光伏电站智能化运维技术的分析与应用

光伏电站智能化运维技术的分析与应用

刘晓伟

龙焱能源科技（杭州）有限公司，浙江 杭州 310018

摘要：近年来，随着经济的不断发展和生活水平的日益提高，节能环保成为全社会的责任和共识。分布式光伏发电作为清洁能源也走进了千家万户。但是要做好分布式光伏电站的日常运维却很不容易。

关键词：光伏电站；智能化运维技术；分析与应用

引言

我国很早就提出了可持续发展战略，对新能源技术的发展，政府一直持支持和重视的态度，因此我国光伏电站建设数量大幅增加。互联网信息技术的普遍应用，使光伏电站逐渐应用智能化的运检技术，有效提高了光伏电站的发电率、运营效率和安全性。光伏电站的智能化运检取代了人工巡检，使电站的巡检效率稳步提升，通过操作过程应用数字化记录、存储和智能化分析功能，能清晰判断和认识故障点，提高电站的运检管理水平。

1 我国光伏电站的发展过程

我国最早于20世纪50年代开始研发太阳能电池，20世纪70年代光电行业开始起步，20世纪80年代的我国正处于改革开放时期，经济开始蓬勃发展、蒸蒸日上，政府增加了对光电行业的资金投入，引进了多条太阳能电池生产线，随后光电行业便进入稳步发展时期。到21世纪初，在国际经济形势的影响下和国际项目与政府项目的共同拉动下，光电行业开始进入迅猛发展阶段。几年后，我国的太阳能电池生产和多晶硅材料生产实现了产能飞跃，已初步完成光伏电站行业完整产业链所需原材料的供应。加上国外资金的投入，我国在接下来的时间内大规模推广光伏电站的修建。

2 问题分析

2.1 质量问题

质量问题主要表现在两个方面，产品设备质量问题和施工安装质量问题。产品质量问题主要有：组件翻新、功率虚标，太阳能电池板以次充好、衰减严重；逆变器输出功率不足、老化；混凝土标号选错、浇筑尺寸不足；支架材料误差大，镀锌层锌量不够；线缆低配，载流量不足；配电设备使用混乱，元器件不符合标准等。施工安装质量问题主要有：施工安装过程中基础振捣不到位，钢筋笼绑扎不标准，支架螺栓安装节点不到位，线缆连接不规范、接触不良、虚接，组件安装不规范造成隐裂等。

2.2 日常管理

（1）遮挡。光伏电站遮挡主要有光伏阵列间遮挡，以及建筑物（女儿墙、烟囱）、高压线、天线、基站、栏杆、太阳能热水器、树木和杂草遮挡等。由于一块组件中的电池都是串联的，每路直流组件的若干组件也是串联的，所以遮挡一块组件，甚至遮挡一块组件的其中一块太阳能电池，都会对整组组串的功率输出造成很大的影响。遮挡最典型的后果是热斑效应和腐蚀效应。热斑效应。组件遮挡的部分内部升温远远超过未被遮挡的部分，容易形成热斑，使组件烧坏，缩短组件的使用寿命，降低发电效率。腐蚀效应。空气中的粉尘吸附大气中呈酸碱性的有害物质落在太阳能电池板上，腐蚀其表面。此外还会使阳光在其表面形成漫反射，使实际到达太阳能电池表面的能量变小，发电效率自然降低。（2）灰尘与积雪。灰尘就是悬浮在空气的微粒，来源于汽车尾气、工业污染、土壤扬尘等。组件安装于室外表面很容易沾染灰尘。不仅是灰尘，鸟粪、沙土、植物树叶、建筑溅渍、油污等，都会影响组件的发电效率。同样的，雪落在组件上也会导致组件的阴影遮挡，造成组件发电能量的损失。当组件局部被遮挡时，被遮挡部分电池片的电流将低于其他电池片。被遮挡部分还会成为电源的负载，将电能转换为热能并产生高温，发生“热斑效应”。如果阴影遮挡持续时间较长，被遮挡部分电池片长期作为负载存在，将导致组件热斑区域持续高温，导致电池片以及接线盒烧毁，甚至可能引发火灾。（3）隐患管理。除了遮挡、积雪与灰尘，光伏电站运行过程中的安全隐患管理也不容忽视。如光伏电站场区内利用光伏方阵搭建简易房屋，柴草、杂物胡乱堆放，藤蔓杂草疯张，藤蔓植物种植和家禽饲养，场区内干草不及时清理，场区内坟墓未及时迁移和增加新坟，配电箱有鸟巢、马蜂窝、蜘蛛网等。这些隐患管理的忽视，容易引起光伏阵列散热效果下降，增加系统损耗，降低发电能量。配电箱内昆虫不及时清理，容易导致线路短路，造成设备烧坏，增加电站维护成本以及造成发电收益损失。杂物和干草的堆放，以及场区内坟墓的存在极易引发火灾，特别是在冬季和清明节期间。

