分布式光伏電站的運維管理

0背景

受國家激勵政策調(diào)控和光伏產(chǎn)業(yè)鏈成本持續(xù)下降影響，全國光伏發(fā)電呈現(xiàn)出井噴爆發(fā)式發(fā)展，如何做好光伏電站前期并網(wǎng)的服務(wù)工作和后期運行過程中的維護管理工作，是國家電網(wǎng)公司保證“陽光扶貧"政策有效落地的工作，更是保障光伏用戶補貼收益和光伏電站長期安全穩(wěn)定運行的關(guān)鍵所在。

1分布式光伏電站的現(xiàn)狀

近年來，分布式光伏電站得到國家的大力支持。為助力打贏脫貧攻堅戰(zhàn)，國家電網(wǎng)公司實施“陽光扶貧行動"，更加助推了分布式光伏電站的普及與推廣。根據(jù)中國光伏行業(yè)協(xié)會數(shù)據(jù)顯示，2018年我國光伏新增裝機容量超過43GW，其中分布式光伏約20GW，占比接近50%。據(jù)統(tǒng)計，安徽東至縣供電公司2018年組織并網(wǎng)分布式光伏電站108戶，累計并網(wǎng)容量達(dá)6380kW，分布式光伏電站正處于發(fā)展高峰期。

2分布式光伏電站存在問題

隨著分布式光伏電站的井噴式增長，其所存在的問題也日益凸顯，結(jié)合分布式光伏電站推廣與運維過程中的實際情況，其問題主要體現(xiàn)以下兩個方面。

（1）前端服務(wù)不到位。對于多數(shù)農(nóng)村家庭來講，分布式光伏電站依然屬于新興事物，部分農(nóng)民根本不知道光伏扶貧是做什么的，不了解光伏發(fā)電和光伏扶貧的相關(guān)政策。因此，在光伏電站前期推廣過程中，從光伏發(fā)電的政策和電價、補貼，到光伏電站的選址與建設(shè)，都需要供電企業(yè)及有關(guān)部門提供更加積極主動和專業(yè)的服務(wù)，保障光伏電站的順利建設(shè)并網(wǎng)和補貼效益及時到位。

（2）后期運維管理不完善。分布式光伏電站一般規(guī)模較小、分布廣、數(shù)量多，而且光伏電站之間又相對獨立，不利于光伏電站的集中式運維管理。其中村級光伏電站作為扶貧的主要模式，分布在各個村的光伏電站是由村集體自己維護還是由建設(shè)它的企業(yè)負(fù)責(zé)維護一直以來沒有定論。從某種意義上說，光伏扶貧電站后期的運營維護比建設(shè)更為重要。部分光伏電站因為建成投入使用后處于缺乏專業(yè)人員監(jiān)管的狀態(tài)，越來越多的光伏電站面臨運維難題，如設(shè)計缺陷、設(shè)備質(zhì)量缺陷、施工不規(guī)范等問題都給光伏電站的運維管理帶來嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，導(dǎo)致發(fā)電效率大幅下降，影響光伏用戶的發(fā)電效益。因此，要做好光伏電站的運行管理，特別要重視維護管理，以推進(jìn)光伏發(fā)電站更好發(fā)展。

3提升優(yōu)質(zhì)服務(wù)

（1）靠前服務(wù)，做好宣傳。積極主動向客戶宣傳光伏政策，供電企業(yè)安排相關(guān)人員定期進(jìn)行走村訪戶，及時掌握客戶用電傾向和需求。供電營業(yè)廳擺放光伏發(fā)電宣傳冊，保證客戶及時了解光伏發(fā)電政策。通過各項宣傳活動以消除廣大用戶對分布式光伏發(fā)電政策的顧慮，也可以消除用戶對光伏電站安裝在自家屋頂或者村里空地上的安全疑慮，還可以讓廣大貧困戶了解光伏發(fā)電的相關(guān)知識，幫助他們安全用電。

（2）加強內(nèi)外部溝通聯(lián)系。供電企業(yè)加強與項目建設(shè)方、施工單位聯(lián)系，根據(jù)年度光伏電站建設(shè)規(guī)劃，結(jié)合供電公司線路設(shè)備狀況，在電站選址時，提出合理化建議，要求項目單位盡量在建議臺區(qū)范圍內(nèi)選址，對因受林業(yè)、國土等條件限制，需在建議臺區(qū)范圍外選址的，供電企業(yè)及時調(diào)整計劃，提前做好配套電網(wǎng)的建設(shè)和改造，同時供電區(qū)域內(nèi)客戶經(jīng)理全程跟蹤、協(xié)調(diào)光伏電站項目并網(wǎng)，縮短光伏項目從策劃到獲得收益的周期，節(jié)約時間和成本。

