分布式光伏發(fā)電集控運行的管理分析

中廣核新能源投資（深圳）有限公司云南分公司 王 驍 嚴明科 趙 亞

分布式光伏發(fā)電按照目前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展形態(tài)來看，特指采用一系列光伏組件把太陽能直接轉換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)。其中，屋頂光伏發(fā)電尤其能滿足大規(guī)模光伏發(fā)電的需求，因此備受重視。分布式發(fā)電與互聯(lián)網(wǎng)技術緊密結合起來，高筑的每一個建筑物都可能變成一座發(fā)電的主體，不僅能夠為人們解決建筑用電的難題，也帶來了諸如電力的輸送方式、信息傳播、人們的生活方式和工作方式以及戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展的巨大變化。

1 國內(nèi)分布式光伏發(fā)電的現(xiàn)狀調查及前景分析

1.1 現(xiàn)狀調查

作為一種新型的、具有廣闊發(fā)展前景的能源綜合利用方式，分布式光伏發(fā)電一貫致力于規(guī)模化、集中式的開發(fā)建設，發(fā)展勢頭正猛，這也是落實國家“碳達峰 碳中和”戰(zhàn)略目標任務、推動綠色經(jīng)濟的重要舉措。我國分布式光伏從2013年以來大踏步前進，共有15個支持政策相繼出臺?！笆奈濉泵鞔_了超258GW 以上光伏等可再生能源新增裝機目標，“兩個一體化”（風光水火儲一體化、源網(wǎng)荷儲一體化）基地和分布式光伏被作為能源轉型的重要發(fā)力點。相關數(shù)據(jù)顯示，2020年我國大型集中式電站占比為67.8%，分布式電站占比為32.2%。隨著光伏在建筑、交通等領域的融合發(fā)展，疊加戶用的應用規(guī)模，屋頂分布式光伏將加速發(fā)展，預計未來分布式將成為實現(xiàn)“碳達峰”和“碳中和”目標的主力軍之一。從技術角度來看，光伏大規(guī)模的分布式接入極其考驗網(wǎng)絡運行的質量和局部電壓的穩(wěn)定性，這也給眾多開發(fā)商和電網(wǎng)運營商布下一個難題，技術博弈之間，分布式光伏發(fā)電站已經(jīng)在眾多地區(qū)悄然林立。

我國早期的分布式供電多為單輻射狀的10kV配電線路，安全系統(tǒng)較低，運行速率也無法滿足各種配網(wǎng)結構的要求。在城區(qū)改造過程中，國內(nèi)政策逐漸向環(huán)網(wǎng)供電、開環(huán)運行的方向傾斜，推動分布式光伏接入傳輸線，在保護線路、維護系統(tǒng)安全運行的基礎上達到傳輸功率低負荷運行的標準，并且能夠保證電壓偏差不會超過安全運行的技術指標。以此同時，為了進一步抑制分布式光伏接入對電壓變化的影響，國內(nèi)分布式光伏電站的變壓器普遍選用可控型變壓器。經(jīng)過多年的摸索實驗，我國分布式光伏開發(fā)商充分對標其他光伏安裝量較多的國家，及時發(fā)現(xiàn)了分布式光伏接入并網(wǎng)后安全運行范圍和頻率的變化，對分布式的短路能力進行改造和抑制，在配電系統(tǒng)規(guī)劃、分布式系統(tǒng)設計中充分考慮到短路電流的影響，進而有效解決了分布式電網(wǎng)在升壓及長途運輸中的損耗問題。

按照規(guī)定，分布式光伏必須接入公共電網(wǎng)，與公共電網(wǎng)一起為附近的用戶供電。根據(jù)公開數(shù)據(jù)，僅利用現(xiàn)有建筑的屋頂，中國分布式光伏發(fā)電的市場潛力將達到3億千瓦[1]，與此同時，長期以來以燃煤發(fā)電為基礎的國內(nèi)供電結構造成了嚴重的環(huán)境問題，因此利用太陽能光伏發(fā)電，結合用戶對分布式電源的需求，同時成本的降低將大大增加光伏產(chǎn)業(yè)的利潤，這將繼續(xù)吸引資本投資，促進光伏市場的發(fā)展。

