數(shù)據(jù)質(zhì)量和光伏電站質(zhì)量分析

:“質(zhì)量”是描述事物或者產(chǎn)品好壞和工作優(yōu)劣程度的詞匯。最近幾年，隨著資本不斷涌入到光伏行業(yè)，光伏電站裝機(jī)容量激增，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注光伏的質(zhì)量問(wèn)題。

在近期舉辦的“第三屆光伏電站質(zhì)量高峰論壇”上華北電力大學(xué)可再生能源學(xué)院太陽(yáng)能研究中心的朱紅路對(duì)于數(shù)據(jù)質(zhì)量和光伏電站質(zhì)量進(jìn)行了分析。對(duì)于光伏質(zhì)量的分析，技術(shù)層面上主要有兩個(gè)：一是對(duì)光伏電站的性能狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試和鑒定；二是利用數(shù)據(jù)和電站的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)來(lái)對(duì)光伏電站的性能進(jìn)行分析。今天我們就數(shù)據(jù)質(zhì)量問(wèn)題和光伏電站的質(zhì)量問(wèn)題之間進(jìn)行詳細(xì)的分析。

如何評(píng)價(jià)光伏電站質(zhì)量？

影響光伏電站的質(zhì)量因素非常的多，首先是光伏組件的影響，可以認(rèn)為光伏組件是光伏電站核心的設(shè)備；其次，光伏電站的設(shè)計(jì)過(guò)程以及施工和安裝過(guò)程對(duì)于光伏電站質(zhì)量的影響同樣非常大；最后，光伏電站的運(yùn)行和維護(hù)也是影響光伏電站質(zhì)量的重要因素。對(duì)于光伏電站的個(gè)體來(lái)說(shuō)，光伏電站的質(zhì)量直接影響了電站的發(fā)電量，直接就會(huì)影響電站的收益：同時(shí)影響光伏電站質(zhì)量的因素還很有可能導(dǎo)致電站的安全性的問(wèn)題。有資料顯示，全國(guó)已調(diào)查的425座太陽(yáng)能電站中，30%建成3年以上的電站都出現(xiàn)了不同程度的問(wèn)題。因此，對(duì)于光伏電站的質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)的精確評(píng)價(jià)和鑒定變得刻不容緩。

光伏電站的質(zhì)量問(wèn)題成為行業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，如何對(duì)光伏電站質(zhì)量的進(jìn)行量化或者得到定性的結(jié)論呢？主要可以分為兩條技術(shù)路線，第一條技術(shù)路線我可以把它稱為“性能測(cè)試”，對(duì)于光伏電站的性能測(cè)試可以依托于測(cè)試鑒定機(jī)構(gòu)對(duì)光伏電站的核心設(shè)備進(jìn)行相應(yīng)的測(cè)試，例如組件的測(cè)試和鑒定、逆變器效率的測(cè)試、并網(wǎng)性能以及發(fā)電性能的測(cè)試。性能測(cè)試可以有效地獲取光伏電站的核心關(guān)鍵設(shè)備或者局部功能的相應(yīng)的特性或特征；第二條技術(shù)路線是對(duì)光伏電站的性能利用的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，相比于第一條路線，對(duì)光伏電站的數(shù)據(jù)分析濕較為簡(jiǎn)單和容易實(shí)現(xiàn)的。國(guó)內(nèi)目前涉及到的比較多的兩點(diǎn)，一是光伏電站的對(duì)標(biāo)工作，2016年，中電聯(lián)等許多發(fā)電企業(yè)就已經(jīng)開(kāi)始了光伏電站的對(duì)標(biāo)工作；另外，光伏電站在運(yùn)行過(guò)程中對(duì)于電站的效率計(jì)算（如大家非常關(guān)注的PR計(jì)算的問(wèn)題），最近幾年利用國(guó)際和國(guó)內(nèi)的相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)也做得非常多，此時(shí)我們利用光伏電站的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)可以評(píng)價(jià)電站的整體質(zhì)量水平，同時(shí)利用局部核心關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)也可以來(lái)評(píng)價(jià)光伏電站核心關(guān)鍵設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。PR計(jì)算等也可以依賴于運(yùn)行數(shù)據(jù)，當(dāng)建立起了相應(yīng)的體系，利用運(yùn)行數(shù)據(jù)就可以描述或者表征電站的發(fā)電性能；通過(guò)比較全面的指標(biāo)體系，從全面或者局部角度來(lái)評(píng)價(jià)電站的性能，實(shí)現(xiàn)對(duì)光伏電站質(zhì)量的分析。

