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分布式光伏运维平台在公益场馆屋顶光伏发电系统的应用分析

更新时间:2023-12-18      浏览次数:167

胡冠楠

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定

摘要:2021年9月,国家发改委印发烷善能源消费强度和总量双控制度方案》,提出鼓励可再生能源的使用,支持可再生能源发展。在这样的政策推动下,光伏发电市场无疑将迎来高质量发展的新机遇。现结合山东博物馆光伏电站日常管理的工作经验以及其他项目的调研情况,剖析电站运维过程中的几点突出问题并给予解决建议,希望能提升电站运营质量,推动我国太阳能发电事业健康发展。

关键词:文化公益场馆;分布式光伏;并网发电系统;运维管理

0、引言

2021年9月,国家发改委印发了《完善能源消费强度和总量双控制度方案》,提出到2035年,能源资源优化配置、节约制度将更加成熟和定型。《山东省能源发展“十四五"规划》明确提出,“十四五"期间,山东省将实施可再生能源倍增行动,推进工业厂房、商业楼宇、公共建筑、居民住宅等屋顶光伏建设,优先发展“自发自用"分布式光伏。在这样的政策推动下,光伏发电市场将迎来高质量发展的新机遇。

山东博物馆太阳能光伏并网发电系统位于博物馆顶层,实施区域面积约7000m2,光伏矩阵采用标准功率为180Wp的多晶硅光伏组件,共计39组2500块,总装机容量429kWp。项目于2010年7月建成投入使用,截至目前已持续运行11年。结合电站日常管理的工作经验以及其他项目的调研情况,本文将探讨光伏电站日常运维过程中需要注意的几点问题,为完善文化公益场馆光伏发电运营体系助力。

1、并网光伏电站运维过程中的突出问题

1.1设计缺乏统筹性、前瞻性

在分布式光伏发电系统现有水平的基础上,设计时应综合考虑方案实施的实际条件,如硬件设施、工作环境等,以发展的眼光规划电站建设,既方便日常维护管理,又具备接驳未来先进技术的能力。在山东博物馆逆变器工作的11年内,除日常维护外,机房内的设备工作正常,室外则已大修两次。事实证明,逆变器根据太阳能电池板的单元划分散布在场区内,位置设计不合理将给人员日常巡检带来不便;室外环境恶劣,风沙、灰尘、水汽等容易进入逆变器,如不采取防护措施,容易引发内部电路故障;设备选型更换不匹配、不兼容,会影响系统发电效率,给电网的安全与稳定运行带来隐患。

1.2生产和技术服务水平参差不齐

现阶段,我国太阳能光伏发电已经步入商业化应用阶段。光伏产品生产方面,市场供应商良莠不齐,产品质量波动大;技术服务方面,运维单位综合实力薄弱,人员的技能水平参差不齐,最终导致光伏电站在运维管理中暴露出各种各样的问题。光伏电站建设初期,方案设计疏忽、设备质量缺陷、施工质量差等问题给电站的后期运维带来严峻挑战;日常管理中,电站工程师对于光伏产业了解不细致,职业素养低下,实操经验匮乏,电站时常因操作不当而引发技术故障,或者因监测不到位而无法准确判断并消除故障,影响光伏发电系统的正常运行。

1.3业主和维保单位权责划分不清、管理混乱

良好的运维管理制度是保证电站稳定运行的基础,扎实地执行制度则是电站正常运行的可靠保障。光伏电站运维管理制度,主要是明确电站在运行维保方面的管理细节,明确业主和维保单位在电站管理中的工作职责和处理权限。但是,当前光伏电站运行管理中确实存在权责不清、管理混乱的现象:单位部门间的管理界面模糊不清甚至留有管理空白,制度权责不完善、不明晰,导致业主和维保双方产生消极怠工的态度,在电站运行、数据管理和维护保养等方面相互扯皮;有的电站虽然制定了较为完善的运维管理制度,但在人员落实方面存在缺位错位,懒散现象时有发生。

1.4资产激励策略不健全

长期以来,国有资产的管理研究习惯侧重于资产显性的投资收益,而隐性的、内在的资产收益研究一直未引起足够的重视。可再生能源开发利用作为科室的主管经费项目,在单位主体申报财政预算时,往往被纳入整体运行经费中,没有体现其突出的重要性,导致资产管理经常出现诸如绩效考核目标不清晰、重使用轻管理、经费被挤占、产出效益不高等现象。针对以营利为目的的光伏电站,人们从投资者的角度完成了其运作模式、管理机制、政策支持等投资策略的全过程研究,而“自产自用"模式下潜在的能源节约,也应当及时拨付运维资金,积极探索可持续发展的资产激励策略。