（3）快捷高效、讓用戶及時受益。供電企業(yè)在與村集體溝通協(xié)調(diào)安裝光伏發(fā)電設(shè)施的過程中，同步就發(fā)電用戶結(jié)算周期達(dá)成一致，告知結(jié)算電量的審核確認(rèn)流程，讓發(fā)電用戶知根知底。與當(dāng)?shù)囟悇?wù)部門及銀行達(dá)成協(xié)議與共識，以加快光伏發(fā)電的電費結(jié)算流程，確保發(fā)電用戶在結(jié)算周期內(nèi)第一時間獲得收益。

4強化運維管理

（1）規(guī)范光伏用戶檔案管理。當(dāng)前分布式光伏電站主要為家庭式光伏電站和村級光伏電站，位置相對分散，為有效對所有并網(wǎng)分布式光伏電站運維管理，供電企業(yè)應(yīng)持續(xù)建立和完善光伏用戶檔案。針對家庭式光伏，由各供電區(qū)域內(nèi)建檔保存，相關(guān)客戶經(jīng)理定期跟蹤更新。針對于村級光伏電站，完整的檔案資料是做好服務(wù)工作的前提和基礎(chǔ)，因此必須做好光伏電站的項目備案、資格審查、四方確認(rèn)表等基礎(chǔ)資料完善，由縣級供電企業(yè)相關(guān)部門妥善留檔保存。

（2）跟蹤落實光伏扶貧效益。針對享受扶貧政策的村級光伏扶貧電站，在做好前期并網(wǎng)服務(wù)工作的基礎(chǔ)之上，要強化后期光伏電站發(fā)電效益和政策補貼落實。以安徽省東至縣為例，目前全縣范圍內(nèi)共建成并網(wǎng)村級光伏扶貧電站10個，其中7個為扶貧項目，3個因政策變化，未能及時納入扶貧項目，無法享受扶貧電價。供電企業(yè)及時走訪客戶并發(fā)放告知單，并積極與縣扶貧辦、發(fā)改委等相關(guān)部門進(jìn)行溝通協(xié)作，匯報并配合解決有關(guān)問題，以期盡早落實貧困補貼。同時，供電企業(yè)通過營銷業(yè)務(wù)系統(tǒng)、用電采集系統(tǒng)等實時監(jiān)測手段，對光伏電站發(fā)電情況進(jìn)行監(jiān)測分析，及時通知并幫扶光伏電站處理異常狀況，保證光伏電站發(fā)電效率。

（3）優(yōu)化光伏電站后期運維。由于分布式光伏電站的零散分布的特點，目前光伏電站后期運行維護工作主要是村集體自行組建的維護隊伍對光伏電站進(jìn)行日常維護，供電企業(yè)專業(yè)電工定期開展技術(shù)幫扶和光伏知識宣貫。這種運維方式的弊端在于村級維護隊伍缺乏專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，只能解決簡單的運行異常，針對較為復(fù)雜的問題無法及時有效地處理。因此，有必要在此運維管理基礎(chǔ)之上，利用微信平臺定期發(fā)布電站運維管理知識，增強貧困戶運維意識。設(shè)立村級電站運維管理微信工作群，方便電站發(fā)生故障時及時交流。包括相關(guān)扶貧管理人員、村干部、國家電網(wǎng)技術(shù)員、電站管理員、運維技術(shù)人員，形成政府、供電企業(yè)、建設(shè)企業(yè)和村集體于一體的運維交流平臺，實施有效的進(jìn)行光伏電站運維管理工作。同時，制定合理的運維分工和科學(xué)的管理制度，如生產(chǎn)運行制度、安全管理制度、應(yīng)急消防制度、設(shè)備運行規(guī)程等，及時掌握電站的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在的或潛在的問題，確保光伏電站正常發(fā)電。安全管理貫穿運維的全過程，包括合理使用安全器具和熟悉安全操作規(guī)范等，以保障人身安全和設(shè)備安全。