1.2 存在的問題分析及發(fā)展前景

從我國特有的地理條件和人群居住分布狀況來看，分布式光伏發(fā)電可以說是大勢所趨。然而，在推進分布式光伏大規(guī)模發(fā)展的過程中，也存在著諸如以下幾點阻礙因素：一是從2021年開始，除戶用光伏以外，光伏項目將全面去補貼，進入平價時代；二是我國城市的屋頂設計結構和產(chǎn)權等問題較為復雜，承載能力有很大的差異，且業(yè)主的接受度也并不高。據(jù)調查，業(yè)主的積極性是影響分布式光伏發(fā)電發(fā)展速度的關鍵因素[2]，這也大大增加了分布式光伏系統(tǒng)布局的難度；三是分布式光伏的運營維護能力有待提高，尤其是偏遠地區(qū)。分布式光伏電站往往建立在較為偏僻的地方，運行維護比較困難，一旦出現(xiàn)故障，無法及時發(fā)現(xiàn)和處理，這在一定程度上影響了光伏電站的使用壽命和發(fā)電效益。

盡管在推進的過程中存在著種種難題，不可否認的是，分布式光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)作為新能源開發(fā)利用的先行棋，正在以勢不可擋的態(tài)勢向前發(fā)展。面對土地資源稀缺現(xiàn)狀，屋頂分布式光伏發(fā)電又無疑將成為解決新能源利用問題的滿意方案，早在2012年，我國政府就先后出臺了一系列政策，為光伏分布式發(fā)電給出了前所未有的利好發(fā)展政策?，F(xiàn)階段，國家能源局又再次下發(fā)了國內(nèi)各地市推進分布式光伏（屋頂）發(fā)電的方案通知，國家能源局亦發(fā)布分布式光伏重大利好政策，《關于報送整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點方案的通知》大力支持分布式光伏市場的開拓，擬在全國組織開展整縣（市、區(qū)）屋頂分布式光伏開發(fā)試點工作。目前，已有超過20個省市發(fā)布推動分布式光伏整縣項目相關文件，預計在接下來5年內(nèi)，我國分布式光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)將在發(fā)展思路、方式方法上達到一個新的高度，進入放量增長階段，市場空間或超億萬元，成為新能源集控發(fā)展、規(guī)模發(fā)展、品牌發(fā)展、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新標桿。

2 國內(nèi)分布式光伏發(fā)電集控運行的管理分析

2.1 質量控制

分布式光伏發(fā)電項目的實施以系統(tǒng)運行質量問題和施工的質量控制為要點，主要包括支架基礎、電池組件的土建安裝、接地系統(tǒng)、預埋件、逆變器、箱變、監(jiān)控報警系統(tǒng)等。需要盡可能地減少項目后期的維護工作量，主要涉及以下三個質量控制要素。

2.1.1 進度質量管理

項目的總進度取決于項目開發(fā)前，各專業(yè)設計人員提前介入到工程設計環(huán)節(jié)，通過集中討論、現(xiàn)場勘測、各方交接配合等方式優(yōu)化出項目的整體進度。進入項目可行性研究階段后，需要有專業(yè)人員協(xié)助主辦方審核招標文件、檢測投標方資質，并在施工準備階段做好工程建設方面、安全方面、人員管理方面的規(guī)整和培訓。分布式光伏發(fā)電項目進度的把控，應在施工進度合理、光伏組件安裝施工保質保量的基礎上，盡可能地提升項目的施工質量。對此，施工方應該按照項目開發(fā)期間的實際情況依法依規(guī)地展開施工，對項目中需要用的附件、設備合規(guī)安裝，保證性能，以防外力對項目的施工進度和施工質量產(chǎn)生不良影響。