質(zhì)量分析引出的數(shù)據(jù)問(wèn)題有哪些？

一、能效比PR

光伏電站的質(zhì)量分析，以PR計(jì)算為例，PR指標(biāo)評(píng)價(jià)電站的效果或者性能是一個(gè)綜合性的指標(biāo)。從數(shù)學(xué)公式上來(lái)看，PR值的定義是實(shí)際的發(fā)電量和理論發(fā)電量的比值，科學(xué)性是不容質(zhì)疑的，分子是測(cè)試時(shí)間段內(nèi)的實(shí)際發(fā)電量，分母是測(cè)試時(shí)間間隔內(nèi)的理論發(fā)電量PT。從分子和分母的計(jì)算過(guò)程，一般來(lái)講，對(duì)于整個(gè)光伏電站發(fā)電量數(shù)據(jù)整體還是比較可靠的，但是對(duì)于實(shí)際發(fā)電量PRD的計(jì)算或者實(shí)際發(fā)電量PRD的測(cè)量而言，陣列級(jí)別數(shù)據(jù)的分辨率還沒(méi)有納入到量測(cè)體系里面，數(shù)據(jù)的可獲取性也存在問(wèn)題。很多大型并網(wǎng)光伏電站的都面臨這樣的問(wèn)題，受此影響調(diào)度側(cè)及電網(wǎng)的安全檢查很難得以應(yīng)付。

對(duì)于理論發(fā)電量PT計(jì)算，涉及到的問(wèn)題比實(shí)際發(fā)電量PRD的測(cè)量更多，例如輻照量的測(cè)試結(jié)果的不準(zhǔn)確性、模型的不確定性。太陽(yáng)輻射量是理論發(fā)電量PT計(jì)算的基礎(chǔ)，理論發(fā)電量PT是輻照量水平的大小乘以陣列裝機(jī)的面積再乘以相應(yīng)的轉(zhuǎn)換效率，在對(duì)實(shí)際組件或者陣列的運(yùn)營(yíng)溫度進(jìn)行相應(yīng)的修正得到的一個(gè)值。實(shí)際操作過(guò)程中有許多影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的因素存在，如：

1、通常一個(gè)光伏電站的占地面積以及陣列的數(shù)量和組串的數(shù)量是非常多的，然而光伏電站一般只配備一個(gè)氣象站，測(cè)量結(jié)果難以描述整個(gè)電站的輻照量場(chǎng)、溫度場(chǎng)分布，計(jì)算誤差應(yīng)運(yùn)而生。另外儀表誤差問(wèn)題，通常光伏電站很少來(lái)做矯正或者不關(guān)注精度問(wèn)題，直接讀數(shù)進(jìn)行上報(bào)。

2、直射比，測(cè)得的總輻照量對(duì)于晶硅體系的組件來(lái)說(shuō)，接受的大部分是直射輻射的部分，儀表的總輻照量和組件所接受到的輻照量之間存在較大的誤差；同時(shí)不同組件自身的光譜響應(yīng)特性問(wèn)題：在AM1.5的光照條件下，光譜的分布基本上接近均勻，但不同類型的光伏組件的光伏響應(yīng)度分布根據(jù)組件的類型特性是有所不同的，直接引起輻照表所測(cè)得的輻照強(qiáng)度的大小和組件或者陣列所吸收的輻照量之間并不是等價(jià)關(guān)系，導(dǎo)致分析過(guò)程中的輸入?yún)?shù)的不準(zhǔn)確。

