并網(wǎng)光伏發(fā)電站在線監(jiān)測(cè)與狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)

張寧海

摘要：隨著近年來(lái)我國(guó)的光伏發(fā)電事業(yè)發(fā)展迅猛。并網(wǎng)光伏發(fā)電站在日常運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中光伏發(fā)電組件是其核心工作區(qū)域，因此建立一套具有安裝方便、成本低廉、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)的并網(wǎng)光伏發(fā)電站在線監(jiān)測(cè)與狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)對(duì)于并網(wǎng)光伏發(fā)電站的日常工作運(yùn)行是十分必要且重要的。

關(guān)鍵字：并網(wǎng)、光伏發(fā)電站、在線監(jiān)測(cè)、狀態(tài)評(píng)估

“十四五”規(guī)劃建議提出，要抓緊制定2030年前碳排放達(dá)峰行動(dòng)方案，支持有條件的地方率先達(dá)峰，并就“碳中和”議題提出具體要求和目標(biāo)?！疤贾泻汀弊h題被今年兩會(huì)參會(huì)代表委員們多次提及。在力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的國(guó)家大戰(zhàn)略背景下，各行各業(yè)勢(shì)必迎來(lái)新的變革與挑戰(zhàn)。貫徹落實(shí)碳中和政策，構(gòu)筑競(jìng)爭(zhēng)新優(yōu)勢(shì)的低碳發(fā)展戰(zhàn)略，以經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型為引領(lǐng)，推動(dòng)節(jié)能環(huán)保、綠色消費(fèi)、低碳經(jīng)濟(jì)等將是企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重點(diǎn)目標(biāo)之一，而率先達(dá)峰的組織，將具備技術(shù)優(yōu)勢(shì)、資源優(yōu)勢(shì)、規(guī)模優(yōu)勢(shì)等有望在未來(lái)加快兼并重組，獲取更多的行業(yè)份額，引領(lǐng)低碳新發(fā)展。自巴黎協(xié)定后，碳中和勢(shì)在必行，國(guó)內(nèi)外各領(lǐng)域標(biāo)桿企業(yè)都已紛紛陸續(xù)公布了碳中和目標(biāo)，并緊鑼密鼓地為實(shí)現(xiàn)達(dá)峰作準(zhǔn)備。

一、并網(wǎng)光伏發(fā)電站的簡(jiǎn)單介紹

1.并網(wǎng)光伏發(fā)電站簡(jiǎn)述

一套完備的并網(wǎng)光伏發(fā)電站設(shè)備包含光伏組件、逆變器、控制器、支架等其他配件。一般而言，并網(wǎng)光伏發(fā)電站是和國(guó)家電網(wǎng)連接在一起的，沒(méi)有電能的儲(chǔ)能裝置，直接通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)換成國(guó)家電網(wǎng)需要的電壓要求，并優(yōu)先供用戶使用，如果電站所產(chǎn)生的電量滿足不了用戶用電需求，就從電網(wǎng)中補(bǔ)充，否則，余電上網(wǎng)。

2.并網(wǎng)光伏發(fā)電站工作原理

盡管光伏發(fā)電站分為并網(wǎng)光伏發(fā)電站與離網(wǎng)光伏發(fā)電站，但是彼此的工作原理基本相同。并網(wǎng)光伏發(fā)電的工作原理是借助半導(dǎo)體材料的結(jié)界面（PN結(jié)）產(chǎn)出的光生伏特效應(yīng)直接把太陽(yáng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N方法。當(dāng)太陽(yáng)光輻射到光伏組件（太陽(yáng)能板子）上，在光生伏特效應(yīng)下，將太陽(yáng)能直接轉(zhuǎn)化為直流電流，通過(guò)逆變器轉(zhuǎn)變成為交流電，交流電可直接并入用戶側(cè)或升壓后并入電網(wǎng)（沒(méi)有電能儲(chǔ)備的過(guò)程）。

