傅國(guó)軒，李雪，高旭冬

（1. 黃河上游水電開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，青海西寧 810000；2. 北京木聯(lián)能軟件股份有限公司，北京 100096）

在能源形勢(shì)日益嚴(yán)峻的今天[1]，提倡綠色能源，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，降低對(duì)煤炭等環(huán)境污染型資源的嚴(yán)重依賴得到社會(huì)的普遍認(rèn)同。太陽(yáng)能具有分布廣泛、清潔環(huán)保、資源豐富等優(yōu)勢(shì)[2-3]，是傳統(tǒng)發(fā)電的有益補(bǔ)充。鑒于其對(duì)環(huán)保與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要性，各發(fā)達(dá)國(guó)家無(wú)不全力推動(dòng)太陽(yáng)能發(fā)電工作[4]。隨著國(guó)家政策支持和智能電網(wǎng)建設(shè)[5]，近年來(lái)我國(guó)光伏產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速[6-7]，截至2013年底，全國(guó)光伏發(fā)電累計(jì)并網(wǎng)容量為1 942萬(wàn)kW，其中地面大型光伏電站并網(wǎng)容量為1 632萬(wàn)kW，分布式光伏發(fā)電項(xiàng)目并網(wǎng)容量為310萬(wàn)kW。

并網(wǎng)光伏電站主要包含光伏電池組件、匯流箱、逆變器等設(shè)備類型[8]，逆變器作為發(fā)電量的輸出單元，逆變器所處的光伏方陣中普遍存在組串電流偏低、過(guò)低甚至部分組串電流為零的問(wèn)題，從而嚴(yán)重影響光伏電站的發(fā)電量。即使是運(yùn)行良好的逆變器，也仍存在部分組串電流偏低、過(guò)低甚至部分組串電流為零的問(wèn)題。如何快速找到光伏方陣中普遍存在偏低、過(guò)低、為零的組串電流是首要解決的問(wèn)題。為此，引入?yún)R流箱組串電流離散率的概念，提出了基于匯流箱組串電流離散率的數(shù)據(jù)分析方法，可迅速定位匯流箱異常組串，幫助運(yùn)維人員及時(shí)排除組串故障問(wèn)題，達(dá)到提高光伏電站發(fā)電量的目的。

1 匯流箱組串電流離散率定義及分類

匯流箱組串電流離散率是指光伏電站某臺(tái)逆變器所帶匯流箱組串電流的離散率，它反映了該逆變器下所有匯流箱電池組串的整體運(yùn)行情況，離散率數(shù)值越小，說(shuō)明各匯流箱電池組串電流曲線越集中，發(fā)電情況越穩(wěn)定。

某時(shí)刻（j時(shí)刻）匯流箱組串電流離散率計(jì)算公式為：

全天匯流箱組串電流離散率為該逆變器下匯流箱組串電流每個(gè)時(shí)刻離散率的加權(quán)平均值。根據(jù)光伏電站生產(chǎn)運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)[9]要求，匯流箱組串電流離散率取值范圍可分為如下4個(gè)等級(jí)：

1）若匯流箱組串電流離散率取值范圍在0～5%以內(nèi)，說(shuō)明匯流箱支路電流運(yùn)行穩(wěn)定。

2）若匯流箱組串電流離散率取值在5%～10%以內(nèi)，說(shuō)明匯流箱支路電流運(yùn)行情況良好。

3）若匯流箱組串電流離散率取值在10%～20%以內(nèi)，說(shuō)明匯流箱支路電流運(yùn)行情況有待提高。

4）若匯流箱支路電流離散率超過(guò)20%，說(shuō)明匯流箱支路電流運(yùn)行情況較差，影響電站發(fā)電量，必須進(jìn)行整改。

2 匯流箱組串電流離散率應(yīng)用

以我國(guó)西北地區(qū)某20 MW地面并網(wǎng)光伏電站2014年4月的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)為例，應(yīng)用匯流箱組串電流離散率分析方法評(píng)估電站的發(fā)電情況。該電站在2014年4月份理論發(fā)電量384.999萬(wàn)kW·h，實(shí)際發(fā)電量275.437萬(wàn)kW·h，上網(wǎng)電量275.179萬(wàn)kW·h，發(fā)電量等效利用小時(shí)數(shù)為137.72 h（4.59 h/d），系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行綜合效率為71.48%。2014年4月該電站發(fā)電量趨勢(shì)變化圖如圖1所示。

