光伏電站的精細(xì)化運(yùn)維:低效單元的分析和治理
由于光伏電站組件和組串?dāng)?shù)量龐大,電站在實(shí)際運(yùn)行過程中,由于組件本身質(zhì)量問題、惡劣環(huán)境影響、前期設(shè)計(jì)施工缺陷等因素,各個(gè)組串逆變器或匯流箱發(fā)電單元不可避免會(huì)存在低效發(fā)電的現(xiàn)象,低效發(fā)電單元的查找、分析和解決對(duì)于電站的發(fā)電量提升具有非常重要的意義,為了推動(dòng)行業(yè)內(nèi)光伏電站運(yùn)維人員對(duì)低效單元的關(guān)注,本文主要思想是基于O2O運(yùn)維理念,引導(dǎo)運(yùn)維人員有效利用集中監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行線上分析和線下診斷,能夠開展低效單元的查找和分析處理工作。
低效發(fā)電單元特征和排查思路
■低效發(fā)電單元:由某組串的組件固定屬性決定的,即某組串存在低效組件或存在低功率混裝組件后,該組串對(duì)應(yīng)的逆變器連續(xù)若干天的發(fā)電量或發(fā)電小時(shí)數(shù)同正常組串相比較會(huì)一直偏低,一般不會(huì)存在忽高忽低的現(xiàn)象。
■組串低效運(yùn)行:環(huán)境因素、施工因素、設(shè)計(jì)因素、朝向問題、電網(wǎng)限電、其他等。
在查找低效組串之前,運(yùn)維人員需對(duì)電站基本情況非常熟悉,如電站裝機(jī)容量、逆變器型號(hào)、逆變器的接入組串?dāng)?shù)量、每一串的組件數(shù)量、組件規(guī)格等。對(duì)于使用組串式逆變器的電站,需先對(duì)該所有逆變器進(jìn)行分析,查找低效逆變器發(fā)電單元。為快速定位低效單元,這里以組串式逆變器或直流匯流箱作為一個(gè)初步排查單元,再通過現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)或其他診斷方法,鎖定到某個(gè)組串支路或組件。當(dāng)然,該思路也適用于使用匯流箱的集中式電站,以下的思路和方法不一定要照搬,在現(xiàn)場(chǎng)巡檢也可以根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)來判斷,雖然查找的過程因人而異,采取不同的方法而得到相同的結(jié)果也是認(rèn)可的。
通過數(shù)據(jù)分析和現(xiàn)場(chǎng)勘查來分析逆變器低效發(fā)電的簡(jiǎn)單思路:
1)第一步:利用后臺(tái)分析各個(gè)逆變器的容量是否和實(shí)際容量一致,對(duì)于不一致的情況需要重新進(jìn)行配置,導(dǎo)出各個(gè)逆變器近一個(gè)月左右的的日有效發(fā)電小時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)(需要根據(jù)實(shí)際的逆變器方陣容量進(jìn)行計(jì)算,以防錯(cuò)誤的結(jié)果帶來誤判,這一點(diǎn)非常重要,每個(gè)電站都應(yīng)編制組串容量信息表,即組串逆變器編號(hào)、接入組串?dāng)?shù)量,組件串聯(lián)數(shù)、組件功率等級(jí)等,一定要和現(xiàn)場(chǎng)一一核實(shí)),判斷存在低效的逆變器,原始數(shù)據(jù)需保存。
2)第二:鎖定低效組串或組件:①通過在監(jiān)控系統(tǒng)、離散率分析、電流對(duì)標(biāo)分析等線上診斷。②如果不通過后臺(tái)系統(tǒng),也可以按照自己的思路,跳過線上離散率分析等,直接通過現(xiàn)場(chǎng)排查來分析引起逆變器低效發(fā)電的原因。
3)第三:根據(jù)第二步現(xiàn)場(chǎng)診斷周邊環(huán)境,必要時(shí)進(jìn)行電壓電流測(cè)試,分析原因(從內(nèi)因和外因入手),進(jìn)行相關(guān)記錄(拍照)。
4)第四:提出解決措施及評(píng)估可操作性,根據(jù)可行的措施,對(duì)低效組串進(jìn)行整改,做好相應(yīng)的記錄。
