光伏發(fā)電站在實時監(jiān)管系統(tǒng)的應(yīng)用

王嫦春， 于忠州

(1.山東通亞智能科技有限公司，山東 濟南 710054; 2.山東英電環(huán)?？萍加邢薰荆綎| 濟南 710054)

作為新能源，光伏發(fā)電具有清潔性、可再生、不受地域限制等優(yōu)點。在霧霾越來越嚴重的今天，不可再生能源的獲取越來越復(fù)雜的形勢下，光伏發(fā)電的這些優(yōu)點使其勢必會成為今后能夠被大面積使用的前提。在《可再生能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃》中也明確提出了要實現(xiàn) 2020、2030 年非化石能源占一次能源消費比重 分別達到 15%、20%的能源發(fā)展戰(zhàn)略目標，其中光伏發(fā)電 2020年要實現(xiàn)裝機容量10500萬千瓦，年發(fā)電量達 1,245億千瓦時，可節(jié)省標煤 3,673 萬t/a。提高可再生能源在能源消費中的比重，有利于推動我國能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級。

隨著實時信息系統(tǒng)的發(fā)展，對歷史數(shù)據(jù)進行集中存儲，為大數(shù)據(jù)分析提供基礎(chǔ)。實時監(jiān)管系統(tǒng)[1]將光伏及火電風(fēng)電各種能源集中展示，便于信息共享和利用統(tǒng)一的分析工具進行數(shù)據(jù)分析，及不同能源間的直觀比較。

1光伏數(shù)據(jù)接入

利用信息技術(shù)，將光伏控制系統(tǒng)的模擬量和開關(guān)量測點通過數(shù)據(jù)傳輸接口程序[2]，將數(shù)據(jù)傳送給實時監(jiān)管系統(tǒng)的接收程序，然后通過接收程序?qū)?shù)據(jù)寫入實時數(shù)據(jù)庫，進行存儲。數(shù)據(jù)傳輸中，具有低延時、大數(shù)據(jù)傳輸量、數(shù)據(jù)儲存周期長的特點，可達到滿足實時在線分析、歷史分析的目的。具體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 數(shù)據(jù)采集流程

2 展示功能

2.1 運行展示

光伏系統(tǒng)運行圖進行集中、異地展示、根據(jù)客戶職能，靈活的進行展示方案的制定，滿足不同客戶的監(jiān)視需求。另外，在公司側(cè)[3]對一次數(shù)據(jù)進行一定的計算處理，分析得到相關(guān)的計算指標，減少在控制區(qū)的分析功能，也保證了控制區(qū)的安全及運行速率。

由圖2、圖3直觀展示光伏發(fā)電的實時負荷，昨日和今日的發(fā)電負荷曲線對比每天負荷波動，光伏廠有多少臺光伏單元在運行，停運多少，停運原因都可以統(tǒng)計監(jiān)管；也可以對比出每日發(fā)電量的峰、谷值及其對應(yīng)的時間。另外對一次數(shù)據(jù)收集對比分析可進一步改進光伏單元的投運和管理，努力提高全站出力率。

圖2 公司光伏展示

圖3 電廠光伏展示

2.2 報表統(tǒng)計

利用分析軟件自動統(tǒng)計光伏發(fā)電指標報表。統(tǒng)計用戶關(guān)心指標數(shù)據(jù)，形成報表。減少人工填報誤差，節(jié)省人力成本，且能更快更準的記錄每天的發(fā)電量，生成日、月、年報表等。

表1為泗水光伏某天24小時的指標報表，報表中一天有效光照時間集中在7點到18點，而且在10點至14點這段時間光照最強，其余時間由于輻照度為0、則發(fā)電量為0，統(tǒng)計數(shù)據(jù)準確合理。

