并網(wǎng)光伏電站運行中存在主要問題及對策

【摘 要】太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)作為一種新興發(fā)電項目，近年來在技術(shù)工藝進(jìn)步和國家政策激勵雙重推動下迅猛發(fā)展，但國內(nèi)光伏電站并網(wǎng)運行時間不長，運行管理經(jīng)驗不足，目前光伏電站運行過程中仍存在不少問題。本文結(jié)合三峽新能源哈密石城子20MWp光伏并網(wǎng)發(fā)電站運行實況，簡要介紹現(xiàn)階段光伏電站運行過程中存在的主要問題，并提出一些對策或建議。

【關(guān)鍵詞】太陽能；光伏電站；組件接地；特征測試；功率預(yù)測系統(tǒng)；解決對策

前言

太陽能是人類取之不盡用之不竭的可再生能源，太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)作為一種新興發(fā)電項目是當(dāng)前最有發(fā)展前景的新能源形式之一。根據(jù)國家能源局發(fā)布數(shù)據(jù)，2014年我國光伏發(fā)電累計并網(wǎng)裝機容量達(dá)2805萬千瓦，同比增長60%，其中光伏電站2338萬千瓦。三峽新能源哈密石城子20MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電站2013年12月26并網(wǎng)發(fā)電，至今已運行1年多。該電站采用250Wp多晶硅電池組件，全固定式支架安裝，設(shè)20個1MWp光伏發(fā)電單元，每個1MWp光伏發(fā)電單元配置2臺500kW并網(wǎng)逆變器，就地布置一臺1000kVA箱式變電站；逆變器交流側(cè)輸出電能經(jīng)箱式變電站升壓至35kV，經(jīng)4回35kV集電線路匯入站內(nèi)35kV開關(guān)站，出一回35kV線路接入新疆電網(wǎng)。根據(jù)《光伏發(fā)電站并網(wǎng)安全條件及評價規(guī)范》等相關(guān)規(guī)定，對并網(wǎng)光伏電站運行過程中存在主要問題進(jìn)行闡述。

一、光伏電站運行過程中存在主要問題

（1）太陽能電池組件未接地

太陽能電池組件是光伏發(fā)電系統(tǒng)中關(guān)鍵設(shè)備，根據(jù)設(shè)計施工圖及組件廠家資料，所有安裝的光伏組件應(yīng)可靠接地，使用4～6mm2規(guī)格銅線及接地夾。經(jīng)現(xiàn)場檢查，該光伏電站所有組件采用壓塊與支架螺栓連接，均未使用接地銅線可靠接地，也未進(jìn)行接地電阻測試，組件一旦遭受雷擊或過電壓，將直接造成組件損毀。

據(jù)調(diào)查，我國光伏電站建設(shè)周期一般較短，一座20MWp規(guī)模光伏電站最快僅需三個月?？焖俳ǔ傻墓夥娬敬嬖谥T多隱患，相關(guān)資料顯示，我國運行中的光伏電站80%以上均存在組件未接地或接地不可靠問題。

（2）光伏電站運行特征測試不全面

光伏電站運行特征測試主要包括電能質(zhì)量測試、有功輸出特性（有功輸出與輻照度關(guān)系特性）測試、有功和無功控制特性測試、電壓與頻率異常時響應(yīng)特性測試、安全與保護(hù)功能測試、通用技術(shù)條件測試等，電站在滿足運行特征測試環(huán)境條件下宜在試運行7天內(nèi)完成測試，考慮天氣和其他實際情況因素，應(yīng)在投產(chǎn)半年內(nèi)完成測試。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，受國家光伏政策影響及測試平臺、設(shè)施、條件等限制，目前我國絕大多數(shù)運行光伏電站特征測試僅進(jìn)行了電能質(zhì)量測試、有功和無功控制特性測試，其它測試均未進(jìn)行，這對光伏電站安全運行及管理帶來極大不利。