對(duì)于集中式逆變器的電站,可通過以下方法:
1)以集中式逆變器為分析單元,通過連續(xù)一個(gè)月的逆變器發(fā)電小時(shí)數(shù)分析存在低效的逆變器單元。
2)對(duì)于低效逆變器單元,導(dǎo)出歷史5分鐘支路電流數(shù)據(jù),使用組串電流離散率分析。重點(diǎn)關(guān)注離散率較大的組串。倘若離散率正常,但是該匯流箱的支路整體電流偏低的(通過下文的電流對(duì)標(biāo)法),這種情況需要現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)具體原因,支路組件低效的可能性較大。
對(duì)于存在限電的西部電站,當(dāng)光伏出力超過了省調(diào)下發(fā)的計(jì)劃出力時(shí)段,不建議進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。此時(shí)限電造成的因素很難排除。因此需要等到輻照度較好時(shí)段,光伏出力小于AGC計(jì)劃出力值時(shí),進(jìn)行分析或通過查詢歷史發(fā)電數(shù)據(jù),選擇全天限電比例非常小的時(shí)段進(jìn)行分析。
低效組串或組件位置鎖定方法
1線上診斷方法
線上診斷目的是對(duì)電站的低效發(fā)電單元(組件或組串)進(jìn)行初步分析并篩選,特別是發(fā)電小時(shí)數(shù)比較方法,而組串電流離散率分析、電流對(duì)標(biāo)等方法需要運(yùn)維人員具備一定的大數(shù)據(jù)分析能力。運(yùn)維人員可通過線下診斷來判斷,可能需要輔以一定的測(cè)試手段(如萬(wàn)用表、鉗形表等測(cè)試工具),或通過查看組串周邊環(huán)境,是否存在陰影遮擋等進(jìn)行確認(rèn),分析低效的原因。
1.1監(jiān)控系統(tǒng)瞬時(shí)分析
如圖1所示為某子陣逆變器,從圖可知,第5支路、第6支路存在工作電壓偏低,電壓值僅290V作用,正常支路的電壓為587V作用,但是電流基本和其余支路一致。這種情況下,運(yùn)維人員需要攜帶萬(wàn)用表、鉗形表等工具到現(xiàn)場(chǎng)檢查此兩路支路存在的問題。
圖1 后臺(tái)某電站組串逆變器各路電流電壓顯示值
1.2離散率分析
利用后臺(tái)管理系統(tǒng)將低效逆變器的各路支路電流、電壓等數(shù)據(jù)同正常的逆變器進(jìn)行比較,查找電流或電壓較低的組串。以某電站為例,如某方陣逆變器發(fā)電小時(shí)數(shù)最低,需要分析組串電流離散率。電流離散率的分析最好選擇晴天,即輻照度較好的天氣。因?yàn)殛幱晏欤M串電流較小,組串之間的差異很難反映出來。如通過觀察該逆變器每一路的電流數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)15:00-18:00時(shí)段,第2路電流偏低,因此可將問題鎖定到第2支路,需要記下該逆變器的組串編號(hào),待到現(xiàn)場(chǎng)核查,心里面需要有一個(gè)預(yù)判。按照經(jīng)驗(yàn),如果組串的電流在中午輻照較好時(shí)段是正常值,而在下午時(shí)段較低,有可能是由于遮擋引起。(如果我們能通過監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)問題,這樣最好,現(xiàn)場(chǎng)就僅僅核查下就可以了,工作開展就有針對(duì)性了。如果后臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)無法判斷,就可到現(xiàn)場(chǎng)去排查)。
1.3電流對(duì)標(biāo)分析
如果從離散率分析無法鎖定某個(gè)組串的時(shí)候,我們需要進(jìn)一步分析發(fā)電小時(shí)數(shù)偏低是否是因?yàn)榻M串電流整體偏低引起。如果逆變器對(duì)應(yīng)的組串整體電流偏低,那么組串電流離散率就可能是正常的,單從離散率判斷就有失偏頗;即離散率正常的不一定就沒有問題,離散率不正常的就一定有問題,這一點(diǎn)需要運(yùn)維人員注意。