3.并網(wǎng)光伏電站的主要組成元件

光伏組件是光伏發(fā)電站系統(tǒng)核心光伏器件，還是太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)里最重要的部件?？刂破鞴δ苁钦{(diào)控光伏組件所產(chǎn)出的電能，將調(diào)控整合后的電能送去直流負(fù)荷端，并且將富余電能送到蓄電池組存儲(chǔ)。逆變器的最首要作用是整流——即把產(chǎn)生的電流的直流形式轉(zhuǎn)換成電流的交流狀態(tài)的設(shè)備。方波逆變器多用在對(duì)諧波需求不高的光伏系統(tǒng)里。儲(chǔ)能設(shè)備，即蓄電池組的作用是儲(chǔ)存太陽(yáng)能電池板在日光的照射下發(fā)出的電能（直流電源）并隨時(shí)準(zhǔn)備向負(fù)載供電，一般是光伏電站中多占成本很高的部件。

二、并網(wǎng)光伏發(fā)電站日常運(yùn)行中的故障分析

1.光伏組件

光伏組件在長(zhǎng)期運(yùn)輸和安裝的過(guò)程中出現(xiàn)隱裂現(xiàn)象或者由于選址不當(dāng)、落葉和鳥(niǎo)糞、灰塵等造成熱斑效應(yīng)或者出現(xiàn)裂紋。造成整塊板子無(wú)電甚至至影響整組光伏方陣。

2.光伏直流電纜

光伏直流電纜是指連在光伏板與匯流箱、逆變器之間的線路，在長(zhǎng)期日照或者地下掩埋下，由于雨、雪等天氣會(huì)造成線路的老化和短路、斷路等現(xiàn)象。

3.通訊故障

常見(jiàn)的通訊故障為通訊地址錯(cuò)誤、通訊盒燒壞、通訊端口松弛、電源插頭被拔掉、通訊接口積灰等，很容易造成通訊中斷，難以監(jiān)測(cè)到光伏電站時(shí)實(shí)運(yùn)行狀態(tài)。

4.逆變器故障

常見(jiàn)的逆變器故障可分為：交流側(cè)無(wú)電流輸出;直流側(cè)電壓不在設(shè)定的正常范圍;開(kāi)機(jī)無(wú)反應(yīng);逆變器發(fā)熱;多臺(tái)同時(shí)運(yùn)行時(shí)報(bào)故障;漏電流;并網(wǎng)柜電弧放電故障;出廠電壓參數(shù)低于國(guó)網(wǎng)電壓脫網(wǎng)等。

5.無(wú)功補(bǔ)償故障

并網(wǎng)時(shí)，由于逆變器、CT端接線問(wèn)題等造成無(wú)功補(bǔ)償不足或無(wú)功補(bǔ)償退出等。

6.孤島故障

光伏發(fā)電并網(wǎng)中，出現(xiàn)孤島效應(yīng)的前提如下：發(fā)電裝置輸出的功率與孤島系統(tǒng)中的負(fù)荷相符合，即相位平衡時(shí);電網(wǎng)因故障、維修、電壓不穩(wěn)定等因素造成供電中斷;發(fā)電裝置不能檢測(cè)到孤島效應(yīng)（檢測(cè)盲區(qū)或檢測(cè)無(wú)效）等。

7.并網(wǎng)光伏電站短路故障

短路故障有單相接地故障、兩相非接地故障、兩相接地故障、三相故障等。

除了上述七類故障以外，還有一些其他日常運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)的故障由于篇幅問(wèn)題未能詳盡。

三、并網(wǎng)光伏發(fā)電站在線監(jiān)測(cè)與狀態(tài)評(píng)估系統(tǒng)的對(duì)策

1.并網(wǎng)光伏電站發(fā)電站功率監(jiān)測(cè)技術(shù)

為了提高光伏電站的運(yùn)行可靠性，減少光伏發(fā)電功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的危害，目前主流的做法是采用由靜止同步補(bǔ)償器和儲(chǔ)能系統(tǒng)構(gòu)成的新型功率補(bǔ)償器。另一種做法，則是借助短期功率預(yù)測(cè)算法，提前預(yù)判光伏電池板陣列的發(fā)電出力，再結(jié)合采用功率補(bǔ)償裝置，及時(shí)調(diào)整光伏電站的工作狀態(tài)，以降低光伏電站功率波動(dòng)對(duì)電網(wǎng)的危害性。

2.光伏電站環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)