2.1.2 過程質量管理

在具體的分布式光伏發(fā)電項目中，施工方需要在現(xiàn)場對人員、設備、系統(tǒng)、工序等細節(jié)準確把握，從工序質量到分項工程質量，保證全流程、全系統(tǒng)的質量控制。施工方應設立施工流程審批程序，交由經(jīng)驗豐富的專家進行評定，監(jiān)控重大流程的實施，以預防為主，做好事后把關，重視檢測隊伍，狠抓施工人員的工作質量，以人員質量來保證施工質量。

2.1.3 技術質量管理

盡管項目展開前，施工方已經(jīng)盡可能完善了各項標準和流程，但在建設技術及制度上，還需要建立完備的技術交底制度[3]。對項目現(xiàn)場接地裝置、安裝施工的材料要求、機具、作業(yè)條件、質量要求以及操作工藝等統(tǒng)一簽署技術交底文件。由于在實際建設環(huán)節(jié)中，分布式光伏施工的技術標準不一，這一制度的建立可以使現(xiàn)場技術人員能夠統(tǒng)籌合理地安排工作，搭建雙向溝通交流的合作機制，一切以交工質量和技術質量為最高目標。

2.2 運行管理

在智能信息技術“精耕細作”的推進下，分布式光伏發(fā)電的運行管理方式方法已經(jīng)從原來的分散管理模式向統(tǒng)一集控模式轉變，呈現(xiàn)出智能化運行維護的特點：無人值守、規(guī)模化集中監(jiān)控、數(shù)字化遠程控制、智能化巡檢維修，等等。隨著光伏產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展，先進、高效、智能化將成為分布式光伏電站運行管理的新要求[4]。

2.2.1 集中監(jiān)控

通過電力系統(tǒng)自動化的整體規(guī)劃來實現(xiàn)光伏電站的集中監(jiān)控，附加全站視頻監(jiān)控系統(tǒng)，是一項安全可靠、經(jīng)濟合理的運行管理要求，在成本控制的基礎上實現(xiàn)了光伏電站運行管理的效率和質量。一般來說，傳統(tǒng)大型集中光伏電站采用常規(guī)集控接入方式，常規(guī)集中監(jiān)控的層級是由站控層、網(wǎng)絡層和間隔層組成，站控層是整個集中狀態(tài)的監(jiān)視和控制中心，網(wǎng)絡層融合進智能化管理設備，負責信息的采集、保護和管理，對于小規(guī)模分布式光伏而言常規(guī)接入方式成本偏高，可采用光伏后臺通過數(shù)據(jù)采集服務器通過通信運營商移動網(wǎng)絡上云方案接入，可在遠程手機端或電腦端實現(xiàn)遠程監(jiān)控逆變器、匯流箱運行情況監(jiān)控、電量查看、故障報警推送等功能，相比光伏電站常規(guī)接入集控方案，新接入方案初始建設成本降低14.5萬～19.5萬元，后續(xù)每月費用降低5000～5500元/月，按照25年光伏電站壽命周期可節(jié)約150萬元集控運行成本。

圖1 光伏集控常規(guī)接入方式

圖2 分布式光伏集控新接入方式

2.2.2 無人值守

采用集中監(jiān)控的光伏電站在運行過程中無需人工值守，是數(shù)字化控制系統(tǒng)從概念落地到具體生產(chǎn)的重要表現(xiàn)方式。在智能化控制系統(tǒng)深層次地植入到光伏電站后，通過成立現(xiàn)代化技術集控中心，在線配置參數(shù)、召喚數(shù)據(jù)，實現(xiàn)后臺對電站遠程遙控程序的控制。對于原本有可能出現(xiàn)的現(xiàn)場問題，集控中心每日按照巡視要求定期對監(jiān)控畫面及視頻監(jiān)控畫面巡視檢查，能及時發(fā)現(xiàn)設備異常情況，發(fā)現(xiàn)設備異常后在安排人員到現(xiàn)場進行消缺處理，以保證現(xiàn)場設備安全穩(wěn)定運行，隨著分布式場站數(shù)量的增加，無人值守模式將大大降低了分布式光伏電站人工成本。

