眾所周知，光伏電站建設(shè)期一般較短，而運(yùn)行周期則長(zhǎng)達(dá)25年及以上，對(duì)于電站持有者而言，光伏發(fā)電的基礎(chǔ)設(shè)施，如組件、匯流箱、逆變器、箱變、線纜等單元，需要保障其安全、穩(wěn)定、高效的運(yùn)行，但是縱觀近幾年光伏的發(fā)展過(guò)程中，由于多方面的原因，存在著設(shè)備選型不當(dāng)、施工建設(shè)質(zhì)量差和后期運(yùn)維不規(guī)范和不專業(yè)等問(wèn)題，影響了發(fā)電能效的最大化，那么預(yù)期的投資收益也較難得到保障。如何保障電站的高效運(yùn)行，其實(shí)包括了很多內(nèi)容，今天主要和大家分享的是怎么通過(guò)數(shù)據(jù)化的離散率指標(biāo)來(lái)指導(dǎo)日常的運(yùn)維工作。

離散率可用于評(píng)估發(fā)電單元的發(fā)電性能一致性情況，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以對(duì)組串電流一致性進(jìn)行評(píng)價(jià)，對(duì)于集裝逆變器而言，組串離散率指標(biāo)主要是針對(duì)匯流箱側(cè)的各路支路;對(duì)于組串逆變器，主要為組串逆變器的各個(gè)直流支路。如果電流離散率較低，說(shuō)明各路的發(fā)電性能一致性較好，如果離散率較大，說(shuō)明支路電流偏差較大，就需要進(jìn)行進(jìn)一步的診斷了。對(duì)于全站而言，我們也可以使用發(fā)電小時(shí)數(shù)離散率或輸出功率離散率對(duì)逆變器的發(fā)電性能差異進(jìn)行評(píng)估。

1. 離散率的計(jì)算

對(duì)于組串而言，離散率的計(jì)算公式如下：

離散率=組串電流的標(biāo)準(zhǔn)差/組串電流的平均值*100%

在光伏電站信息化管理平臺(tái)當(dāng)中，組串電流的離散率一般不會(huì)呈現(xiàn)每個(gè)小時(shí)的計(jì)算值，而是通過(guò)每個(gè)時(shí)刻離散率的加權(quán)平均值來(lái)進(jìn)行反映當(dāng)天的離散率情況。

根據(jù)行業(yè)運(yùn)維相關(guān)文獻(xiàn)記載，對(duì)于組串電流離散率值的評(píng)價(jià)，一般分為如下4個(gè)等級(jí)：

若組串電流離散率取值范圍在0~5%以內(nèi)，說(shuō)明支路電流運(yùn)行穩(wěn)定。

若組串電流離散率取值在5%~10%以內(nèi)，說(shuō)明支路電流運(yùn)行情況良好。

若組串電流離散率取值在10%~20%以內(nèi)，說(shuō)明支路電流運(yùn)行情況有待提高。

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

如圖1為某山地光伏電站的各臺(tái)組串逆變器在某一天各個(gè)時(shí)段的組串電流離散率分布圖，可以看到，組串逆變器單元之間的發(fā)電性能較差較大，組串電流的離散程度從5%到20%以上不等，為了直觀顯示，使用四個(gè)顏色進(jìn)行區(qū)分，其中：

淺綠色：離散率取值范圍在0~5%以內(nèi)

淺黃色：離散率取值范圍在5~10%以內(nèi)

淺紅色：離散率取值在10%~20%以內(nèi)

深紅色：離散率超過(guò)20%

圖1 某山地電站組串電流離散率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

造成如此大的差異，主要是各組串的電流差異引起。如圖2所示，假設(shè)某組串逆變器的6路支路正常運(yùn)行時(shí)，在不同時(shí)間段的組串電流分別為4A、5A、6A、7A、8A，而其中某組串的電流值較低，和其他并聯(lián)組串的差異分別是0.5A、1A、2A、2.5A時(shí)，可計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的離散率。

從圖2綠色折現(xiàn)曲線可知，當(dāng)其他正常組串的電流分別是4A、5A、6A、7A、8A時(shí)，低效組串的電流與其相差2A，離散率隨著組串電流值的增加而降低，分別是22%、17%、14%、12%。

當(dāng)其他組串的電流值是4A時(shí)，某組串電流和其他組串相差0.5A、1A、2A、2.5A時(shí)，離散率分別是5%、11%、16%和22%，也就是離散率隨著組串電流之間差值的減少而降低。

圖2不同電流差異值下的離散率

2. 通過(guò)離散率分析指導(dǎo)日常運(yùn)維

案例1：陰影遮擋

光伏電站設(shè)計(jì)和施工缺陷最常見(jiàn)的問(wèn)題之一就是方陣的前后間距不足，如山地光伏電站，到了春季和冬季，組件前后排會(huì)出現(xiàn)明顯的陰影遮擋現(xiàn)象。組串中的某些組件一旦發(fā)生了陰影遮擋，由于光伏組件的工作電流基本上和太陽(yáng)輻射成線性關(guān)系，工作電流是會(huì)明顯降低的。由于木桶效應(yīng)，那么整個(gè)組串的實(shí)際運(yùn)行電流會(huì)發(fā)生變化，從而帶來(lái)電流失配損失，與正常組串的電流值拉開(kāi)了距離，那么，組串的離散率自然也會(huì)升高。

