多，隱患難排查，“帶病”或低效運(yùn)行損失大。一是組件清洗不及時(shí)，如西北春冬季風(fēng)沙大，表面浮沉影響發(fā)電效率；二是部分方陣組件熱斑多，單個(gè)組件異常會(huì)影響整組串發(fā)電量，且隱患無(wú)儀器難發(fā)現(xiàn)。

匯流箱排查難：存量電站建站久，匯流箱多采用 RS485 通信，多數(shù)通信模塊故障或通信線斷線，在線監(jiān)控系統(tǒng)無(wú)法提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)和故障信息，增加運(yùn)維工作量，降低效率。

逆變器運(yùn)維難：逆變器是電能轉(zhuǎn)換核心設(shè)備，數(shù)量多、集成化高且長(zhǎng)期帶電運(yùn)行，受高溫、灰塵等因素易故障停機(jī)。同時(shí)運(yùn)維人員專業(yè)水平不足，故障難及時(shí)處理，需廠家到場(chǎng)，導(dǎo)致長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)影響收益。

電能質(zhì)量問(wèn)題：并網(wǎng)點(diǎn)電壓、電流隨輻照度等因素變動(dòng)，復(fù)雜潮流條件下可能產(chǎn)生反向電流，導(dǎo)致傳輸功率下降、負(fù)載電壓上升，且光伏作為電網(wǎng)電源點(diǎn)，發(fā)展趨勢(shì)易變，自主性難控制。

2、光伏發(fā)電系統(tǒng)運(yùn)維優(yōu)化策略

1）光伏組件的精細(xì)化運(yùn)維

科學(xué)制定清洗計(jì)劃：定期清潔組件，常用人工清洗、機(jī)器人清洗等方法。人工清洗需控制壓力防組件損壞，機(jī)器人清洗效率高但成本高。需結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)、季節(jié)環(huán)境等制定針對(duì)性維護(hù)計(jì)劃。

避免熱斑現(xiàn)象：組件被遮擋易生熱斑，影響光能轉(zhuǎn)換且損壞組件。需清除組件表面附著物，了解電池內(nèi)部及反向電流狀態(tài)，必要時(shí)優(yōu)化組件功能。依據(jù)低效組件數(shù)據(jù)，拆除匯流箱異常支路組件，重新安裝正常組件，空余支架換裝同規(guī)格組件，保證發(fā)電能力和上網(wǎng)容量。

2）匯流箱無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用：匯流箱是電流匯集單元，通信對(duì)掌握設(shè)備運(yùn)行至關(guān)重要。電站占地廣、匯流箱多，傳統(tǒng)通信故障修復(fù)需大量人力物力，且難保證長(zhǎng)期可靠通信。通過(guò)技改采用無(wú)線通信，可提高數(shù)據(jù)可靠性和運(yùn)維效率，增加發(fā)電量與收益。

3）逆變器維護(hù)

定期維護(hù)直流匯集接線端子，檢查接頭接觸、引線等情況，及時(shí)處理問(wèn)題。

并網(wǎng)前檢測(cè)電網(wǎng)相序、PV 絕緣阻抗等關(guān)鍵量。

確保電網(wǎng)電壓和 PV 電壓在規(guī)定范圍，超出則逆變器斷開(kāi)電網(wǎng)防損壞。

定期巡查設(shè)備參數(shù)、運(yùn)行方式等，保證通風(fēng)良好、冷卻系統(tǒng)正常，無(wú)異常振動(dòng)、聲音和氣味。

改善調(diào)壓措施

優(yōu)化負(fù)荷調(diào)節(jié)系統(tǒng)電壓，動(dòng)態(tài)監(jiān)控線路，多次迭代調(diào)整負(fù)荷防過(guò)電壓。

采用逆變器、升壓箱變等具備負(fù)載穩(wěn)壓性能的設(shè)備，應(yīng)對(duì)電壓波動(dòng)。

裝設(shè)無(wú)功補(bǔ)償裝置，設(shè)恒電壓模式保證系統(tǒng)電壓，維持電網(wǎng)穩(wěn)定。

3、安科瑞提供分布式光伏發(fā)電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)解決方案

3.1 概述

“雙碳”目標(biāo)下，分布式光伏發(fā)展提速，未來(lái)10年新能源裝機(jī)年增速將超110GW。分布式光伏不依賴土地，靈活性高，河北、甘肅等多省已推進(jìn)整縣分布式光伏工作，戶用和工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏發(fā)展迅速。