環(huán)境條件是影響光伏電站發(fā)電功率的重要因素。目前在光伏電站實(shí)施的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測(cè)，主要涵蓋溫度、光照強(qiáng)度、光伏陣列表面清潔度等。目前有關(guān)光伏電池板表面清潔度監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，大多是基于發(fā)電功率變化、氣象條件、溫濕、光伏電池板電流等較容易直接測(cè)量的數(shù)據(jù)信息來(lái)間接反映光伏電池板表面的清潔度。

3.光伏電站故障診斷技術(shù)

在光伏電站，光伏電池板產(chǎn)生的電能先經(jīng)過(guò)匯流箱，再經(jīng)逆變器接入電網(wǎng)。運(yùn)行記錄大數(shù)據(jù)表明，光伏電站中出現(xiàn)的故障，多發(fā)生在逆變器部位。此外，由于光伏電站中光伏電池板陣列規(guī)模一般很大，若其中逆變器以外的其他部件發(fā)生故障，其故障定位也并不容易。具體根據(jù)光伏電站故障診斷機(jī)制的不同，將光伏電站故障診斷技術(shù)分為故障的非智能診斷和智能診斷兩大類。光伏電站故障的非智能診斷技術(shù)，是指未采用人工智能算法，而是直接通過(guò)對(duì)比實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)與理想條件下的數(shù)據(jù)來(lái)分析光伏電站運(yùn)行狀況，判斷故障是否已發(fā)生的診斷技術(shù)。而目前用于故障診斷的人工智能算法主要有BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、聚類算法、關(guān)聯(lián)規(guī)則、貝葉斯算法等等。目前，由于人工智能算法在很多工程技術(shù)領(lǐng)域中的故障分類及定位上都有上佳表現(xiàn)，因此對(duì)光伏電站中故障的智能診斷技術(shù)研究越來(lái)越受到重視。

4.光伏電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通信技術(shù)

光伏電站占地面積通常很大，其中的光伏發(fā)電設(shè)備分布較為分散，因此為實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電站內(nèi)分布裝設(shè)的光伏發(fā)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)，還需要構(gòu)建一個(gè)可靠、高效的通信網(wǎng)絡(luò)。因此在實(shí)際搭建光伏電站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，還應(yīng)根據(jù)所建光伏電站規(guī)模的大小進(jìn)行合理取舍，從而選定更為合適的通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，光伏組件的運(yùn)行狀態(tài)受環(huán)境氣候因素影響很大，難以直接利用標(biāo)準(zhǔn)條件下的性能參數(shù)為基準(zhǔn)對(duì)運(yùn)行中的光伏組件做出評(píng)價(jià)。并網(wǎng)光伏發(fā)電站若要良好的運(yùn)行，需要各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備完好且相互匹配。施工前，做好對(duì)并網(wǎng)光伏發(fā)電站建立充足的前期調(diào)研，施工設(shè)計(jì)等工作。定期檢測(cè)并網(wǎng)光伏發(fā)電站系統(tǒng)中的各設(shè)備運(yùn)行情況，如若發(fā)現(xiàn)故障或造成故障出現(xiàn)的安全隱患及時(shí)反饋并進(jìn)行保養(yǎng)維護(hù)。培養(yǎng)并配備專業(yè)技術(shù)人員對(duì)并網(wǎng)光伏發(fā)電站進(jìn)行維護(hù)。加強(qiáng)培養(yǎng)光伏領(lǐng)域的專技人員的專業(yè)知識(shí)、實(shí)踐動(dòng)手操作能力。做好對(duì)光伏電站的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)管理工作。能夠?qū)崟r(shí)發(fā)覺(jué)電站運(yùn)行過(guò)程里出現(xiàn)的故障等，及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急裝置，斷開(kāi)電路保護(hù)相關(guān)設(shè)備。運(yùn)維人員根據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控的反饋內(nèi)容，準(zhǔn)備好相應(yīng)的處理方案和工作進(jìn)行檢修操作，減少了不必要的人員來(lái)回路程浪費(fèi)，縮短維修周期。注意光伏電站四周環(huán)境衛(wèi)生的清理。不遮蓋光伏組件，并定期清洗光伏組件，注意防雷，增加發(fā)電的轉(zhuǎn)化率。

參考文獻(xiàn)

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