圖3所示為山地電站某一天多臺(tái)組串逆變器的組串電流離散率趨勢(shì)圖，從圖中可知，上午和下午時(shí)段，太陽(yáng)高度角較低，由于前后間距不足，局部組串前后產(chǎn)生陰影遮擋，被遮擋組串的電流發(fā)生嚴(yán)重下降，造成離散率升高;而到了中午11點(diǎn)到下午14點(diǎn)時(shí)段，此時(shí)太陽(yáng)高度角較高，方陣前后沒(méi)有受到陰影遮擋影響，組串之間的電流正常，因此離散率也恢復(fù)了正常，維持在5%及以下的較好水平。

圖3 組串逆變器組串離散率變化(橫坐標(biāo)：時(shí)間，縱坐標(biāo)：離散率值)

提升措施：可對(duì)組串進(jìn)行相關(guān)技改，如之前坎德拉學(xué)院發(fā)布的關(guān)于接線方式技改的文章(小投入，大回報(bào)，組串接線改造提升電量實(shí)例);其次，存在發(fā)電差異的組串接入不同的MPPT，而在同一MPPT中，保證兩個(gè)組串具有相似或相同的發(fā)電性能。對(duì)于局部遮擋的組串，也可以使用功率優(yōu)化器降低損失。對(duì)于雜草遮擋問(wèn)題，需要根據(jù)草木生產(chǎn)情況制定除草計(jì)劃，通過(guò)運(yùn)維及時(shí)消除草木遮擋影響。

案例2：組串低效

某屋頂分布式電站有66臺(tái)組串逆變器，通過(guò)平臺(tái)我們發(fā)現(xiàn)，其中有2臺(tái)逆變器的組串電流離散率較高，在10%以上，另有2臺(tái)逆變器運(yùn)行良好，離散率在8%和9%左右，該4臺(tái)逆變器相對(duì)于其他組串在當(dāng)天的各個(gè)時(shí)段離散率持續(xù)較高，而剩余逆變器的組串離散率平均在5%以下，處于非常穩(wěn)定的水平。參考圖4。

圖4 某分布式電站組串電流離散率實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排查分析，該4臺(tái)逆變器各個(gè)組串支路的電流極差最大竟達(dá)到了2A，特別是在上午和中午時(shí)段(10:20-12:30)，現(xiàn)場(chǎng)也沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何遮擋物，因此可推測(cè)組串中組件可能存在一定的問(wèn)題，一方面需要確認(rèn)數(shù)據(jù)的采集有沒(méi)有問(wèn)題，如果通訊沒(méi)有問(wèn)題，還需要對(duì)組件作進(jìn)一步的排查分析，比如，組件表面是否臟污、是否不同功率的組件混裝、組件玻璃面有無(wú)破裂或其他原因?qū)е碌墓β孰娏魉p等等。

圖5有待提高的逆變器在各個(gè)時(shí)段的離散率值

通過(guò)上面離散率數(shù)據(jù)我們可以得到哪些啟示呢?

山地光伏電站由于山地地勢(shì)復(fù)雜，存在東坡、西坡面和南坡面，不同的坡面可能坡度也不相同，造成組件布置的安裝朝向或傾角也不同，接入同一組串逆變器的各個(gè)支路電流也會(huì)有差異。在這種情況下，由于外界客觀因素導(dǎo)致的組串離散率偏低并不是屬于組串的本身問(wèn)題，但是正是由于客觀因素的存在，也會(huì)掩蓋了組串本身的實(shí)際運(yùn)行情況。

由于安裝朝向和安裝傾角的不同，有些組串的組串離散率被外界客觀因素的干擾較小，而有些組串離散率被外界因素干擾的程度較大，因此后臺(tái)就無(wú)法有效地去鑒別低效組串，從而給運(yùn)維人員排查低效組串帶來(lái)困難，也加大了現(xiàn)場(chǎng)排查的工作量。

另外，由于前期設(shè)計(jì)和施工方面的原因，對(duì)于組串逆變器而言，其直流側(cè)輸入端可能存在空余組串的情況，空余的組串默認(rèn)為“0”，如果這些“不存在的數(shù)據(jù)”被采集納入信息化平臺(tái)，會(huì)造成組串離散率特別特別高，并且是持續(xù)性的偏高，會(huì)誤以為是組串問(wèn)題，其實(shí)不然。因此對(duì)于智能化系統(tǒng)，如何通過(guò)算法，有效甄別組串?dāng)?shù)據(jù)的真實(shí)性并剔除異常數(shù)據(jù)，也是非常重要的。

基于山地電站的特殊情況，如上文所描述的組串安裝不一致、前后左右間距不足或其他非組串本身因素帶來(lái)的離散率異常問(wèn)題在現(xiàn)實(shí)運(yùn)維中非常常見(jiàn)，所以這就提醒了我們?cè)谇捌谠O(shè)計(jì)和施工的時(shí)候需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的地形進(jìn)行踏勘，合理計(jì)算和布置前后左右的間距，并且充分考慮組件陰影遮擋的避讓范圍;對(duì)于草木生長(zhǎng)茂盛的方陣區(qū)域，及時(shí)除草。

在日常運(yùn)維中，需要重點(diǎn)從外界因素和內(nèi)在因素兩方面重點(diǎn)來(lái)排查低效的組串，尋找合適的解決措施，通過(guò)線上和線下的精細(xì)化工作，逐步來(lái)降低組串電流的離散率，提高組串運(yùn)行的一致性。