3 光伏电站智能化运维技术的分析与应用

3.1 太阳能电池组串单极接地

由于直流系统为不接地系统，当单极接地时(如图2中K3)，接地点无电流流过，汇流箱内保险、直流断路器以及配电柜直流断路器不动作，逆变器报绝缘故障，逆变器停机。

3.2 太阳能电池组串正负极短路

由于电缆槽盒封堵不严线缆被老鼠咬破，布线过程中线缆绝缘层被电缆槽盒划伤划破等原因造成组串正负极短路，此时，短路点承受2个方面的短路电流，一个是组串的提供的短路电流，约为8.88A，另一为其他15路组串提供的短路电路（汇流箱没有防反二极管）为15×8.88=133.2A，通过接地组串的熔丝为短路点注入电流。由于熔丝的熔断电流为15A，流过电流为133A，汇流箱内熔丝熔断，额定值为200A的直流断路器不动作。同时，接地组串的短路电流继续存在，电弧存在，布置在同一槽盒内的其他组串烧结，相继发生短路，组串熔丝相继熔断，直流路器不动作。由于光照的存在，短路点一直存在，直至组串电缆因燃烧自行悬空或者运维人员处理，电弧不足以持续，短路点消失。

3.3 汇流箱出线电缆短路

由于施工原因以及自然落石砸伤等原因造成汇流箱出线电缆短路，此时短路点同样承受2个方面的短路电流，一个是汇流箱的提供的短路电流，约为142A，另一为直流配电柜其他5路汇流箱提供的短路电流142×5=710A，通过短路点支路的直流断路器为短路点注入电流。由于汇流箱直流断路器的速断电流为5In即1000A，断路器不动作，同时，由于光照条件以及安装角度等因数导致各组串电压不相等，组串存在环流或者电流倒灌现象，熔丝熔断；配电柜内直流断路器为全选择性断路器，速断动作值10In即2000A，断路器延时动作。

3.4 加强细节维护

电站发电设备运行时易受外部环境中阳光照射、风沙雨雪的侵害腐蚀，使相关设备的稳定性受到不良影响而急速老化，故对电站的设备进行日常检修及定期进行绝缘试验非常有必要。设备组件还会出现不易被察觉的一些问题，如在运输、安装过程中，由于运检人员操作不当造成内部隐裂；树叶、枯草，甚至灰尘杂质也会造成组件表面形成斑点，影响对阳光的吸收，这些故障很难通过肉眼发现，故而在日常运检过程中需要加强细节维护，通过专业仪器对设备组件进行定期检测。要加强对光伏电站备品备件的采购与管理制度的制定与执行，首先对电站经常出现设备故障的原因进行分析，并对容易发生故障设备元件的数量进行统计，以方便备品备件的采购与管理。另外，光伏电站工作人员可以通过与厂家沟通，了解相关设备的维护与检修流程，做好电气设备维护周期工作，并对定期需更换或检修的备品备件进行相关统计，有效提高光伏电站备品备件的采购效率与管理水平。

4 结语

智能电能表计量数据的准确采集是光伏扶贫电站收益计算的直接保障，同时可通过数据分析对电站进行考核和运维管理。逆变器数据采集运维管理系统，一方面实现国网平台的接入监管，另一方面也是智能运维的重要手段。该系统对光伏电站的各种设备状态、电能质量等进行实时监控，对光伏电站的运维情况进行实时或长期分析，并可通过告警定位、远程运维、专家诊断等功能，实现高效运维、及时消缺，保障电站收益。输出方面，该系统可通过移动终端、PC端、设备端、运维中心大屏展示。

参考文献:

[1]江浪.多源信息融合的配电网故障诊断[D].武汉:华中科技大学,2015.