光伏扶貧村級電站運行穩(wěn)定性及發(fā)電效率提升策略研究

陳玉平，黃 濤，趙太云，向 東

（1.恩施職業(yè)技術學院，湖北 恩施 445000；2.國網湖北省電力有限公司 恩施州供電公司，湖北 恩施 445000；3.國網湖北省電力有限公司 巴東縣供電公司，湖北 巴東 444300）

0 引 言

村級光伏扶貧電站的發(fā)電效率直接決定光伏扶貧產業(yè)的收益，通過對光伏發(fā)電系統(tǒng)進行設備維護或電站管理，利用智能控制技術等提升光伏電站運行穩(wěn)定性和發(fā)電效率，對促進精準扶貧和穩(wěn)定脫貧具有重要意義。研究光伏扶貧村級電站發(fā)電效率提升策略是促進光伏扶貧產業(yè)可持續(xù)發(fā)展的迫切需要，也是新能源技術領域和國家能源建設越來越重視的研究課題。本文以恩施州巴東扶貧村級光伏電站為例，對如何提高村級光伏電站的運行穩(wěn)定性及發(fā)電效率進行研究，為推動光伏扶貧產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供借鑒。

1 光伏電站運行穩(wěn)定性及發(fā)電效率影響因素分析

1.1 設備層面的影響因素

光伏電站的安全性直接決定了電站運行的穩(wěn)定性和發(fā)電效率。電站運行安全性在設備層面主要涉及到光伏組件、接線盒、逆變器以及匯流箱等。其中，光伏組件所用太陽能電池的特性要基本一致，若光伏組件不匹配則會造成損耗，若使用質量不合格的電池則會導致熱斑效應。熱斑效應嚴重影響組件的壽命，甚至會燒毀組件并引起火災。而劣質接線盒內部粗糙且電阻較大，易引起接線盒內發(fā)熱，導致光伏組件燒壞或背板破損。此外，在直流側電壓高達1 000 V的情況下，若逆變器和直流匯流箱的運行數(shù)據(jù)采集不精確，會導致控制系統(tǒng)誤判故障信息斷出，直接影響電站的發(fā)電。若逆變器內對塵沙的隔離防護不合格，會導致設備腐蝕損壞或開關接觸不良。若匯流箱內部連接工藝不合格或連接電纜因施工損壞絕緣層出現(xiàn)內部過熱，將會導致匯流箱被燒壞。

1.2 運維層面影響因素

光伏電站運維效率直接影響電站的運行及發(fā)電效率。影響因素主要涉及設備廠家的售后服務和電站運維人員的業(yè)務水平及運維質量。若設備廠家不能及時定位故障并快速解決設備問題，則故障恢復時間越長，從而電站運行受到的影響越大，電站損失越大。此外，若電站運維人員的技術水平較低，不能及時準確發(fā)現(xiàn)和處理常見故障，將會直接影響電站運行，甚至擴大事故。而電站運維管理的責任監(jiān)管不到位、運維工作、不規(guī)范、電站運行數(shù)據(jù)監(jiān)查不全、運行設備元器件更換不及時或光伏組件運行環(huán)境清理不及時等，會使電站發(fā)電量減少或因熱斑效應而損壞設備甚至引起更嚴重的事故。

1.3 光伏電站的運行環(huán)境影響因素

光伏電站所處區(qū)域的氣候環(huán)境對光伏電站的運行和發(fā)電量產生直接影響。若選址和入射角設計不科學，會造成不可利用的太陽輻射損耗，直接影響日發(fā)電量。雷、雨以及大風等惡劣天氣和環(huán)境溫度、濕度、氣壓、風向及風速等因素均可能使設備損壞，甚至停止工作。此外，若運維不到位，草叢和森林樹木等遮擋光伏組件時會導致光伏組件產生熱斑效應，造成損失。

而光伏電站與接入電網運行不協(xié)調會導致光伏電站發(fā)電量減少，設備受損。光伏發(fā)電系統(tǒng)結構如圖1所示。

當接入電網出現(xiàn)停電故障，若光伏電站并網逆變器的反孤島效應控制功能失效，則導致孤島效應，此時會對電力系統(tǒng)運維人員的安全造成威脅，對電力系統(tǒng)繼電保護裝置的動作程序、電能質量以及供電可靠性等都產生影響。接入電網光伏發(fā)電系統(tǒng)具有大量整流與逆變裝置，在這些大功率電子器件的作用下會產生大量高次諧波，影響電網的安全穩(wěn)定性和電網系統(tǒng)的電能質量，還會干擾通信系統(tǒng)。此外，光伏發(fā)電系統(tǒng)接入外部電網時會改變電網的電流分布或功率分布，從而導致繼電保護出現(xiàn)誤動。

2 提高光伏扶貧村級電站發(fā)電效率的途徑與策略

2.1 創(chuàng)新光伏電站運維管理模式

建立安全可靠且高效的保障體系是扶貧電站發(fā)揮效益的關鍵。探索創(chuàng)建“政府主導、專業(yè)公司運維、村級日常管護、科技手段管控、供電結算服務、部門監(jiān)督分配”的“六位一體”運行維護模式，從技術監(jiān)督、管理監(jiān)督及審計監(jiān)督入手，加強光伏電站運維管理，從而全方位提升光伏電站的運行穩(wěn)定性，提質增效。