2、并网光伏电站运维管理建议

2.1优化系统设计方案

文化场馆设施平层面积大,屋面无遮挡,平面铺开优势明显,适合釆用屋顶分布式光伏发电系统。新建场馆建筑与光伏发电系统应统一规划设计,建筑外型协调美观、供用电系统安全可靠;在既有建筑物上实施光伏建筑附加(BAPV)工程时也要综合考虑结构改造和电气安全性。

根据光伏电站的实际工况,太阳能机房宜设置在建筑屋顶或顶层,控制设备集中管理,优化线路敷设方案,降低线路能耗,减少故障点。

逆变器作为光伏发电系统的关键设备,其内部有电容、显示屏等电子元件,不耐高温,宜集中安装于屋面或顶层的机房内,遮阴避雨、防尘防湿、通风散热良好;安装位置兼顾网点、组件两者的距离,靠近网点则节约投资成本,靠近组件则电缆损耗低、施工方便。电池方阵的支架基座多采用现浇混凝土方式建设,浇筑过程中,建议添加适量的防水混合剂到混凝土内,与屋面防水系统共同设计、集中施工,杜绝出现屋面雨水渗漏问题。

2.2选择质优价廉的光伏产品和技术服务

经过十多年的发展,我国光伏制造业已实现本土化生产,产业化技术水平和体系建设达到了世界水平,多晶硅材料、电池板组件、逆变器等生产成本下降明显。巨大的市场发展前景也引发了行业思考:如何甄别众多光伏产品的良莠,保证电站运营的寿命与品质。

光伏电站的全寿命周期长达二十余年,关键设备的品牌选择和技术服务是决定电站收益的关键因素。由于技术的排他性,买方单位应慎重选择品牌,以明确的标准对庞大的光伏市场进行筛选,综合考察品牌影响力、科研实力和企业发展潜力等,选择合作意向目标。以市场导向为主线,兼顾成本控制和性能提升,优先选择拥有强大技术支撑和研发投入,在产品质量上不断提高的品牌企业作为长期战略合作伙伴。

影响分布式光伏电站发电量的关键因素是系统效率,系统组件的选择或更换要遵循规范要求,以逆变器为单元划分子系统,接入系统的组件电性能参数要尽可能一致。对于太阳能电池板之类的核心产品要注重光电转换效率,而对于质量技术相对成熟的逆变器、变压器、汇流箱、线缆等设备,在满足设计参数的范围内优先选择性价比高的产品。

2.3制定详实可行的管理方案并执行

文化单位要定期组织学习新能源相关政策,紧跟光伏发电产业的发展步伐,制定符合自身场馆特点的运行、维护和检修等中长期规划,做好电站营运管理工作。

制定详实可行的管理方案,根本任务是保持国有资产的安全完整,不仅要重视约束维保单位,确保运维质量,更要明确产权单位自身的责任和义务,强化职员监督管理的积极性和责任心。对于电站的整体管理与维护,国家近十年相继出台了多项标准规范,细化巡检周期、维护规则,规范电站信息化管理。

光伏电站的正常运行,定期维护。维保单位要分析电站服役工况,检查设备是否带病运转,准确查找故障原因,判定故障点位。要留意汇流箱、配电柜等箱体内是否有积尘杂物、触点松动等,检查线缆老化问题,掌握电池板热斑现象及逆变器元器件工作情况。在进行维护与管理的同时,注意记录电站的实时运行数据,如天气条件、发电时间、发电量、负荷情况、设备不良故障等。详实可靠的运维记录是判定系统工作是否正常的基本依据,有助于系统故障预判,从而及时制订处理预案。

2.4完善资产激励和效能评价体系

目前,我国对公共建筑能效提升的激励手段主要为财政补贴凶。“十四五"期间,光伏发电将实现无补贴平价上网,相应的财政补贴政策陆续停止,公共建筑节能降耗将面临着激励不足等问题。如何让光伏发电保值增值,确定科学的资产激励方案迫在眉睫。

