張寧海

摘要：隨著近年來我國的光伏發(fā)電事業(yè)發(fā)展迅猛。并網(wǎng)光伏發(fā)電站在日常運行過程當(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、實時性強、靈敏度高等優(yōu)點的并網(wǎng)光伏發(fā)電站在線監(jiān)測與狀態(tài)評估系統(tǒng)對于并網(wǎng)光伏發(fā)電站的日常工作運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、狀態(tài)評估

“十四五”規(guī)劃建議提出，要抓緊制定2030年前碳排放達峰行動方案，支持有條件的地方率先達峰，并就“碳中和”議題提出具體要求和目標(biāo)?！疤贾泻汀弊h題被今年兩會參會代表委員們多次提及。在力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和的國家大戰(zhàn)略背景下，各行各業(yè)勢必迎來新的變革與挑戰(zhàn)。貫徹落實碳中和政策，構(gòu)筑競爭新優(yōu)勢的低碳發(fā)展戰(zhàn)略，以經(jīng)濟社會發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型為引領(lǐng)，推動節(jié)能環(huán)保、綠色消費、低碳經(jīng)濟等將是企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的重點目標(biāo)之一，而率先達峰的組織，將具備技術(shù)優(yōu)勢、資源優(yōu)勢、規(guī)模優(yōu)勢等有望在未來加快兼并重組，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，碳中和勢在必行，國內(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)，并緊鑼密鼓地為實現(xiàn)達峰作準(zhǔn)備。

一、并網(wǎng)光伏發(fā)電站的簡單介紹

1.并網(wǎng)光伏發(fā)電站簡述

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)電站是和國家電網(wǎng)連接在一起的，沒有電能的儲能裝置，直接通過逆變器轉(zhuǎn)換成國家電網(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)直接把太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿囊环N方法。當(dāng)太陽光輻射到光伏組件（太陽能板子）上，在光生伏特效應(yīng)下，將太陽能直接轉(zhuǎn)化為直流電流，通過逆變器轉(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)（沒有電能儲備的過程）。

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，還是太陽能發(fā)電系統(tǒng)里最重要的部件。控制器功能是調(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荷端，并且將富余電能送到蓄電池組存儲。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諧波需求不高的光伏系統(tǒng)里。儲能設(shè)備，即蓄電池組的作用是儲存太陽能電池板在日光的照射下發(fā)出的電能（直流電源）并隨時準(zhǔn)備向負載供電，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)電站日常運行中的故障分析

1.光伏組件

光伏組件在長期運輸和安裝的過程中出現(xiàn)隱裂現(xiàn)象或者由于選址不當(dāng)、落葉和鳥糞、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，在長期日照或者地下掩埋下，由于雨、雪等天氣會造成線路的老化和短路、斷路等現(xiàn)象。

3.通訊故障

常見的通訊故障為通訊地址錯誤、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)測到光伏電站時實運行狀態(tài)。

4.逆變器故障

常見的逆變器故障可分為：交流側(cè)無電流輸出;直流側(cè)電壓不在設(shè)定的正常范圍;開機無反應(yīng);逆變器發(fā)熱;多臺同時運行時報故障;漏電流;并網(wǎng)柜電弧放電故障;出廠電壓參數(shù)低于國網(wǎng)電壓脫網(wǎng)等。

5.無功補償故障

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

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)中的負荷相符合，即相位平衡時;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)電裝置不能檢測到孤島效應(yīng)（檢測盲區(qū)或檢測無效）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行過程中會出現(xiàn)的故障由于篇幅問題未能詳盡。

三、并網(wǎng)光伏發(fā)電站在線監(jiān)測與狀態(tài)評估系統(tǒng)的對策

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

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

2.光伏電站環(huán)境監(jiān)測技術(shù)

環(huán)境條件是影響光伏電站發(fā)電功率的重要因素。目前在光伏電站實施的環(huán)境參數(shù)監(jiān)測，主要涵蓋溫度、光照強度、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量的數(shù)據(jù)信息來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)過匯流箱，再經(jīng)逆變器接入電網(wǎng)。運行記錄大數(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，而是直接通過對比實際測量數(shù)據(jù)與理想條件下的數(shù)據(jù)來分析光伏電站運行狀況，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)，因此對光伏電站中故障的智能診斷技術(shù)研究越來越受到重視。

4.光伏電站監(jiān)測系統(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，因此為實現(xiàn)對光伏電站內(nèi)分布裝設(shè)的光伏發(fā)電設(shè)備的運行狀態(tài)進行有效監(jiān)測，還需要構(gòu)建一個可靠、高效的通信網(wǎng)絡(luò)。因此在實際搭建光伏電站監(jiān)測系統(tǒng)時，還應(yīng)根據(jù)所建光伏電站規(guī)模的大小進行合理取舍，從而選定更為合適的通信技術(shù)實現(xiàn)方案。

結(jié)束語

綜上所述，光伏組件的運行狀態(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)對運行中的光伏組件做出評價。并網(wǎng)光伏發(fā)電站若要良好的運行，需要各個環(huán)節(jié)的設(shè)備完好且相互匹配。施工前，做好對并網(wǎng)光伏發(fā)電站建立充足的前期調(diào)研，施工設(shè)計等工作。定期檢測并網(wǎng)光伏發(fā)電站系統(tǒng)中的各設(shè)備運行情況，如若發(fā)現(xiàn)故障或造成故障出現(xiàn)的安全隱患及時反饋并進行保養(yǎng)維護。培養(yǎng)并配備專業(yè)技術(shù)人員對并網(wǎng)光伏發(fā)電站進行維護。加強培養(yǎng)光伏領(lǐng)域的專技人員的專業(yè)知識、實踐動手操作能力。做好對光伏電站的遠程監(jiān)測管理工作。能夠?qū)崟r發(fā)覺電站運行過程里出現(xiàn)的故障等，及時啟動應(yīng)急裝置，斷開電路保護相關(guān)設(shè)備。運維人員根據(jù)遠程監(jiān)控的反饋內(nèi)容，準(zhǔn)備好相應(yīng)的處理方案和工作進行檢修操作，減少了不必要的人員來回路程浪費，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

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