電流對(duì)標(biāo)的目的就是從組串的實(shí)際特性出發(fā),發(fā)現(xiàn)實(shí)際真正存在問題的組串。一般情況下,我們需要尋找輻照度比較穩(wěn)定的日期或時(shí)段。如果輻照度不穩(wěn)定,忽高忽低,對(duì)我們的分析會(huì)帶來影響,主要是擔(dān)心輻照變化較快時(shí),組串逆變器的實(shí)際跟蹤響應(yīng)精度有差異,得到的輸出電流不一定能反映實(shí)際輻照下的輸出電流,這樣會(huì)對(duì)我們的判斷帶來影響。電流對(duì)標(biāo)的前提是組串之間的組件型號(hào)必須一致,高功率的組件相對(duì)低功率的組件輸出電流要大一些,但是它們的等級(jí)不同,無法形成對(duì)比。實(shí)際分析時(shí)將平均電流比較低的組串逆變器和電流比較高的組串逆變器形成對(duì)比。如果發(fā)現(xiàn)偏差較大,就需要調(diào)取組串容量信息表,核查該組串采用的組件功率,如果電流偏低是因?yàn)椴捎玫凸β实慕M件引起,就注明一下,如果采用的組件型號(hào)和高電流的組件型號(hào)一致,那么就說明了低電流的組串是存在一定問題的,需要我們到現(xiàn)場(chǎng)核實(shí)。
1.4線上診斷小結(jié)
1)核實(shí)系統(tǒng)后臺(tái)逆變器容量是否存在問題。如果無誤,按后臺(tái)自動(dòng)計(jì)算的發(fā)電小時(shí)數(shù)。如果系統(tǒng)后臺(tái)容量錯(cuò)誤,需要按實(shí)際的逆變器容量計(jì)算發(fā)電小時(shí)數(shù)。
2)從系統(tǒng)后臺(tái)導(dǎo)出各個(gè)逆變器近一個(gè)月的發(fā)電小時(shí)數(shù)(如果容量不正確,按實(shí)際容量計(jì)算),從小到大進(jìn)行排名,篩選小時(shí)數(shù)排名最靠前的逆變器。
3)線上初步診斷:選擇輻照較好的天氣,導(dǎo)出低效逆變器5分鐘歷史數(shù)據(jù)(主要是組串各支路電流),得到各支路的電流離散率。如果離散率正常,說明該逆變器組串支路整體電流偏低,可以用上文介紹的電流對(duì)標(biāo)法進(jìn)行確認(rèn)。
2線下診斷方法
1.1查看周邊環(huán)境
主要查看該組串逆變器對(duì)應(yīng)的組串是否存在外在環(huán)境的影響,如陰影遮擋、灰塵遮蔽、雜草、鐵塔、電線桿等。對(duì)于山地光伏電站,查看該組串是否處于山坳中,組串的朝向是否正南,組串的安裝傾角是否和其他組串一致,并積極拍照留存。
1.2測(cè)試組串或組件
線上后臺(tái)系統(tǒng)診斷出來的電流偏低組串,用鉗形表測(cè)試的電流值可能會(huì)和后臺(tái)存在偏差。查看光伏組件是否受損,如組件玻璃面、組件內(nèi)部電池是否碎裂、接線盒、光伏線纜絕緣等。查看組串接線是否錯(cuò)誤,接線錯(cuò)誤很可能會(huì)導(dǎo)致某組串電壓偏低。用鉗形電流表測(cè)試組串逆變器對(duì)應(yīng)組串的各支路工作電流,同時(shí)測(cè)試發(fā)電較好的逆變器作為對(duì)標(biāo),記錄測(cè)試的組串編號(hào)和其測(cè)試數(shù)據(jù)用于后續(xù)分析。若有紅外熱像儀,可檢測(cè)是否存在熱斑組件、開路電壓是否正常、組件接線盒旁路二極管發(fā)熱是否嚴(yán)重等。
3低效處理措施
■組串MPPT接線優(yōu)化:目前組串優(yōu)化器,一般是兩路組串一個(gè)MPPT,查看逆變器輸入端的光伏電纜是否留有余量,如果有余量,因此可將低效的組串放入同一個(gè)MPPT。尤其是對(duì)于未接滿組串的逆變器而言,要充分利空余接線端子。必要的情況下,需要使用光伏電纜和MC4連接頭連接組串。
■草木遮擋問題:對(duì)于南方地區(qū),在雨季時(shí)段,草木茂盛,方陣周邊出現(xiàn)大面積雜草,此時(shí)需要重點(diǎn)關(guān)注,合理調(diào)整我們的排查重點(diǎn),制定適宜的除草計(jì)劃。在日常巡檢發(fā)現(xiàn)某組件存在零星的雜草遮擋時(shí),需要立即清除。另外除草工具及時(shí)配備,出現(xiàn)磨損及時(shí)更換,除草時(shí)注意人身安全。