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资产激励,大部分产权单位侧重于设备的维护责任,强调安全可靠,而诸如光伏发电等利用可再生能源进行节能降耗的资产具有隐性产出的特点,设备收益较易被忽视。

资产激励的对象主要是产权单位。一方面,应注重资产的保值性,防止资产流失。公益类事业单位的经费主要来源于公共财政,政府决策经费的分配比例时,应留意开发利用可再生能源项目的资金申请,将节能降耗项目的经费单独列支,优先予以保证,充足的运维资金是项目保值运行的前提条件。另一方面,要维持资产的增值性,确保持久稳定的经济效益。对于有条件、有能力开展碳中和的文化公益场馆,将节能降耗作为主评项或者加分项纳入单位的年度绩效考核计划中,制定科学的绩效激励标准,量化测评指标,用好奖惩项,提升资产激励的导向性,促进可再生能源在公共建筑中的应用广度和深度。

文化场馆具有建筑体量大、能耗强度高的特点,采用光伏发电系统能够实现“自产自用",减轻负荷用电的部分压力。在健全的政策激励下,产权单位能够从光伏发电系统的运维实况中获取准确的反馈信息,查找客观事实与设计初衷的差距,得出正反两面的经验教训,形成项目效能评估报告,凸显设备隐性的经济效益。效能评价对运维方案的完整性和系统性具有重要的意义,有益于业主各个方位剖析管理方案,调动和提高人员的工作积极性和职责意识,不断改进设计理念和节能技术;推动运维企业提高服务质量,规范员工的工作行为,避免出现权责不清、管理混乱的局面,将光伏发电系统的经济社会效益发挥到较佳。

3、安科瑞分布式光伏运维云平台介绍

3.1概述

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台通过监测光伏站点的逆变器设备,气象设备以及摄像头设备、帮助用户管理分散在各地的光伏站点。主要功能包括:站点监测,逆变器监测,发电统计,逆变器一次图,操作日志,告警信息,环境监测,设备档案,运维管理,角色管理。用户可通过WEB端以及APP端访问平台,及时掌握光伏发电效率和发电收益。

3.2应用场所

目前我国的两种分布式应用场景分别是:广大农村屋顶的户用光伏和工商业企业屋顶光伏,这两类分布式光伏电站今年都发展迅速。

3.3系统结构

在光伏变电站安装逆变器、以及多功能电力计量仪表,通过网关将采集的数据上传至服务器,并将数据进行集中存储管理。用户可以通过PC访问平台,及时获取分布式光伏电站的运行情况以及各逆变器运行状况。平台整体结构如图所示。

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3.4系统功能

AcrelCloud-1200分布式光伏运维云平台软件采用B/S架构,任何具备权限的用户都可以通过WEB浏览器根据权限范围监视分布在区域内各建筑的光伏电站的运行状态(如电站地理分布、电站信息、逆变器状态、发电功率曲线、是否并网、当前发电量、总发电量等信息)。

3.4.1光伏发电

3.4.1.1综合看板

●显示所有光伏电站的数量,装机容量,实时发电功率。

●累计日、月、年发电量及发电收益。

●累计社会效益。

●柱状图展示月发电量

3.4.1.2电站状态

●电站状态展示当前光伏电站发电功率,补贴电价,峰值功率等基本参数。

●统计当前光伏电站的日、月、年发电量及发电收益。

●摄像头实时监测现场环境,并且接入辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●显示当前光伏电站逆变器接入数量及基本参数。

