特變電工新疆新能源股份有限公司　■ 劉佳尉王靜 汪婷婷 陳凱旋

光伏電站直流線損的兩種測量方法對比分析

特變電工新疆新能源股份有限公司■ 劉佳尉*王靜 汪婷婷 陳凱旋

針對光伏電站直流線損進行了實驗測量，測量過程中分別使用了兩種方案，即直接測量功率的方案和通過測量電壓電流來計算直流線損的方案。對兩種方案的測量結(jié)果進行了對比和分析。結(jié)論表明，通過測量電壓電流來計算直流線損的方案更為適用于電站現(xiàn)場的檢測。

光伏；直流線損；實驗測量

0　引言

直流線損即直流電纜在輸送電能的過程中產(chǎn)生的損耗，主要是電流通過直流電纜時，在直流電阻上產(chǎn)生的損耗。直流線損是影響光伏電站系統(tǒng)效率的主要因素之一，大小直接影響到光伏電站的PR值，造成電站發(fā)電量減少和投資收益降低。直流線損過大會導(dǎo)致直流電纜溫升過高，直接影響電纜的使用壽命。因此，有必要對光伏電站的直流線損進行測量。

1　實驗方法

引起直流線損的主要因素包括：環(huán)境溫度、線纜長度、工作電壓、工作電流。光伏電站的直流線損主要由兩個部分組成：組串至匯流箱的直流線損和匯流箱至逆變器的直流線損。

直流線損的測量從原理上來講，可分為直接法和間接法兩種。直接法通過直接測量始端和末端兩點的直流功率值，兩者之差即為直流線損。間接法通過測量始端和末端兩點的電壓值得到電壓降，再測量任意一端的電流值，即可計算得到直流線損。

1.1I-V曲線測試儀測量方案

1.1.1組串至匯流箱直流線損的測量

直接法測量組串至匯流箱直流線損時，需要對選定匯流箱所連接的所有組串進行測量，功率值的測量主要使用I-V曲線測試儀來實現(xiàn)[1]。組串至匯流箱接線原理圖如圖1所示。

圖1　組串至匯流箱接線原理圖

以組串1為例，直接法測量直流線損時首先斷開匯流箱直流斷路器和組串1對應(yīng)的熔斷器QR1，然后用I-V曲線測試儀在QR1處和QR1處分別測量該組串的I-V曲線，測量時應(yīng)保證輻照度＆gt;800 W/m2且變化幅度在-1％～1％范圍內(nèi)[2]。在數(shù)據(jù)計算時，應(yīng)將測量的功率值分別換算至STC條件下的數(shù)值，計算得到STC條件下的直流線損百分數(shù)。

1.1.2匯流箱至逆變器直流線損的測量

直接法測量匯流箱至逆變器直流線損時，需要對選定直流配電柜所連接的所有匯流箱進行測量，功率值的測量同樣使用I-V曲線測試儀來實現(xiàn)。匯流箱至逆變器直流配電柜的接線原理圖如圖2所示。圖2中，QF的編號由2位數(shù)字組成，其中第1位數(shù)字表示開關(guān)所處的位置層次，第2位數(shù)字表示回路的編號。比如對于所有匯流箱而言，其開關(guān)編號的第一位數(shù)字都是1，對于所有直流配電柜而言，其開關(guān)編號的第一位數(shù)字都是2。匯流箱開關(guān)和直流配電柜開關(guān)編號的第2位數(shù)字都是和匯流箱編號對應(yīng)的。因此，QF1n表示匯流箱n的出線斷路器，QF2n表示匯流箱n接入直流配電柜對應(yīng)的進線斷路器。

圖2　匯流箱至逆變器直流配電柜接線原理圖

以匯流箱1為例，直接法測量直流線損時，首先將被測逆變器停機，并斷開直流側(cè)總斷路器及交流側(cè)總斷路器，用I-V曲線測試儀在QF11上端和QF21下端分別測量該匯流箱的I-V曲線，測量時應(yīng)保證輻照度＆gt;800 W/m2且變化幅度在-1％～1％范圍內(nèi)。在數(shù)據(jù)計算時，應(yīng)將測量的功率值分別換算為STC條件下的數(shù)值，計算得到STC條件下的直流線損百分數(shù)。

1.2萬用表和直流鉗測量方案

間接法測量時，主要使用的設(shè)備為萬用表、直流鉗、輻照儀和溫度儀，其中輻照儀和溫度儀集成在I-V曲線測試儀上。萬用表用于測量始端和末端的電壓值，直流鉗用于測量線路上的直流電流值[3]。

1.2.1組串至匯流箱直流線損的測量

間接法測量組串至匯流箱直流線損時，要選擇距匯流箱距離為遠、中、近的3個組串分別進行測量，然后取平均值作為該匯流箱對應(yīng)的直流線損值。

組串至匯流箱直流線損測量原理圖如圖3所示。具體測量時，首先要根據(jù)設(shè)計圖紙及電纜清冊表，確定到選定匯流箱的距離為遠、中、近的組串，然后在被測組串終端QC1(或QC2、QC3)分別用萬用表和直流鉗測量組串的輸出電壓和輸出電流。打開匯流箱，在被測組串對應(yīng)的熔斷器QR1(或QR2、QR3)的下端用萬用表測量該組串在匯流箱處的輸入電壓，當(dāng)輻照度＆gt;800 W/m2且變化幅度在-1％～1％范圍內(nèi)時開始測量。在同一時刻記錄組串的輸出電壓和電流、匯流箱處的電壓、輻照度和溫度數(shù)據(jù)，作為該組串的一組數(shù)據(jù)。將以上電壓、電流數(shù)據(jù)換算成STC條件下的數(shù)值，計算電壓損失百分比。

