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(guò)程中，由于組件本身質(zhì)量問(wèn)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(kāi)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(wèn)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(guò)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(lái)判斷，雖然查找的過(guò)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(guò)數(shù)據(jù)分析和現(xiàn)場(chǎng)勘查來(lái)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(lái)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(guò)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(guò)后臺(tái)系統(tǒng)，也可以按照自己的思路，跳過(guò)線上離散率分析等，直接通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)排查來(lái)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(guò)以下方法

1）以集中式逆變器為分析單元，通過(guò)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(guò)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(guò)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(guò)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(guò)線下診斷來(lái)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(guò)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(wèn)題。

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?，組串電流較小，組串之間的差異很難反映出來(lái)。如通過(guò)觀察該逆變器每一路的電流數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)1500－1800時(shí)段，第2路電流偏低，因此可將問(wèn)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(guò)監(jiān)控系統(tǒng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，這樣最好，現(xiàn)場(chǎng)就僅僅核查下就可以了，工作開(kāi)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(wú)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(wú)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(méi)有問(wèn)題，離散率不正常的就一定有問(wèn)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(wèn)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(lái)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(lái)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(wú)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(shuō)明了低電流的組串是存在一定問(wèn)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(wèn)題。如果無(wú)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(shuō)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(lái)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(kāi)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(wèn)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(shù)木遮擋（在樹(shù)木無(wú)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(wú)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(guò)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(wú)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(guò)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。

表1 逆變器改造前后發(fā)電小時(shí)數(shù)對(duì)比

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(kāi)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(guò)典型案例進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)效益評(píng)估，希望通過(guò)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。

（注本文內(nèi)容屬于原創(chuàng)文章，代表個(gè)人經(jīng)驗(yàn)觀點(diǎn)，未經(jīng)作者允許，自媒體和相關(guān)人員嚴(yán)禁對(duì)部分或全部?jī)?nèi)容進(jìn)行抄襲和同義編輯用于個(gè)人表述，嚴(yán)禁使用文中觀點(diǎn)和內(nèi)容用于其他用途）。

作者陳建國(guó)