3.4.1.3逆变器状态

●逆变器基本参数显示。

●日、月、年发电量及发电收益显示。

●通过曲线图显示逆变器功率、环境辐照度曲线。

●直流侧电压电流查询。

●交流电压、电流、有功功率、频率、功率因数查询。

3.4.1.4电站发电统计

●展示所选电站的时、日、月、年发电量统计报表。

3.4.1.5逆变器发电统计

●展示所选逆变器的时、日、月、年发电量统计报表

3.4.1.6配电图

●实时展示逆变器交、直流侧的数据。

●展示当前逆变器接入组件数量。

●展示当前辐照度、温湿度、风速等环境参数。

●展示逆变器型号及厂商。

3.4.1.7逆变器曲线分析

●展示交、直流侧电压、功率、辐照度、温度曲线。

3.4.2事件记录

●操作日志:用户登录情况查询。

●短信日志:查询短信推送时间、内容、发送结果、回复等。

●平台运行日志:查看仪表、网关离线状况。

●报警信息:将报警分进行分级处理,记录报警内容,发生时间以及确认状态。

3.4.3运行环境

●视频监控:通过安装在现场的视频摄像头,可以实时监视光伏站运行情况。对于有硬件条件的摄像头,还支持录像回放以及云台控制功能。

3.5系统硬件配置

3.5.1交流220V并网

交流220V并网的光伏发电系统多用于居民屋顶光伏发电,装机功率在8kW左右。

部分小型光伏电站为自发自用,余电不上网模式,这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置,避免往电网输送电能。光伏电站规模较小,而且比较分散,对于光伏电站的管理者来说,通过云平台来管理此类光伏电站非常有必要,安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面:

3.5.2交流380V并网

根据国家电网Q/GDW1480-2015《分布式电源接入电网技术规定》,8kW~400kW可380V并网,超出400kW的光伏电站视情况也可以采用多点380V并网,以当地电力部门的审批意见为准。这类分布式光伏多为工商业企业屋顶光伏,自发自用,余电上网。分布式光伏接入配电网前,应明确计量点,计量点设置除应考虑产权分界点外,还应考虑分布式电源出口与用户自用电线路处。每个计量点均应装设双向电能计量装置,其设备配置和技术要求符合DL/T448的相关规定,以及相关标准、规程要求。电能表采用智能电能表,技术性能应满足国家电网公司关于智能电能表的相关标准。用于结算和考核的分布式电源计量装置,应安装采集设备,接入用电信息采集系统,实现用电信息的远程自动采集。

光伏阵列接入组串式光伏逆变器,或者通过汇流箱接入逆变器,然后接入企业380V电网,实现自发自用,余电上网。在380V并网点前需要安装计量电表用于计量光伏发电量,同时在企业电网和公共电网连接处也需要安装双向计量电表,用于计量企业上网电量,数据均应上传供电部门用电信息采集系统,用于光伏发电补贴和上网电量结算。

部分光伏电站并网点需要监测并网点电能质量,包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等,需要安装单独的电能质量监测装置。部分光伏电站为自发自用,余电不上网模式,这种类型的光伏电站需要安装防逆流保护装置,避免往电网输送电能,系统图如下。

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这种并网模式单体光伏电站规模适中,可通过云平台采用光伏发电数据和储能系统运行数据,安科瑞在这类光伏电站提供的解决方案包括以下方面:

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3.5.310kV或35kV并网

根据《国家能源局关于2019年风电、光伏发电项目建设有关事项通知》(国发新能〔2019〕49号),对于需要国家补贴的新建工商业分布式光伏发电项目,需要满足单点并网装机容量小于6兆瓦且为非户用的要求,支持在符合电网运行安全技术要求的前提下,通过内部多点接入配电系统。

此类分布式光伏装机容量一般比较大,需要通过升压变压器升压后接入电网。由于装机容量较大,可能对公共电网造成比较大的干扰,因此供电部门对于此规模的分布式光伏电站稳控系统、电能质量以及和调度的通信要求都比较高。

光伏电站并网点需要监测并网点电能质量,包括电源频率、电源电压的大小、电压不平衡、电压骤升/骤降/中断、快速电压变化、谐波/间谐波THD、闪变等,需要安装单独的电能质量监测装置。

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上图为一个1MW分布式光伏电站的示意图,光伏阵列接入光伏汇流箱,经过直流柜汇流后接入集中式逆变器(直流柜根据情况可不设置),最后经过升压变压器升压至10kV或35kV后并入中压电网。

4、结语

可再生能源发展“十四五"规划指出,要充分发挥可再生能源成本竞争优势,坚持市场化方向,优先发展、优先利用可再生能源。光伏产业作为我国能源产业升级的新增长点,开展分布式光伏发电系统运维工作的研究将为其规模化管理提供有力的技术保障,相关部门要加强管理,提升电站运营质量,推动我国太阳能发电事业健康发展

【参考文献】

  1. 杨汝俊,马永玲,范宗强.浅议文化公益场馆屋顶分布式光伏并网发电系统运维管理[J].机电信息,2022年第3期

  2. 詹正旺.并网光伏电站的运行维护管理探讨[J].中国高新区,2018(4):126

  3. 安科瑞企业微电网设计与应用手册.2022.05版


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