圖3　組串(遠、中、近)至匯流箱直流線損測量接線原理圖

1.2.2匯流箱至逆變器直流線損的測量

間接法測量匯流箱至逆變器直流線損時，要選擇距逆變器距離為遠、中、近的3個匯流箱分別進行測量，然后取平均值作為該逆變器對應(yīng)的直流線損值。

匯流箱至逆變器直流線損測量原理圖如圖4所示。具體測量時，首先要在電纜清冊中確定到選定逆變器的距離為遠、中、近的匯流箱。在被測匯流箱中斷路器QF11(或QF12、QF13)下端用萬用表和直流鉗測量匯流箱的輸出直流電壓和直流電流；在逆變器直流配電柜輸入端，斷路器QF21(或QF22、QF23)下端用萬用表測量逆變器輸入直流電壓，當(dāng)輻照度＆gt;800 W/m2且變化幅度在-1％～1％范圍內(nèi)時開始測量。在同一時刻記錄匯流箱的輸出電壓和電流、逆變器直流配電柜處的電壓、輻照度和溫度數(shù)據(jù)，作為該匯流箱的一組數(shù)據(jù)。將以上電壓、電流數(shù)據(jù)換算成STC條件下的數(shù)值，計算電壓損失百分比。

圖4　匯流箱(遠、中、近)至逆變器直流線損測量接線原理圖

2　實驗結(jié)果

根據(jù)實驗結(jié)果繪制曲線，如圖5和圖6所示。其中使用直接法測量直流線損的實驗分別在項目B和項目C進行，對選定匯流箱的每個組串和對選定逆變器的每個匯流箱均進行了測量，結(jié)果如圖5所示。

圖5　直接法測量直流線損

用間接法測量直流線損的實驗在項目A～D分別進行，對選定匯流箱測量了距其距離為遠、中、近的組串直流線損，對選定逆變器測量了距其距離為遠、中、近的匯流箱直流線損，結(jié)果如圖6所示。

圖6　間接法測量直流線損

以上每個實驗，每個參數(shù)均測量3次，取其平均值作為最后分析時使用的測量值。

3　實驗結(jié)果分析

從實驗結(jié)果可看到，使用直接法用I-V曲線測試儀得到的結(jié)果，沒有明顯的規(guī)律，而使用萬用表間接測量的結(jié)果規(guī)律性非常明顯。

根據(jù)實驗原理，產(chǎn)生上述情況的原因可能包含以下幾個方面：

1)環(huán)境因素：雖然在計算時采用了STC修正，對直接法的測量結(jié)果按輻照度和溫度進行了修正，但是其他的因素影響并未進行修正。如風(fēng)速和風(fēng)向的影響、組件表面積灰的影響等。

2)測試時間的影響：直接法對于一段電纜上的損耗，分別在兩個不同時間測量，首先測量一端的功率然后再測量另外一端。在極端情況下，兩次測量的外部環(huán)境可能變化很大，甚至可能出現(xiàn)兩次測量的間隔時間在兩天以上的情況。而間接法對于一段電纜上的損耗分別在兩端同時測量，盡可能地保證外部環(huán)境的穩(wěn)定，使測得的一段電纜上的損耗更接近真實值。

3)測試方式的影響：直接法測量時為離線狀態(tài)，組串直接與I-V曲線測試儀模擬負載連接，測量值受組串自身的特性和I-V曲線測試儀的模擬負載特性影響較大，各個組串在測量時的工作狀態(tài)之間沒有直接聯(lián)系。間接法測量時為在線狀態(tài)，各組串的工作狀態(tài)受逆變器MPPT調(diào)節(jié)的控制，使各個組串工作狀態(tài)趨于一致，而且萬用表和直流鉗在測量過程中對組串工作狀態(tài)不產(chǎn)生影響，因此測量受到外部因素影響時的響應(yīng)也較為一致。

4　結(jié)論

綜上所述，直接法在時間成本和測量結(jié)果規(guī)律性方面均不如間接法。因此，在電站現(xiàn)場進行直流線損實驗測量時，推薦使用萬用表和直流鉗測量方案。

[1] GB/T 6495.1-1996，光伏器件第1部分：光伏電流—電壓特性的測量[S].

[2] GB/T 6495.4-1996，光伏器件第4部分：晶體硅光伏期間的I-V實測特性的溫度和輻照度修正方法[S].

[3] CNCA/CTS 0016-2015，并網(wǎng)光伏電站性能監(jiān)測與質(zhì)量評估技術(shù)規(guī)范[S].

2015-11-02

國家高技術(shù)研究發(fā)展(863)計劃(2011AA05A305)

劉佳尉(1985—)，男，研究生，主要從事光伏電站系統(tǒng)集成方面的研究。lj0032@126.com