不同類型組件的光譜響應(yīng)度

典型日條件下的光資源特性

3、電站PT計(jì)算過(guò)程中模型的不確定性，PT的計(jì)算公式涉及到了輻照量、陣列的面積、對(duì)溫度的修正以及相應(yīng)的效率。在計(jì)算過(guò)程中，模型的本身是非常簡(jiǎn)單的且適用于相應(yīng)的工程計(jì)算，但是我們對(duì)這個(gè)模型做了很多的簡(jiǎn)化，模型本身有許多參數(shù)，效率的參數(shù)在實(shí)際的光伏電站的計(jì)算過(guò)程中和光伏電站的實(shí)際性能并不匹配，最終導(dǎo)致理論發(fā)電量計(jì)算結(jié)果存在偏差，或者說(shuō)誤差度還是非常大的。

對(duì)于實(shí)際的發(fā)電量，組串、陣列或者整站的電氣參數(shù)或者運(yùn)行狀態(tài)納入到整個(gè)量測(cè)體系里面是做光伏電站PR計(jì)算的前提。目前存在的問(wèn)題，一是直流側(cè)組串或者陣列的測(cè)量結(jié)果很難計(jì)入到大型光伏電站主站的量測(cè)體系里面，因此陣列或者不同組件的性能計(jì)算問(wèn)題很多；二是光伏電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)的獲取困難。目前光伏電站的信息接入是服務(wù)于光伏電站產(chǎn)生的電能接入電網(wǎng)、并網(wǎng)的控制、并網(wǎng)的調(diào)度的，因此電站的運(yùn)行數(shù)據(jù)是納入到電力系統(tǒng)的安全二區(qū)里面，電站安全二區(qū)的數(shù)據(jù)不能直接向公網(wǎng)上進(jìn)行反送，導(dǎo)致現(xiàn)在很多大型光伏電站的數(shù)據(jù)報(bào)送都采用原始的人工報(bào)送。

二、對(duì)標(biāo)體系

目前對(duì)標(biāo)指標(biāo)體系建立的非常完善，對(duì)標(biāo)體系對(duì)光伏電站各個(gè)核心關(guān)鍵設(shè)備和整個(gè)電站的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)是非常全面的，涉及到逆變器的效率、陣列的效率、電路的效率和最終并網(wǎng)的棄光率等。但是對(duì)標(biāo)工作同樣也有許多問(wèn)題，包括PR計(jì)算里面涉及到的問(wèn)題，同時(shí)逆變器電量數(shù)據(jù)缺失，500千瓦或者一兆瓦以上的逆變器會(huì)進(jìn)入主站，對(duì)于小型逆變器，由于電站施工和成本的考慮，往往數(shù)據(jù)很難加入主站。第二點(diǎn)是棄光電量的計(jì)算，像西北地區(qū)光伏電站面臨著電站的棄光問(wèn)題，實(shí)際的棄光量受到多方面的影響，當(dāng)然電網(wǎng)的調(diào)度會(huì)對(duì)棄光的問(wèn)題有影響，但是電站的實(shí)際運(yùn)行水平也會(huì)對(duì)電站的棄光量帶來(lái)相應(yīng)的影響。棄光電量難以計(jì)算，基本上可以看到表格里面，很多電站的棄光量都是空著的。第三個(gè)就是常用電量的統(tǒng)計(jì)口徑不同。第四，線損很難計(jì)算，利用計(jì)算公式，根據(jù)相應(yīng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算，這個(gè)時(shí)候?qū)τ陔娏康木€損非常難做。另外還有大家見(jiàn)到的有很多測(cè)試電站的對(duì)標(biāo)文件里面要求的逆變器的效率，或者說(shuō)陣列的效率，不同的設(shè)備的效率，實(shí)際上我們進(jìn)行測(cè)試或者進(jìn)行分析的話，操作起來(lái)都會(huì)有很多的問(wèn)題。因此我們做了一個(gè)總結(jié)，就是現(xiàn)狀。輻照量的數(shù)據(jù)、日照的數(shù)據(jù)、日照時(shí)數(shù)、峰值日照時(shí)數(shù)、發(fā)電量數(shù)據(jù)、逆變器的數(shù)據(jù)、線損等各方面的數(shù)據(jù)實(shí)際上存在較大的測(cè)量誤差或者難以獲取。因此，實(shí)際上按照目前電站的量測(cè)體系的現(xiàn)狀，難以實(shí)現(xiàn)光伏電站目前的對(duì)標(biāo)分析工作。