3.2 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

遵循Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》、GB/T 29319-2012《光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》等標(biāo)準(zhǔn)，其中分布式電源并網(wǎng)電壓等級(jí)可依裝機(jī)容量初步選擇，且優(yōu)先低電壓等級(jí)接入。

3.3 解決方案

（1）交流220V并網(wǎng)

多用于8kW左右居民屋頂光伏，部分為自發(fā)自用、余電不上網(wǎng)模式，需裝防逆流保護(hù)裝置。可通過(guò)云平臺(tái)管理，安科瑞提供智能網(wǎng)關(guān)、防逆流裝置等設(shè)備及相關(guān)解決方案。

部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對(duì)于光伏電站的管理者來(lái)說(shuō)，通過(guò)云平臺(tái)來(lái)管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

（2）交流380V并網(wǎng)

適用于8kW~400kW工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，多自發(fā)自用、余電上網(wǎng)。并網(wǎng)點(diǎn)前和企業(yè)與公共電網(wǎng)連接處需裝計(jì)量電表，數(shù)據(jù)傳至用電信息采集系統(tǒng)。部分電站需監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量或裝防逆流裝置，安科瑞提供相應(yīng)設(shè)備及云平臺(tái)管理方案。

光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過(guò)匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點(diǎn)前需要安裝計(jì)量電表用于計(jì)量光伏發(fā)電量，同時(shí)在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計(jì)量電表，用于計(jì)量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補(bǔ)貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

部分光伏電站并網(wǎng)點(diǎn)需要監(jiān)測(cè)并網(wǎng)點(diǎn)電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨(dú)的電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護(hù)裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。

這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過(guò)云平臺(tái)采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲(chǔ)能系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

（3）10kV或35kV并網(wǎng)

單點(diǎn)并網(wǎng)裝機(jī)容量小于6兆瓦的非戶用工商業(yè)分布式光伏，需升壓后并網(wǎng)。供電部門對(duì)穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量等要求高，并網(wǎng)點(diǎn)需監(jiān)測(cè)電能質(zhì)量。系統(tǒng)涉及設(shè)備多，安科瑞提供APV光伏匯流箱AM5SE微機(jī)保護(hù)測(cè)控裝置等設(shè)備及配套解決方案。

上圖為一個(gè)1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過(guò)直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設(shè)置)，經(jīng)過(guò)升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機(jī)容量比較大，涉及到的保護(hù)和測(cè)控設(shè)備比較多，主要如下表：

3.4系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

安科瑞光伏電站監(jiān)控軟件Acrel-2000Z，基于Windows7系統(tǒng)，采用C/S架構(gòu)，可實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)電站整體信息監(jiān)控、組件分布監(jiān)控、逆變器監(jiān)控等功能，還能進(jìn)行歷史數(shù)據(jù)管理、日發(fā)電趨勢(shì)分析和故障報(bào)警。

對(duì)光伏電站的整體信息進(jìn)行監(jiān)控，采用圖形和數(shù)據(jù)的形式實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)電站概況、電站實(shí)時(shí)發(fā)電及發(fā)電統(tǒng)計(jì)信息。包括電站概括、環(huán)境參數(shù)、實(shí)時(shí)信息、發(fā)電量統(tǒng)計(jì)及發(fā)電量排序信息。

通過(guò)主界面可以對(duì)光伏陣列現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與顯示，如室外溫度值、風(fēng)速、風(fēng)向、光照強(qiáng)度等。

a）通過(guò)對(duì)電站內(nèi)一次及二次配電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控，了解電站內(nèi)各電氣設(shè)備的運(yùn)行情況及狀態(tài)，并對(duì)電站的并網(wǎng)狀態(tài)、有/無(wú)功功率流向情況等進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

b）光伏組件分布監(jiān)控

能夠根據(jù)微逆變反應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示各組太陽(yáng)能電池板的工作狀態(tài)（是否正常發(fā)電），根據(jù)組串式逆變器顯示各光伏組串輸出功率，分別計(jì)量?jī)煞N兩種逆變方式的發(fā)電量日發(fā)電量、日發(fā)電量曲線、月發(fā)電量柱狀圖、年發(fā)電量柱狀圖等，并對(duì)這兩種方式發(fā)電量進(jìn)行對(duì)比。