表1 光伏日報

2.3 設(shè)備監(jiān)視

設(shè)備安全運行、經(jīng)濟運行作為生產(chǎn)過程中重要的環(huán)節(jié)，運行數(shù)據(jù)很大程度反映了運行狀態(tài)，在實時監(jiān)管系統(tǒng)中設(shè)備監(jiān)視一覽表，可實現(xiàn)同時監(jiān)視多家光伏設(shè)備是否正常運轉(zhuǎn)，采集設(shè)備相關(guān)信號，當(dāng)設(shè)備跳閘后撥打指定用戶電話報警，值班人員能第一時間得到現(xiàn)場的設(shè)備運行情況，使得監(jiān)視更加直接和及時。

例如圖4，通過并網(wǎng)狀態(tài)可見每個光伏陣列的并網(wǎng)情況，“1”即為并網(wǎng)，“0”即為未并。逆變器作為光伏重要組件，將直流電變成符合電網(wǎng)要求的交流電，逆變器效率更能夠真實的反映出逆變器在我國不同光照資源區(qū)的實際工作效率，對于評價逆變器發(fā)電量運行狀況更有參考意義，也為今后逆變器采購及如何提高逆變器效率的研究工作提供數(shù)據(jù)參考。

圖4 光伏陣列一覽表

3 在線計算

光伏性能參考標準[4]，計算采用軟件方式進行實時指標計算，在線計算標準參照火電標準[5],主要計算指標見表2。

表2 在線光伏性能部分指標

以上計算指標中平均輻照度、發(fā)電有功功率實時計算指標采用一次數(shù)據(jù)進行，涉及電量指標采用控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)或者利用有功功率進行積分算出實時電量，都可以滿足性能計算指標。

其余指標計算為

⑴光伏電站整體發(fā)電效率：

整體發(fā)電效率PRE公式為：

(1)

PDR——為計算周期(△t)內(nèi)的實際發(fā)電量；

PT——為計算周期(△t)內(nèi)的理論發(fā)電量。

理論發(fā)電量PT公式中：

P——為光伏電站組件容量標稱值；

IO——為STC條件下太陽輻射總量值，IO=1000 W/m2；

Ii——為計算周期間內(nèi)的總太陽輻射值。

計算周期(△t)的選取根據(jù)計算頻率的要求進行設(shè)置。在實際應(yīng)用中，計算周期 (△t)采取每小時或者每5分鐘等。

⑵光伏電站發(fā)電效率：

光伏電站的發(fā)電效率 PRH

(2)

(3)

PDRi——光伏電站計算周期(△t)實際發(fā)電量，關(guān)口計量表或者實時發(fā)電有功功率進行積分；

P——光伏電站STC條件下光伏電站總?cè)萘繕朔Q值；

Ti——光伏電站在計算周期(△t)發(fā)電有效時間；

Ii——計算周期間隔(△t)最佳角度總輻射量，采用現(xiàn)場輻射總量實時數(shù)據(jù)或者根據(jù)實時輻照度進行積分。

表3 光伏性能一覽表

利用計算對比總結(jié)，表3中監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)電效率計算來判斷各個系統(tǒng)設(shè)備的損耗。采用逆變器效率歷史數(shù)據(jù)與客觀條件進行統(tǒng)計，分析和預(yù)測光伏組件是否需要清潔，通過優(yōu)化設(shè)備選購及時清潔光伏組件保證光伏組件的轉(zhuǎn)換效率，以保證光伏電站的整體發(fā)電效率，最終保證光伏電站電量損失達到最低。

4 總結(jié)

隨著光伏電站行業(yè)的發(fā)展、信息化技術(shù)的發(fā)展，可以實現(xiàn)在線分析的指標將會逐步增加和完善。研究新的分析模型實現(xiàn)光伏電站設(shè)備的在線預(yù)警，狀態(tài)分析及評估、遠程診斷等生產(chǎn)數(shù)據(jù)的分析應(yīng)用；根據(jù)信息化的不斷發(fā)展實現(xiàn)公司安全生產(chǎn)、電力營銷和日常經(jīng)營等新的分析展示方式；利用性能指標對比實現(xiàn)進一步開展光伏發(fā)電中的問題分析、運行優(yōu)化。