光伏電站質(zhì)量引發(fā)的思考

1，光伏電站的設(shè)計(jì)、設(shè)備和施工決定了電站的質(zhì)量和壽命

光伏電站的設(shè)計(jì)，光伏電站的設(shè)備性能以及施工的過(guò)程決定了電站的質(zhì)量和壽命。光伏電站電站的全生命周期內(nèi)的總發(fā)電量主要取決于前期電站的設(shè)計(jì)、設(shè)備選型以及施工的好壞。因此，光伏電站的科學(xué)設(shè)計(jì)、嚴(yán)格的設(shè)備選型、嚴(yán)格把控設(shè)備的質(zhì)量和高要求地施工是提高光伏電站水平的最有效手段。

2，數(shù)據(jù)質(zhì)量低劣帶來(lái)了分析誤差，嚴(yán)重影響了光伏電站質(zhì)量分析結(jié)果

數(shù)據(jù)質(zhì)量的低劣帶來(lái)了非常嚴(yán)重的分析誤差，嚴(yán)重影響了電站質(zhì)量的分析結(jié)果。數(shù)據(jù)質(zhì)量的低劣表現(xiàn)可以歸納為以下幾點(diǎn)：1，單獨(dú)地將輻照量測(cè)量拉出，從而造成輻照量測(cè)量誤差極大，影響了電站質(zhì)量的分析；2，數(shù)據(jù)的不可靠性，數(shù)據(jù)采集和傳輸過(guò)程，即傳感器和傳輸存在的問(wèn)題；3，數(shù)據(jù)分辨率過(guò)低，對(duì)光伏電站的性能進(jìn)行精確的計(jì)算，就要把數(shù)據(jù)的分辨率做到組件級(jí)別、陣列級(jí)別甚至組串的級(jí)別；4，數(shù)據(jù)獲取困難，第三方的運(yùn)維企業(yè)、數(shù)據(jù)服務(wù)商、分析服務(wù)商對(duì)光伏電站的質(zhì)量進(jìn)行分析，往往還需要額外的硬件成本來(lái)建設(shè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。因此，提高數(shù)據(jù)質(zhì)量水平是我們電站狀態(tài)分析評(píng)價(jià)、智能運(yùn)維和故障的基礎(chǔ)，亟需業(yè)內(nèi)出現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范光伏電站量測(cè)體系的建立(通信規(guī)約、測(cè)量 點(diǎn)、傳感器標(biāo)定等)，提出更為合理的光伏電站對(duì)標(biāo)體系!

3，“數(shù)據(jù)” 是實(shí)現(xiàn)光伏電站智能化運(yùn)行的基礎(chǔ)

數(shù)據(jù)是實(shí)現(xiàn)光伏電站智能化運(yùn)行的基礎(chǔ)，我們只有科學(xué)有效地獲取到光伏電站的運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)才能夠做好光伏電站的故障診斷工作、預(yù)測(cè)維護(hù)工作和性能評(píng)價(jià)工作。組件或者陣列不同類型的故障表現(xiàn)出不同的電氣特征，通過(guò)大數(shù)據(jù)挖掘的方法、參數(shù)辨識(shí)的分子建立起光伏電站運(yùn)行數(shù)據(jù)和故障之間的關(guān)系。在這兒華北電力大學(xué)太陽(yáng)能中心愿意在光伏電站后評(píng)價(jià)、光伏電站智能化運(yùn)維等方面和業(yè)內(nèi)或者廣大同仁展開(kāi)合作，促進(jìn)光伏產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。