（3）光伏功率預(yù)測系統(tǒng)存在缺陷

由于光伏發(fā)電具有波動性和間歇性，為充分利用太陽能資源，提高光伏電站經(jīng)濟(jì)效益，目前我國所有并網(wǎng)光伏電站均按要求配置光伏功率預(yù)測系統(tǒng)，并通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)上傳電站的輻照強度、風(fēng)速、溫度、濕度、預(yù)測功率等信息。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，目前光伏功率預(yù)測系統(tǒng)主要為短期預(yù)測（72小時內(nèi)）和超短期預(yù)測（4小時內(nèi)），經(jīng)詢問多個電站運行人員并進(jìn)行數(shù)據(jù)對比，預(yù)測系統(tǒng)預(yù)測曲線與實際輸出功率（負(fù)荷曲線）差別巨大，幾乎完全不滿足《光伏發(fā)電站功率預(yù)測系統(tǒng)技術(shù)要求》（NB/T 32011-2013）等標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，光伏功率預(yù)測系統(tǒng)形同虛設(shè)，沒有真正發(fā)揮其作用。

（4）逆變器故障帶來發(fā)電量損失

逆變器是并網(wǎng)光伏電站的核心設(shè)備，光伏電站通過逆變器時刻檢測接入電網(wǎng)的電壓、頻率、相位、功率因數(shù)等，當(dāng)檢測到逆變器工作時的電壓、頻率與電網(wǎng)相一致，且功率因數(shù)又達(dá)到設(shè)定的要求值時，逆變器自動與系統(tǒng)并網(wǎng)運行發(fā)電，否則逆變器會一直處于監(jiān)測狀態(tài)。一旦逆變器出現(xiàn)故障，該逆變器所在發(fā)電單元將無法并網(wǎng)發(fā)電，給發(fā)電企業(yè)帶來發(fā)電量損失和減少經(jīng)濟(jì)收益。經(jīng)調(diào)查，由于逆變器本身或安裝及日常維護(hù)保養(yǎng)不到位造成逆變器停發(fā)已對發(fā)電企業(yè)造成了一定程度上的影響，因此必須嚴(yán)把逆變器質(zhì)量關(guān)，并加強逆變器的日常維護(hù)保養(yǎng)，確保逆變器發(fā)電時段正常工作。

（5）光伏發(fā)電系統(tǒng)設(shè)備定期檢查、維護(hù)不到位

光伏發(fā)電系統(tǒng)是由一定數(shù)量的光伏組件→直流匯流箱→直流柜→逆變器→升壓變壓器組成的發(fā)電系統(tǒng)，與傳統(tǒng)火力、水力發(fā)電等差別較大。由于光伏電站光伏組件數(shù)量巨大，占地廣（如三峽新能源哈密石城子20MWp并網(wǎng)光伏發(fā)電站共安裝81600塊組件，占地面積達(dá)586500m2），而電站管理、運行值班、維檢人員總配置一般不超過12人，這給設(shè)備定期檢查、維護(hù)帶來很大困難，尤其是組件清洗和巡檢。調(diào)查顯示，目前我國光伏組件清洗最常用方式為人工水清洗和機械水清洗，但由于多種原因，組件清洗不及時和清洗效果不理想對電站發(fā)電量造成一定影響；另外，光伏組件、逆變器等由于分散布置，定期巡檢工作量大，巡檢不全面，往往設(shè)備出現(xiàn)故障不易及時發(fā)現(xiàn)。

二、問題解決對策或建議

針對目前光伏電站運行過程中存在的上述問題，提出以下對策或建議。

（1）光伏組件應(yīng)可靠接地

光伏電站在建設(shè)期應(yīng)嚴(yán)格按設(shè)計圖紙、資料施工，確保組件接地可靠，接地電阻值應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)定要求，并在日常運行過程中定期檢測，發(fā)現(xiàn)不合格及時消缺處理。