2.2.3 集中檢修

分布式光伏電站目前以屋頂光伏發(fā)電為主，設備分散，一般為無人值守模式，檢修難度可見一斑。再加上電站模塊組裝和安裝時的技術要求較高，逆變器匯流箱之間通信電纜、動力電纜鋪設較長，一旦出現(xiàn)設備故障，很難及時檢修、排除危險。當前，在智能化運行維護系統(tǒng)的扶持下，采用智能逆變器可以實現(xiàn)自動巡檢、一鍵體檢等功能，精確定位異常組串，借助于基礎網(wǎng)格管理和產(chǎn)業(yè)大數(shù)據(jù)挖掘分析技術，找到最佳檢修時機，合理避開分散檢修的技術難題，定期無人機巡視，實現(xiàn)檢修集中化、管理精細化、維護智能化。

2.3 安全管控

分布式光伏發(fā)電項目存在的安全風險主要集中在施工階段和運行發(fā)電期間，具體的風險如火災隱患、觸電隱患、高空墜落等。隨著分布式光伏發(fā)電迅猛發(fā)展，常見的安全隱患和事故頻繁暴露[5]。

2.3.1 火災隱患安全管控

施工方在采購所需的設備或組件時，要選擇可靠的供應商，挑選好品牌，日常巡檢時也要注意設備是否出現(xiàn)嚴重的發(fā)熱或熱斑現(xiàn)象。組件安裝完成后，工作人員要在屋頂配備消防設施，按規(guī)定執(zhí)行消防管理要求，視頻監(jiān)控系統(tǒng)需具有火災報警功能，在攝像頭區(qū)域有明火或煙霧情況攝像頭會報警提醒，集控能及時發(fā)現(xiàn)隱患并通知屋頂物業(yè)方檢查處理。防止出現(xiàn)火災事故。

2.3.2 觸電隱患安全管控

觸電一般是發(fā)生在檢修人員清洗組件火災維修設備的情況下，在登頂檢修前，要提前確認電源線十分破損，然后提前穿戴好專業(yè)防觸電設備，戴好安全帽和絕緣手套，加強現(xiàn)場檢修安全管理。另外，要防止外來人員無故闖入，門口設立提醒牌，視頻監(jiān)控系統(tǒng)需具有移動偵測及遠程喊話功能，有人員未經(jīng)集控允許進入光伏設備區(qū)視頻監(jiān)控軟件會報警提醒，集控人員發(fā)現(xiàn)有外來人員進入廠區(qū)后，可通過遠程喊話裝置要求相關人員離開。

2.3.3 高空墜落隱患安全管控

在屋頂安裝好光伏發(fā)電設備后，臨邊區(qū)域應該加裝防護欄和隔離設施，并設立警示牌。檢修通道盡量設置在屋頂內(nèi)側，防止維護人在屋頂邊緣開展檢修作業(yè)，且從地面到屋頂?shù)臋z修爬梯也要安裝到位，配備好安全帶，嚴防因設備準備不足而導致的高空墜落事故。

3 結語

在國內(nèi)重點普及、推進分布式光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)，是重視雙碳目標、踐行綠色經(jīng)濟的關鍵路徑，也是發(fā)展綠色技術驅動、大規(guī)模系統(tǒng)性節(jié)能減排的重要因素。在分布式光伏發(fā)電產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的過程中，國家的政策引導固然重要，但企業(yè)創(chuàng)新性的運行管理也將發(fā)揮重大作用，通過質量控制、運行管理分析、安全管控等精細化管理，數(shù)據(jù)化驅動分布式光伏智慧化運維管理，提升分布式光伏發(fā)電效能，降低運維成本，這樣才能在較快、較穩(wěn)的基礎上推進分布式光伏產(chǎn)業(yè)自上而下革新發(fā)展。