2.1.1 技術監(jiān)督

技術監(jiān)督包括5個方面。一是根據(jù)村級光伏站點多面廣和交通閉塞等特點，利用電商平臺打造光伏云運維系統(tǒng)線上監(jiān)督。二是利用網絡服務平臺遠程監(jiān)測電站的發(fā)電狀態(tài)、發(fā)電電量及發(fā)電效率，縣級管理人員和村級管理人員共享監(jiān)測信息，及時精準了解動態(tài)情況，確保光伏電站高效穩(wěn)定運行。三是建立由各鄉(xiāng)鎮(zhèn)供電所長、所轄貧困村干部和日?？醋o人員組成的微信管理群，準確掌握電站運行情況，及時反饋電站故障。四是提供技術服務和信息支撐，定期綜合檢查并評估村級光伏電站的運行狀況，及時處理故障缺陷。五是落實專人跟蹤督導，對光伏電站光伏組件、逆變器、線纜設備以及變壓器等設備進行地毯式排查，及時發(fā)現(xiàn)問題并處理。

2.1.2 管理監(jiān)督

管理監(jiān)督包括3個方面。一是建立光伏運維監(jiān)督信息管理微信群，日常推送光伏電站發(fā)電明細、光伏電站線損率、日利用小時數(shù)以及日偏差等數(shù)據(jù)，督辦專業(yè)運維公司判斷光伏電站的運行狀態(tài)并對其進行處理。二是每月總結一份光伏扶貧電站運行分析報告，對當月光伏電站的發(fā)電量、電費結算、補貼發(fā)放、停運時間以及發(fā)電量排名等進行分析，將其反饋給專業(yè)運維公司。三是監(jiān)督專業(yè)運維公司運維是否及時、村集體看護人員是否履職到位、運維設備是否可靠運行以及電站設施是否損壞，保證電站發(fā)電安全可靠。

2.1.3 審計監(jiān)督

督辦政府管理部門統(tǒng)一分村設立扶貧電站賬簿和科目，委托中間機構開展專項審計工作。

2.2 優(yōu)化設備運行穩(wěn)定性

優(yōu)化光伏組件、逆變器及匯流箱等主要設備，從而保證光伏電站穩(wěn)定運行，提升發(fā)電效率。

2.2.1 光伏發(fā)電組件

光伏發(fā)電組件優(yōu)化主要從4個方面入手。一是盡可能選擇同一批次并經過精密測試的電池片，避免性能不一，二是嚴格檢查電池片是否有隱裂、虛焊、異物以及人為混片等情況，三是注意接線盒的質量，選擇質量較好的接線盒，四是合理設計和及時運維，減少因遮擋出現(xiàn)的光伏組件熱斑效應，確保光伏組件正常發(fā)電。

2.2.2 逆變器及匯流箱

逆變器及匯流箱優(yōu)化主要包括3個方面。一是設備選擇時優(yōu)先選用同一廠家同一型號的匯流箱和逆變器，提高通信匹配度，降低運維難度，確保在出現(xiàn)故障時能快速定位，縮短故障恢復時間，降低損失。二是利用先進的遠程監(jiān)控技術和網絡服務平臺精準監(jiān)測設備的運行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題，確保設備穩(wěn)定運行。三是找準光伏系統(tǒng)與外部電網之間不協(xié)調的原因，研究相應的方案與實現(xiàn)策略，減少非協(xié)調性運行引起的跳閘問題。

2.3 強化光伏系統(tǒng)與公用電網的協(xié)調性

光伏發(fā)電在接入電網系統(tǒng)時，應當優(yōu)化光伏接入分布，合理選擇光伏接入點，包括光伏電站的分布、容量大小的優(yōu)化以及潮流的分布等，從而保證接入光伏發(fā)電站的系統(tǒng)穩(wěn)定運行。在電網結構方面，確保光伏電站接入后的電網結構滿足電網電壓質量的要求。此外，優(yōu)化配置電網系統(tǒng)的無功補償裝置，調節(jié)系統(tǒng)無功，提高電網的功率因數(shù)，改善供電環(huán)境，提升電網的安全運行質量。對于光伏組件串聯(lián)數(shù)為Nss、并聯(lián)數(shù)為Npp的Nss×Npp光伏組件陣列，其電壓較單個光伏組件提高了Nss倍，電流擴大了Npp倍。串聯(lián)二極管B，利用其單向導電性能，防止外部電網向光伏組件反充電。并聯(lián)旁路二極管是防止因熱斑效應損壞光伏電池板。防反充二極管與旁路二極管的應用接線如圖2所示。

圖2 防反充二極管與旁路二極管的應用接線

3 結 論

對于點多面廣、交通閉塞及運維隊伍技術水平普遍不高的村級光伏站，準確分析光伏電站運維管理存在的問題，研制“六位一體”高效運行維護模式，充分利用網絡手段尋找影響光伏電站發(fā)電效率的因素，從光伏組件、匯流箱以及逆變器等重要設備的運行狀態(tài)和光伏電站與接入電網的協(xié)調穩(wěn)定性等方面研究有效策略與方案，減少因非協(xié)調性運行引起的跳閘，從而提高光伏電站的發(fā)電效率。