c）逆變器監(jiān)控

組串式逆變器主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括：直流電壓、直流電流、直流功率、交流電壓、交流電流、逆變器內(nèi)溫度、時(shí)鐘、頻率、功率因數(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率、日發(fā)電量、累積發(fā)電量、累積CO2 減排量、電網(wǎng)電壓過(guò)高、電網(wǎng)電壓過(guò)低、電網(wǎng)頻率過(guò)高、電網(wǎng)頻率過(guò)低、直流電壓過(guò)高、直流電壓過(guò)低、逆變器過(guò)載、逆變器過(guò)熱、逆變器短路、散熱器過(guò)熱、逆變器孤島、DSP 故障、通訊故障等。監(jiān)控系統(tǒng)可繪制顯示逆變器電壓—時(shí)間曲線、功率—時(shí)間曲線等，直流側(cè)輸入電流實(shí)時(shí)曲線、交流側(cè)逆變輸出電流曲線，并采集與顯示各逆變器日發(fā)電量等電參量。

d）交流匯流箱監(jiān)控

交流匯流箱主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括：光伏組串輸出直流電壓、輸出直流電流、輸出直流功率、各路輸入總發(fā)電功率、總發(fā)電量、匯流箱輸出電流、匯流箱輸出電壓、匯流箱輸出功率、電流監(jiān)測(cè)允差報(bào)警、傳輸電纜/ 短路故障告警、空氣開(kāi)關(guān)狀態(tài)、故障信息等。

e）交流配電柜監(jiān)控

交流配電柜主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括：光伏發(fā)電總輸出有功功率、無(wú)功功率、功率因數(shù)、電壓、電流、斷路器故障信息、防雷器狀態(tài)信息等。

f）并網(wǎng)柜監(jiān)控

通過(guò)對(duì)并網(wǎng)柜的監(jiān)控，計(jì)量上網(wǎng)電量、內(nèi)部用電量、電能質(zhì)量、光伏發(fā)電系統(tǒng)有功和無(wú)功輸出、發(fā)電量、功率因數(shù)、并網(wǎng)點(diǎn)的電壓和頻率、注入系統(tǒng)的電等參數(shù)，計(jì)算碳減排量，并折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，計(jì)算發(fā)電收益。

g）環(huán)境參數(shù)監(jiān)控

環(huán)境參數(shù)主要監(jiān)測(cè)指標(biāo)包括：日照輻射、風(fēng)速、風(fēng)向、環(huán)境溫度、太陽(yáng)能電池板溫度等，對(duì)比實(shí)際微逆或幾種微逆輸出指導(dǎo)電池板需要清洗等信息。

h）歷史數(shù)據(jù)管理

監(jiān)控系統(tǒng)可針對(duì)光伏發(fā)電現(xiàn)場(chǎng)的各種事件進(jìn)行記錄，如：通訊采集異常、開(kāi)關(guān)變位、操作記錄等，時(shí)間記錄支持按類型查詢，并可對(duì)越限報(bào)警值進(jìn)行更改設(shè)置。

i）日發(fā)電趨勢(shì)分析

系統(tǒng)提供了實(shí)時(shí)曲線和歷史趨勢(shì)兩種曲線分析界面，可以反映出每天24小時(shí)內(nèi)光伏發(fā)電量與該日日照強(qiáng)度，環(huán)境溫度，風(fēng)速等的波動(dòng)情況。

j）故障報(bào)警

當(dāng)電池板長(zhǎng)時(shí)間輸出功率偏低進(jìn)行故障指示，建議運(yùn)維人員前往現(xiàn)場(chǎng)檢查是否有故障發(fā)生等；另外對(duì)于并網(wǎng)柜部分的主斷路器分合閘狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)出現(xiàn)開(kāi)關(guān)變位及時(shí)報(bào)警，提醒運(yùn)維人員。

4、結(jié)語(yǔ)

近些年隨著能源的需求不斷增加，面臨很多非可再生資源大量消耗和突出的環(huán)境污染問(wèn)題，光伏發(fā)電等清潔能源的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用不斷加快。為了光伏發(fā)電系統(tǒng)能夠正常有效運(yùn)行，需要對(duì)其進(jìn)行定期的運(yùn)維分析，明確問(wèn)題所在，采取針對(duì)性措施進(jìn)行優(yōu)化，確保光伏發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，進(jìn)一步促進(jìn)清潔能源的發(fā)展。