5安科瑞分布式光伏發(fā)電監(jiān)測系統(tǒng)解決方案

5.1概述

“十四五"期間，隨著“雙碳"目標(biāo)提出及逐步落實，本就呈現(xiàn)出較好發(fā)展勢頭的分布式光伏發(fā)展有望大幅提速。就“十四五"光伏發(fā)展規(guī)劃，國家發(fā)改委能源研究所可再生能源發(fā)展中心副主任陶冶表示，“雙碳"目標(biāo)意味著國家產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，未來10年，新能源裝機將保持在110GW以上的年增速，這里面包含集中式光伏電站和分布式光伏電站。相較于集中式電站來說，分布式對土地等自然資源沒有依賴，各個地方的屋頂就是分布式電站的形成基礎(chǔ)，在碳中和方案的可選項中，分布式光伏由于其靈活性必將被大力發(fā)展，目前已有河北、甘肅、安徽、浙江、陜西等9省發(fā)布關(guān)于分布式光伏整縣推進(jìn)工作的通知。

目前我國的兩種分布式應(yīng)用場景分別是：廣大農(nóng)村屋頂?shù)膽粲霉夥凸ど虡I(yè)企業(yè)屋頂光伏，這兩類分布式光伏電站今年都發(fā)展迅速。

5.2相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》：分布式電源并網(wǎng)電壓等級可根據(jù)各并網(wǎng)點裝機容量進(jìn)行初步選擇，如下：8kW及以下可接入220V；8kW~400kW可接入380V；400kW~6000kW可接入10kV；5000kW~30000kW以上可接入35kV。最終并網(wǎng)電壓等級應(yīng)根據(jù)電網(wǎng)條件，通過技術(shù)經(jīng)濟比選論證確定。若高低兩級電壓均具備接入條件，優(yōu)先采用低電壓等級接入。

Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》

GB/T29319-2012《光伏發(fā)電系統(tǒng)接入配電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》

GB50797-2012《光伏發(fā)電站設(shè)計規(guī)范》

Q/GDW1617-2015《光伏電站接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》

JGJ203-2010《民用建筑太陽能光伏系統(tǒng)應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》

5.3解決方案

（1）交流220V并網(wǎng)

交流220V并網(wǎng)的光伏發(fā)電系統(tǒng)多用于居民屋頂光伏發(fā)電，裝機功率在8kW左右。戶用光伏電站今年發(fā)展非常迅猛，根據(jù)國家能源局網(wǎng)站提供的數(shù)據(jù)，截至2021年6月底，全國累計納入2021年國家財政補貼規(guī)模戶用光伏項目裝機容量為586.14萬千瓦，這相當(dāng)于6個月在居民屋頂建造了四分之一個三峽水電站。

部分小型光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。光伏電站規(guī)模較小，而且比較分散，對于光伏電站的管理者來說，通過云平臺來管理此類光伏電站非常有必要，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

（2）交流380V并網(wǎng)

根據(jù)國家電網(wǎng)Q/GDW1480-2015《分布式電源接入電網(wǎng)技術(shù)規(guī)定》，8kW~400kW可380V并網(wǎng)，這類分布式光伏多為工商業(yè)企業(yè)屋頂光伏，自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。分布式光伏接入配電網(wǎng)前，應(yīng)明確計量點，計量點設(shè)置除應(yīng)考慮產(chǎn)權(quán)分界點外，還應(yīng)考慮分布式電源出口與用戶自用電線路處。每個計量點均應(yīng)裝設(shè)雙向電能計量裝置，其設(shè)備配置和技術(shù)要求符合DL/T448的相關(guān)規(guī)定，以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程要求。電能表采用智能電能表，技術(shù)性能應(yīng)滿足國家電網(wǎng)公司關(guān)于智能電能表的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。用于結(jié)算和考核的分布式電源計量裝置，應(yīng)安裝采集設(shè)備，接入用電信息采集系統(tǒng)，實現(xiàn)用電信息的遠(yuǎn)程自動采集。

光伏陣列接入組串式光伏逆變器，或者通過匯流箱接入逆變器，然后接入企業(yè)380V電網(wǎng)，實現(xiàn)自發(fā)自用，余電上網(wǎng)。在380V并網(wǎng)點前需要安裝計量電表用于計量光伏發(fā)電量，同時在企業(yè)電網(wǎng)和公共電網(wǎng)連接處也需要安裝雙向計量電表，用于計量企業(yè)上網(wǎng)電量，數(shù)據(jù)均應(yīng)上傳供電部門用電信息采集系統(tǒng)，用于光伏發(fā)電補貼和上網(wǎng)電量結(jié)算。