（2）全面、按時進(jìn)行運行特征測試

光伏電站運行特征測試對提高電網(wǎng)穩(wěn)定性，確保光伏產(chǎn)品和電站建設(shè)質(zhì)量，規(guī)范光伏產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展有著極其重要的作用和意義。光伏發(fā)電企業(yè)應(yīng)積極主動聯(lián)系具備測試資質(zhì)相關(guān)單位，按照《光伏電站接入電網(wǎng)測試規(guī)程》全面、按時進(jìn)行運行特征測試，確保電站電能質(zhì)量測試、有功輸出、有功和無功控制、電壓與頻率異常時響應(yīng)、安全與保護(hù)功能等符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

（3）完善光伏功率預(yù)測系統(tǒng)

光伏功率預(yù)測主要受太陽輻照強度、組件溫度和組件轉(zhuǎn)換效率等因素影響，建設(shè)光伏功率預(yù)測系統(tǒng)是保證光伏電站并網(wǎng)后安全、穩(wěn)定和經(jīng)濟(jì)運行的必要技術(shù)手段，其建設(shè)內(nèi)容至少包括對電站短期（4～24小時）光伏功率預(yù)測、超短期（15分鐘～4小時）光伏功率預(yù)測、高精度數(shù)值氣象預(yù)報和建立完備的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)等，并通過調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將相關(guān)信息及時上傳給調(diào)度管理部門，為電網(wǎng)調(diào)峰、調(diào)頻以及光伏電站的科學(xué)管理提供重要參考。光伏功率預(yù)測系統(tǒng)硬件、軟件配置，性能指標(biāo)及預(yù)測數(shù)據(jù)要求等應(yīng)完全滿足《光伏發(fā)電站功率預(yù)測系統(tǒng)技術(shù)要求》（NB/T 32011-2013）要求，以滿足預(yù)測結(jié)果的可信性和精度要求。

（4）加強光伏發(fā)電設(shè)備檢查、維護(hù)和管理

發(fā)電設(shè)備檢查、維護(hù)和管理是光伏發(fā)電企業(yè)管理中不可缺少的組成部分。加強光伏發(fā)電設(shè)備管理，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備缺陷及安全隱患，確保光伏組件、逆變器等設(shè)備安全、穩(wěn)定、可靠、經(jīng)濟(jì)運行，對保證完成發(fā)電指標(biāo)，預(yù)防事故發(fā)生極其重要。目前我國并網(wǎng)光伏電站整體運行時間不長，電站維護(hù)管理經(jīng)驗仍存在不足，加強設(shè)備檢查、維護(hù)和管理尤為重要，企業(yè)應(yīng)結(jié)合電廠實際制定設(shè)備巡回檢查維護(hù)管理制度、運行維護(hù)手冊、設(shè)備巡視作業(yè)指導(dǎo)書、運行規(guī)程、檢修規(guī)程等管理制度、技術(shù)文件，并嚴(yán)格按相關(guān)文件制度執(zhí)行，確保設(shè)備安全穩(wěn)定運行。同時，光伏電站工作人員在設(shè)備出現(xiàn)故障時要立刻作出反應(yīng)，將故障情況詳細(xì)記錄，合理安排時間并協(xié)助維修人員做好維修工作和填寫維修記錄表等，為日后工作留下可靠參考資料。

三、結(jié)束語

通過上述分析，盡管我國光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的快速發(fā)展取得了巨大成績，光伏并網(wǎng)發(fā)電技術(shù)日趨成熟，行業(yè)發(fā)展進(jìn)入高質(zhì)量、集約型發(fā)展和開發(fā)階段，光伏風(fēng)電等新能源發(fā)展已躍居世界第一，但并網(wǎng)光伏電站在實際運行過程中仍存在許多諸如上述等技術(shù)或管理方面的問題，光伏發(fā)電企業(yè)應(yīng)高度重視上述問題，并制定切實可行措施，確保光伏電站安全穩(wěn)定運行，在增加經(jīng)濟(jì)收益的同時推動我國太陽能綠色能源可持續(xù)發(fā)展。

另外，到目前為止我國并網(wǎng)光伏電站運行時間一般未超過10年，距離設(shè)計25年仍有較長一段時間，光伏電站運行中除上述主要問題外，仍有許多其它未知問題，需要我們進(jìn)一步去發(fā)現(xiàn)和解決。

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