■更改接線方式:對(duì)于豎裝雙排安裝的支架類型,傳統(tǒng)的U型接線存在的弊端會(huì)使得整個(gè)支架的光伏組件受到前排方陣的陰影遮擋損失,特別是冬季,遮擋影響更大。因此可將接線方式改成“一”字形,即相鄰的支架上排組件相互串聯(lián)成一個(gè)組串,下排組件連成一個(gè)組串,需要準(zhǔn)備足夠的線纜和MC4連接頭。
■加裝功率優(yōu)化器:需要各個(gè)電站統(tǒng)計(jì)可安裝功率優(yōu)化器的組串或組件單元,主要是高大鐵塔、電線桿、組件左右前后遮擋、女兒墻遮擋(分布式電站)、綜合樓遮擋部分組件、樹木遮擋(在樹木無法砍伐的情況下)等陰影遮擋,統(tǒng)計(jì)遮擋所能影響到的組件數(shù)量。
4低效處理案例介紹
如圖2為某山地光伏電站,其組件縱向雙排安裝并采用了C型接線方式,山地光伏電站的設(shè)計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)的荒漠電站是有一定挑戰(zhàn)的。由于地勢(shì)起伏不定,坡面的方位角和坡角也不盡相同,組件前后左右無遮擋間距是難以兼顧到方方面面,特別是復(fù)雜的山地,坡面種類可能有十幾種,甚至二十多種之多。某些區(qū)域的前后距離可能過小,那么前排對(duì)后排產(chǎn)生了一定的陰影遮擋,尤其是冬季、初春等太陽(yáng)高度角較低的時(shí)段。從運(yùn)維層面而言,無論是先天性的設(shè)計(jì)和施工不足、還是外界的遮擋影響,傳統(tǒng)的C型接線方式存在一定的缺陷。
表1所示,在改造前,對(duì)逆變器的日發(fā)電量數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,時(shí)間跨度長(zhǎng)達(dá)5個(gè)多月,我們發(fā)現(xiàn),實(shí)驗(yàn)?zāi)孀兤鞅葘?duì)標(biāo)逆變器發(fā)電小時(shí)數(shù)差異約-1.65%,鑒于其下排組件易受到一定程度的遮擋影響,經(jīng)過評(píng)估后,對(duì)其進(jìn)行了接線方式的精細(xì)化改造。而改造后,該逆變器的發(fā)電小時(shí)數(shù)差異則降為-0.16%,發(fā)電量提升幅度達(dá)1.5%左右。單臺(tái)組串逆變器改造后平均每天提升發(fā)電小時(shí)數(shù)0.05h,折合發(fā)電量1.82度,全年提升665度電,即單臺(tái)逆變器全年的發(fā)電小時(shí)數(shù)提升20h。如果陣列前后自陰影遮擋或其他障礙物遮擋的程度越大,可提升的空間就越大,雖然該數(shù)字對(duì)于單臺(tái)逆變器而言,可能是微小的,但是如果電站的逆變器數(shù)量達(dá)到1000臺(tái),那么每天可提升的電量會(huì)預(yù)計(jì)達(dá)到1000度電以上,一年就是36萬(wàn)度以上。
圖2
表1 逆變器改造前后發(fā)電小時(shí)數(shù)對(duì)比
5小結(jié)
光伏電站的低效單元分析和處理是一個(gè)長(zhǎng)期工作,屬于精細(xì)化管理和運(yùn)維范疇,而傳統(tǒng)的粗放式運(yùn)維和管理模式對(duì)于低效的分析處理將是一個(gè)很大的挑戰(zhàn),因此低效單元的分析和處理離不開智能化監(jiān)控系統(tǒng)和數(shù)據(jù)分析處理平臺(tái)。文中從低效的定義、低效的種類以及組串逆變器、集中逆變器等不同類型的電站如何去查找分析低效單元進(jìn)行了詳細(xì)的闡述,并在最后通過典型案例進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估,希望通過本文能夠給國(guó)內(nèi)的電站專業(yè)化運(yùn)維起到拋磚引玉的作用。
責(zé)任編輯:蔣桂云
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