圖1 2014年4月西北某光伏電站發(fā)電量趨勢(shì)變化圖Fig. 1 Change of the output of a PV power plant in Northwest in April 2014

由圖1可見(jiàn)，電站日均發(fā)電量9.181萬(wàn)kW·h，其中2014年4月22日發(fā)電量最高，為13.514萬(wàn)kW·h；4月24日發(fā)電量最低，為1.223萬(wàn)kW·h。兩者相差12.291萬(wàn)kW·h。分析4月份發(fā)電量最高和最低的一天匯流箱組串電流離散率如圖2（a）和圖2（b）所示。

圖2 2014年4月22日和24日某電站匯流箱組串電流離散率分析圖Fig. 2 Discrete rate analysis of the junction box branch current of a PV power station respectively on April 22 and April 24，2014

2014年4月22日（電站發(fā)電量最高）逆變器下匯流箱組串電流離散率如圖2（a）所示。1臺(tái)逆變器下的匯流箱組串電流離散率取值范圍在0～5%之間，占2.5%；3臺(tái)逆變器下的匯流箱組串電流的離散率在5%～10%之間，占7.5%；10臺(tái)逆變器下的匯流箱組串電流離散率取值范圍在10%～20%，占25%；26臺(tái)逆變器下的匯流箱組串電流離散率取值大于20%，占65%。說(shuō)明10臺(tái)逆變器下的匯流箱電池組串運(yùn)行情況有待提高，26臺(tái)逆變器下的匯流箱電池組串運(yùn)行情況較差，影響電站發(fā)電量，必須進(jìn)行整改。

2014年4月24日（電站發(fā)電量最低）逆變器下的匯流箱組串電流離散率如圖2（b）所示。8臺(tái)逆變器下的匯流箱組串電流離散率在10%～20%之間，占20%；32臺(tái)逆變器下的匯流箱組串電流離散率超過(guò)20%，占80%。說(shuō)明8臺(tái)逆變器下的匯流箱電池組串運(yùn)行情況有待提高，32臺(tái)逆變器下的匯流箱電池組串運(yùn)行情況較差，影響電站發(fā)電量，必須進(jìn)行整改。

由2014年4月22日和4月24日的離散率統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以看出，2014年4月22日匯流箱電池組串運(yùn)行穩(wěn)定性明顯優(yōu)于2014年4月24日，可見(jiàn)匯流箱電池組串運(yùn)行穩(wěn)定性是影響發(fā)電量主要因素之一，如何提高匯流箱電池組串運(yùn)行穩(wěn)定性是需要解決的首要問(wèn)題。

2.1 異常電流組串定位

提高匯流箱電池組串運(yùn)行穩(wěn)定性在于消除匯流箱異常組串電流，應(yīng)用匯流箱組串電流離散率分析方法快速定位電流偏低、為零的異常電池組串，分析該電站2014年4月24日（電站發(fā)電量最低）逆變器下匯流箱組串電流離散率，查看離散率在10%～20%之間、大于20%匯流箱組串電流，通過(guò)逆變器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)定位異常電流組串。其中，2014年4月24日15號(hào)子陣逆變柜02下的匯流箱組串電流離散率為53.92%，其匯流箱組串電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示。由圖3可見(jiàn)15號(hào)子陣逆變柜02下的05號(hào)、12號(hào)、13號(hào)、15號(hào)匯流箱下i13、i14、i15、i16支路電流為0；09號(hào)匯流箱i12、i13、i14、i15、i16支路電流為0。

2014年4月24日03號(hào)子陣逆變柜02下的匯流箱組串電流離散率為17.85%，其匯流箱組串電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖4所示。由圖4可見(jiàn)，4月24日03號(hào)子陣逆變柜A下的15號(hào)匯流箱i5支路電流為0。查看組串電流離散率大于10%的其他38臺(tái)逆變器下的匯流箱組串電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，共發(fā)現(xiàn)284條異常電流組串，其中，280條電池組串電流為0，4條組串電流偏低。