部分光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。部分光伏電站為自發(fā)自用，余電不上網(wǎng)模式，這種類型的光伏電站需要安裝防逆流保護裝置，避免往電網(wǎng)輸送電能。

這種并網(wǎng)模式單體光伏電站規(guī)模適中，可通過云平臺采用光伏發(fā)電數(shù)據(jù)和儲能系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，安科瑞在這類光伏電站提供的解決方案包括以下方面：

（3）10kV或35kV并網(wǎng)

根據(jù)《國家能源局關(guān)于2019年風(fēng)電、光伏發(fā)電項目建設(shè)有關(guān)事項通知》（國發(fā)新能〔2019〕49號），對于需要國家補貼的新建工商業(yè)分布式光伏發(fā)電項目，需要滿足單點并網(wǎng)裝機容量小于6兆瓦且為非戶用的要求，支持在符合電網(wǎng)運行安全技術(shù)要求的前提下，通過內(nèi)部多點接入配電系統(tǒng)。

此類分布式光伏裝機容量一般比較大，需要通過升壓變壓器升壓后接入電網(wǎng)。由于裝機容量較大，可能對公共電網(wǎng)造成比較大的干擾，因此供電部門對于此規(guī)模的分布式光伏電站穩(wěn)控系統(tǒng)、電能質(zhì)量以及和調(diào)度的通信要求都比較高。

光伏電站并網(wǎng)點需要監(jiān)測并網(wǎng)點電能質(zhì)量，包括電源頻率、電源電壓的大小、電壓不平衡、電壓驟升/驟降/中斷、快速電壓變化、諧波/間諧波THD、閃變等，需要安裝單獨的電能質(zhì)量監(jiān)測裝置。

上圖為一個1MW分布式光伏電站的示意圖，光伏陣列接入光伏匯流箱，經(jīng)過直流柜匯流后接入集中式逆變器(直流柜根據(jù)情況可不設(shè)置)，最后經(jīng)過升壓變壓器升壓至10kV或35kV后并入中壓電網(wǎng)。由于光伏電站裝機容量比較大，涉及到的保護和測控設(shè)備比較多，主要如下表

.       系統(tǒng)功能設(shè)計

安科瑞電光伏電站監(jiān)控軟件采用Acrel-2000Z，是安科瑞電氣股份有限公司總結(jié)多年的開發(fā)、實踐經(jīng)驗和大量的用戶需求而設(shè)計針對用戶配電系統(tǒng)和光伏電站的實時監(jiān)控系統(tǒng)。

1）軟件運行環(huán)境配置

服務(wù)器上安裝Windows7操作系統(tǒng)。

2）光伏電站電力監(jiān)控軟件架構(gòu)

軟件采用C/S架構(gòu)，實時采集光伏電站電流、電壓、日/月/年/累計發(fā)電量和氣象數(shù)據(jù)。

3）光伏電站電力監(jiān)控軟件功能

對光伏電站的整體信息進(jìn)行監(jiān)控，采用圖形和數(shù)據(jù)的形式實時動態(tài)地展現(xiàn)電站概況、電站實時發(fā)電及發(fā)電統(tǒng)計信息。包括電站概括、環(huán)境參數(shù)、實時信息、發(fā)電量統(tǒng)計及發(fā)電量TOP信息

通過主界面可以對光伏陣列現(xiàn)場環(huán)境進(jìn)行實時監(jiān)測與顯示，如室外溫度值、風(fēng)速、風(fēng)向、光照強度等。

a）通過對電站內(nèi)一次及二次配電網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的監(jiān)控，了解電站內(nèi)各電氣設(shè)備的運行情況及狀態(tài)，并對電站的并網(wǎng)狀態(tài)、有/無功功率流向情況等進(jìn)行實時監(jiān)控。

b）光伏組件分布監(jiān)控

能夠根據(jù)微逆變反應(yīng)的數(shù)據(jù)顯示各組太陽能電池板的工作狀態(tài)（是否正常發(fā)電），根據(jù)組串式逆變器顯示各光伏組串輸出功率，分別計量兩種兩種逆變方式的發(fā)電量日發(fā)電量、日發(fā)電量曲線、月發(fā)電量柱狀圖、年發(fā)電量柱狀圖等，并對這兩種方式發(fā)電量進(jìn)行對比。

c）逆變器監(jiān)控

組串式逆變器主要監(jiān)測指標(biāo)包括：

直流電壓、直流電流、直流功率

交流電壓、交流電流

逆變器內(nèi)溫度、時鐘

頻率、功率因數(shù)、當(dāng)前發(fā)電功率

日發(fā)電量、累積發(fā)電量、累積CO2減排量

電網(wǎng)電壓過高、電網(wǎng)電壓過低

電網(wǎng)頻率過高、電網(wǎng)頻率過低

直流電壓過高、直流電壓過低

逆變器過載、逆變器過熱、逆變器短路

散熱器過熱

逆變器孤島

DSP故障、通訊故障等。

監(jiān)控系統(tǒng)可繪制顯示逆變器電壓—時間曲線、功率—時間曲線等，直流側(cè)輸入電流實時曲線、交流側(cè)逆變輸出電流曲線，并采集與顯示各逆變器日發(fā)電量等電參量；

d）交流匯流箱監(jiān)控

交流匯流箱主要監(jiān)測指標(biāo)包括：

光伏組串輸出直流電壓、輸出直流電流、輸出直流功率

各路輸入總發(fā)電功率、總發(fā)電量

匯流箱輸出電流、匯流箱輸出電壓、匯流箱輸出功率

電流監(jiān)測允差報警

傳輸電纜/短路故障告警

空氣開關(guān)狀態(tài)、故障信息等

e）交流配電柜監(jiān)控

交流配電柜主要監(jiān)測指標(biāo)包括：

光伏發(fā)電總輸出有功功率、無功功率

功率因數(shù)、電壓、電流

斷路器故障信息、防雷器狀態(tài)信息等

f）并網(wǎng)柜監(jiān)控

通過對并網(wǎng)柜的監(jiān)控，計量上網(wǎng)電量、內(nèi)部用電量、電能質(zhì)量、光伏發(fā)電系統(tǒng)有功和無功輸出、發(fā)電量、功率因數(shù)、并網(wǎng)點的電壓和頻率、注入系統(tǒng)的電等參數(shù)，計算碳減排量，并折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，計算發(fā)電收益。

g）環(huán)境參數(shù)監(jiān)控

環(huán)境參數(shù)主要監(jiān)測指標(biāo)包括：

日照輻射

風(fēng)速、風(fēng)向

環(huán)境溫度

太陽能電池板溫度等

對比實際微逆或幾種微逆輸出指導(dǎo)電池板需要清洗等信息。

h）歷史數(shù)據(jù)管理

監(jiān)控系統(tǒng)可針對光伏發(fā)電現(xiàn)場的各種事件進(jìn)行記錄，如：通訊采集異常、開關(guān)變位、操作記錄等，時間記錄支持按類型查詢，并可對越限報警值進(jìn)行更改設(shè)置；

i）日發(fā)電趨勢分析

系統(tǒng)提供了實時曲線和歷史趨勢兩種曲線分析界面，可以反映出每天24小時內(nèi)光伏發(fā)電量與該日日照強度，環(huán)境溫度，風(fēng)速等的波動情況。

j）故障報警

當(dāng)電池板長時間輸出功率偏低進(jìn)行故障指示，建議運維人員前往現(xiàn)場檢查是否有故障發(fā)生等；另外對于并網(wǎng)柜部分的主斷路器分合閘狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，當(dāng)出現(xiàn)開關(guān)變位及時報警，提醒運維人員。

6結(jié)語

為積極推廣清潔能源和落實國家電網(wǎng)公司光伏扶貧行動，針對現(xiàn)有分布式光伏電站實際運行管理中存在的問題，通過對分布式光伏發(fā)電前期并網(wǎng)服務(wù)和后期光伏電站的管理運維兩方面相結(jié)合的管理提升，一方面為廣大用戶提供更好的供電服務(wù)和政策宣傳，有效落實光伏發(fā)電政策，保證用戶及時了解和享受光伏發(fā)電相關(guān)惠民政策，另一方面通過組織專業(yè)化運維人員隊伍，強化光伏電站的管理運維水平，有效提升并網(wǎng)光伏電站的運行異常處理效率，保證并網(wǎng)光伏的發(fā)電效率和補貼收益。

參考文獻(xiàn)：

【1】分布式光伏電站的服務(wù)與運維管理

【2】分布式光伏監(jiān)控系統(tǒng)解決方案

【3】趙冰冰，燕莎莎.分布式光伏電站的服務(wù)與運維管理