綜上所述，4月24日該電站異常電流組串為284條，其中，280條電池組串電流為0，4條組串電流偏低，電池組串的平均發(fā)電量為3 kW·h。全站正常工作逆變器下的電池組串共4 474條，總發(fā)電量為1.223萬(wàn)kW·h。如果所有電流異常的電池組串發(fā)電量均達(dá)到當(dāng)日平均發(fā)電量水平，則本電站在4月24日因組串電流異常導(dǎo)致的損失電量為0.085萬(wàn)kW·h，若對(duì)284條電流異常組串進(jìn)行消缺，電站發(fā)電量可提升6.95%。

圖3 2014年4月24日某電站15號(hào)子陣逆變柜02的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig.3 Real-time monitoring data on No.15 sub arrays of No 02 inverter cabinet 02 of a PV power plant on April 24，2014

圖4 2014年4月24日某電站03號(hào)子陣逆變柜02的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)Fig. 4 Real-time monitoring data on No. 03 sub arrays of No 02 inverter cabinet 02 of a PV power plant on April 24，2014

2.2 損失電量評(píng)估

發(fā)電量是評(píng)估光伏電站經(jīng)濟(jì)效益的重要指標(biāo)，造成光伏電站電量損失的原因有多種，如灰塵損失、線路損失等。本文主要分析由于異常組串電流造成的電量損失，重點(diǎn)評(píng)估西北地區(qū)某20 MW地面并網(wǎng)光伏電站2014年4月由于組串電流異常造成的電量損失情況，該電站2014年4月理論發(fā)電量384.999萬(wàn)kW·h，實(shí)際發(fā)電量275.437萬(wàn)kW·h，上網(wǎng)電量275.179萬(wàn)kW·h，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行綜合效率為71.48%。統(tǒng)計(jì)該光伏電站2014年4月份的異常電流組串?dāng)?shù)量，若所有電流異常的電池組串發(fā)電量均達(dá)到當(dāng)日平均發(fā)電量水平，則該電站異常電流組串造成的損失電量如表1所示。

表1中2014年4月份異常電流組串為8 068條，占電站組串總數(shù)量的6.01%，該電站由于組串電流異常造成的損失電量為17.345萬(wàn)kW·h。若對(duì)電流異常組串及時(shí)進(jìn)行消缺，則電站發(fā)電量可提升6.30%。由此可見(jiàn)，異常組串的及時(shí)消缺對(duì)提升光伏電站發(fā)電量具有重要意義。

3 結(jié)論

本文結(jié)合光伏電站的生產(chǎn)運(yùn)行特點(diǎn)，提出了基于匯流箱組串電流離散率的分析方法，并以我國(guó)西北地區(qū)某20 MW地面并網(wǎng)光伏電站2014年4月的實(shí)際生產(chǎn)運(yùn)行數(shù)據(jù)為例，通過(guò)分析該電站匯流箱組串電流離散率，定位電流偏低和電流為0的異常組串，評(píng)估由于組串電流異常造成的電量損失。其主要結(jié)論歸納如下：

1）并網(wǎng)光伏電站基于匯流箱組串電流離散率的分析方法，主要是通過(guò)分析光伏電站匯流箱組串電流離散率，找到組串電流離散率大于10%的逆變器，進(jìn)一步查看該逆變器下的匯流箱組串電流實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，快速定位電流偏低和電流為0的異常電流組串，并及時(shí)進(jìn)行消缺，提高電站發(fā)電量。

2）本文提出了光伏電站因組串電流異常造成的損失電量評(píng)估方法，對(duì)光伏電站產(chǎn)能分析和評(píng)估具有重要意義。

3）2014年4月，西北地區(qū)某20 MW地面并網(wǎng)光伏電站實(shí)際發(fā)電量275.437 萬(wàn)kW·h，上網(wǎng)電量275.179萬(wàn)kW·h，系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行綜合效率為71.48%，應(yīng)用匯流箱組串電流離散率分析方法定位異常電流組串共8 068條，占電站組串總數(shù)量的6.01%。經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析，由于組串電流異常造成的損失電量為17.345萬(wàn)kW·h，若對(duì)電流異常組串及時(shí)消缺，則電站發(fā)電量可提升6.30%，綜合效率可提升到77.78%。

表1 2014年4月份異常電流組串損失電量評(píng)估Tab. 1 Assessment of loss of power of abnormal current branch in April 2014

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